CN117715516A - 用于控制向动物容纳容器供给物质的自动化装置、相关系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，架子包括多个所述动物容纳容器(2)，其中所述容器以网格的形式布置在所述架子上，其中所述装置包括机器人(3)，机器人设有运动平台、提升机构、喂料平台、喂料回路和中央处理单元，机器人在设有反光带(10)的水平线性轨道(9)上行进。由于该自动化装置在各行架子(1)之间行进，解决了现有技术的问题，无需为每个架子(1)安装个性化系统，在给容器(2)中的动物喂料时在笛卡尔坐标方面具有高精度，包括有激光扫描传感器(30)和用于跟随反光带的光学传感器(32)。

Description

用于控制向动物容纳容器供给物质的自动化装置、相关系统 和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置、系统和方法，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，该架子包括多个动物容纳容器(2)，其中所述容器以网格的形式布置在所述架子上。

背景技术

许多实验室和研究中心使用动物饲养和繁殖设施，旨在生成用于实验程序的标本。在最常用的动物饲养和繁殖设施中，我们可以参考与那些鱼类养殖相关的设施，那些鱼类养殖相关的设施可能具有多个用于动物容纳容器的架子，通常每个架子中每排包含10至20个动物容纳容器，即水箱或水族箱。多个架子也经常用于以行设置的动物容纳容器，其中容纳容器的总数可以超过2500个水箱。

因此，动物可以人工喂养，由于负责喂养收容在容纳容器中的动物的专业人员必须每天多次进行与喂养相关的各种任务，包括管理不同类型的营养素或饲料，并且所述任务还必须在周末和假期进行，这可能对人力资源的需求很高。

现有技术也提出了用于在所述饲养设施中喂养动物的自动化系统，尽管这些系统仅专用于几个动物容纳容器的架子。因此，当动物饲养设施包括多行架子时，需要为每一行安装自动化系统，这无疑会导致所需的各种自动化系统的运营成本和维护成本显著增加。在动物饲养设施的运营低于其额定容量的情况下，成本的增加可能会加剧，这可能导致架子的指定的行的某些自动化系统不被使用，即被闲置。

Marco Brocca和Giovanni Frangelli的在2013年8月6日公开的北美专利US8499719B2涉及一种用于饲养和繁殖鱼类(即用于实验室测试并且在具有多个水箱的架子中饲养的斑马鱼)的机器人系统，具有能够沿着笛卡尔轴系统移动的饲料剂量系统。

张琼于2016年6月22日公开的中国专利申请CN105684979A涉及一种用于实验应用的斑马鱼饲养/繁殖的自动系统，该自动系统包括饲料分配器，饲料分配器配置为将饲料分配到装有鱼的水箱中，其中，饲料分配器具有沿竖直轨道的竖直运动。此外，还有一种可以沿着水平轨道进行水平移动的装置。

Lau Lionel等的在2009年6月11日公开的国际专利申请WO2009072982A1还提到一种用于喂鱼(即用于实验目的斑马鱼)的自动化系统，鱼存在于多个水箱中，水箱按行和列布置。WO2009072982A1中公开的饲料定量给料系统包括多个注射器，其中每个注射器向养殖箱提供饲料糊。饲料定量给料系统包括竖直轨道、水平轨道和用于将注射器运送至每个水箱的接合装置。此外，可编程逻辑控制器控制注射器沿水平轴和垂直轴的运动。

在这个意义上，现有技术的所述文献表明，饲料定量给料系统应当连接并且专用于包含动物容纳容器(2)的每行架子(1)。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个所述动物容纳容器(2)，其中，所述容器以网格的形式布置在所述架子上，包括：

机器人(3)，所述机器人(3)包括运动平台(4)、提升机构(5)、喂料平台(6)、喂料回路(7)和中央处理单元(8)；

其中，所述机器人(3)配置为在至少一个水平线性轨道(9)上行进，所述水平线性轨道(9)设置为平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的架子(1)，其中，靠近所述水平线性轨道(9)的终点位置设置有反光带(10)；

其中，所述运动平台(4)包括至少一个驱动轮(11)、第一机动化单元(12)和传感导航单元(13)，所述传感导航单元(13)配置为在工作空间中定位和导航所述平台并且检测所述反光带(10)，所述第一机动化单元(12)配置为沿着所述水平线性轨道(9)移动所述运动平台(4)；

其中，所述提升机构(5)包括提升杆(14)和第二机动化单元(16)，所述提升杆(14)垂直于所述水平线性轨道(9)，所述第二机动化单元(16)配置为沿着所述提升杆(14)移动所述喂料平台(6)，所述提升机构(5)连接于所述运动平台(4)；

其中，所述喂料平台(6)包括齿条(17)、传感喂料单元(18)、第二处理单元(19)和第三机动化单元(20)，所述齿条(17)连接于喂料头(43)，所述传感喂料单元(18)配置为向所述中央处理单元(8)发送关于所述喂料头(43)相对于所述动物容纳容器(2)的供给区的位置的数据，所述第三机动单元(20)配置为沿着垂直于所述提升杆(14)的水平轴线移动所述齿条(17)，以使所述喂料头(43)到达所述动物容纳容器(2)中的物质供给区；

