CN109374069A - 畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，该系统包括移动平台和控制器，移动平台上装有激光雷达和环境监测模块，移动平台基于ROS框架，在畜禽养殖场内自主巡航；在移动平台巡航过程中，环境监测模块采集当前环境信息，激光雷达扫描当前移动平台周边环境得到一个不断更新的全局地图，以用于移动平台的避障以及定位。进而实现采集的环境信息与位置信息一一匹配。本发明还提供了一种基于上述监测系统的监测方法。本发明能够达到对畜禽场所大环境下各个位置的环境信息更为精细化的管理与控制，并对相应的局部未达标环境实行最优化处理。实现畜禽业场所环境的高效，智能化管理与控制。
Description
技术领域
本发明涉及畜禽养殖环境下智能化检测研究领域，特别涉及一种畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统及监测方法。
背景技术
随着养殖业规模不断扩大，需要对其环境进行监测，目前的检测系统大多是在大环境中的局部区域设定检测装置，通过上述检测装置检测到的测量值作为参考值，来评估整个大环境的环境信息。这种方式存在下述缺陷：
一、死角位置环境参数不准确。
由于检测装置位置固定，因此采集的信息为离散信息，不能得到死角位置的环境参数。由于死角位置恰恰是容易滋生细菌、病毒的地方，且这些地方的通风效果往往并不理想，这些地方的有害气体浓度、温度、湿度等主要环境参数经常会高于估计到的环境值。导致这些地方的环境信息不准确，极容易导致畜禽养殖场所的防疫体系薄弱，不健全，导致疾病防控水平低，无法实现对于一些疾病的早期预防。
二、未将环境信息和监测信息匹配。
由于监测信息的离散性，因此在发现异常时无法准确诊断导致这一异常的环境因素的具体位置，从而缺乏完善的快速应急反应的能力，使得环境监测具有延时性。正因为这一严重的缺陷，当监测到大环境下的相关环境参数超标时，此时说明了养殖场所已有着十分严重的环境问题。这大大加大了疾病的防控难度，这将使得养殖工作人员对环境的控制难以完成。从而导致一些疾病的蔓延和流行，给畜禽养殖业带来严重的危害，在后续进行环境恢复的过程中大大消耗不必要的人力和物力。
目前，我国的畜禽养殖业仍以小规模大群体为主，还远远无法达到规模化、现代化养殖阶段。因此，如果想向规模化、现代化养殖阶段转型，则需要投入大量的资金。但目前畜禽养殖业的经济效益趋于微薄，从而导致大量畜禽养殖场所不愿进行大规模的技术改造。
因此，提供一种不需要在原有的畜禽养殖环境下的大规模改造并将环境信息与位置信息相融合的空间分布监测系统及监测方法是十分有意义，并具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，该系统基于机器人技术，可将畜禽养殖场所环境信息与位置信息相融合，得到即时环境信息，提高检测的精度。
本发明的另一个目的在于提供一种基于上述畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统的监测方法，该方法能够在移动平台自主巡航过程中，实现准确的定位，且将定位信息和环境信息融合，得到准确的监测结果。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，包括移动平台和控制器，移动平台上装有激光雷达和环境监测模块，移动平台基于ROS框架，在畜禽养殖场内自主巡航；在移动平台巡航过程中，环境监测模块采集当前环境信息，激光雷达扫描当前移动平台周边环境得到一个不断更新的全局地图，以用于移动平台的避障以及定位。进而实现采集的环境信息与位置信息一一匹配。
优选的，所述环境监测模块包括但不限于：温湿度传感器、氨气传感器、CO2传感器、H2S传感器、光照度传感器。
更进一步的，所述环境监测模块中各种传感器均设置多个，在移动平台上采用空间阵列式排布。使得所测得的环境信息为空间分布信息(包括平面信息和高度信息)，利用信息分层测量这一结构分布，使所得到的环境信息更加精细化。
