CN110171006A - 一种养猪场用巡检机器人及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种养猪场用巡检机器人及巡检方法，属于机器人领域。该机器人包括机架，机架上安装有行走模块、供能模块、控制模块、监测模块和机械臂模块。行走模块用于驱动机器人移动，功能模块用于供电，控制模块用于控制其余模块工作，监测模块包括用于观察周围环境的全景监测装置，机械臂模块前端装有局部监测装置，用于对局部环境及单个生物进行观察。其无需人工巡检养猪场，能够自动进行养猪场的巡检，实时观察养猪场的养殖环境和猪的生长情况，且能够多角度地对局部环境和个别猪进行全面观察，巡检有效性高。该巡检方法采用上述巡检机器人进行养猪场的巡检工作，巡检效果极佳，节省人力物力。

Description

一种养猪场用巡检机器人及巡检方法

技术领域

本发明属于机器人领域，更具体地说，涉及一种养猪场用巡检机器人及巡检方法。

背景技术

中国是一个猪肉消费大国，作为一个拥有14亿人口的世界大国，我国每年要吃掉将近7亿头猪，对于猪肉的需求不仅远超鸡鸭鱼，甚至高于水稻麦子。因此，我国养猪业的发展一直颇受重视。而在养殖工作中，需要经常对猪崽的状态、养殖环境等进行一个监察，掌握猪崽的身体情况和养殖环境，从而对养猪场进行消毒、清理，对患病或受伤的猪崽进行治疗等。而在目前的养殖工作中，通常都是通过人工巡检养猪场，而人工巡检具有劳动强度大、效率低、巡视有效性差等缺陷，因此，人们想到通过智能机器人来代替人进行巡检工作。

如中国专利申请号为：CN201811105359.X，公开日为：2019年2月22日的专利文献，公开了一种智慧机房巡检机器人，包括主体、操作臂与行走机构，所述主体的顶部通过万向轴连接设有第一摄像头，所述主体相对的两侧分别安装有传感器与控制面板，所述主体内部设有控制模块与电源模块，所述电源模块包括电性连接的电池与充电线圈；所述操作臂通过所述万向轴安装于所述主体的侧边，所述操作臂的侧壁上安装有第二摄像头，所述操作臂的端部通过所述万向轴连接设有控制爪；所述行走机构固装于所述主体的底面，所述行走机构包括主控制轮与四个万向轮。该发明的功能多样，可以对机房内的各种设备状态灯及显示屏幕进行监视，同时具备机房温湿度监视及火灾发现等功能，还可以对机房内设备的简单操作，且内置电池不受机房掉电限制。但是，该机器人并不适用于养猪场巡检用，一是因为养猪场内的环境中不可避免地会有较多的阻碍物，需要进行路障规避和路径规划，二是养猪场的巡检需要对其中的气体环境、湿度等进行监察，而该方案的机器人均不具备上述功能。尤其是，当巡检机器人观察到养猪场内局部环境异常，或者个别猪的生活状况出现异常时，需要进行更加详细的局部性观察，而上述机器人很难完善地从各个角度及局部观察，特别是，猪处于活动状态，进一步增加了观察难度。

又如中国专利申请号为：CN201810157432.1，公开日为：2018年6月22日的专利文献，公开了一种防爆巡检机器人，包括防爆外壳、安装在防爆外壳顶部的云台、以及安装在防爆外壳底部的车轮，其特征在于：所述的云台上设置有：高清摄像头，用于采集巡检机器人周围的视频信息；红外热像仪，用于采集巡检机器人周围温度信息。所述的防爆外壳上设置有：超声避障装置，通过超声波采集障碍物的距离和方向，并作出判断避开障碍物；激光雷达装置，用于自主定位导航。所述的防爆外壳内设有：控制器，用于控制上述用电设备；电池，用于给上述用电设备供电。它还包括控制终端，用于远程操作控制器；无线通讯模块，用于控制终端和控制器之间的通讯。该发明能够及时有效的发现设备缺陷，及时处理，提高巡视效率。但是，该方案的机器人只具备一个用于观察外部整体环境的摄像头，其不能细致地对养猪场的局部环境或个别猪的身体状况进行观察，巡检效果并不好。尤其是，个别具备传染病的猪，如果不能及时发现，就会给养猪场造成极大的损失。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的养猪场在养殖过程中，人工巡检养殖环境和猪时的效率差、劳动强度大等问题，本发明提供一种养猪场用巡检机器人，其无需人工巡检养猪场，能够自动进行养猪场的巡检，实时观察养猪场的养殖环境和猪的生长情况，且能够多角度地对局部环境和个别猪进行全面观察，巡检有效性高。

