CN113290539A - 一种奶牛养殖场巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及畜牧养殖技术领域，提供了一种奶牛养殖场巡检机器人，包括自主移动平台；信息采集控制系统，设置于自主移动平台上，包括壳体、中央处理器、声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头，中央处理器和声音传感器设置于壳体内，声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头分别与中央处理器相连，第一摄像头设置于壳体上；第一机械臂和第二机械臂相对设置于壳体上且分别与中央处理器相连，第一机械臂用于锁定牛颈枷，第二机械臂的指端设有RFID阅读器和第二摄像头。本发明巡检机器人可以日常巡检和对临产奶牛进行前期分娩监测，有效提高管理效率。

Description

一种奶牛养殖场巡检机器人

技术领域

本发明涉及畜牧养殖技术领域，尤其涉及一种奶牛养殖场巡检机器人。

背景技术

奶牛养殖场每日需要管理员按计划和配方备足饲料、草料，在白天巡回检查，观察牛群和检查设施，巡舍发现病牛，并且负责奶牛配种、种牛转栏、奶牛转群等工作；此外，需要观察犊牛的精神、采食、形态等表现，检查犊牛粪便、尿液等情况，发现异常情况及时处置，并协助兽医的治疗。尤其是妊娠奶牛临产期，管理员需日夜看护，以防母牛难产等意外情况发生。目前，奶牛养殖场管理员日常工作繁重，采用人工巡检，费时费力。因此，亟需一种可以自动日常巡检和监测奶牛分娩过程的巡检机器人。

发明内容

本发明提供一种奶牛养殖场巡检机器人，本发明巡检机器人可替代养殖场管理员对临产奶牛进行前期分娩监测和日常巡检，有效提高管理效率。

本发明提供一种奶牛养殖场巡检机器人，包括：自主移动平台；信息采集控制系统，设置于所述自主移动平台上，包括：壳体、中央处理器、声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头，所述中央处理器和声音传感器设置于所述壳体内，所述声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头分别与所述中央处理器相连，所述第一摄像头设置于所述壳体上；第一机械臂和第二机械臂，相对设置于所述壳体上且分别与所述中央处理器相连，所述第一机械臂用于锁定牛颈枷，所述第二机械臂的指端设有所述RFID阅读器和所述第二摄像头，所述RFID阅读器用于读取奶牛相对应的有源RFID标签。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述自主移动平台包括：设置于行走车体上的激光雷达、GNSS和工控机，所述工控机分别与所述中央处理器、所述激光雷达、所述GNSS和所述行走车体的驱动装置相连。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，还包括电源，所述电源与所述中央处理器相连且设置于所述行走车体上，所述电源的充电接口用于通过所述第一摄像头与养殖场内的充电装置自动充电。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述行走车体的外围环布有可旋转的推料壳体。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述壳体可转动地设置于所述行走车体的顶部。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述信息采集控制系统还包括：分别与所述中央处理器相连的红外测温传感器和环境传感器，所述红外测温传感器设置于所述第二机械臂的指端，所述环境传感器设置于所述壳体上。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述中央处理器连接有数据传输模块和存储器。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，还包括远程操控系统，所述远程操控系统与所述中央处理器无线相连，包括VR头盔、第一操控杆和第二操纵杆，所述VR头盔用于获取所述第一摄像头及第二摄像头的影像信息和所述声音传感器的声音信息，所述第一操控杆用于控制所述自主移动平台的移动，所述第二操控杆用于控制所述第一机械臂和所述第二机械臂。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，所述第一摄像头为全景摄像头。

根据本发明提供的一种奶牛养殖场巡检机器人，还包括警报装置，所述警报装置与所述中央处理器无线相连，包括显示器、警报灯和警报铃。

本发明提供的奶牛养殖场巡检机器人，通过自主移动平台自行避障移动，通过第一摄像头获取奶牛进食与周围环境情况，通过第二摄像头近距离获取奶牛面部表情、异常行为和分娩状态等高清影像视频，通过声音传感器收集奶牛叫声，并通过RFID阅读器读取奶牛相对应的有源RFID标签，实现奶牛的识别，以便管理人员及时地找到对应的奶牛。当日常巡检出现牛体温、环境因子等异常情况，通过警报装置发出信号，管理员可第一时间利用远程操控系统检查牛舍及奶牛的详细情况，再进一步做出决策。当有妊娠牛进入临产期，巡检机器人对分娩区进行24小时实时监测，即将分娩时奶牛叫声异常，即可发出警报，管理员可通过远程操控系统初步了解情况，再做出辅助分娩决策。因此，本发明巡检机器人可替代养殖场管理员对临产奶牛进行前期分娩监测和日常巡检，有效提高管理效率，降低管理员劳动强度，提高养殖场自动化程度，大大提高养殖场的养殖效益。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的奶牛养殖场巡检机器人的结构示意图；