其中，所述喂料回路(7)包括选自干式喂料回路(21)和液体喂料回路(22)中的一个或多个喂料回路；

其中，所述中央处理单元(8)接收与所述运动平台(4)的位置、方向和速度相关的数据，所述数据由所述传感导航单元(13)收集并且由所述中央处理单元(8)处理；

其中，所述中央处理单元(8)接收关于每个所述动物容纳容器(2)的喂料参数的数据，所述数据由所述传感喂料单元(18)收集并且由所述第二处理单元(19)处理；

其中，所述中央处理单元(8)控制所述运动平台(4)沿着至少一个所述水平线性轨道(9)的运动、所述运动平台(4)沿着至少一条与所述水平线性轨道(9)相邻的通道的运动、所述喂料平台(6)沿着所述提升杆(14)的运动和通过所述喂料头(43)对所述动物容纳容器(2)的喂料。

在第二方面，本发明涉及一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化系统，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个动物容纳容器(2)，其中，所述容器以网格的形式布置在所述架子上，包括：

根据本发明的第一方面的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置；和

至少一个所述水平线性轨道(9)，所述水平线性轨道(9)设置在地面上并且平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)，其中，靠近所述水平线性轨道(9)的终点位置设有反光带(10)。

在第三方面，本发明涉及一种控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的方法，其中包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个所述动物容纳容器(2)，其中所述容器以网格的形式布置在所述架子上，包括以下步骤：

i.根据本发明的第一方面的自动化装置沿着至少一个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)行进；

ii.所述自动化装置检测水平线性轨道(9)，所述水平线性轨道(9)设置在地面上并且平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)；

iii.所述自动化装置通过包括在所述自动化装置中的所述运动平台(4)沿着所述水平线性轨道(9)移动，以将所述自动化装置自身定位在垂直于地面的轴线的前面，所述垂直于地面的轴线经过某个所述动物容纳容器(2)；

iv.所述自动化装置的提升机构(5)沿着所述垂直于地面的轴线调整喂料平台(6)的位置，所述垂直于地面的轴线经过某个所述动物容纳容器(2)，以将所述喂料平台(6)定位在某个所述动物容纳容器(2)的高度；

v.所述喂料平台(6)沿着平行于地面的平面调整所述齿条(17)的位置，以使所述喂料头(43)到达某个所述动物容纳容器(2)内的物质供给区；

vi.所述自动化装置重复前面的步骤，直到将饲料供应到设置在所述架子(1)上的一组预定的所述动物容纳容器(2)。

由于本发明的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化系统能够喂养存在于容纳容器中的动物，该容纳容器布置在用于动物容纳容器的架子的各行中，解决了现有技术的问题。该解决方案包括自动化系统的特征，自动化系统的特征包括机器人(3)，机器人(3)能够在架子(1)的各行之间移动并且就三个笛卡尔空间坐标而言具有高精度，以喂养容纳在各个动物容纳容器(2)中的动物。

为了在新的动物饲养设施或现有设施中安装机器人(3)，需要安装水平线性轨道(9)，线性轨道(9)位于每个架子(1)之前，优选地平行于架子(1)。

本发明的装置和系统与US8499719B2、CN105684979A、CN205409160U、WO2009072982A1和CN206150194U中公开的系统的实质区别在于线性轨道(9)系统和带有定位识别传感器的运动平台(4)的使用，其能够通过识别线性轨道和通过传感器(例如线检测传感器和激光传感器)沿着包含容器(2)(即装有鱼的水箱)的架子(1)的各个行之间进行导航。本发明的系统与设有动物容纳容器(2)的架子(1)以独特的方式断开。事实上，根据本发明的独特系统能够使架子(1)的各个行被覆盖，而现有技术的文献需要为架子(1)的每一行安装自动喂料系统。

机器人(3)是有自主权的并且包括多组传感器、致动器和处理单元，机器人(3)能够为多个动物容纳容器提供精确的、自动的喂料，动物容纳容器布置在用于动物容纳容器(1)的架子的各行中。机器人(3)可以包括至少一个电池，电池赋予机器人(3)更高的操作自主性，机器人(3)还可以与外部基础设施通信，以发送和接收与在动物饲养设施中饲养的动物的喂料活动相关的数据。

附图说明

为了促进对根据本发明的实施例的原理的理解，将参考附图中所示的实施例以及用于描述它们的文字。应当理解，在任何情况下无意将本发明的范围限制于附图的内容。本文所示的发明特征的任何后续变更或修改以及所示的本发明的原理和实施例的任何额外的应用对于拥有本说明书的本领域技术人员来说是通常发生的，被认为处于本文要求保护的发明范围内。