本发明一种养猪场巡检方法，采用上述巡检机器人进行养猪场的巡检工作，巡检效果极佳，节省人力物力。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种养猪场用巡检机器人，包括机架，所述机架上安装有行走模块、供能模块、控制模块、监测模块和机械臂模块；所述行走模块用于驱动机器人移动，所述功能模块用于供电，所述控制模块用于控制行走模块、监测模块和机械臂模块工作，所述监测模块包括用于观察周围环境的全景监测装置，所述机械臂模块前端装有局部监测装置，用于对局部环境及单个生物进行观察。

作为技术方案的进一步改进，所述机械臂模块包括底座、第一机械臂、第二机械臂和监测装置安装臂；所述底座转动安装在机架上，所述第一机械臂的一端铰接连接底座的上端，所述第二机械臂的一端铰接连接第一机械臂的另一端，所述监测装置安装臂的一端铰接连接第二机械臂另一端，所述局部监测装置安装在监测装置安装臂的另一端上。

作为技术方案的进一步改进，所述监测装置安装臂与局部监测装置相连的一端的端面上装有转轴，所述局部监测装置安装在转轴上。

作为技术方案的进一步改进，所述监测模块还包括安装在机架上的气体传感器和温湿度传感器。

作为技术方案的进一步改进，所述行走模块包括驱动轮；所述驱动轮具有多对，每对驱动轮均对称安装在机架的底端的两侧。

作为技术方案的进一步改进，所述行走模块还包括用于扫描环境的激光雷达和用于拍摄路况图像的路况相机，所述激光雷达和路况相机均安装在机架上。

作为技术方案的进一步改进，所述驱动轮为万向轮。

作为技术方案的进一步改进，所述机架上端固定有安装罩，所述全景监测装置固定安装在安装罩中。

一种养猪场巡检方法，采用上述一种养猪场用巡检机器人，包括以下步骤：

一、供能模块启动，控制模块控制行走模块工作，带动机器人行走；

二、在机器人行走过程中，全景监测装置对周围的环境及生物进行监测观察，并将监测到的图像传输至控制模块，由控制模块传递至远程终端设备；

三、远程终端设备接收数据并识别处理，当出现不能确定的异常情况时，远程终端设备通过控制模块控制行走模块停止前进，接着，控制模块驱动机械臂模块工作，机械臂转动调整位置角度，控制局部监测装置对异常处进行各个角度的观察；

四、确定异常情况后，远程终端设备通知工作人员前来处理异常情况。

作为巡检方法的进一步改进，当机器人包括激光雷达和路况相机时，步骤一还包括以下步骤：激光雷达扫描周围环境，路况相机拍摄路况图像，二者将获得的数据传输至控制模块，经过处理后得出具体路况，并依此对机器人的行驶路径进行规划避障。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明一种养猪场用巡检机器人，通过自动化的行走模块和检测模块，能够代替人工，实时对养猪场的养殖环境和猪的生长情况进行观察，便于在出现异常情况后及时发现并应对，其巡检效率高，节省了大量的人力物力，巡检成本相较于人工巡检大大降低，尤其是，当通过全景监测装置初步观察到异常情况后，可以再通过局部监测装置对异常处进行更为详细地观察，从而准确判断异常情况，极大地提高了监察效果，方便后续工作人员进行处理；

(2)本发明一种养猪场用巡检机器人，通过机械臂模块能够方便快捷地调节局部监测装置的位置和监测角度，从而多角度地对异常情况进行全面性观察，尤其是，养猪场中，个体猪是处于活动状态的，需要不断地进行位置和角度调整来进行观察，一般的监测装置很难达到这个效果，而本发明的机械臂模块通过能够转动的底座、多组铰接的机械臂以及转轴，能够实现多个自由度的位置调整，使得局部监测装置的位置调节十分便捷快速，不会出现监测不到的死角，监测效果大大增强；

(3)本发明一种养猪场用巡检机器人，通过气体传感器和温湿度传感器，能够对周围环境中的各种气体的浓度、温度以及湿度进行实时监测，并根据监测结果对环境进行后续调节，使养猪场内的环境时刻保持在猪适宜生活的情况下，降低猪患病的概率，提高养殖效果；

(4)本发明一种养猪场用巡检机器人，通过激光雷达和路况相机的配合工作，能够精确地掌握机器人行进路上的路况，从而根据路况进行机器人行进路线的规划，避开障碍物和凹陷，防止机器人被障碍物阻挡或被绊倒等；

