CN112136690A - 家畜体重自动分选系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家畜体重自动分选系统，包括主通道和分选通道，主通道有多个检测区，每个检测区的前方各有一对旋转门系统，通过旋转门系统使相邻检测区连通，每个检测区包括两侧壁，与分选通道对应的侧壁设置可控开启机构，通过可控开启机构使主通道与相应的分选通道连通。每个检测区所在范围内安装有用于识别羊个体的RFID标签检测机构。本发明用于羊群大数量养殖过程对不同个体例如体重差别、不同疾病情况等进行个体分选应用。以及通过增减相应检测区数量来改变分选通道数量，从而能提高分选精度的能力。
Description
技术领域
本发明属于家畜养殖种群分选技术领域，具体涉及一种针对大数量家畜养殖过程中根据个体差异实现快速分选的系统。
背景技术
分栏养殖技术是现代畜牧业重要的技术手段。通过对养殖对象体重、体温等生理指标的检测并进行划分，能够有效地提升生产效率，提高良品率。
目前绝大多数农牧场都采用了分栏技术，但操作方式主要依赖于手工管理模式，通过人工记录的方式对养殖牲畜进行人工分栏，需要人力资源多，劳动强度大，占用时间长，现有分选方式耗时耗力和效率低，已经是落后的分选手段，不适合大多为大规模养殖。例如现有的牲畜分群普遍采用磅秤称量的方式，人工参与程度高，甚至需要手动记录牲畜的重量信息，在称重分选环节和体检环节都需要有干预牲畜的动作，易导致牲畜因应激反应带来很大的麻烦，甚至导致种群混乱。
随着自动化技术的发展，智能分栏系统替代了传统的人工方式，在现代化牧场中发挥了越来越重要的作用，不仅仅可以安装体重对牲畜进行分栏，还可以通过体温等其他生理指标对牲畜进行分栏工作，大大提高了农牧生产的劳动效率。
但是智能分栏系统在我国的普及程度相对较低，原因有以下几个方面：
1、系统建设成本投入较大。整体来说养殖行业的利润率不高，因此在非养殖必要投入上养殖户的投资趋于保守。目前现有智能分栏系统的市场售价在十余万元，对于养殖户来说养殖成本过高导致其难以推广应用。
2、养殖户对于新技术应用意识有待提升。养殖户思想中传统的养殖技术已沿用多年，科学有效的养殖方式还需要进一步进行推广应用。
发明内容
针对家畜大数量养殖过程因个体差异需要分选对待时存在分选难度大、分选精度低和人工参与程度高的问题，本发明提供一种用于解决该技术问题的可以根据个体差异实现快速分选的系统。
本发明解决其技术问题的方案是采用一种家畜体重自动分选系统，该系统组成包括自前向后依次设置的入口通道，入口闸门，电子台秤，出口闸门，联动驱动机构，联动门，标准体重通道，非标准体重通道和辅助连体锁具，以及自动控制系统等。
入口通道为锥形渐收敛状，其窄端向前平行延伸形成称重通道，在该称重通道的上方安置电子台秤。入口闸门和出口闸门分别位于电子台秤的前端和后端，两者交替开闭。
入口通道侧面分别设置RFID识别探头(24)和/或图像采集装置(26)，在系统后台为每头牛建立相对应的数据库单元，PLC控制系统通过RFID识别探头(24)检测目标牛个体的RFID标签信息，打开相应数据库单元记录体重数据，以及PLC控制系统通过图像采集装置(26)采集牛个体的图像信息并存储于相应数据库单元内。
称重通道末端分别通向标准体重通道和非标准体重通道。联动驱动机构和联动门位于标准体重通道和非标准体重通道之间。PLC控制系统在检测到电子台秤(3)无重力信号后，根据目标牛体重是否达标旋转控制联动驱动机构(7)，引导目标牛进入标准体重通道(4)或非标准体重通道(5).
