CN108668932A - 智能动物投食机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能动物投食机，包括机械本体、用户端、控制系统，控制系统包括微控制器以及安装在微控制器上的人机交互模块、图像处理系统和智能识别系统；所述投食机还包括设置在机械本体上且分别与微控制器相连接的无线通信模块、红外探测模块、设备控制模块和多个摄像头，机械本体包括底座总成、开门机构总成、料桶、上盖；用户端与微控制器无线连接；设备控制模块与开门机构总成相连接。本发明设计科学合理，自动化程度高，通过采集动物图像进行处理、识别，控制投食动作，实现有针对性地对动物进行喂食、狩猎以及对动物行为的观察，解决了在野外通过人工接触动物工作量大、不易接触到野生动物的难题，可以很好地满足实际应用的需要。

Description

智能动物投食机

技术领域

本发明属于动物保护装置技术领域，具体涉及一种智能动物投食机。

背景技术

随着人们对动物保护意识的增强，人和动物需要和谐相处，合理利用动物资源造福人类。目前国内以保护野生动物为主，给种群数量少的动物进行食物投放补给和救助，这种采用人工投食方式工作花费人力物力成本较大，不能有针对性的对动物进行投放食物，投放的食物往往被无需补给的动物吃掉，造成食物极大浪费，同时人接近动物时，会造成动物因害怕不敢觅食。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的智能动物投食机。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种智能动物投食机，包括机械本体、用户端、控制系统，控制系统包括微控制器以及安装在微控制器上的人机交互模块、图像处理系统和智能识别系统；所述投食机还包括设置在机械本体上且分别与所述微控制器相连接的无线通信模块、红外探测模块、设备控制模块和多个摄像头，机械本体包括由下而上依次设置的底座总成、开门机构总成、料桶、上盖；上盖安装在料桶顶部；微控制器设置在机械本体上；用户端通过无线通信模块与微控制器连接；摄像头通过云台设置在机械本体上，云台与设备控制模块相连接，设备控制模块与开门机构总成相连接。

进一步地，开门机构总成包括一个十字梁、一个推杆马达总成、四个连杆、四个推门摆杆、四个饲料仓，每个饲料仓上设置有饲料仓门；推杆马达总成与设备控制模块相连接；十字梁安装在推杆马达总成的顶端，每个连杆的一端连接到十字梁的其中一端上，连杆的另一端连接到一个推门摆杆的一端，推门摆杆的另一端固定连接到饲料仓门的下表面上；饲料仓门的一侧边通过门轴铰接到饲料仓的开口上端。

进一步地，用户端是可浏览网页的设备。

进一步地，机械本体上还设置有与设备控制模块相连接的电击器、扬声器。

进一步地，上盖包括铰接的固定部分和上盖门，固定部分固定设置在料桶顶部，上盖门与固定部分铰接连接，微控制器设置在固定部分的底面上。

进一步地，所述投食机还包括互相连接的太阳能板总成和电源管理模块。

进一步地，图像处理系统由图像与视频的获取模块、图像的处理与优化模块以及视频的压缩与存储模块组成；智能识别系统由图像训练模块和动物识别模块组成。

进一步地，机械本体上还设置有与设备控制模块相连接的气味发生器、摄像头补光灯。

一种利用所述的智能动物投食机对动物进行投食的方法，包括步骤一：

如果红外探测模块侦测到有动物靠近，则打开对应的摄像头进行摄像，控制系统对图像进行处理识别，如果识别出是保护动物，则判断是否需要对该动物进行喂食，如果需要喂食则打开饲料仓门，若不需要喂食则控制系统控制扬声器发出该动物的天敌的叫声或者气味发生器发出该动物的天敌的气味以驱赶该动物离开；如果识别出不是保护动物则判断是否是可猎杀的动物，如果可猎杀，则打开饲料仓门，开启电击器对该动物进行电击。

进一步地，该方法还包括：

步骤二：检测该动物是否被击倒，如果击倒则向用户手机或笔记本电脑发送信息告知，若动物未被击倒，则通过红外探测模块判断该动物是否离开，若动物离开则在五分钟后关闭饲料仓门，投食机进入休眠状态；