(5)本发明一种养猪场用巡检机器人，在机架上端装有安装罩，全景监测装置安装在安装罩中，防止在巡检过程中，垃圾灰尘等落在全景监测装置的监测部位上，影响监测效果；

(6)本发明一种养猪场巡检方法，采用上述巡检机器人进行养猪场内部情况的巡检工作，相比较人工巡检，提高了巡检效率和巡检精度的同时，节省了人力物力，降低了劳动成本。

附图说明

图1为巡检机器人的整体结构示意图；

图2为巡检机器人下半部分的结构示意图；

图3为巡检机器人上半部分的结构示意图；

图4为机械臂模块的结构示意图；

图5为巡检机器人的控制流程图；

图中：1、行走模块；101、驱动轮；102、激光雷达；103、路况相机；

2、供能模块；201、电池；202、电量监测装置；

3、控制模块；301、控制柜I；302、控制柜II；

4、机架；

5、监测模块；501、气体传感器；502、温湿度传感器；503、全景监测装置；504、安装罩；505、局部监测装置；

6、机械臂模块；601、底座；602、第一机械臂；603、第二机械臂；604、监测装置安装臂；605、转轴；606、安装板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。在描述前，在此说明，实施例中所使用的巡检机器人的信号输送电路及控制电路等对于本领域的技术人员来说属于电气控制常用技术，故其具体结构、连接关系和工作原理不做详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种养猪场用巡检机器人，主要用于对养猪场内的养殖环境和猪进行巡检工作，及时发现异常情况并进行处理。该机器人主要包括机架4和安装在机架4上的行走模块1、供能模块2、控制模块3、监测模块5。其中，行走模块1用于控制机器人的移动，供能模块2用于为机器人各个模块的工作提供电源，控制模块3用于接收各个模块传递的数据，并经过处理后，根据数据情况控制其余模块的工作，监测模块5用于观察并收集养猪场内的养殖环境和猪的身体情况，发现异常情况后将搜集的数据反映至控制模块3中。下面对各个模块的结构和工作原理做出详细阐述。

机架4为框架式结构，作为机器人的安装主体，其余部件均安装在机架4上。

控制模块3为机器人的控制中枢，安装在机架4的中间部位，其包括控制柜I 301和控制柜II 302。控制柜I 301中装有驱动轮控制单元、无线通讯单元以及微型计算机，控制柜II 302内则装有机械臂控制单元。

行走模块1包括驱动轮101、激光雷达102和路况相机103。其中，驱动轮101具有多对，安装在机架4的下端且每对驱动轮101之间为左右对称布置，本实施例中，驱动轮101具有4个，以类似于汽车四轮的结构布置在机架4的下端。本实施例的驱动轮101采用万向轮，能够实现机器人的灵活转向。激光雷达102和路况相机103均安装在机器人的前端机架4上，二者采用现有技术中的激光雷达和相机均可，本实施例中，路况相机103采用双目相机，图像捕捉更加准确。工作时，激光雷达102对周围环境中的障碍物进行扫描，路况相机103则对周围的障碍物进行图像拍摄，二者将收集到的数据传输至控制柜I 301中的微型计算机中，微型计算机对数据进行分析处理后，规划驱动轮101的行进路线，并通过驱动轮控制单元控制驱动轮101避开障碍物，防止机器人碰撞到障碍物，被阻挡或被绊倒。

供能模块2包括电池201和电量监测装置202。其中，电池201为可充电电池，用于对其他模块进行供电。电量监测装置202则可以对电池201的电量进行实时监测，在电量过低或放电量发生异常变化时，发出报警信号，通知工作人员进行处理，该电量监测装置202属于本领域技术人员应知的电气控制常用技术，采用现有技术中的电量监测装置均可，在此对其具体结构、连接关系和工作原理不做详细描述。

监测模块5为机器人的监测单位，在巡检工作中起到关键性的作用，其包括气体传感器501、温湿度传感器502、全景监测装置503和局部监测装置505。其中，气体传感器501用于检测养猪场中各种气体的浓度，主要监测二氧化碳和氨气的浓度，温湿度传感器502则能很好地检测空气中的湿度和环境温度，二者结合工作，能够清楚地探知养猪场内部的环境状况，为工作人员的清洁、通风、干燥等工作提供科学指导，提高工作人员的工作效率，为猪提供一个适宜的生存环境。全景监测装置503采用现有技术中的全景相机，其安装在机架4的上端，全方位对周围进行监测工作，并将拍摄到的图像传递至控制模块3中，控制模块3再将信息传递至远程设备终端，设备终端接收信息并判断处理后，将相应的命令传递至控制模块3，由控制模块3控制各个模块进行相应工作。另外，为了使工作过程中，杂物灰尘等不会落在全景相机的拍摄部位上，本实施例在机架4的上端安装有一个透明的安装罩504，全景监测装置503安装在安装罩504中，通过安装罩504对周围进行拍摄，避免杂物灰尘落在全景监测装置503上，对监测效果造成影响。