优选的，所述控制器包括底层控制器和上层控制器，底层控制器采用ARM内核嵌入式微控制器，上层控制器采用树莓派控制器，二者通过UART串行接口模块进行数据交互。上层控制器获取激光雷达数据，底层控制器获取移动平台移动数据(包括IMU数据、编码器数据等)、各种传感器数据等，两者通过数据交互实现信息的传递和控制。
优选的，所述移动平台上设有用于测量移动平台行进过程中的旋转角度的IMU惯性测量单元。设置该单元，可以精确测量移动平台的方位。
优选的，所述移动平台的车轮采用链式轮，每个车轮分别由一个自带编码器的无刷直流电机独立驱动。可以使用差速驱动算法进行转向。
更进一步的，无刷直流电机驱动器由控制器中的底层控制器控制进行电子换相，驱动器采用H桥驱动电路。
更进一步的，所述无刷直流电机驱动器还包括反时限保护模块，该模块包括保险丝、电压比较器和开关管驱动电路，利用保险丝检测主回路电流，电压比较器用于将当前主回路电流值和预设的门限值做比较，一旦电流超过预设的门限值则关闭开关管驱动电路，同时，在开关管驱动电路中还设有TVS管。
更进一步的，所述移动平台上，底层控制器采用5V弱电电源作为供电电源，无刷直流电机驱动器使用12V强电电源进行供电。驱动装置实现了弱电与强电的分离，弱电的控制信号通过光耦传递至强电侧，从而实现通过弱电来控制强电的通断达到对电机的控制。
一种基于上述畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统的监测方法，包括步骤：
控制移动平台在畜禽养殖场内进行自主巡航；
通过环境监测模块中各个传感器获取即时空间环境信息；
通过激光雷达扫描当前移动平台周边环境，同时结合激光数据和移动平台里程计的数据，构建地图；
将即时空间环境信息和地图上移动平台的定位信息一一匹配，实现即时环境信息的空间分布监测。
优选的，利用粒子滤波法来构建占据栅格地图。
优选的，在构建的地图上进行全局规划时，即计算移动平台到目标位置的全局路线时，采用A*(A-Star)算法。
优选的，在构建的地图上进行局部规划时，即实现移动平台避障功能时，采用动态窗口法(dynamic window approach，DWA)。
优选的，在移动平台自主巡航的过程中，当检测到某一个位置的环境参数超出预定标准值时，发出环境参数超标信号，在信号中指出具体哪项参数指标超标，并在可视化地图上将该处标记为非正常区域。从而使得工作人员能快速获取超标原因以及具体位置，加快处理效率，并降低处理成本。
优选的，在移动平台自主巡航的过程中，当检测到其电池电压低于某一设定的值时，记录当前所在位置，然后向控制器发送电池电压过低的信息，并触发报警器；当电池更换后，移动平台将自动行驶至上次记录的位置，继续开始自动巡航。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明中通过移动平台的移动，可以到达畜禽养殖场任意场所，并将场所位置及环境信息进行匹配，得到准确的环境信息。相较于现有技术仅仅只是某一大环境下的环境估计，本发明能达到对畜禽场所大环境下各个位置的环境信息更为精细化的管理与控制，并对相应的局部未达标环境实行最优化处理，实现畜禽业场所环境的高效、智能化管理与控制。
2、本发明可通过移动平台以及激光雷达采集的信息，构建地图，根据地图实现避障和定位，定位准确，模型描述方便，利于位置估计和目标识别，能在后面的自动巡航过程中实现快速精确的匹配。
3、本发明提出对环境信息参数指标超标时进行报警，且可在地图上对报警点进行定位，便于工作人员迅速赶到具体位置进行处理。
附图说明
图1是本发明空间分布监测系统的结构框图；
图2是本发明空间分布监测系统中地图构建框架示意图；
图3是本发明空间分布监测系统中移动平台构建的占据栅格地图；
图4是本发明空间分布监测系统自主巡航框架示意图；
图5是本发明空间分布监测系统无刷电机驱动示意图；