图1是根据本发明的自动化系统的实施例的透视图；

图2示出了根据本发明的机器人的处理系统；

图3示出了根据本发明的机器人的一组传感器；

图4示出了根据本发明的机器人的透视图；

图5示出了根据本发明的自动化设备的主要部件的侧视图；

图6示出了运动平台的透视图；

图7示出了运动平台的剖视俯视图；

图8示出了运动平台的另一个透视图；

图9示出了运动平台的仰视图；

图10示出了机器人与水平线性轨道对齐的透视图；

图11示出了具有水平线性轨道的机器人运动的俯视图；

图12示出了由提升机构移动的喂料平台的前视图；

图13示出了喂料平台的透视图；

图14示出了喂料头的侧视图，喂料头移动以与动物容纳容器中的食物进入孔口对齐并且移动至静止位置；

图15示出了干式喂料回路的侧视图；

图16示出了干式喂料回路的示意图；

图17示出了液体喂料回路的示意图。

附图标号列表：

1、用于以行设置的动物容纳容器的架子

2、动物容纳容器

3、机器人

4、运动平台

5、提升机构

6、喂料平台

7、喂料回路

8、中央处理单元

9、水平线性轨道

10、反光带

11、驱动轮

12、第一机动化单元

13、传感导航单元

14、提升杆

15、提升机构的电机

16、第二机动化单元

17、齿条

18、传感喂料单元

19、第二处理单元

20、第三机动化单元

21、干式喂料回路

22、液体喂料回路

23、脚轮

24、运动平台的电机

25、运动平台的变速箱

26、运动平台的滑轮

27、运动平台的传动带

28、电机命令单元

29、用于线性轨道的滚轮滑块

30、激光扫描传感器

31、增量旋转编码器传感器

32、用于跟随反光带的光学传感器

33、惯性测量单元(加速度计和陀螺仪的组合)

34、能源管理控制器

35、喂料回路的控制器

36、水平线性轨道的标记

37、线性轴承

38、提升机构的滑轮

39、提升机构的传动带

40、提升机构的稳定杆

41、提升机构的校准传感器

42、喂料平台的电机

43、喂料头

44、数字图像捕捉传感器

45、距离测量传感器

46、条码读取传感器

47、干饲料物质储存器

48、干式喂料回路的电机

49、干物质触发室

50、压缩空气回路

51、压缩空气罐

52、压缩空气压缩机

53、压力传感器

54、气动阀

55、液体饲料物质储存器

56、液体饲料物质储存器的均化系统

57、气泵

58、第二液体循环泵

59、第一液体循环泵

60、第一液压阀

61、清洁液储存器

62、第二液压阀

63、止回阀

64、定量供给干食物的步进电机

65、空气扩散器

66、饲料进入孔口

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化系统包括机器人(3)，机器人(3)具有在用于动物容纳容器的架子(1)的各行之间行进的能力，并且每个架子(1)具有多个动物容纳容器(2)，动物容纳容器(2)例如以行和列的网格布置方式排列。机器人(3)沿着水平线性轨道(9)沿着架子(1)的不同行移动，水平线性轨道(9)布置在每个架子(1)之前。为了准确识别水平线性轨道(9)，当机器人在架子(1)的不同行之间行进时，在机器人上安装各种导航传感器，例如用于激光扫描传感器(30)和跟随反光带的光学传感器(32)，并且反光带(10)沿着水平线性轨道(9)设置，以使机器人设备的传感导航单元(13)能够容易地识别所述水平线性轨道(9)。

优选地，机器人(3)将在平坦的地面或地板上操作，其中通过驱动轮(11)实现移动。因此，机器人(3)的运动可以是非完整的，例如通过两个、四个或六个驱动轮(11)。或者，机器人(3)的运动可以是完整的，例如仅在地面使用一组全向轮(11)。

在本发明的优选实施例中，如图2所示，机器人(3)的处理系统包括中央处理单元(8)，中央处理单元(8)可以与各种控制器和处理器通信。说明性地，中央处理单元(8)可以与电机命令单元(28)通信，以将中央处理单元(8)的指令发出以激活或停用设置在运动平台(4)上的第一机动化单元(12)。中央处理单元(8)还可以与能量管理控制器(34)通信，以管理机器人(3)的电池组中可用的能量。另外，中央处理单元(8)还可以与喂料回路(35)的控制器和喂料头的控制器通信，喂料回路(35)的控制器和喂料头的控制器分别受控的元件将在后面进一步详细描述。

机器人(3)具有一组传感器，这些传感器能够精确地实现与排列在各个架子(1)上并且以行设置的多个容器的自动喂料的相关功能。如图3所示，运动平台(4)具有传感导航单元(13)，传感导航单元(13)包括一组传感器，例如激光扫描传感器(30)、增量旋转编码器传感器(31)、用于跟随反光带的光学传感器(32)以及惯性测量单元(33)，这使得水平线性轨道(9)的起点的精确识别和沿线的精确导航能够实现。另外，喂料平台(6)具有数字图像捕捉传感器(44)，即数码相机，数字图像捕捉传感器(44)可以收集与每个容纳容器(2)中的动物数量和动物类型相关的信息。喂料平台(6)还具有距离测量传感器(45)，距离测量传感器(45)使得喂料头(43)能够精确地接近动物容纳容器(2)中的物质进料区。喂料平台(6)还具有条码读取传感器(46)，条码读取传感器(46)可以识别固定在容纳容器(2)上的条形码标签上的具体喂料参数。

在根据本发明的另一实施例中，水平线性轨道(9)可以是用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)的结构的一部分，连接至所述架子(1)的靠近地面并且与所述架子(1)平行的底座。

如图4所示，机器人(3)的运动平台(4)具有第一机动化单元，第一机动化单元包括电动机(24)。在该实施例中，作为喂料回路一部分的一些元件连接到运动平台(4)，即压缩空气压缩机(52)和第一液体循环泵(59)，压缩空气压缩机(52)在将干食物转移到带有动物的容器(2)的过程中使用，第一液体循环泵(59)在将液体食物转移到动物的容器(2)的过程中使用。图4还展示了用于定量供给干食物的步进电机(64)、提升机构(15)的电机和喂料平台(42)的电机，后三个电机用于对机器人的各个元件进行微调运动。在本发明优选的实施例中，提升机构(15)的电机为步进电机。

