CN110046614B - 一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统，它包括小型无人机，用于在养殖区域内巡回；安装在所述小型无人机上的采集装置，用于采集目标区域的细菌；安装在所述小型无人机上的注射机构，用于对大型养殖动物进行飞针注射；安装在所述小型无人机上的摄像头，用于拍摄图像，供系统进行图像识别。借助养殖区的格栅化设计和摄像头的布置，能够很容易的构建出区域内的坐标系，然后借助小型无人机巡航，检查各个仓位的病菌情况，确定疫情，注射相应疫苗，达到无人化疫病采集和控制的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种养殖自动化技术，具体的说，涉及了一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统。
背景技术
在普通的小型养殖场当中均采用人工的方式检测空气环境中的病菌，进而实施疫苗的注射。而对于大型养殖场来说，如果还采用人工的方式，则需要耗费大量的时间及人力。为了减少人力物力的损耗，则迫切需要一种可以实现自动检测病菌并实施疫苗注射的系统装置。
随着社会的不断进步，人们生活水平不断提高，在饮食方面也更加注重绿色健康。对于肉类食品的要求也越来越严格。肉类食品的健康与否，完全取决于养殖场的环境以及动物疾病的预防。这两个方面中任何一个环节出现问题，都将难以实现安全健康的生产。
国内目前的小型养殖场使用的都是人工检测病菌以及注射疫苗的方式、对于大型的养殖场来说，虽然有很大一部分的养殖场都配备了半自动或者全自动的养殖系统，但这些系统大都实现的是自动上料、自动混料以及动物粪便自动的清扫。在疫病采集方面多采用的是人工检测，并且由人工根据检测到的结果，进而注射相应的防治疫苗。由于动物是不停走动的，注射的区域不好判断，所以在自动检测与疫病防治方面，很少有养殖场去配备相关设备，也很少有人去研究这一项技术，可以说这一项的研究基本处于空白期。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种借助无人机技术和大型动物养殖特点，实现疫情检测和自动化注射疫苗的一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统，它包括
小型无人机，用于在养殖区域内巡回；
安装在所述小型无人机上的采集装置，用于采集目标区域的细菌；
安装在所述小型无人机上的摄像头，用于拍摄图像，供系统进行图像识别。通过小型无人机在养殖区的巡回和采集装置对细菌的采集，实现疫病病菌的自动采集工作。
基上所述，它还包括控制系统，所述控制系统包括处理器主机和安装在目标区域四角及中间位置的至少6个摄像头，所述处理器主机与至少6个摄像头连接用于构建目标区域的坐标系；所述处理器主机与所述小型无人机通过无线网络连接，结合小型无人机采集到的图像标定其坐标并规划其行走路径，由于大型动物养殖场的场合特殊，动物都在固定栏位，每个栏位一只动物，通常头部和尾部都是固定的，分布十分规整，结合摄像头和规划图纸，能够很容易的构建出整个区域的坐标系。
基上所述，它还包括安装在所述小型无人机上的注射机构，用于对大型养殖动物进行疫苗注射，实现疫苗的自动化注射。
基上所述，它还包括无人机调度台，所述无人机调度台包括两个无人机仓位、病菌测试区和疫苗抽取区，所述处理器主机安装在所述无人机调度台上，调度台用于无人机的充电、存放，用于采集病菌的检测和分类，以及疫苗的存取。
基上所述，所述采集装置包括并列排布的若干病菌检测试纸卡位，所述无人机调度台上的病菌检测区设置有同样规格并列排布的检测位置，所述病菌检测试纸卡位与所述检测位置一一对应，将常见病菌简单分类，一一对应，通过不同的试纸测试不同的疾病类型，最终实现病菌的检测和分类。
基上所述，所述疫苗抽取区设有一接口和若干疫苗仓，若干所述疫苗仓安装在一可控的往复运动机构上，所述处理器主机连接所述往复运动机构以便将不同的疫苗仓正对所述疫苗抽取区的接口位置，该往复机构可以是直线执行器或丝杆传动机构或直线台车等，将疫苗仓与病菌检测位置一一对应，哪个位置检测出结果，对应的将疫苗仓移动到接口位置处。