图6是本发明监测方法的工作过程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，是基于移动平台搭建的。移动平台基于ROS机器人结构框架，在畜禽场所下实现自主巡航。底层主控制器为ARM内核嵌入式微控制器，型号为STM32F103ZE。上层主控制器为树莓派控制器。移动平台为链式移动平台，车轮由自带编码器的无刷直流电机独立驱动。上层控制器主要通过UART串行通信方式来实现对底层控制器的控制，从而实现对移动平台速度、运行方向以及路线的自主控制。底层控制器通过对环境传感器进行数据采集，得到此时移动平台所在位置的环境信息。通过与上层控制器进行数据交互，实现环境与位置的融合，而非仅仅只是某一大环境下的环境估计。
本实施例中，环境监测模块包括各种传感器，例如温湿度传感器、氨气传感器、CO2传感器、H2S传感器、光照度传感器等等。在实际应用中，温湿度传感器为DHT11数字温湿度传感器，其是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。氨气传感器型号为AP-M-NH3，该模块检测精度高，响应速度快且可实现多信号输出选择等特点。CO2传感器型号为MG811。H2S传感器采用电阻式H2S检测传感器。光照度传感器型号为OPT101。传感器采用空间阵列式分布，以便于检测畜禽养殖场所的空间环境信息。通过给不同传感器编号，来区分不同高度位置的环境信息。
底层控制器通过获取温度、湿度、氨气浓度、CO2浓度、H2S浓度、光照度等即时空间环境信息，将底层控制器获得的即时空间环境信息与地图信息相融合，主要融合算法采用数据耦合，从而实现对畜禽养殖场所空间环境信息的精确测量。在获取到具体的位置环境信息的基础上，将融合后的信息数据利用Wifi模块传送至电脑终端，并建立环境信息地图，通过Rviz模块进行图形化显示。当某个位置的某一环境参数超出预定标准值时，该位置将会在地图上以红色标记出来，并显示具体超标环境参数，同时启动警报系统通知工作人员进行相应的处理。
底层控制器采用PWM控制方式发送信号到直流电机驱动器，通过对不同电机驱动引脚发送不同占空比的PWM波，进而实现移动平台的转向控制。移动平台电机驱动器采用全桥结构，从而实现使用以底层控制器的弱电控制电机运行时的强电。无刷直流电机驱动器的驱动电路还包括反时限保护模块，该模块包括康铜丝、电压比较器和开关管驱动电路，利用康铜丝检测主回路电流，电压比较器用于将当前电流值和预设的门限值做比较，一旦电流超过预设的门限值则关闭开关管驱动电路，同时，在开关管驱动电路中容易产生电压尖峰的位置采用TVS管。本实施例中还对不同的门限值设置不同的延时，在延时结束后再触发开关管驱动电路的关闭(SD)信号，使开关信号失能。开关管驱动电路采用IR2113芯片，开关管驱动电路及其保护电路如图5所示，把传统的稳压二极管换成了TVS管，更好地抑制了过电压，更好地保护了驱动芯片IR2113。
基于上述畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，该系统的监测方法如图6所示，按照功能可分为6个部分，分别为地图构建、自主巡航、环境监测、环境信息与地图融合、环境信息参数超标报警、电池电量管理。分别说明如下。
1、地图构建
利用激光雷达以及SLAM技术实现畜禽养殖场所的地图构建，其主要构建该场所的占据栅格地图，所谓占据栅格地图就是把环境划分成一系列栅格，其中每一栅格给定一个可能值，表示该栅格被占据的概率。。构建占据栅格地图的优点是栅格地图易于构建，表示和保存，且所得到的位置具有唯一性，从而易于实现短路径的路径规划。
参见图2，本实施例中，通过激光雷达实时检测当前环境，并根据移动平台里程计以及IMU信息，采用ROS提供的gmapping功能包，来构建占据栅格地图，占据栅格地图的构建主要采取粒子滤波的方法，在粒子滤波中，后验分布的样本，我们称之为“粒子”，每一个粒子都是在时刻t的一个状态的实例化，这个实例化就是在t时刻的真实状态的假设。其主要步骤是：
(1-1)同步获取激光雷达采集的激光数据，以及移动平台上里程计数据.