步骤三：若动物未离开则重复进行步骤一和步骤二，直至动物被击倒或离开为止。

本发明提供的智能动物投食机，设计科学合理，自动化程度高，通过采集动物图像进行处理，并对图像进行识别，控制投食动作，实现有针对性地对动物进行喂食、狩猎以及对动物行为的观察，解决了在野外通过人工接触动物工作量大、不易接触到野生动物的难题，同时也减少了投喂食物的浪费，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为开门机构总成的结构示意图；

图3为本发明的工作过程流程图；

图中，1-底座总成，2-开门机构总成，3-料桶，4-上盖，5-太阳能板总成，6-十字梁，7-推杆马达总成，8-连杆，9-饲料仓门，10-推门摆杆，11-饲料仓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，智能动物投食机，包括机械本体、用户端、控制系统，控制系统包括微控制器以及安装在微控制器上的人机交互模块、图像处理系统和智能识别系统；智能动物投食机还包括设置在机械本体上且分别与所述微控制器相连接的无线通信模块、红外探测模块、设备控制模块、电源管理模块和多个摄像头，机械本体包括由下而上依次设置的底座总成1、开门机构总成2、料桶3、上盖4和太阳能板总成5；上盖4安装在料桶3顶部。电源管理模块与太阳能板总成5相连接。上盖4包括互相铰接的固定部分和上盖门，固定部分固定设置在料桶3顶部，上盖门与固定部分铰接连接，上盖门可以打开或关闭料桶3顶部开口。微控制器设置在固定部分的底面上。用户端通过无线通信模块与微控制器无线连接。摄像头通过云台设置在机械本体上，云台与设备控制模块相连接，摄像头和云台分别与电源管理模块相连接。

太阳能板总成5包括单晶硅太阳能电池板。

上盖门采用凸边设计，并安装有密封胶条做防水处理，确保雨水不会进入料桶3。料通采用圆形设计，后期使用中便于伪装成大树，以降低动物的警觉。

开门机构总成2包括一个十字梁6、一个推杆马达总成7、四个连杆8、四个推门摆杆10、四个饲料仓11，每个饲料仓11上设置有饲料仓门9；推杆马达总成7与设备控制模块相连接。十字梁6安装在推杆马达总成7的顶端，每个连杆8的一端连接到十字梁6的其中一端上，连杆8的另一端连接到一个推门摆杆10的一端，推门摆杆10的另一端固定连接到饲料仓门9的下表面上；饲料仓门9的一侧边通过门轴铰接到饲料仓11的开口上端，能够盖合和打开开口。推杆马达总成7将动力经十字梁6、连杆8、推门摆杆10分配给四个饲料仓门9，完成开关门动作。具体动作过程是：当推杆马达总成7伸长时，推动十字梁6向上运动，并通过连杆8带动推门摆杆10绕门轴顺时针转动，饲料仓门9也随着推门摆杆10绕门轴顺时针转动，完成关门动作，开门则相反，推杆马达总成7缩短时，带动十字梁6向下运动，并通过连杆8带动推门摆杆10绕门轴逆时针转动，饲料仓门9也随着推门摆杆10绕门轴逆时针转动，完成开门动作。

开门机构总成2采用无刷电机驱动直线推杆再通过连杆8机构驱动门的开关动作，与传统电机相比，噪声小、寿命长，开关门时不会吓跑动物。同时开关门的动作程序上对电机的电流进行检测，当门被异物卡住时，电机正反多次动作，尽量除异物卡门，如不能排除程序会发送报警信息给用户，这样可以防门卡住时电机一直工作而损坏电机或耗尽电源。

用户端是用户操作本投食机的接口，用户端可以是智能手机或笔记本电脑等可浏览网页的设备，用户端上安装有人机交互App，App包括机器状态界面、在线观测界面、视频下载界面、机器控制界面，这些都是以网页形式呈现，采用Html5+CSS3技术制作；用户或者管理人员通过用户端登录控制系统的网络服务系统提供的网页服务功能来打开网页观察投食机的工作状态、在线观看摄像头拍到的场景以及浏览被拍下并且识别成功的动物照片，还能通过用户端设置投食机的工作模式，操纵设备控制模块，完成相应的操作。