其中，联动驱动机构包括固定转套和转轴以及驱动机构，竖置的固定转套通过支架与地面基础预埋件固定连接，转轴匹配套装于固定转套内且能够转动。转轴的上下端分别通过连杆固定有联动门，该联动门是一个V字形连体门，转轴位于V字形连体门的中心位置，当其一侧门体闭合相应通道后，另一侧门体开放相应通道。在所述非标准体重通道和辅助连体锁具的侧壁上分别固定有限位挡块用以对联动门构成约束。
辅助连体锁具位于所述联动驱动机构的后侧，辅助连体锁具包括横置于地面下方的嵌槽其内匹配安装有埋地转杆，埋地转杆的两端分别有弯折的档杆，埋地转杆的中部固定有铰接座，铰接座与电推杆的伸缩杆末端通过销轴铰接在一起，当电推杆驱动埋地转杆转动后，位于其两端的档杆竖立且高出地面，两侧档杆高出地面后能支撑在联动门的一侧防止其转动。
位于嵌槽内的埋地转杆的两端分别套装有轴套，轴套固定在嵌槽内。
驱动机构是在相应支架上安装旋转电机，旋转电机的轴上端安装主动齿轮，所述转轴的上端安装从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合。
控制器同时控制旋转电机和电推杆以及闸门联动启闭，地面嵌槽，压触开关，RFID识别探头，图像采集装置。
联动锁机构包括位于暗槽内处于隐藏状态的暗销，暗销的底部通过销轴铰接在暗槽底部，各暗销的中部分别通过销轴铰接有联动杆和驱动杆，同时在暗槽内环嵌装有隐藏推拉杆，驱动杆的末端与隐藏推拉杆铰接，隐藏推拉杆的末端与电推杆的伸缩端铰接。
本发明的有益效果：本发明结合现有的应用技术对各方面资源进行整合，根据农牧养殖要求对分栏系统进行统一规划及设计，从功能需求入手满足分栏系统的需求外对成本进行控制，最终实现低成本高效率的分栏系统建设工作，用于家畜大数量养殖过程对不同个体例如体重差别、不同疾病情况等进行个体分选应用。以及通过增减相应检测区数量来改变分选通道数量，从而能提高分选精度的能力。
本发明系统可有多种控制方式，在主通道自动运行和配合人为进行分选通道的筛选过程。实现个体分选过程中，对于仅以体重为差别的筛选，可通过自动控制开启侧壁以开通相应分选通道。人为参与相应的疾病诊断和鉴别时，通过人为控制主通道的截止（停止）和人为控制侧壁启闭来选择开通相应的分选通道。
本发明设置辅推组件后，能利用旋转门转动过程驱动辅推组件动作与回位，从而能够在主通道内自动驱赶个体羊以保证主通道持续畅通。
附图说明
图1是本发明系统逻辑关系框图。
图2是本发明系统俯视示意图。
图3是图2中联动驱动机构的侧面结构示意图。
图4是图3中联动门的俯视图。
图5是图2中辅助连体锁具的结构示意图。
图6是图2中联动锁机构的俯视图。
图7是图6的侧面结构示意图之一。
图8是图6的侧面结构示意图之二。
图9是本发明控制系统框图。
图10是系统查询关系框图。
图11是系统架构设计图。
图12是系统功能逻辑流程图。
图中标号：入口通道1，入口闸门2，电子台秤3，标准体重通道4，非标准体重通道5，联动门6，联动驱动机构7，辅助连体锁具8，限位挡块9，出口闸门10，固定转套11，转轴12，从动齿轮13，主动齿轮14，旋转电机15，电机座16，固定架17，埋地转杆18，档杆19，铰接座20，电推杆21，地面嵌槽22，压触开关23，RFID识别探头24，联动锁机构25，图像采集装置26，隐藏推拉杆27，驱动杆28，联动杆29，暗销30，销轴31，暗槽32，电推杆33。
具体实施方式
家畜大量养殖过程中，对于家畜个体筛选非常必要。家畜个体筛选不仅考虑个体大小（体重），而且要考虑个体羊的疾病情况和传染病情况，针对分选的不同群体进行有针对性的饲养和治疗等。以下通过附图说明家畜体重自动分选系统的具体应用形式。