(1-2)根据t-1时刻的粒子位姿以及里程计数据，预测t时刻的粒子位姿。为更符合现实中传感器存在测量噪声，因此在初始值的基础上增加高斯采样的噪声点。
(1-3)采用30个采样粒子，并对每个粒子执行扫描匹配算法。扫描匹配的作用是找到每个粒子在t时刻位姿的最佳坐标。为后面每个粒子权重更新作准备。
(1-4)建议分布：混合了运动模型和观测模型的建议分布，根据上一步扫描匹配获得的最佳坐标，围绕该坐标取若干位置样本(距离差值小于某阈值)计算均值与方差，使得当前粒子位置满足该均值方差的高斯分布。
(1-5)权重计算：对各个粒子的权重进行更新，更新之后进行归一化操作。如果步骤(1-3)处扫描匹配失败，则采用默认的似然估计来更新粒子权重。
(1-6)重采样：判断粒子总数是否小于规定的阀值，若小于阀值，为了保证粒子总数不变，则在权值较高的粒子附近加入一些新的粒子。
(1-7)粒子维护地图：每个粒子都维护了属于自己的地图，即运动轨迹。该步骤执行的操作是更新每个粒子维护的地图。
(1-8)地图更新：在ROS中进行地图更新。先得到最优的粒子(使用权重和weightSum判断)，得到机器人最优轨迹，地图膨胀更新。
通过移动平台的移动，重复执行上述步骤，即可得到图3所示的占据栅格地图，图中的黑色区域表示墙壁等障碍物，白色区域表示通道。灰色区域则表示未知区域。
2、自主巡航
在上述地图构建的基础上，本实施例利用激光雷达以及SLAM技术，通过结合IMU数据以及编码器数据，使移动平台在不需人为干预下实现在畜禽养殖场所的自主巡航。移动平台通过激光雷达数据更新全局地图与局部地图信息，利用当前环境特征与地图环境特征的对比，从而定位移动平台所在方位，并按照一定的路径行驶。在移动平台自主巡航的过程中，移动平台能实现实时避障功能。
参见图4，本实施例中移动平台使用ROS中的导航功能包(Navigation)进行导航，使用move_base进行整个导航行为的调度，包括初始化代价地图(costmap)与规划器(planer)，监视导航状态适时更换导航策略等，并控制移动平台的运行行为。move_base是基于有限状态机算法来实现，具体的自主巡航逻辑流程如下：
(2-1)首先利用move_base功能包启动全局规划器(global_planner)和局部规划器(local_planner)两个规划器，负责全局路径规划和局部路径规划，通过代价地图组件生成自己的代价地图即全局代价地图(global_costmap)和局部代价地图(local_costmap)。所谓代价地图即在原有栅格地图的基础上，新添了障碍地图层和膨胀层。其中障碍地图层用于动态的记录传感器感知到的障碍物信息。膨胀层用于在障碍地图上进行膨胀(向外扩张)，以免移动平台撞上障碍物。
(2-2)通过全局路径规划，计算出机器人到目标位置的全局路线，主要使用A*(A-Star)算法来进行全局路径规划。A*(A-Star)算法主要通过估价函数来引导搜索方向，用估价函数来评估到每个节点的价值，然后选择代价最低的节点作为扩展节点，循环重复这一过程，直到搜索到最终的节点，从而获得最终路径。A*算法中，估价函数的一般形式为：
f(n)＝h(n)+g(n)
式中：g(n)表示从起始节点S0到当前节点Sn的实际代价；h(n)表示当前节点Sn到目标节点St的预估计代价。
(2-3)然后通过局部规划，负责做局部避障的规划，具体导航功能包中实现的算法是动态窗口法，具体流程是：
a.由移动平台底盘的运动学模型得到线速度和角速度的采样空间。
b.在采样空间中，计算每个样本的目标函数。
c.得到期望速度，插值成轨迹输出。
3、环境监测
在移动平台自主巡航过程中，利用阵列分布的温湿度传感器、氨气监测传感器、CO2传感器、H2S传感器、光照度传感器。分别获取畜禽养殖场所的温度、湿度、氨气浓度、CO2浓度、H2S浓度、光照强度等主要环境指标信息。利用均值滤波以及卡尔曼滤波等滤波算法克服信息测量的不准确性。并通过UART串口通信技术和Wifi模块将经过滤波处理的信息上传至电脑终端，从而利于工作人员的实时查看。
4、环境信息与地图融合
移动平台在自主巡航的过程中，通过传感器获取不同位置空间的环境信息。在移动平台获取到该位置的环境信息时，将该处的环境信息与位置信息一一匹配，将匹配后的信息通过UART串口通信技术以及Wifi模块传至电脑终端，使得移动平台获取到的环境信息为连续性信息。并实时更新获取到的信息。
5、环境信息参数超标报警
移动平台在自主巡航的过程中，当检测到某一个地图范围的环境参数高于正常参数水平时，移动平台将会向电脑终端发出环境参数超标信号，指出具体由于哪项参数指标超标导致。并在地图上将该处标记为红色区域，触发报警器报警。从而使得工作人员能快速获取超标原因以及具体位置。
6、电池电量管理
移动平台在自主巡航的过程中，当检测到电池电压值低于某一设定的值时，移动平台将会记录当前所在位置。然后通过UART串口技术以及Wifi模块向电脑终端发送电池电压过低的信息，并通过触发报警器以一定的报警频率通知工作人员及时进行电池更换。当电池更换后，移动平台将自动行驶至上次记录的位置，继续开始自动巡航。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，包括移动平台和控制器，移动平台上装有激光雷达和环境监测模块，移动平台基于ROS框架，在畜禽养殖场内自主巡航；在移动平台巡航过程中，环境监测模块采集当前环境信息，激光雷达扫描当前移动平台周边环境得到一个不断更新的全局地图，以用于移动平台的避障以及定位。
2.根据权利要求1所述的畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，所述环境监测模块包括：温湿度传感器、氨气传感器、CO2传感器、H2S传感器、光照度传感器；
所述环境监测模块中各种传感器均设置多个，在移动平台上采用空间阵列式排布。
3.根据权利要求1所述的畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，所述控制器包括底层控制器和上层控制器，底层控制器采用ARM内核嵌入式微控制器，上层控制器采用树莓派控制器，二者通过UART串行接口模块进行数据交互。
4.根据权利要求1所述的畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，所述移动平台上设有用于测量移动平台行进过程中的旋转角度的IMU惯性测量单元；
所述移动平台采用轮式车，每个车轮分别由一个自带编码器的无刷直流电机独立驱动。
5.根据权利要求4所述的畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，无刷直流电机驱动器由控制器中的底层控制器控制进行电子换相，驱动器采用H桥驱动电路；