如图5所示，用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置包括机器人(3)，其包括运动平台(4)、提升机构(5)、喂料平台(6)以及喂料回路(7)。运动平台(4)提供机器人的控制以及完整运动和非完整运动，并且包括电池、电机、电机命令单元和多个传感器。优选地，中央处理单元(8)可以包括在运动平台(4)中。在优选实施例中，喂料回路连接到运动平台(4)，并且该运动平台还支撑提升机构(5)。提升机构(5)使得喂料头能够提升到一定高度以到达架子(1)中的特定的动物容纳容器(2)。喂料平台(6)包括检测动物容纳容器(2)中的物质进料区(即所述容器(2)中的孔口)所必需的传感器和致动器，此外还可以将喂料头(43)的位置调节至所需位置。喂料回路配置为向指定的容器(2)供给干食物和/或液体食物。

随后的小节将阐述用于在本发明的动物饲养设施中控制向动物容纳容器供给物质的自动化装置的每个部件的进一步细节。

运动平台

根据本发明的自动化设备的运动基于具有驱动轮(11)的机器人(3)，特别地配置为在平坦表面上移动。

在本发明的优选实施例中，运动平台(4)包括至少两个驱动轮(11)和至少四个脚轮(23)，两个脚轮(23)设置在相对于所述驱动轮(11)的前部位置，两个脚轮(23)设置在相对于所述驱动轮(11)的后部位置。

如图6所示，在本发明的一实施例中，移动平台(4)具有两个驱动轮(11)和四个脚轮(23)，驱动轮(11)设置在移动平台(4)的底盘的底座中央位置，使得所述运动平台(4)的运动是非完整的，并且采用差动命令的配置。本实施例中，两个脚轮(23)设置在移动平台(4)的前方位置，两个脚轮(23)设置在移动平台(4)的后方位置。每个脚轮(23)优选地安装有弹簧，其中这一设置有助于机器人(3)在其运动过程中或适应不规则地板的过程中的稳定性，防止驱动轮(11)失去接触。

在本发明的一实施例中，第一机动化单元(12)包括至少一个电机(24)和变速箱(25)，其中动力通过至少一个滑轮(26)和传动带(27)传递至驱动轮(11)。

优选地，传感导航单元(13)包括一个或多个传感器，一个或多个传感器从激光扫描传感器(30)、增量式旋转编码器传感器(31)和用于跟随反光带的光学传感器(32)和惯性测量单元(33)组成的组中选择，传感导航单元(13)配置为采集与运动平台(4)的位置、方向和速度相关的数据。

在本发明的其他实施例中，水平线性轨道(9)包括沿着所述线性轨道的长度设置的多个标记(36)，标记(36)从由光学传感器或磁传感器可检测的标记组成的组中选择。

在运动平台(4)的一实施例中，如图7和图8所示，第一机动化单元(12)包括两个电机(24)，电机(24)连接至齿轮箱(25)，电机(24)通过齿轮和增量旋转编码器传感器(31)运行。驱动力向驱动轮(11)的传递通过至少一对滑轮(26)和传动带(27)进行。中央处理单元(8)向电机命令单元(28)发送速度命令和位置命令以驱动电机(24)。

运动平台(2)为电池充电，电池为机器人(3)的电机和电气电子元件提供能量。优选地，运动平台(2)还包括中央处理单元(8)，中央处理单元(8)接收由各种辅助处理单元、电机命令单元(28)和传感器收集的数据，以计算运动路线，为每个驱动轮(11)生成轨迹和速度，将喂料平台(6)调整至动物容纳容器(2)的水平，然后使用干饲料或液体饲料进行喂料。

在本发明的优选实施例中，机器人(3)的一个或多个电池的充电站安装在动物饲养设施的附近。

在根据本发明的优选实施例中，移动平台(4)在其底座处包括至少一个用于线性轨道(29)的滚轮滑块，滚轮滑块配置为与水平线性轨道(9)对齐。

如图9所示，优选地，移动平台在其底座具有用于线性轨道(29)的两个滚轮滑块，两个滚轮滑块中的一个设置在驱动轮(11)的上游位置，而另一个设置在所述驱动轮(11)的下游。用于线性轨道(29)的滚轮滑块有助于将运动平台(4)调整至水平线性轨道(9)，水平线性轨道(9)安装在地面上并且平行于特定的用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)。

机器人(3)使用传感导航单元(13)，即激光和里程计传感器，在两排架子之间的水平线性轨道(9)之外导航或者往返于电池充电器。如图10所示，机器人(3)通过用于跟随反光带的光学传感器(32)接近水平线性轨道(9)以识别反光带(10)，并且因此将其自身与特定的用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)对齐。对齐是自动执行的，牢记架子(1)与水平线性轨道(9)之间的平行度。

图11示出了机器人(3)沿水平线性轨道(9)的运动，进入所述轨道后，机器人(3)不能再进行旋转运动，而只能沿所述轨道(即沿着笛卡尔x轴)运动，其中该运动为向前和向后。在该实施例中，水平线性轨道(9)包括多个标记(36)，标记(36)充当校准标记，因为标记(36)可被用于跟随反光带的光学传感器(32)检测到，以对需要进行的运动平台(4)的位置进行任意的校正。