图2是本发明提供的信息采集控制系统的结构框图；

图3是本发明提供的自主移动平台的结构框图；

图4是本发明提供的充电区域的结构框图；

附图标记：

1：自主移动平台；101：行走车体；102：激光雷达；103：GNSS；

104：工控机；105：驱动装置；2：壳体；201：第一壳体；

202：第二壳体；3：中央处理器；4：RFID阅读器；

5：第一摄像头；6：第二摄像头；7：第一机械臂；

8：第二机械臂；9：声音传感器；10：充电接口；

11：充电装置；12：支撑轴；13：推料壳体；

14：红外测温传感器；15：环境传感器；16：数据传输模块；

17：存储器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

根据本发明的实施例，如图1和图2所示，本发明提供的奶牛养殖场巡检机器人，主要包括：自主移动平台1、信息采集控制系统、第一机械臂7和第二机械臂8。应当理解的是，自主移动平台1用于整个机器人的自行避障移动。

信息采集控制系统设置于自主移动平台1上，信息采集控制系统主要包括：壳体2、中央处理器3、声音传感器9、RFID阅读器4、第一摄像头5和第二摄像头6。其中，中央处理器3和声音传感器9设置于壳体2内，中央处理器3用于对整个机器人的数据进行分析处理以实现控制，声音传感器9用于采集奶牛的叫声；并且声音传感器9、RFID阅读器4、第一摄像头5和第二摄像头6分别与中央处理器3相连，将各自采集的信息发送至中央处理器3，第一摄像头5设置于壳体2上。

第一机械臂7和第二机械臂8相对设置于壳体2上且分别与中央处理器3相连，第一机械臂7用于锁定牛颈枷，便于拍摄和测温，第二机械臂8的指端设有RFID阅读器4和第二摄像头6，第二机械臂8用于辅助第一机械臂7完成牛颈枷锁定工作，并使RFID阅读器4、第二摄像头6和下述的红外测温传感器14近距离靠近奶牛，RFID阅读器4用于读取奶牛相对应的有源RFID标签。

本发明实施例通过第一摄像头5获取奶牛进食与周围环境情况，同时，也可以远距离获取奶牛异常行为和分娩状态等影像视频；通过第二摄像头6近距离获取奶牛面部表情、异常行为和分娩状态等高清影像视频。通过声音传感器9收集奶牛叫声，管理员通过影像与奶牛叫声判别奶牛分娩进程，并通过RFID阅读器4读取奶牛相对应的有源RFID标签，实现奶牛的识别，以便管理人员及时地找到对应的奶牛。当日常巡检出现牛体温、环境因子等异常情况，通过下述的警报装置发出信号，管理员可第一时间利用下述的远程操控系统检查牛舍及奶牛的详细情况，再进一步做出决策；当有妊娠牛进入临产期，巡检机器人对分娩区进行24小时实时监测，即将分娩时奶牛叫声异常，即可发出警报，管理员可通过远程操控系统初步了解情况，再做出辅助分娩决策。因此，本发明巡检机器人可替代养殖场管理员对临产奶牛进行前期分娩监测和日常巡检，有效提高管理效率，降低管理员劳动强度。

根据本发明的实施例，信息采集控制系统还包括红外测温传感器14和多个环境传感器15，红外测温传感器14和多个环境传感器15分别与中央处理器3相连，并且红外测温传感器14设置于第二机械臂8的指端，用于近距离地测量奶牛的体温，多个环境传感器15设置于壳体2上，用于实时监测牛舍的湿度、风速、温度和气压等环境参数，为分析异常环境对奶牛行为影响提供数据支撑，给奶牛创造适宜生长的良好环境。并且，中央处理器3连接有数据传输模块16和存储器17，数据传输模块16用于各个部件与中央处理器3之间的数据传输，存储器17用于将每日巡检情况的数据记录保存。