所述无刷直流电机驱动器还包括反时限保护模块，该模块包括保险丝、电压比较器和开关管驱动电路，利用保险丝检测主回路电流，电压比较器用于将当前主回路电流值和预设的门限值做比较，一旦电流超过预设的门限值则关闭开关管驱动电路，同时，在开关管驱动电路中还设有TVS管。
6.根据权利要求5所述的畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统，其特征在于，所述移动平台上，底层控制器采用5V弱电电源作为供电电源，无刷直流电机驱动器使用12V强电电源进行供电。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述畜禽养殖场即时环境信息的空间分布监测系统的监测方法，其特征在于，包括步骤：
控制移动平台在畜禽养殖场内进行自主巡航；
通过环境监测模块中各个传感器获取即时空间环境信息；
通过激光雷达扫描当前移动平台周边环境，同时结合激光数据和移动平台里程计的数据，构建地图；
将即时空间环境信息和地图上移动平台的定位信息一一匹配，实现即时环境信息的空间分布监测。
8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，利用粒子滤波法来构建占据栅格地图。
9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，在构建的地图上进行全局规划时，即计算移动平台到目标位置的全局路线时，采用A*(A-Star)算法；
在构建的地图上进行局部规划时，即实现移动平台避障功能时，采用动态窗口法。
10.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，
在移动平台自主巡航的过程中，当检测到某一个位置的环境参数超出预定标准值时，发出环境参数超标信号，在信号中指出具体哪项参数指标超标，并在可视化地图上将该处标记为非正常区域；
在移动平台自主巡航的过程中，当检测到其电池电压低于某一设定的值时，记录当前所在位置，然后向控制器发送电池电压过低的信息，并触发报警器；当电池更换后，移动平台将自动行驶至上次记录的位置，继续开始自动巡航。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109717179A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-07 | 苏州工业职业技术学院 | 一种基于a星算法的智能寻鼠捕鼠系统及寻鼠捕鼠方法 |
| CN109839936A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-04 | 中新智擎科技有限公司 | 一种大环境下的自动导航方法、机器人及存储介质 |
| CN110244742A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-17 | 百度在线网络技术（北京）有限公司 | 无人驾驶车辆巡游的方法、设备以及存储介质 |
| CN110310460A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-10-08 | 广州影子科技有限公司 | 养殖活动的监控方法、监控装置及监控系统 |
| CN110673603A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-10 | 郑州轻工业学院 | 一种火场自主导航侦察机器人 |
| WO2020192000A1 (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 浙江大学 | 一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法 |
| CN112001676A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-27 | 山东新一代信息产业技术研究院有限公司 | 一种云化小区快递全自动配送方法 |
| CN112212917A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-12 | 华南农业大学 | 一种应用在畜禽养殖场的自动移动巡检系统和方法 |
| CN112306058A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-02 | 华南农业大学 | 清粪机器人智能导航方法、装置、系统、介质和设备 |
| CN112985505A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 清华大学 | 移动与固定感知结合的室内环境时空分布场生成方法 |
| CN113190002A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种高铁箱梁巡检机器人实现自动巡检的方法 |
| CN114019977A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 诺力智能装备股份有限公司 | 移动机器人的路径控制方法、装置、存储介质及电子设备 |
| CN117075614A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-17 | 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 | 一种养殖巡检机器人万能通用底盘系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3317034B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2002-08-19 | 神鋼電機株式会社 | 無人走行車 |
| CN103273852A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-09-04 | 华南农业大学 | 一种电动田间搬运车分布式驱动系统及其控制方法 |
| CN103995509A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-08-20 | 北京华科数能科技发展有限公司 | 用于禽舍环境监测的机器人及其监测方法和系统 |
| CN205449146U (zh) * | 2016-01-26 | 2016-08-10 | 广东食品药品职业学院 | 温湿度与风速检测装置 |