提升机构

运动平台(4)用于使架子喂料平台(6)在平行于地面的水平面上运动，提升机构(5)提供喂料平台(6)沿着垂直于地面的笛卡尔垂直z轴的运动。

在本发明的实施例之一中，提升机构(5)包括提升机构(15)的至少一个电机，其中驱动力通过至少一个滑轮(38)和传动带(39)传递至喂料平台(6)，其中，提升杆(14)为主轴结构，配置为将角旋转转换为线性运动。

提升机构(5)包括提升杆(14)和第二机动化单元(16)，提升杆(14)垂直于水平线性轨道(9)，第二机动化单元(16)配置为沿着提升杆(14)移动喂料平台(6)，提升机构(5)连接至运动平台(4)。在优选实施例中，第二机动化单元(16)包括提升机构(15)的电机、一对滑轮(38)和传动带(39)，其中该对滑轮(38)使提升机构(15)的电机能够连接至提升杆(14)。

图12示出了提升机构(5)的一实施例，其中提升机构(5)安装在移动平台(4)的顶部。提升机构(5)包括提升杆(14)，即主轴轴线，当提升机构(15)的电机致动时，提升杆将角运动转换成线性运动。为了发生这种运动转换，提升机构(15)的电机通过一对滑轮(38)和传动带(39)连接至提升杆(14)。在该实施例中，提升机构(15)的电机轴的逆时针运动使喂料平台(6)沿着提升杆(14)上升，提升机构(15)的电机轴的顺时针转动使喂料平台(6)沿着提升杆(14)下降。在该实施例中，还使用了提升机构(40)的三个稳定杆，这些稳定杆也被安装来对齐和稳定喂料平台(6)的运动。

提升机构(15)的电机可由电机控制板供电，电机控制板控制电机的速度和位置。中央处理单元(8)可以配置为与电机控制板通信，以发送所请求的控制指令并且接收关于电机的当前相位和位置的信息和数据。优选地，提升机构(5)中可以使用提升机构(41)的校准传感器，以对喂料平台(6)的真实位置进行校准。

喂料平台

喂料平台(6)包括将喂料头(43)调节至动物容纳容器(2)中的物质供给区(例如设置在养有鱼的水箱或水族箱中的孔口)所需的传感器。

在本发明的优选实施例中，喂料平台(6)的第三机动化单元(20)包括齿条(17)和至少一个用于沿着水平轴线移动齿条(17)的电机(42)，水平轴线垂直于提升杆(14)，用于使喂料头(43)到达动物容纳容器(2)中的物质供给区。

优选地，传感喂料单元(18)包括数字图像捕获传感器(44)，数字图像捕获传感器(44)配置为检测用于动物容纳容器(2)的架子(1)中的图案。另外，传感喂料单元(18)包括距离测量传感器(45)，距离测量传感器(45)配置为测量喂料头(43)与动物容纳容器(2)中的物质供给区之间的距离。另外，传感喂料单元(18)包括条码读取传感器(46)，条码读取传感器(46)配置为读取与特定的动物容纳容器(2)相关的喂料参数。

喂食平台(6)包括传感喂料单元(18)、第二处理单元(19)和第三机动化单元(20)，第三机动化单元包括齿条(17)、电机(42)和电机控制板。如图13所示，传感喂料单元(18)包括数字图像捕获传感器(44)(即数码相机)、距离测量传感器(45)和条码读取传感器(46)，其中包含特定容器(2)的信息和特定喂养参数(2)。本领域技术人员将完全理解，在本发明的范围内可以使用任何条形码标签，即一维条形码或二维条形码，例如QR码。

第二处理单元(19)可以与中央处理单元(8)进行持续通信，以收集数据并且将数据从传感喂料单元(18)传输到中央处理单元(8)，以及为了从所述单元(8)接收被转发到喂料头(43)的命令。

在本发明的优选实施例中，数字图像捕获传感器(44)，即数码相机，可用于检测动物容纳容器(2)和架子(1)中的图案。数据距离捕获传感器能够评估喂料头(43)相对于动物容纳容器(2)的距离。除了为特定容器(2)定义的饲料类型和数量之外，条码读取传感器(46)还可以捕获与特定容器(2)的鱼的数量相关的信息。

如图14所示，中央处理单元(8)利用喂料平台(6)的第二处理单元(19)发送的数据来计算容器(2)(例如水箱)的真实位置，沿着水平线性轨道(9)调整运动平台(4)在笛卡尔x轴上的位置，还调整进料平台(6)在笛卡尔z轴上的位置。喂料平台(6)的第二处理单元(19)向喂料平台(42)的电机传输指令，以沿着机器人(3)的笛卡尔y轴向前向后移动齿条(17)，从而实现设置在容器(2)中的食物进入孔口(66)。

喂料回路

在根据本发明的优选实施例中，机器人(3)配置为给布置在架子(1)上的动物容纳容器(2)(即装有鱼的水箱或水族箱)喂料，其中容器(2)例如以行和列的网格布置方式堆叠在所述架子(1)上。用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置的喂料回路配置为供应液体形式和/或固体形式的饲料和营养物。

干式喂料回路(21)配置为特别地针对颗粒状物质进行操作，例如针对颗粒状形式的鱼饲料进行操作。正如本领域技术人员将完全理解的，待喂料的物质的类型及其物理形式，例如颗粒的尺寸，将取决于容器(2)中存在的类型、尺寸和标本。