根据规划思路，一期建设一个家畜的体重自动测量系统，根据家畜的日增重，将家畜分为合格和不合格两类。
根据建设目标，对系统进行方案设计。该系统从功能逻辑层分为三层，分别为测量系统、筛选系统以及执行系统三部分。
其中测量系统需要具备RFID标签识别功能来实现对每一头牛的识别；体重测量系统需要对牛的体重指标进行测量。
筛选系统是根据对每头牛的周期体重变化情况进行判断，对养殖牛的质量进行判定。
执行系统是根据判断结果对开启\关闭栅栏门进行相应并执行。
该系统逻辑图如图1所示，系统组成如图2所示。
图2中，家畜体重自动分选系统组成自前向后依次设置入口通道1，入口闸门2，电子台秤3，出口闸门10，联动驱动机构7和联动门6，联动门6两侧分别是标准体重通道4和非标准体重通道5，联动门6后侧设置的辅助连体锁具8能够控制对联动门6锁定。
入口通道1为锥形渐收敛状，近端宽远端窄，其窄端向前平行延伸形成称重通道，该通道内置电子台秤。
如图中在入口通道1两内侧壁还分别固定有两个弧形柔性体34（橡胶或废旧轮体片），用以防止较小个体并列进入的可能。
称重通道为平直通道，即两侧壁为平行立面结构，在该称重通道的上方安置电子台秤3的数据通过数据线连接后台数据库。也可以在该系统周边增设显示设备，用以实时显示相应牛体重。由于每头牛提前建立身份信息并在牛耳固定有RFID标签，以及在系统后台为每头牛建立相对应的数据库单元，RFID无线射频识别是利用非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。通过为每一头牛佩戴该装置后能够做到对每一头牛的身份识别，内置程序能够根据ID进行身份识别并触发程序操作。
当在如图1所示的系统入口通道侧面分别设置RFID识别探头24和/或图像采集装置26后，PLC控制系统通过RFID识别探头24检测目标牛个体的体重数据信息，并打开相应数据库单元记录体重数据，以及PLC控制系统通过图像采集装置26采集目标牛个体的图像信息并存储于相应数据库单元内。
入口闸门2和出口闸门10分别位于电子台秤3的前端和后端，两者交替开闭。RFID识别探头24检测到目标牛个体经过时，且称电子台秤3上没有牛个体时，开启入口闸门2。目标牛进入电子台秤3后，入口闸门2始终关闭以防止后侧牛进入影响目标牛的体重数据。当目标牛的体重数据不稳定时，位于后侧的出口闸门10仍处于关闭状态，直到数据稳定准确后，才开启出口闸门10。
图中可以看出，称重通道末端为发散构造，两侧分别通向标准体重通道4和非标准体重通道5。同时，将联动驱动机构7和联动门6设置于标准体重通道4和非标准体重通道5之间的位置。
具体结构如图3，图中联动驱动机构7包括固定转套11和转轴12以及驱动机构，竖置的固定转套11通过支架与地面基础预埋件固定连接，转轴12匹配套装于固定转套11内且能够转动，转轴12的上下端分别通过连杆固定有联动门6，该联动门6如图4所示是一个V字形连体门，转轴12位于V字形连体门的中心位置。
当其一侧门体闭合相应通道后，另一侧门体开放相应通道，在所述非标准体重通道5和辅助连体锁具8的侧壁上分别固定有限位挡块9用以对联动门6构成约束。辅助连体锁具8位于所述联动驱动机构7的后侧。
联动驱动机构7的驱动部分是在相应支架上安装旋转电机15，旋转电机的轴上端安装主动齿轮14，所述转轴12的上端安装从动齿轮13，主动齿轮14与从动齿轮13啮合。PLC控制系统同时控制旋转电机和各闸门（栅栏）联动启闭。
辅助连体锁具8如图5所示包括横置于地面下方的嵌槽（地面嵌槽22）其内匹配安装有埋地转杆18，埋地转杆18的两端分别有弯折的档杆19，埋地转杆18的中部固定有铰接座20，铰接座20与电推杆21的伸缩杆末端通过销轴铰接在一起，当电推杆21驱动埋地转杆18转动后，位于其两端的档杆19竖立且高出地面，两侧档杆高出地面后能支撑在联动门6的一侧防止其转动。