机械本体上还可以设置有与设备控制模块相连接的电击器、扬声器、气味发生器、摄像头补光灯。控制系统通过设备控制模块实现打开和关闭饲料仓门9、播放声音、开启和关闭电击、释放气味、摄像头补光控制、云台控制、饲料搅拌(用于不易进入喂食盘的饲料)等操作。机械本体上还可以设置有与微控制器相连接的触控显示屏。

电源管理模块实现太阳能充放电管理，保护蓄电池不至过放电和过充电而损坏，同时根据天气情况，进行电能优化管理，在缺电的情况下，进入休眠装态。保证投食机优先动作的完成，例如数据保护，手动开关门，发送报警信息等。

无线通信模块标配型机器上含的WIFI和Blueteech(蓝牙)实现100m以内的短距通信，远距通信可选配4G模块；如需要远距离操控投食机本体和接收报警可选LOLA模块(数据量小，只能实现控制和接受报警不能用于传输图像)。

微控制器上安装有网络服务系统、图像处理系统、智能识别系统。

网络服务系统是网页服务系统，采用Python的Flask编程开发，作为投食机的网页服务端，主要提供网页流览服务、数据采集接口服务、机器控制接口服务。

图像处理系统由依次连接的图像与视频的获取模块、图像的处理与优化模块以及视频的压缩与存储模块组成，主要实现动物识别图像的拍摄，动物行为的监视以及图像压缩存储与优化识别图像。图像处理系统通过卷积神经网络算法进行图像识别。

智能识别系统由图像训练模块和动物识别模块组成。图像训练模块是将采集到的动物行为图片上传到服务器，由服务器生成动物训练库，下发到控制系统上以达到识别动物的目的。动物识别模块采用Google公司的TensorFlow开源软件，加以优化编程对拍摄下的动物图像进行识别，将结果反馈给设备控制模块，进行设备控制。

红外探测模块可以采用红外探测器。红外探测模块有两种工作模式，一种是用于温血动物的热释红外开启模式，另一种是可适用于任何动物的热释红外关闭模式。当投食机处于热释红外开启模式时，利用温血动物自身发出的红外线，并由热释红外线探头检测到，从而侦测温血动物是否在投食机附近，并由软件控制摄像头的开启和关闭，此时只有检测到有温血动物靠近时才开启摄像头，耗电少，待机时间长。当投食机处于热释红外关闭模式时摄像头全开，投食机进行动态录像，耗电较多，待机时间较短。

如图3所示，本发明的智能动物投食机工作时，如果红外探测模块侦测到有动物靠近，则打开对应的摄像头进行摄像，控制系统对图像进行处理识别，如果识别出是保护动物，则判断是否需要对该动物进行喂食(例如料桶3里是否存储有该动物喜欢吃的食物)，如果需要喂食则打开喂食门即饲料仓门9，若不需要喂食则控制系统控制扬声器发出该动物的天敌的叫声或者气味发生器发出该动物的天敌的气味以驱赶该动物离开；如果识别出不是保护动物则判断是否是可猎杀的动物，如果可猎杀，则打开喂食门即饲料仓门9，开启电击器对该动物进行电击，然后检测该动物是否被击倒，如果击倒则向用户手机或笔记本电脑发送信息告知，若动物未被击倒，则通过红外探测模块判断该动物是否离开，若动物离开则在五分钟后关闭喂食门即饲料仓门9，投食机进入休眠状态，若动物未离开则再次进行电击。

一种利用所述的智能动物投食机对动物进行投食的方法，包括步骤一：

如果红外探测模块侦测到有动物靠近，则打开对应的摄像头进行摄像，控制系统对图像进行处理识别，如果识别出是保护动物，则判断是否需要对该动物进行喂食，如果需要喂食则打开饲料仓门，若不需要喂食则控制系统控制扬声器发出该动物的天敌的叫声或者气味发生器发出该动物的天敌的气味以驱赶该动物离开；如果识别出不是保护动物则判断是否是可猎杀的动物，如果可猎杀，则打开饲料仓门，开启电击器对该动物进行电击；

