基于机器人的笼养蛋鸡健康行为监测系统的制作方法

本实用新型属于鸡养殖技术领域，具体涉及一种基于机器人的笼养蛋鸡健康行为监测系统。

背景技术：

随着我国鸡养殖业的规模化、集约化、智能化的发展，国内蛋鸡养殖设备及相关鸡舍环境监测和调控技术已取得了一些成果，但在笼养蛋鸡病死健康行为识别方面仍采用人工巡视方式，存在巡视效率低、劳动强度大、损害身体健康等问题，且病死蛋鸡无法及时、有效识别与清除，对鸡舍防疫和鸡只健康十分不利，一旦病毒扩散与传播，会使整个养殖场受到很严重的经济损失，因此，实现蛋鸡健康行为识别的自动化和智能化是蛋鸡养殖过程中一个迫切解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的是现有阶梯式蛋鸡笼养模式下人工巡视蛋鸡病死健康行为存在监测效率低、劳动强度高、不利于巡视人员身体健康等技术问题，从而提供一种自动化程度高，抗干扰性强的基于机器人的笼养蛋鸡健康行为监测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于机器人的笼养蛋鸡健康行为监测系统，包括控制器、环境检测单元、避障单元、图像采集单元、执行单元和上位机，环境检测单元、避障单元和图像采集单元分别与控制器的输入端连接，执行单元与控制器的输出端连接，上位机通过无线传输模块与控制器连接，并通过WiFi传输模块与移动终端无线连接；所述图像采集单元包括摄像头和WiFi视频传输模块，摄像头通过WiFi视频传输模块与控制器连接；所述执行单元包括环境控制机构和巡视机构，所述巡视机构包括机器人的行走电机、机器臂驱动组件和敲打驱动组件，敲打驱动组件安装在机器臂驱动组件上。

所述机器臂驱动组件包括机器人的旋转电机、旋转轴、竖直滑块和水平杆，旋转轴安装在机器人的旋转电机的输出轴上，竖直滑块与旋转轴螺纹连接，水平杆固定在竖直滑块上，敲打驱动组件安装在水平杆上。

旋转电机带动旋转轴转动，竖直滑块在旋转轴上上下移动，实现水平杆高度的调节。

所述敲打驱动组件包括基板、步进电机、小齿轮、大齿轮、第一连杆、第二连杆、滑块和击打板，基板安装在机器臂驱动组件的水平杆上，步进电机安装在基板上，小齿轮安装在步进电机的输出轴上，大齿轮安装在第一连杆上并与小齿轮啮合，第一连杆与步进电机的输出轴平行；第一连杆的弯曲部通过销轴与第一连杆的一端铰接，第一连杆的弯曲部与滑块固定连接，滑块滑动安装在基板的轨道上，击打板安装滑块的一端，所述轨道与机器臂驱动组件的水平杆平行。图像采集单元的摄像头安装在滑块的下端。

所述避障单元包括超声波传感器和红外反射式传感器。

所述超声波传感器的型号为KS103，所述红外反射式传感器的型号 E18-D80NK。

所述环境检测单元包括温湿度传感器和光强传感器，所述温湿度传感器的型号为AM2322B；所述光强传感器的型号GY-301。

所述环境控制机构包括温度控制组件、湿度控制组件、光照控制组件和声光报警器，所述温度控制组件包括湿帘设备和喷雾系统；所述湿度控制组件包括保温幕、加热设备、风机和天窗电机；所述光照控制组件包括卷帘电机、照明灯、天窗电机和侧窗电机。

所述WIFI视频传输模块的型号为Robot-LinkV5.0，摄像头的型号为DS-2DC4220IW-D。

所述控制器采用EP4CE22F17C8N型号的核心板；所述无线传输模块的型号为APC220。

所述控制器的输入端连接有键盘，控制器的输出端连接有液晶显示器。

本实用新型的上位机通过无线传输模块与控制器连接，实现采集环境参数和避障信息数据的发送、显示、分析处理和存储功能。上位机通过WIFI传输模块与手机终端连接，实现监测数据查询和机器人巡视终端控制功能。控制器通过USB接口与WIFI视频传输模块连接，将摄像头采集鸡笼中蛋鸡的腿部特征信息传至上位机，上位机对采集蛋鸡腿部特征图像进行处理，控制器根据上位机提供的腿部特征信息和现场避障信息，实现对机器人的运动控制。本实用新型利用先进传感器技术、图像处理技术、机器人技术、FPGA控制器控制技术和无线通信技术将视觉识别技术应用到巡视机器人中以实现蛋鸡健康行为识别的自动化、智能化。该系统通过图像采集蛋鸡腿部特征来统计病死鸡数量，避免了人工长期巡视病死鸡劳动强度高、识别效率低，无法及时、有效检测与清除病死鸡，造成病毒扩散给整个养殖场带来严重经济损失。系统具有操作简单、监控界面友好、移动行走灵活、采集精度高、数据处理速度快、图像传递清晰、识别准确率高、抗干扰性能强等特点，在畜禽等养殖领域具有良好的推广和应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的控制原理框图。