液体喂料回路(22)被配置成特别地针对在给定液体介质中溶解或悬浮的物质进行操作，例如活生物体的悬浮液，即孵化的卤虫和水蚤。

干式喂料回路(21)可以具有用于容纳干饲料的各种容量，并且在架子(1)的所有容器(2)喂食相同类型饲料的情况下，干式喂料回路(21)可以包括一个或多个含有相同类型饲料的干饲料物质储存器(47)。或者，干式喂料回路(21)可包括具有不同类型饲料的干饲料物质储存器(47)。在本发明的优选实施例中，干饲料物质储存器(47)安装在运动平台(4)上。干饲料物质储存器(47)可以通过设置在每个储存器(47)顶部的开口手动补给。

根据本发明的优选实施例中，喂料回路(7)的干式喂料回路(21)包括干饲料物质储存器(47)、电机(48)和压缩空气回路(50)，电机(48)配置为将部分干饲料物质移动到干物质触发室(49)，压缩空气回路(50)配置为将所述部分干饲料物质从干物质触发室(49)引导至喂料头(43)。

图15展示了带有干饲料物质储存器(47)的干式喂料回路(21)的实施例，每个储存器(47)的底部安装有电机(48)，电机(48)配置为将预定量的饲料输送至干物质触发室(49)。饲料量是预先定义值的倍数，并且可以根据容器(2)中存在的样本(例如鱼)的总数量、年龄和数量而变化。这组喂料参数可以通过条形码标签来提供和考虑，条形码标签由条码读取传感器(46)读取。被引导至干物质触发室(49)的饲料被推进至喂料头(43)的管，通过压缩空气回路(50)经过设置在容器(2)中的饲料进入孔口(66)被投射。

在本发明的优选实施例中，压缩空气回路(50)包括压缩空气罐(51)、压力传感器(53)和气动阀(54)，压力传感器(53)设置在所述罐(51)的上游，气动阀(54)配置为将压缩空气释放至干物质触发室(49)。甚至更优选地，压缩空气罐(51)通过压缩空气压缩机(52)加压。压力传感器(53)用于测量和调节压缩空气回路(50)的压力。当压缩空气压缩机(52)关闭时，止回阀(63)可用于防止压缩空气从压缩空气罐(51)返回至压缩空气压缩机(52)。因此，压缩空气罐(51)储存压缩空气，当气动阀被(54)启动(即被打开)时，压缩空气使得容纳在干物质触发室(49)中的饲料能够被推进到喂料头(43)。

干式喂料回路(21)由喂料回路(7)的控制器控制，除了启动或停用气动阀(54)之外，喂料回路(7)的控制器管理压缩空气回路(50)中的压力和控制从每个储存器(47)移除的饲料量，以将所需量的饲料引导至喂料头(43)。

在根据本发明的优选实施例中，如图17所示，喂料回路(7)的液体喂料回路(22)包括液体饲料物质储存器(55)、在液体饲料物质储存器(55)下游的第一液体循环泵(59)、在第一液体循环泵(59)下游和喂料头(43)上游的第一液压阀(60)和平行于第一液压阀(60)并且在液体饲料物质储存器(55)上游的第二液压阀(62)，在向动物容纳容器(2)供给液体的过程中，第一液压阀(60)处于打开位置，第二液压阀(62)处于关闭位置，其中，由第一液体循环泵(59)泵送的饲料液从液体饲料物质储存器(55)流向喂料头(43)。

甚至更优选地，喂料回路(7)的液体喂料回路(22)包括清洁液储存器(61)和第二液体容积泵(58)，第二液体容积泵(58)位于清洁液储存器(61)的下游和第一液压阀(60)的上游；在液体喂料回路的清洁过程中，液压阀(60，62)交替打开和关闭，以使第二液体循环泵(58)泵送的清洁液对液体喂料回路(22)的整个管道进行清洁。

甚至更优选地，如图17所示，喂料回路(7)的液体喂料回路(22)包括液体饲料物质储存器的均化系统(56)，例如空气泵(57)和空气扩散器(65)。均质化与液体饲喂为饲料悬浮液而不是均质饲料溶液的情况有关，与使用活生物体作为饲料源的分散体的情况一样。在这些实施例中，特别优选地使用气泵(57)，因为气泵(57)有助于维持所述生物体的生命状况。

如本领域技术人员将理解的，根据本发明的装置和系统可用于向容纳在容器(2)中的各种类型的动物提供自动喂料，即在科学研究中用作模式生物的鱼类，例如斑马鱼(Danio rerio)。然而，根据非限制性实例，本发明可用于培育用于实验目的其他标本，根据非限制性实例：透明鱼(Danionella translucida)、巨型丹尼奥(Devarioaequipinnatus)、非洲齿鲤(Nothobranchius Furzeri)、青鳉(Oryzias latipes)以及甚至非洲爪蛙(Xenopus spp)。进一步地，本发明还可以以相同的功能用于其他标本的育种，包括那些预定用于饲料目的育种、标本选择和一般水族爱好者的标本。

如在本专利申请的过程中所使用的，术语“或”以包含意义而不是排他意义使用，除非在特定情况下明确定义了排他意义。在本文中，诸如“X使用A或B”之类的短语应当被解释为包括所有相关的包含性组合，例如“X使用A”、“X使用B”以及“X使用A和B”。