但是，全景监测装置503需要尽可能对较多的地方进行监测，且机器人来回移动也会导致对某一块地方的监测时间不够，对异常情况的判断不够精准，使得工作人员不能够及时处理异常情况。然而，有些异常情况如果不及时处理的话，很容易对养猪场造成重大损失，如个别猪出现传染病的情况，如不及时处理，一旦传染到其他猪身上，就会造成巨大的损失，甚至会在售卖出去后，对消费者的健康造成损坏。尤其是，养猪场中，个体猪是处于活动状态的，需要不断地进行位置和角度调整来进行观察，一般的监测装置很难达到这个效果。因此，本实施例在全景监测装置503的基础上，还增加了局部监测装置505和机械臂模块6。

如图4所示，机械臂模块6安装在全景监测装置503和控制柜II 302之间的机架4上，通过控制柜II 302中的机械臂控制单元驱动工作，其包括底座601、第一机械臂602、第二机械臂603和监测装置安装臂604。其中，底座601下端装有一块安装板606，底座601通过安装板606固定在机架4上，底座601的下端为圆柱结构，其能够沿自身的轴线转动，其可以采用现有技术中的常见的转动结构，只需达到自转效果即可。第一机械臂602的一端铰接连接在底座601的上端，其另一端则与第二机械臂603的其中一端铰接连接。监测装置安装臂604的一端铰接连接在第二机械臂603另一端上，局部监测装置505就安装在监测装置安装臂604的另一端上，局部监测装置505采用现有技术中的高清工业相机。因此，通过控制底座601自转以及多个机械臂之间的相互转动，能够极为方便地调整局部监测装置505的位置，从而对局部异常处进行近距离的细致观察。

而为了进一步增加局部监测装置505的监测角度，本实施例在监测装置安装臂604与局部监测装置505相连的一端的端面上，装有一根转轴605。本实施例中，转轴605安装在监测装置安装臂604的中心部位，能够沿自身轴线转动。局部监测装置505安装在转轴605上，能够随着转轴605的转动而转动，从而调整自身的检测角度。通过能够转动的底座601、多组铰接的机械臂以及转轴605的配合工作，能够实现多个自由度的位置调整和监测角度的调整，使得局部监测装置505的位置调节十分便捷快速，不会出现监测不到的死角，监测效果大大增强。

工作时，供能模块2启动，机器人开始巡检工作。当全景监测装置503监测到养猪场的养殖环境和猪的身体状况出现异常情况时，将信息传递至控制模块3中的无线通讯单元，无线通讯单元将信息传递至远程终端设备，远程终端设备初步判断后，在不能确定异常情况时，通过控制模块3控制行走模块1停止前进，向异常处靠近。靠近后，驱动机械臂模块6工作，调整局部监测装置505的位置及监测角度，从而对局部环境和个别猪的身体状况进行详细的观察，对异常情况进行细致地数据收集并通过无线通讯单元传递至远程终端设备，进行对异常情况的详细分析判断，从而方便工作人员进行及时的后续处理。

综上所述，本实施例的一种养猪场用巡检机器人，其无需人工巡检养猪场，能够自动进行养猪场的巡检，实时观察养猪场的养殖环境和猪的生长情况，且能够多角度地对局部环境和个别猪进行全面观察，巡检有效性高，节省人力物力。

实施例2

一种养猪场巡检方法，采用实施例1中的巡检机器人进行养猪场的巡检工作，如图5所示，包括以下步骤：

一、供能模块2启动，控制模块3控制行走模块1工作，带动机器人行走，同时，控制模块3控制其余模块均开始工作。行走时，激光雷达102和路况相机103结合进行工作，对行进路上的障碍物和凹陷等进行扫描和拍摄，并传递至控制模块3中的微型计算机进行处理，控制模块3再根据搜集的路况信息控制驱动轮101工作，规划行进路线，避开障碍物和凹陷。