图2为本实用新型中机器臂驱动组件的结构示意图。

图3为本实用新型中敲打驱动组件的结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种基于机器人的笼养蛋鸡健康行为监测系统，包括控制器、环境检测单元、避障单元、图像采集单元、执行单元和上位机。所述控制器采用EP4CE22F17C8N型号的核心板。

环境检测单元、避障单元和图像采集单元分别与控制器的输入端连接，执行单元与控制器的输出端连接，上位机通过无线传输模块与控制器连接，并通过WiFi传输模块与移动终端无线连接。所述无线传输模块的型号为APC220。

所述环境检测单元包括温湿度传感器和光强传感器，所述温湿度传感器的型号为AM2322B；所述光强传感器的型号GY-301。

所述避障单元包括超声波传感器和红外反射式传感器。所述超声波传感器的型号为KS103，所述红外反射式传感器的型号 E18-D80NK。

所述图像采集单元包括摄像头和WiFi视频传输模块，摄像头通过WiFi视频传输模块与控制器连接。所述WIFI视频传输模块的型号为Robot-LinkV5.0，摄像头的型号为DS-2DC4220IW-D。

所述执行单元包括环境控制机构和巡视机构。所述环境控制机构包括温度控制组件、湿度控制组件、光照控制组件和声光报警器，所述温度控制组件包括湿帘设备和喷雾系统；所述湿度控制组件包括保温幕、加热设备、风机和天窗电机；所述光照控制组件包括卷帘电机、照明灯、天窗电机和侧窗电机。

所述巡视机构包括机器人的行走电机、机器臂驱动组件和敲打驱动组件，敲打驱动组件安装在机器臂驱动组件上。

所述机器臂驱动组件包括机器人的旋转电机1、旋转轴2、竖直滑块3和水平杆4，旋转轴2安装在机器人的旋转电机1的输出轴上，竖直滑块3与旋转轴2螺纹连接，水平杆4固定在竖直滑块3上，敲打驱动组件安装在水平杆4上。

旋转电机1带动旋转轴2转动，竖直滑块3在旋转轴2上上下移动，实现水平杆高度的调节。

所述敲打驱动组件包括基板5、步进电机6、小齿轮7、大齿轮8、第一连杆9、第二连杆10、滑块11和击打板12，基板5安装在机器臂驱动组件的水平杆4上，步进电机6安装在基板5上，小齿轮7安装在步进电机6的输出轴上，大齿轮8安装在第一连杆9上并与小齿轮7啮合，第一连杆9与步进电机6的输出轴平行；第一连杆9的弯曲部通过销轴与第一连杆10的一端铰接，第一连杆10的弯曲部与滑块11固定连接，滑块11滑动安装在基板5的轨道上，击打板12安装滑块11的一端，所述轨道与机器臂驱动组件的水平杆4平行。图像采集单元的摄像头安装在滑块11的下端。

步进电机6转动，带动小齿轮7转动，小齿轮7与大齿轮8啮合，使得大齿轮8转动，第一连杆9与大齿轮8一体，所以第一连杆9随之旋转，第一连杆9在销轴的带动作用下，使第二连杆10的一端随之转动，进而使得第二连杆10的弯曲部拉动滑块11在轨道上水平往复移动，实现击打板12对鸡笼的敲打。

所述控制器的输入端连接有键盘，控制器的输出端连接有液晶显示器。

控制器根据红外反射式传感器和超声波传感器的检测信号控制机器人的行走电机转动，使机器人按照事先布好在蛋鸡笼养通道上黑色轨迹自动行驶，并通过环境检测单元检测鸡舍内的温湿度以及光照强度等参数，控制器将鸡舍内温湿度、光照强度检测参数实时数据以无线方式传至上位机内并与设定值进行比较，一旦超过设定范围，声光报警器将进行实时报警，温度控制组件、湿度控制组件和光照控制组件等环境控制机构做出相关启停动作，以便环境参数维持在设定范围，给蛋鸡健康生长提供良好的生活环境。

控制器通过机器臂驱动组件携带的摄像头实时识别每只鸡笼鸡的腿部数量，并将检测信号通过无线传输模块上传至上位机内，上位机将接收到的信号与设定值相对比，当某鸡笼中鸡的腿部数量与实际数量不相同时，上位机以无线方式发送指令至控制器，使控制器控制机器臂驱动组件携带敲打驱动组件对该鸡笼进行敲打振荡刺激，并通过摄像头对该鸡笼中鸡的腿部数量进行二次识别，若该鸡笼中鸡的腿部数量在（2n-1，2n）之间说明该鸡笼没有病死鸡，这里n代表单只鸡笼中实际鸡只数量，且n≤4；若鸡的腿部数量不在（2n-1，2n）之间说明该鸡笼存在病死鸡，声光报警器实时报警，同时上位机发送敲打驱动组件停止运行指令，并通过无线方式将该鸡笼所在位置发送至手机终端。饲养人员根据病死鸡所处位置信息及时发现目标并清除，有效避免了病毒的扩散和传播。上位机将检测环境参数信息、行走轨迹、采集图像和病死鸡鸡笼所处位置和鸡的腿部数量等相关信息进行存储、显示和处理，并发给手机终端，同时也可以借助采集图像对巡视机构进行远程控制，方便管理者进行实时、历史数据查询和相关执行设备的启停操作。