如在本专利申请的过程中所使用的，不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”通常应解释为“一个或多个”，除非在特定情况下明确定义了实施例单数的含义。

如本说明书中所呈现的，与示例相关的术语应当被解释为出于说明某事物的示例的目的，而不是作为偏好的指示。

如本说明书中所使用的，表述“大约(about)”和“大约(approximately)”指的是指定数字的10％左右的数值范围。

如本说明书中所使用的，表述“基本上”是指实际值在相关期望值、变量值或极限值的约10％的范围内，特别地，在相关期望值、变量值或极限值的约5％内，或者特别地在相关期望值、变量值或极限值的约1％内。

上述主题目标被提供作为本发明的说明，并且不应以限制本发明的方式解释。根据本发明，出于描述具体实施例的目的而使用的术语不应被解释为限制本发明。如在说明书中所使用的，单数形式的定冠词和不定冠词应当被解释为也包括它们的复数形式，除非本说明书的上下文明确地另有说明。应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和“包含”具体说明特征、元件、组件、阶段和相关操作的存在，但不排除其他特征、元件、组件、阶段和操作也包含在其中的可能性。

所有的变型只要没有改变所附权利要求的基本特征就应当被认为在本发明的保护范围之内。

引用列表如下：

专利文献

US8499719B2，Marco Brocca和Giovanni Frangelli著，2013年8月6日公开；

CN105684979A，张琼著，2016年6月22日公开；

WO2009072982A1，Lau Lionel等人著，2009年6月11日公开。

Claims (21)

1.一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个所述动物容纳容器(2)，其中，所述容器以网格的形式布置在所述架子上，其特征在于，包括：

机器人(3)，所述机器人(3)包括运动平台(4)、提升机构(5)、喂料平台(6)、喂料回路(7)和中央处理单元(8)；

其中，所述机器人(3)配置为在至少一个水平线性轨道(9)上行进，所述水平线性轨道(9)设置为平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的架子(1)，其中，靠近所述水平线性轨道(9)的终点位置设置有反光带(10)；

其中，所述运动平台(4)包括至少一个驱动轮(11)、第一机动化单元(12)和传感导航单元(13)，所述传感导航单元(13)配置为在工作空间中定位和导航所述平台并且检测所述反光带(10)，所述第一机动化单元(12)配置为沿着所述水平线性轨道(9)移动所述运动平台(4)；

其中，所述提升机构(5)包括提升杆(14)和第二机动化单元(16)，所述提升杆(14)垂直于所述水平线性轨道(9)，所述第二机动化单元(16)配置为沿着所述提升杆(14)移动所述喂料平台(6)，所述提升机构(5)连接于所述运动平台(4)；

其中，所述喂料平台(6)包括齿条(17)、传感喂料单元(18)、第二处理单元(19)和第三机动化单元(20)，所述齿条(17)连接于喂料头(43)，所述传感喂料单元(18)配置为向所述中央处理单元(8)发送关于所述喂料头(43)相对于所述动物容纳容器(2)的供给区的位置的数据，所述第三机动单元(20)配置为沿着垂直于所述提升杆(14)的水平轴线移动所述齿条(17)，以使所述喂料头(43)到达所述动物容纳容器(2)中的物质供给区；

其中，所述喂料回路(7)包括选自干式喂料回路(21)和液体喂料回路(22)中的一个或多个喂料回路；

其中，所述中央处理单元(8)接收与所述运动平台(4)的位置、方向和速度相关的数据，所述数据由所述传感导航单元(13)收集并且由所述中央处理单元(8)处理；

其中，所述中央处理单元(8)接收关于每个所述动物容纳容器(2)的喂料参数的数据，所述数据由所述传感喂料单元(18)收集并且由所述第二处理单元(19)处理；

其中，所述中央处理单元(8)控制所述运动平台(4)沿着至少一个所述水平线性轨道(9)的运动、所述运动平台(4)沿着至少一条与所述水平线性轨道(9)相邻的通道的运动、所述喂料平台(6)沿着所述提升杆(14)的运动和通过所述喂料头(43)对所述动物容纳容器(2)的喂料。

2.根据前述权利要求所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述运动平台(4)包括至少两个驱动轮(11)和至少四个脚轮(23)，两个所述脚轮(23)设置在相对于所述驱动轮(11)的前部位置，两个所述脚轮(23)设置在相对于所述驱动轮(11)的后部位置。