在本发明的一个实施例中，巡检机器人巡检时，当第一摄像头5捕捉到异样粪便、奶牛焦躁或懒惰等异常行为，需要获取奶牛面部图像及体温等详细信息时，第二机械臂8辅助第一机械臂7完成牛颈枷锁定工作，并利用第二机械臂8指端的第二摄像头6和红外测温传感器14获取相应信息，通过面部表情、体温等指标进行奶牛情感识别和健康状况筛查，及时发现问题奶牛，并通过RFID阅读器4读取奶牛相对应的有源RFID标签，实现奶牛的识别，以便管理人员及时地找到对应的问题奶牛，尽早进行疾病预防和治疗工作。应当理解的是，本发明奶牛情感识别主要为通过无精打采的表情和体温，判断是否生病，具体的，将拍摄的牛面部图片和预设正常图片通过表情对比分析。一般情况，如果牛生病，管理员可以通过奶牛低垂着头、眼睛无神、不爱进食、五官出现异常等表现进行识别，以判断出问题奶牛。

在一个具体示例中，本发明奶牛相对应的有源RFID标签主要安装于犊牛和分娩区的卧床栏杆上，有源RFID标签编号与奶牛的卧床编号相对应，有源RFID标签自动发送无线射频信号，RFID阅读器4获取无线射频信号，实现配对读取信息。当巡检机器人进入奶牛卧床区域时，第二机械臂8指端的RFID阅读器4可以识别该卧床编码，即位置信息，RFID阅读器4将相关信息发送到中央处理器3，第一摄像头5与第二摄像头6根据获得的信息跳转到RFID阅读器4读取的卧床区域，实现自动跟踪和监控。

在一个具体示例中，本发明奶牛相对应的有源RFID标签佩戴于奶牛的耳朵上，养殖场每天喂三次料，奶牛每次都会吃。正常情况下，奶牛在探头吃料时，使有源RFID标签处于检测范围内，处于过道中的巡检机器人读取有源RFID标签，反之，如果不进食则无法读取到有源RFID标签。因此，本发明通过下述的显示器定时提示进食次数小于等于1的奶牛编码，提示管理员进行查看，及时处理。可以理解的是，本发明戴RFID耳标的奶牛特指除了犊牛和分娩牛以外的青年牛和泌乳牛。

根据本发明的实施例，如图1和图3所示，自主移动平台1包括：行走车体101以及设置于行走车体101上的激光雷达102、GNSS 103和工控机104。其中，工控机104与行走车体101的驱动装置105相连，用于驱动行走车体101移动；工控机104与中央处理器3相连，便于数据交互，实现统一控制；激光雷达102和GNSS 103分别与工控机104相连，激光雷达102以激光作为信号源，根据激光测距原理计算，精准得到从激光雷达102到目标点的距离；GNSS103用于精准三维空间定位，将激光雷达102和GNSS 103获取的信息传输到工控机104进行处理，主要运用SLAM技术对巡检机器人周边环境进行特征提取、数据关联、状态估计、状态更新以及特征更新等，解决巡检机器人在未知环境中运行时定位导航与地图构建的问题，无需预设巡检路线，自动实现地图构建和导航定位。

并且，行走车体101的外围环布有可旋转的推料壳体13，在巡检机器人移动过程中，推料壳体13同时进行旋转推料，以便奶牛可以更好地进食。需要说明的是，本发明推料壳体13的旋转驱动机构为本领域常规技术，例如可参见申请号为CN201820425816.2的专利文献。

根据本发明的实施例，本发明巡检机器人还包括电源，电源与中央处理器3相连且设置于行走车体101上，电源的充电接口10用于通过第一摄像头5与养殖场内的充电装置11自动充电。如图4所示，养殖场内的充电区域标有“T”字标识，充电装置11设置于充电区域，巡检机器人通过第一摄像头5对“T”字标识进行识别自动校准定位，实现自动充电。

根据本发明的实施例，如图1所示，壳体2可转动地设置于行走车体101的顶部，便于带动壳体2上的两个机械臂转动。具体的，在行走车体101上设有与工控机104相连的驱动电机，驱动电机通过联轴器与竖直设置的支撑轴12相连，支撑轴12固定在壳体2的底部，通过驱动电机驱动支撑轴12旋转进而带动壳体2旋转。