二、行走过程中，全景监测装置503对养猪场内的周围的环境及生物进行监测观察，并将监测到的图像传输至控制模块3，由控制模块3传至远程终端设备。同时，气体传感器501和温湿度传感器502对养猪场的内部气体浓度、温度和湿度进行数据收集，并将数据通过无线通讯单元传递至远程终端设备，为工作人员的清洁、通风、干燥等工作提供科学指导，提高工作人员的工作效率，为猪提供一个适宜的养殖环境。

三、远程终端设备接收全景监测装置503收集的数据并识别处理，当出现不能确定的异常情况时，远程终端设备通过控制模块3控制行走模块1停止前进，并向异常情况处靠近。接着，控制模块3驱动机械臂模块6工作，机械臂转动调整位置角度，控制局部监测装置505对异常处(局部异常环境和出现异常情况的个体猪)进行各个角度的观察和数据收集，并根据收集的数据分析判断异常情况。

四、确定异常情况后，远程终端设备通知工作人员前来处理异常情况。

综上所述，本实施例的一种养猪场巡检方法，采用实施例1的一种养猪场用巡检机器人，能够实现养猪场的智能化养殖，降低猪场养殖人员的工作强度，节约人力物力，并对一些潜在的问题进行预判，实现科学养猪，从而大大提高猪场养殖的经济效益。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种养猪场用巡检机器人，包括机架(4)，所述机架(4)上安装有行走模块(1)、供能模块(2)、控制模块(3)和监测模块(5)，所述行走模块(1)用于驱动机器人移动，所述功能模块(2)用于供电，所述控制模块(3)用于控制行走模块(1)和监测模块(5)工作，所述监测模块(5)包括用于观察周围环境的全景监测装置(503)，其特征在于：还包括安装在机架(4)上的机械臂模块(6)；所述机械臂模块(6)前端装有局部监测装置(505)，用于对局部环境及单个生物进行观察。

2.根据权利要求1所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述机械臂模块(6)包括底座(601)、第一机械臂(602)、第二机械臂(603)和监测装置安装臂(604)；所述底座(601)转动安装在机架(4)上，所述第一机械臂(602)的一端铰接连接底座(601)的上端，所述第二机械臂(603)的一端铰接连接第一机械臂(602)的另一端，所述监测装置安装臂(604)的一端铰接连接第二机械臂(603)另一端，所述局部监测装置(505)安装在监测装置安装臂(604)的另一端上。

3.根据权利要求2所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述监测装置安装臂(604)与局部监测装置(505)相连的一端的端面上装有转轴(605)，所述局部监测装置(505)安装在转轴(605)上。

4.根据权利要求3所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述监测模块(5)还包括安装在机架(4)上的气体传感器(501)和温湿度传感器(502)。

5.根据权利要求1所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述行走模块(1)包括驱动轮(101)；所述驱动轮(101)具有多对，每对驱动轮(101)均对称安装在机架(4)的底端的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述行走模块(1)还包括用于扫描环境的激光雷达(102)和用于拍摄路况图像的路况相机(103)，所述激光雷达(102)和路况相机(103)均安装在机架(4)上。

7.根据权利要求5所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述驱动轮(101)为万向轮。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种养猪场用巡检机器人，其特征在于：所述机架(4)上端固定有安装罩(504)，所述全景监测装置(503)固定安装在安装罩(504)中。

9.一种养猪场巡检方法，采用权利要求1-8中任意一项所述的一种养猪场用巡检机器人，包括以下步骤：

一、供能模块(2)启动，控制模块(3)控制行走模块(1)工作，带动机器人行走；

二、在机器人行走过程中，全景监测装置(503)对周围的环境及生物进行监测观察，并将监测到的图像传输至控制模块(3)，由控制模块(3)传递至远程终端设备；

三、远程终端设备接收数据并识别处理，当出现不能确定的异常情况时，远程终端设备通过控制模块(3)控制行走模块(1)停止前进，接着，控制模块(3)驱动机械臂模块(6)工作，机械臂转动调整位置角度，控制局部监测装置(505)对异常处进行各个角度的观察；

四、确定异常情况后，远程终端设备通知工作人员前来处理异常情况。

10.根据权利要求9所述的一种养猪场巡检方法，其特征在于：当机器人包括激光雷达(102)和路况相机(103)时，步骤一还包括以下步骤：激光雷达(102)扫描周围环境，路况相机(103)拍摄路况图像，二者将获得的数据传输至控制模块(3)，经过处理后得出具体路况，并依此对机器人的行驶路径进行规划避障。