3.根据前述权利要求所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述运动平台(4)在所述运动平台(4)的底座包括至少一个用于线性轨道的滚轮滑块(29)，所述滚轮滑块配置为与所述水平线性轨道(9)对齐。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述第一机动化单元(12)包括至少一个电机(24)和变速箱(25)，其中，动力通过至少一个皮带轮(26)和传动带(27)传递至所述驱动轮(11)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述传感导航单元(13)包括从由激光扫描传感器(30)、增量旋转编码器传感器(31)、用于跟随反光带的光学传感器(32)和惯性测量单元(33)组成的组中选择的一个或多个传感器，所述传感导航单元(13)配置为收集与所述运动平台(4)的位置、方向和速度相关的数据。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述水平线性轨道(9)包括沿所述线性轨道的长度设置的多个标记(36)，所述多个标记(36)从由光学传感器或磁传感器可检测的标记组成的组中选择。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述提升机构(5)包括所述提升机构(15)的至少一个电机，其中，驱动力通过至少一个滑轮(38)和传动带(39)传递至所述喂料平台(6)，其中，所述提升杆(14)为主轴结构，所述提升杆(14)配置为将角旋转转换为线性运动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述喂料平台(6)的所述第三机动化单元(20)包括至少一个电机(42)，所述电机(42)用于沿着垂直于所述提升杆(14)的水平轴线移动所述齿条(17)，使所述喂料头(43)到达所述动物容纳容器(2)中的物质供给区。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述传感喂料单元(18)包括数字图像捕获传感器(44)，所述数字图像捕获传感器(44)配置为检测用于所述动物容纳容器(2)的所述架子(1)中的图案。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述传感喂料单元(18)包括距离测量传感器(45)，所述距离测量传感器(45)配置为测量所述喂料头(43)与所述动物容纳容器(2)中的物质供给区之间的距离。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述传感喂料单元(18)包括条码读取传感器(46)，所述条码读取传感器(46)配置为读取与特定的所述动物容纳容器(2)相关的喂料参数。

12.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述喂料回路(7)的所述干式喂料回路(21)包括干饲料物质储存器(47)、电机(48)和压缩空气回路(50)，所述电机(48)配置为将部分干饲料物质移动到干物质触发室(49)，所述压缩空气回路(50)配置为将所述部分干饲料物质从所述干物质触发室(49)推进至所述喂料头(43)。

13.根据前述权利要求所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，压缩空气回路(50)包括压缩空气罐(51)、压力传感器(53)和气动阀(54)，所述压力传感器(53)设置在所述罐(51)的上游，所述气动阀(54)配置为将压缩空气释放至干物质触发室(49)。

14.根据前述权利要求所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述压缩空气罐(51)通过压缩空气压缩机(52)加压。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述喂料回路(7)的所述液体喂料回路(22)包括液体饲料物质储存器(55)、在所述液体饲料物质储存器(55)下游的第一液体循环泵(59)、在所述第一液体循环泵(59)下游和所述喂料头(43)上游的第一液压阀(60)和平行于所述第一液压阀(60)并且在所述液体饲料物质储存器(55)上游的第二液压阀(62)，在向所述动物容纳容器(2)供给液体的过程中，所述第一液压阀(60)处于打开位置，所述第二液压阀(62)处于关闭位置，其中，由所述第一液体循环泵(59)泵送的饲料液从所述液体饲料物质储存器(55)流向所述喂料头(43)。

16.根据前述权利要求所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述喂料回路(7)的所述液体喂料回路(22)包括清洁液储存器(61)和第二液体容积泵(58)，所述第二液体容积泵(58)位于所述清洁液储存器(61)的下游和第一液压阀(60)的上游；在所述液体喂料回路的清洁过程中，所述液压阀(60，62)交替打开和关闭，以使所述第二液体循环泵(58)泵送的清洁液对所述液体喂料回路(22)的整个管道进行清洁。

17.根据前述权利要求15和16中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置，其特征在于，所述喂料回路(7)的所述液体喂料回路(22)包括液体饲料物质储存器的均化系统(56)。

18.一种用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化系统，包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个动物容纳容器(2)，其中，所述容器以网格的形式布置在所述架子上，其特征在于，包括：

如前述权利要求中任一项所述的用于控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的自动化装置；和

至少一个所述水平线性轨道(9)，所述水平线性轨道(9)设置在地面上并且平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)，其中，靠近所述水平线性轨道(9)的终点位置设有反光带(10)。

19.一种控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的方法，其中包括至少一个用于以行设置的动物容纳容器的架子(1)，所述架子(1)包括多个所述动物容纳容器(2)，其中所述容器以网格的形式布置在所述架子上，其特征在于，包括以下步骤：

i.根据权利要求1至17中任一项所述的自动化装置沿着至少一个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)行进；

ii.所述自动化装置检测水平线性轨道(9)，所述水平线性轨道(9)设置在地面上并且平行于每个用于以行设置的所述动物容纳容器的所述架子(1)；

iii.所述自动化装置通过包括在所述自动化装置中的所述运动平台(4)沿着所述水平线性轨道(9)移动，以将所述自动化装置自身定位在垂直于地面的轴线的前面，所述垂直于地面的轴线经过某个所述动物容纳容器(2)；

iv.所述自动化装置的提升机构(5)沿着所述垂直于地面的轴线调整喂料平台(6)的位置，所述垂直于地面的轴线经过某个所述动物容纳容器(2)，以将所述喂料平台(6)定位在某个所述动物容纳容器(2)的高度；

v.所述喂料平台(6)沿着平行于地面的平面调整所述齿条(17)的位置，以使所述喂料头(43)到达某个所述动物容纳容器(2)内的物质供给区；

vi.所述自动化装置重复前面的步骤，直到将饲料供应到设置在所述架子(1)上的一组预定的所述动物容纳容器(2)。

20.根据前述权利要求所述的控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的方法，其特征在于，所述动物容纳容器(2)是用于饲养鱼的水箱。

21.根据前述权利要求所述的控制向动物饲养设施中的动物容纳容器供给物质的方法，其特征在于，所述鱼从斑马鱼、透明鱼、巨型丹尼奥、非洲齿鲤、青鳉和非洲爪蛙组成的组中的一种或多种中选择。