在本发明的一个实施例中，壳体2包括上下分布的第一壳体201和第二壳体202，第一壳体201内设有中央处理器3、数据传输模块16和存储器17，第一摄像头5设置于第一壳体201的顶部，声音传感器9设置于第一壳体201内，第一机械臂7和第二机械臂8设置于第二壳体202上且分别位于第一壳体201的左右两侧，多个环境传感器15设置于第二壳体202上。

根据本发明的实施例，本发明巡检机器人还包括远程操控系统，远程操控系统与中央处理器3无线相连，远程操控系统包括VR头盔、第一操控杆和第二操纵杆，VR头盔用于获取第一摄像头5及第二摄像头6的影像信息和声音传感器9的声音信息，便于管理员可以直接获取到360度的全景画面，即远程获取巡检机器人的实时视角画面，并且实时获取奶牛叫声等声音信息，让管理员获得更为真实的临场感，从而更精准的对巡检机器人进行操控。第一操控杆用于控制自主移动平台1的移动，第二操控杆用于控制第一机械臂7和第二机械臂8。因此，本发明远程操控系统可以对巡检机器人进行远程控制，使管理员接到警报信息后第一时间了解养殖场信息，以针对性的进行远程管理，有效减少管理员的工作负担。

并且，第一摄像头5为全景摄像头，以获取巡检机器人周围的全景图像，便于对巡逻路段无死角监控。

在一个实施例中，声音传感器9采用麦克风，当分娩奶牛临近分娩日期，巡检机器人24小时对其进行监测，通过第一摄像头5和第二摄像头6获取分娩奶牛状况视频，利用麦克风获取分娩奶牛叫声，当奶牛开始生产，通过下述的警报装置发送警报信息。

根据本发明的实施例，本发明巡检机器人还包括警报装置，警报装置与中央处理器3无线相连，安装于管理室，警报装置包括显示器、警报灯和警报铃。显示器用于对巡检过程中的异常情况及时反馈视频信息和有源RFID标签编码位置信息，当有异常情况时，警报灯亮同时警报铃响起，提示管理员查看，管理员可根据显示器提供的奶牛卧床编号及相应图像信息作出判断，并及时响应。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，包括：

自主移动平台；

信息采集控制系统，设置于所述自主移动平台上，包括：壳体、中央处理器、声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头，所述中央处理器和声音传感器设置于所述壳体内，所述声音传感器、RFID阅读器、第一摄像头和第二摄像头分别与所述中央处理器相连，所述第一摄像头设置于所述壳体上；

第一机械臂和第二机械臂，相对设置于所述壳体上且分别与所述中央处理器相连，所述第一机械臂用于锁定牛颈枷，所述第二机械臂的指端设有所述RFID阅读器和所述第二摄像头，所述RFID阅读器用于读取奶牛相对应的有源RFID标签。

2.根据权利要求1所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述自主移动平台包括：设置于行走车体上的激光雷达、GNSS和工控机，所述工控机分别与所述中央处理器、所述激光雷达、所述GNSS和所述行走车体的驱动装置相连。

3.根据权利要求2所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，还包括电源，所述电源与所述中央处理器相连且设置于所述行走车体上，所述电源的充电接口用于通过所述第一摄像头与养殖场内的充电装置自动充电。

4.根据权利要求2所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述行走车体的外围环布有可旋转的推料壳体。

5.根据权利要求2所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述壳体可转动地设置于所述行走车体的顶部。

6.根据权利要求1所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述信息采集控制系统还包括：分别与所述中央处理器相连的红外测温传感器和环境传感器，所述红外测温传感器设置于所述第二机械臂的指端，所述环境传感器设置于所述壳体上。

7.根据权利要求1所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述中央处理器连接有数据传输模块和存储器。

8.根据权利要求1所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，还包括远程操控系统，所述远程操控系统与所述中央处理器无线相连，包括VR头盔、第一操控杆和第二操纵杆，所述VR头盔用于获取所述第一摄像头及第二摄像头的影像信息和所述声音传感器的声音信息，所述第一操控杆用于控制所述自主移动平台的移动，所述第二操控杆用于控制所述第一机械臂和所述第二机械臂。

9.根据权利要求1所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，所述第一摄像头为全景摄像头。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的奶牛养殖场巡检机器人，其特征在于，还包括警报装置，所述警报装置与所述中央处理器无线相连，包括显示器、警报灯和警报铃。

Images