步骤二：检测该动物是否被击倒，如果击倒则向用户手机或笔记本电脑发送信息告知，若动物未被击倒，则通过红外探测模块判断该动物是否离开，若动物离开则在五分钟后关闭饲料仓门，投食机进入休眠状态；

步骤三：若动物未离开则重复进行步骤一和步骤二，直至动物被击倒或离开为止。

本发明提供的智能动物投食机，设计科学合理，自动化程度高，通过采集动物图像进行处理，并对图像进行识别，控制投食动作，实现有针对性地对动物进行喂食、狩猎以及对动物行为的观察，解决了在野外通过人工接触动物工作量大、不易接触到野生动物的难题，同时也减少了投喂食物的浪费，可以很好地满足实际应用的需要。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能动物投食机，其特征在于，包括机械本体、用户端、控制系统，控制系统包括微控制器以及安装在微控制器上的人机交互模块、图像处理系统和智能识别系统；所述投食机还包括设置在机械本体上且分别与所述微控制器相连接的无线通信模块、红外探测模块、设备控制模块和多个摄像头，机械本体包括由下而上依次设置的底座总成、开门机构总成、料桶、上盖；上盖安装在料桶顶部；微控制器设置在机械本体上；用户端通过无线通信模块与微控制器连接；摄像头通过云台设置在机械本体上，云台与设备控制模块相连接，设备控制模块与开门机构总成相连接。

2.根据权利要求1所述的智能投食机，其特征在于，开门机构包括一个十字梁、一个推杆马达总成、四个连杆、四个推门摆杆、四个饲料仓，每个饲料仓上设置有饲料仓门；推杆马达总成与设备控制模块相连接；十字梁安装在推杆马达总成的顶端，每个连杆的一端连接到十字梁的其中一端上，连杆的另一端连接到一个推门摆杆的一端，推门摆杆的另一端固定连接到饲料仓门的下表面上；饲料仓门的一侧边通过门轴铰接到饲料仓的开口上端。

3.根据权利要求1-2所述的智能动物投食机，其特征在于，用户端是可浏览网页的设备。

4.根据权利要求1-3所述的智能动物投食机，其特征在于，机械本体上还设置有与设备控制模块相连接的电击器、扬声器。

5.根据权利要求1-4所述的智能动物投食机，其特征在于，上盖包括铰接的固定部分和上盖门，固定部分固定设置在料桶顶部，上盖门与固定部分铰接连接，微控制器设置在固定部分的底面上。

6.根据权利要求1-5所述的智能动物投食机，其特征在于，所述投食机还包括互相连接的太阳能板总成和电源管理模块。

7.根据权利要求1-6所述的智能动物投食机，其特征在于，图像处理系统由图像与视频的获取模块、图像的处理与优化模块以及视频的压缩与存储模块组成；智能识别系统由图像训练模块和动物识别模块组成。

8.根据权利要求1-7所述的智能动物投食机，其特征在于，本体上还设置有与设备控制模块相连接的气味发生器、摄像头补光灯。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的智能动物投食机对动物进行投食的方法，其特征在于，包括步骤一：

如果红外探测模块侦测到有动物靠近，则打开对应的摄像头进行摄像，控制系统对图像进行处理识别，如果识别出是保护动物，则判断是否需要对该动物进行喂食，如果需要喂食则打开饲料仓门，若不需要喂食则控制系统控制扬声器发出该动物的天敌的叫声或者气味发生器发出该动物的天敌的气味以驱赶该动物离开；如果识别出不是保护动物则判断是否是可猎杀的动物，如果可猎杀，则打开饲料仓门，开启电击器对该动物进行电击。

10.根据权利要求1-9所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤二：检测该动物是否被击倒，如果击倒则向用户手机或笔记本电脑发送信息告知，若动物未被击倒，则通过红外探测模块判断该动物是否离开，若动物离开则在五分钟后关闭饲料仓门，投食机进入休眠状态；

步骤三：若动物未离开则重复进行步骤一和步骤二，直至动物被击倒或离开为止。