基上所述，所述注射机构为无针头注射设备。
基上所述，所述注射机构为飞针注射器，所述飞针注射器的发射端安装在小型无人机的底端，发射端的扳机开关为电控开关，所述疫苗抽取区设置有飞针弹夹，通过普通的动物飞针注射方式进行注射，飞针可在疫苗抽取区进行装夹。
基上所述，所述病菌检测试纸通过一放纸机构和收纸机构固定，收纸机构与放纸机构的中间留空间以便试纸外露，收纸机构与放纸机构协同实现试纸外露部分的更新，试纸的更新借助收纸机构和放纸机构，通常将收纸机构设为主动收纸，放纸为带有阻尼的被动放纸，以达到协调的目的。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用无人机技术，结合疫苗检测的试纸方式，将疫情检测实现自动化，借助飞针注射或无针头注射技术，实现大型动物的自动注射疫苗的过程，对于大型动物养殖而言，实现了疫病检测和防治的自动化。
附图说明
图1是本发明实施例1中无人机底端各设备的分布示意图。
图2是本发明实施例1中无人机调度台的结构示意图。
图3和图4是本发明实施例2中无针头注射机构两种状态下的结构示意图。
图5是本发明实施例2中疫苗仓与台车的结构示意图。
图6是本发明实施例4中采集装置的结构示意图。
图7是本发明实施例2中无人机底端各设备的分布示意图。
图中：1. 小型无人机；2.采集装置；3.摄像头；4.注射机构；5.无人机调度台；6.无人机仓位；7.病菌测试区；8.疫苗抽取区；9.处理器主机；10.储液区；11. 疫苗进口单向阀；12.疫苗出口单向阀；13. 无针头注射机构；14.丝杆电机；15.抽液注射拉杆；16.抽液管；17.丝杆；18.第一推板；19.台车；20.疫苗仓；21.收纸机构；22.放纸机构；23.试纸；24.第二推板；25. 滚珠结构；26.复位弹簧。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种牛养殖疫病采集预警防治机器人系统，
它包括小型无人机，用于在养殖区域内巡回；
安装在所述小型无人机上的采集装置，用于采集目标区域的细菌，本实施例中，采集装置为试纸；
安装在所述小型无人机上的摄像头，用于拍摄图像，供系统进行图像识别，具体使用时，在大型动物，如牛的屁股上涂抹带有颜色的图案，用于作为小型无人机识别的标识；
无人机调度台，所述无人机调度台包括两个无人机仓位、病菌测试区和疫苗抽取区，处理器主机安装在所述无人机调度台上，调度台用于无人机的充电、存放，用于采集病菌的检测和分类，以及疫苗的存取。
控制系统，所述控制系统包括所述处理器主机和安装在目标区域四角及中间位置的至少6个摄像头，所述处理器主机与至少6个摄像头连接用于构建目标区域的坐标系；所述处理器主机与所述小型无人机通过无线网络连接，结合小型无人机采集到的图像标定其坐标并规划其行走路径，由于大型动物养殖场的场合特殊，动物都在固定栏位，每个栏位一只动物，通常头部和尾部都是固定的，分布十分规整，结合摄像头和规划图纸，能够很容易的构建出整个区域的坐标系。
小型无人机的飞行路径通常沿主道路行走，行走至目标栏位后，在目标栏位往返巡航一次，然后沿原路线返回即可，其原理是，牛感染病菌后，会通过呼吸、粪便等方式将病菌释放到空气中，试纸与空气中的病菌接触，实现病菌的采集。
过程中，试纸是需要分类的，按照不同种类的病菌，采用不同类别的易吸附的试纸。
所述采集装置包括并列排布的若干病菌检测试纸卡位，所述无人机调度台上的病菌检测区设置有同样规格并列排布的检测位置，所述病菌检测试纸卡位与所述检测位置一一对应，将常见病菌简单分类，一一对应，通过不同的试纸测试不同的疾病类型，最终实现病菌的检测和分类。每种病菌都有其固定的检测溶液或探头等设备，将试纸一对一的设置在相对应的疾病检测位置，实现单种设备检测单种病菌，准确度更高，也降低检测难度。
检测结果可以存储起来，或发送至远端控制中心，工作人员每天或每半天检查一次，然后从无人机调度台拿到疫苗，对相应栏位的动物进行手动注射即可。
实施例2