位于嵌槽内的埋地转杆18的两端分别套装有轴套，轴套固定在嵌槽内，用以约束转杆18以保持其稳定性。
另外，在限位挡块9的侧面安装有压触开关23，当任一联动门6关闭且碰触相应的压触开关23后，PLC控制系统接收该碰触信号并控制控制电推杆伸或缩运动，使埋地转杆18转动带动其两侧档杆19竖立且高出地面，用于支撑阻挡另一侧联动门6，达到使联动门6被锁死的状态。联动门6锁死是必要的，否则目标牛会冲入另一通道造成选择混乱。
进一步地，分别在入口闸门2的前侧和出口闸门10的后侧的地面上安装有可控门闩机构以提高入口闸门2和出口闸门10的关闭强度，防止牛撞击闸门导致破坏。
如图6-图8所示的一种可控门闩机构，是在地面沿横向设置暗槽32，暗槽32内的两侧分别沿纵向固定有销轴31，销轴31深入地层被固定。每个销轴31外侧铰接有暗销30，多个暗销30中部同时铰接同一联动杆29，联动杆29的末端铰接驱动杆28，驱动杆28末端铰接隐藏推拉杆27，隐藏推拉杆27末端铰接电推杆33的伸缩端部。电推杆33横置于暗槽32内。入口闸门2和出口闸门10的开闭状态受PLC控制系统的控制，伴随口闸门2和出口闸门10的开闭信号的同时，PLC控制系统分别控制入口闸门2的前侧和出口闸门10的后侧的可控门闩机构的开闭动作。
本项目方案在设计时遵循适用性、准确性和易使用性原则。
适用性：实现计算机多分栏条件的输入（有限选择）。
准确性：系统准确表达对每头牛称重后实际处理过程和结果。
易使用性：用户不需要特殊的知识，只要了解基础操作，完全可以无障碍地操作本系统。
PLC控制系统采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械动作过程，如图9所示。利用RFID无线射频识别识别还可以实现对数据库的实时查询，如图图10所示。
通过该技术可以对识别的牛进行体重比对，并产生相应的控制信号指令，实现根据条件触发的门禁系统执行。
数据库是安装家畜筛选数据结构来组织、存储和管理数据的建立在计算机存储设备上的仓库。通过测量传感器传输的信号数据存储在数据库中供记录比对。系统架构设计如图11所示。
系统功能逻辑如下：
①系统初始化，包括关闭测量区出口门，关闭分选A区门，关闭分选B区门。
②当牛走入RFID识别区后，完成身份识别。触发体重测量计数器传输体重检测数据并上传数据库。
③ PLC提取数据库中比对体重值，计算判断结果。
④根据判断结果传输开关信号至电推杆（或气缸）控制单元。
⑤当检测到牛完成检测后，系统还原至初始状态。
其中判断条件为流程如图12所示。
若判定合格，则打开测量区出口门，A区门；
若不合格则打开测量区出口门，B区门。
所涉及设备选型如下：
| 序号 | 名称 | 型号 | 数量 | 单位 | 备注 |
| 1 | PLC | S7200-214XP | 1 | 个 | 西门子 |
| 2 | 编程电缆 | 6GK15710BA000AA0 | 1 | 个 | 深圳科华 |
| 3 | 工业控制计算机 | IPC6L | 1 | 台 | 研华 |
| 4 | 显示器 | 19寸 | 1 | 台 | 联想 |
| 5 | 开关电源 | 24V10A | 1 | 个 | 明伟 |
| 6 | 电控箱 | 300X400X260 | 1 | 个 | |
| 7 | 气缸 | 3 | 个 | 需行程参数 | |
| 8 | 电磁阀 | 3 | 个 | ||
| 9 | 空压机 | 1 | 台 | ||
| 10 | 地磅 | 0~3吨，232串口通讯 | 1 | 个 | 乐祺 |