| CN107450561A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-08 | 河南科技学院 | 移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法 |
-
2018
- 2018-12-18 CN CN201811549850.1A patent/CN109374069B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3317034B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2002-08-19 | 神鋼電機株式会社 | 無人走行車 |
| CN103273852A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-09-04 | 华南农业大学 | 一种电动田间搬运车分布式驱动系统及其控制方法 |
| CN103995509A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-08-20 | 北京华科数能科技发展有限公司 | 用于禽舍环境监测的机器人及其监测方法和系统 |
| CN205449146U (zh) * | 2016-01-26 | 2016-08-10 | 广东食品药品职业学院 | 温湿度与风速检测装置 |
| CN107450561A (zh) * | 2017-09-18 | 2017-12-08 | 河南科技学院 | 移动机器人的自主路径规划与避障系统及其使用方法 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109717179A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-07 | 苏州工业职业技术学院 | 一种基于a星算法的智能寻鼠捕鼠系统及寻鼠捕鼠方法 |
| CN109839936A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-04 | 中新智擎科技有限公司 | 一种大环境下的自动导航方法、机器人及存储介质 |
| WO2020192000A1 (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 浙江大学 | 一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法 |
| CN110310460A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-10-08 | 广州影子科技有限公司 | 养殖活动的监控方法、监控装置及监控系统 |
| US11720118B2 (en) | 2019-07-01 | 2023-08-08 | Apollo Intelligent Driving Technology (Beijing) Co., Ltd. | Method for unmanned vehicle cruising, unmanned vehicle and storage medium |
| CN110244742A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-17 | 百度在线网络技术（北京）有限公司 | 无人驾驶车辆巡游的方法、设备以及存储介质 |
| CN110673603A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-10 | 郑州轻工业学院 | 一种火场自主导航侦察机器人 |
| CN110673603B (zh) * | 2019-10-31 | 2023-10-24 | 郑州轻工业大学 | 一种火场自主导航侦察机器人 |
| CN112001676A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-27 | 山东新一代信息产业技术研究院有限公司 | 一种云化小区快递全自动配送方法 |
| CN112212917A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-12 | 华南农业大学 | 一种应用在畜禽养殖场的自动移动巡检系统和方法 |
| CN112306058A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-02 | 华南农业大学 | 清粪机器人智能导航方法、装置、系统、介质和设备 |
| CN112985505A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 清华大学 | 移动与固定感知结合的室内环境时空分布场生成方法 |
| CN113190002A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种高铁箱梁巡检机器人实现自动巡检的方法 |
| CN114019977A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 诺力智能装备股份有限公司 | 移动机器人的路径控制方法、装置、存储介质及电子设备 |
| CN114019977B (zh) * | 2021-11-03 | 2024-06-04 | 诺力智能装备股份有限公司 | 移动机器人的路径控制方法、装置、存储介质及电子设备 |
| CN117075614A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-17 | 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 | 一种养殖巡检机器人万能通用底盘系统 |
| CN117075614B (zh) * | 2023-09-25 | 2024-05-10 | 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 | 一种养殖巡检机器人万能通用底盘系统 |
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| Publication number | Publication date |
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