如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于：它还包括安装在所述小型无人机上的注射机构，用于对大型养殖动物进行疫苗注射，实现疫苗的自动化注射。
如图3和图4所示，所述注射机构包括储液区10、疫苗进口单向阀11、疫苗出口单向阀12、无针头注射机构13、丝杆电机14和抽液注射拉杆15，所述抽液注射拉杆15与储液区10、疫苗出口单向阀12配合构成注射器结构，所述疫苗进口单向阀11连通储液区10和抽液管16，所述无针头注射机构13安装在所述疫苗出口单向阀12外部，所述丝杆电机14的输出轴驱动一丝杆17转动，所述丝杆17的远端与第一推板18和第二推板24螺纹配合，所述第一推板18和第二推板24之间具有一定的行程间隙，且第一推板18外端可抵接所述抽液注射拉杆15的尾端，第二推板24的内端可抵接抽液注射拉杆15的尾端，抽液注射拉杆15上设有锁定位置用的滚珠结构25和恢复原位的复位弹簧26，利用无针头注射机构的方式，将药物注射给动物，较为方便，无针头注射机构为现有技术。
丝杆电机14带动丝杆17和第一推板18和第二推板19运动，第一推板18和第二推板19实质上是丝母结构，丝母上端受限于轨道面，从而实现往复运动，当向远端运动时，第一推板18推动抽液注射拉杆15运动，当抽液注射拉杆15运动到最远端，由于滚珠结构25所接触的抽液注射拉杆15突然变细，滚珠结构25在弹力作用下位移，卡住抽液注射拉杆15的变径位置，能够起到防止其复位的作用，此时复位弹簧26处于拉伸状态，然后丝杆电机14反转，第二推板19回程至抵接抽液注射拉杆15，在受压力的作用下，滚珠结构25沿斜面向外移动，逐步脱离变径位置，助其脱离滚珠结构25的限位，抽液注射拉杆15受到复位弹簧26的瞬时拉力，将疫苗在高压作用下击出，实现无针头注射，其中，向远端运动的过程中，起到抽吸和给无针头注射机构加注疫苗的作用。
上述结构为现有技术，申请人在此说明其结构旨在解释其工作过程，其控制端采用电控，当无人机找到目标，并贴近目标时，启动无针头注射机构13进行注射。具体的，在牛的臀部印图标，以供无人机识别位置并贴近位置。
该部分为现有技术，更详细的内容记载在《用于大型动物注射的无针注射系统的设计与检测》的论文中。
如图5所示，所述疫苗抽取区设有一接口和若干疫苗仓20，若干所述疫苗仓安装在一可控的往复运动机构上，所述处理器主机连接所述往复运动机构以便将不同的疫苗仓正对所述疫苗抽取区的接口位置，该往复机构可以是直线执行器或丝杆传动机构或直线台车19等，将疫苗仓与病菌检测位置一一对应，哪个位置检测出结果，对应的将疫苗仓移动到接口位置处。
小型无人机需要抽取疫苗时，将抽液管放入接口内的疫苗仓中，疫苗仓采用敞口，以方便疫苗的抽取。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：所述注射机构为飞针注射器，所述飞针注射器的发射端安装在小型无人机的底端，发射端的扳机开关为电控开关，所述疫苗抽取区设置有飞针弹夹，通过普通的动物飞针注射方式进行注射，飞针可在疫苗抽取区进行装夹。
实施例4
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述病菌检测试纸通过一放纸机构和收纸机构固定，收纸机构与放纸机构的中间留空间以便试纸外露，收纸机构与放纸机构协同实现试纸外露部分的更新，试纸的更新借助收纸机构和放纸机构，通常将收纸机构设为主动收纸，放纸为带有阻尼的被动放纸，以达到协调的目的。
收纸机构中可采用收纸电机控制，每次采集结束后，处理器主机控制收纸电机工作，将用过的试纸卷入收纸机构中。
以上大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统的控制方法，它包括以下步骤：
步骤1）处理器主机结合6个摄像头的位置和采集的图像信息，构件整个圈养区域的坐标系，由于牛圈等大型动物的圈养，都采用一牛一栏的方式，且布局方正，对于建立坐标系而言没有难度；
步骤2）结合步骤1）以及圈养区域的设计图纸，标定出各个栏位的坐标位置，规划出小型无人机的飞行路线，通常飞行路线沿人行走的路线设计，目标点在栏位上空；