| 11 | 支撑软件 | 1 | 套 | 青玄软件自主研发 |
系统运行具备以下功能指标：
1)能够对每一头牛进行识别，并进行标识化记录。
2)能够对指定物种（牛）进行称重，量程在3吨，精度在±0.2kg。
3)能够判断牛固定期限的增重量，并根据增重量进行筛选。
4)控制系统能够识别判断条件，发射分栏门的开、闭信号。
5)执行系统能够依据控制系统所提供的信号进行分栏门的开闭操作。
Claims (5)
1.一种家畜体重自动分选系统，其特征在于，自前向后依次设置入口通道(1)，入口闸门(2)，电子台秤(3)，出口闸门(10)，联动驱动机构(7)，联动门(6)，标准体重通道(4)和非标准体重通道(5)，入口通道(1)为锥形渐收敛状，其窄端向前平行延伸形成称重通道，在该称重通道的上方安置电子台秤(3)，入口闸门(2)和出口闸门(10)分别位于电子台秤(3)的前端和后端，两者被PLC控制系统控制交替开闭；入口通道侧面分别设置RFID识别探头(24)和/或图像采集装置(26)，在系统后台为每头牛建立相对应的数据库单元，PLC控制系统通过RFID识别探头(24)检测目标牛个体的RFID标签信息，打开相应数据库单元记录体重数据，以及PLC控制系统通过图像采集装置(26)采集牛个体的图像信息并存储于相应数据库单元内；称重通道末端分别通向标准体重通道(4)和非标准体重通道(5)，联动驱动机构(7)和联动门(6)位于标准体重通道(4)和非标准体重通道(5)之间，PLC控制系统在检测到电子台秤(3)无重力信号后，根据目标牛体重是否达标旋转控制联动驱动机构(7)，引导目标牛进入标准体重通道(4)或非标准体重通道(5)；其中联动驱动机构(7)包括固定转套(11)和转轴(12)以及驱动机构，竖置的固定转套(11)通过支架与地面基础预埋件固定连接，转轴(12)匹配套装于固定转套(11)内且能够转动，转轴(12)的上下端分别通过连杆固定有联动门(6)，该联动门(6)是一个V字形连体门，转轴(12)位于V字形连体门的中心位置，当其一侧门体闭合相应通道后，另一侧门体开放相应通道，在所述非标准体重通道(5)和辅助连体锁具(8)的侧壁上分别固定有限位挡块(9)用以对联动门(6)构成约束。
2.根据权利要求1所述的家畜体重自动分选系统，其特征在于，联动驱动机构(7)的驱动部分是在相应支架上安装旋转电机(15)，旋转电机的轴上端安装主动齿轮(14)，所述转轴(12)的上端安装从动齿轮(13)，主动齿轮(14)与从动齿轮(13)啮合。
3.根据权利要求1所述的家畜体重自动分选系统，其特征在于，PLC控制系统同时控制旋转电机和各闸门联动启闭。
4.根据权利要求1所述的家畜体重自动分选系统，其特征在于，在所述限位挡块(9)的侧面安装有压触开关(23)，当任一联动门(6)关闭且碰触相应的压触开关(23)后，PLC控制系统接收该碰触信号并控制控制电推杆伸或缩运动，使埋地转杆(18转动带动其两侧档杆(19)竖立且高出地面，用于支撑阻挡另一侧联动门(6)，达到使联动门(6)被锁死的状态。
5.根据权利要求1所示的家畜体重自动分选系统，其特征在于， 在入口通道(1)两内侧壁还分别固定有两个弧形柔性体(34)用以防止较小个体并列进入的可能。
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2020
- 2020-07-15 CN CN202010682199.6A patent/CN112136690A/zh active Pending
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