步骤3）在每个大型动物的臀部涂抹一圈紫色区域，作为小型无人机的识别标识，主要用于注射疫苗时使用，若无需要，可去除该步骤；
步骤4）小型无人机的若干病菌检测试纸卡位分别卡装有不同类型的测试纸，以便获取不同类别的病菌；
步骤5）小型无人机按照处理器主机划定的既定路线飞往目标栏位，并在栏位上空巡航以使测试纸与栏位中的病菌充分接触；
步骤6）小型无人机按照既定路线返航，落入病菌检测区，检测位置与检测试纸位置一一对应，获取有无病菌，以及病菌类型；
步骤7）若无病菌，小型无人机飞入无人机仓位充电待机或飞往下一目标栏位进行病菌采集，重复步骤2）-6）；
步骤8）若有病菌，根据检测区检测位置判断病菌类型，处理器主机通过往复运动机构将对应的疫苗仓移动至接口位置处，小型无人机调整位置，将注射机构的抽液管插入疫苗仓中，启动丝杆电机，抽取疫苗。
需要说明的是，无人机仓位、病菌检测区、疫苗抽取区的接口位置均作为识别标识，小型无人机的摄像头通过识别其形状，可以准确降落至接口位置处，以便抽取疫苗，该标识由于是固定位置，可以预先设定好程序，提高精准度，以免临时识别出现误判；
步骤9）小型无人机按照处理器主机规划的既定路线飞往目标栏位，通过紫色区域识别动物臀部并靠近，通过注射机构将疫苗注入动物体内；
步骤10）小型无人机返航，回到无人机仓位充电，或返航后飞往下一栏位，重复步骤2）-9）。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (3)
1.一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统，其特征在于：它包括
小型无人机，用于在养殖区域内巡回；
安装在所述小型无人机上的采集装置，用于采集目标区域的细菌；
安装在所述小型无人机上的摄像头，用于拍摄图像，供系统进行图像识别；
它还包括控制系统，所述控制系统包括处理器主机和安装在目标区域四角及中间位置的至少6个摄像头，所述处理器主机与至少6个摄像头连接用于构建目标区域的坐标系；所述处理器主机与所述小型无人机通过无线网络连接，结合小型无人机采集到的图像标定其坐标并规划其行走路径；
它还包括安装在所述小型无人机上的注射机构，用于对大型养殖动物进行疫苗注射；
它还包括无人机调度台，所述无人机调度台包括两个无人机仓位、病菌测试区和疫苗抽取区，所述处理器主机安装在所述无人机调度台上；
所述采集装置包括并列排布的若干病菌检测试纸卡位，所述无人机调度台上的病菌检测区设置有同样规格并列排布的检测位置，所述病菌检测试纸卡位与所述检测位置一一对应；
所述疫苗抽取区设有一接口和若干疫苗仓，若干所述疫苗仓安装在一可控的往复运动机构上，所述处理器主机连接所述往复运动机构以便将不同的疫苗仓正对所述疫苗抽取区的接口位置；
所述注射机构为无针头注射设备；所述注射机构包括储液区、疫苗进口单向阀、疫苗出口单向阀、无针头注射机构、丝杆电机和抽液注射拉杆，所述抽液注射拉杆与储液区、疫苗出口单向阀配合构成注射器结构，所述疫苗进口单向阀连通储液区和抽液管，所述无针头注射机构安装在所述疫苗出口单向阀外部，所述丝杆电机的输出轴驱动一丝杆转动，所述丝杆电机的输出轴驱动一丝杆转动，所述丝杆的远端与第一推板和第二推板螺纹配合，所述第一推板和第二推板之间具有一定的行程间隙，且第一推板外端可抵接所述抽液注射拉杆的尾端，第二推板的内端可抵接抽液注射拉杆的尾端，抽液注射拉杆上设有锁定位置用的滚珠结构和恢复原位的复位弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统，其特征在于：所述注射机构为飞针注射器，所述飞针注射器的发射端安装在小型无人机的底端，发射端的扳机开关为电控开关，所述疫苗抽取区设置有飞针弹夹。
3.根据权利要求2所述的一种大型动物养殖疫病采集预警防治机器人系统，其特征在于：所述病菌检测试纸通过一放纸机构和收纸机构固定，收纸机构与放纸机构的中间留空间以便试纸外露，收纸机构与放纸机构协同实现试纸外露部分的更新。
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