一种基于机器人技术的猪场环境感知装置

1.本实用新型涉及养殖业机器人技术领域，具体涉及一种基于机器人技术的猪场环境感知装置。


背景技术：

2.随着畜禽养殖规模化、集约化、工业化的发展，机器代替人工作业的相关技术与装备备受关注。在人工智能的发展下，半自动化、自动化设备结合计算机信息技术的智能化设备逐步走进猪场。在恶劣及复杂的环境条件下作业，巡检机器人具有一定的优越性，如降低工人的作业成本和难度、适应高强度的巡检任务、避免工人处在畜禽养殖污染环境下可能出现的不适感，并提高作业效率。
3.在当前的养殖工作中，通常通过人工巡检养猪场，无法对猪饲养过程进行24h不停歇巡查，更无法详细了解猪的体形、温度、动作、体重等成长状态。现有技术主要是一种分布式的或者固定的驻厂环境装置，主要把各类传感器固定在某个设施内进行监控。固定安装式的猪场智能监控系统只能在一个猪场设置一个单点，不能覆盖全域，大部分多点监测，则投资设备比较多，价格比较贵。地面巡检机器人方式要求地面硬质化，同时各个猪场设施有纵横交错有差别，slam导航要求比较高，投资比较贵。对定位需求的要求比较高。同时猪场难免有灰尘，湿度比较大，灰尘比较大，固定式传感器不能够表征整个猪场的情况。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对上述问题，提出一种基于机器人技术的猪场环境感知装置。本实用新型采用悬挂式巡检机器人技术，搭载可封闭可打开的猪场环境感知装置，解决了多点投放投资高、效率低，以及养殖场内高湿、有害气体侵蚀造成巡检装备使用寿命较低等问题。
5.本实用新型的技术方案是：
6.本实用新型提供一种基于机器人技术的猪场环境感知装置，该装置包括导轨，保护壳，底座、行走模块、控制模块和监控模块；所述行走模块悬挂安装在导轨的底部，所述行走模块的底部设有底座，在底座的上表面装有控制模块，在底座的下表面装有监控模块；所述行走模块响应于控制模块，驱动底座在导轨上移动，所述监控模块用于检测猪场环境参数和生猪目标参数。
7.进一步地，所述导轨包括齿条和工字架，所述齿条安装于工字架的底部，所述的工字架底部横轴的上表面设有轨道轮槽。
8.进一步地，所述保护壳的两侧开设有拱形口，底部设有保护盖。
9.进一步地，所述行走模块包括驱动机构，该驱动机构安装在底座上，包括两相步进电机、直流电机、齿轮减速箱、两个主动齿轮、一个从动齿轮和齿轮固定架；所述齿轮减速箱安装在两相步进电机的输出端，所述两相步进电机、直流电机均安装在齿轮固定架的外侧，两相步进电机和直流电机的输出端啮合安装有两个相同的主动齿轮，所述的从动齿轮安装
在齿轮固定架上，与两相步进电机输出端的主动齿轮啮合。
10.进一步地，所述行走模块还包括悬挂机构，所述悬挂机构包括不锈钢支撑架和轨道轮，所述不锈钢支撑架为两组，分别安装在底座顶部的前后端，所述不锈钢支撑架内壁均装有轨道轮，所述的轨道轮能够在导轨的轨道轮槽内滑动。
11.进一步地，所述控制模块包括变压器、变压器控制箱和主控制箱，所述变压器控制箱用于控制变压器工作；所述主控制箱与行走模块、控制模块电连接。
12.进一步地，所述监控模块包括红外热像仪、彩色摄像头、环境监测升降装置和摄像位姿调整机构，所述摄像位姿调整机构安装在底座下表面一端，摄像位姿调整机构的底部安装彩色摄像头，用于实时监测猪场，所述红外热像仪安装在底座下表面的另一端，用于测温和夜视，所述的环境监测升降装置安装在底座下表面的中部，能够升降以及测量环境参数。
13.进一步地，所述环境监测升降装置包括电机、支架、丝杆、滑块和气体与温湿度传感器，所述支架安装于底座下表面的中部，所述电机和丝杆安装于支架上，所述的滑块安装在丝杆上，通过电机驱动丝杆，带动滑块上下移动，所述的气体与温湿度传感器安装于前述滑块的侧壁，用于测量环境参数。
14.进一步地，该装置还包括避障模块，所述的避障模块采用电感式接近开关，安装于保护壳两侧的拱形口处，用于检测感知装置巡检工作中前方碰到的障碍物，所述的避障模块与控制模块电连接。
15.本实用新型的有益效果：
16.本发明实现了环境感知系统装置在恶劣及复杂猪场环境条件下作业，具备以下优点：
17.1、降低工人的作业成本和难度、适应高强度的巡检任务、避免工人处在畜禽养殖污染环境下可能出现的不适感，并提高作业效率。
18.2、解决固定安装式和地面巡检方式的猪场智能监控系统投资设备较多、价格比较等问题。
19.3、解决了猪场环境恶劣，灰尘、有害气体和湿度较大而对巡检装置易造成严重腐蚀损坏，导致使用寿命低低等问题。
20.4、加工方便，操作简单，使用便捷，成本较低。
21.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
23.图1为本实用新型的环境感知系统装置内部结构示意图。
24.图2为本实用新型的环境感知系统装置整体结构示意图。
25.图3为本实用新型的导轨结构示意图。
26.图4为本实用新型的保护壳结构示意图。
27.图5为本实用新型的驱动机构示意图。
28.图6为本实用新型的悬挂机构示意图。
29.图7为本实用新型的环境监测升降装置结构示意图。
30.图中：1导轨；2保护壳；3底座；4行走模块；5控制模块；6监控模块；7避障模块；
31.110齿条；120轨道轮槽；130工字架；
32.210拱形口；220保护盖；
33.411两相步进电机；412直流电机；413齿轮减速箱；414主动齿轮； 415从动齿轮；416齿轮固定架；421不锈钢支撑架；422轨道轮；
34.510变压器；520变压器控制箱；530主控制箱；
35.610红外热像仪；620彩色摄像头；630环境监测升降装置；631电机； 632支架；633丝杆；634滑块；635气体与温湿度传感器；640摄像位姿调整机构；
36.710电感式接近开关。
具体实施方式
37.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。
38.一种基于机器人技术的猪场环境感知装置，该装置包括导轨1，保护壳 2，底座3、行走模块4、控制模块5和监控模块6；所述行走模块4悬挂安装在导轨1的底部，所述行走模块4的底部设有底座3，在底座3的上表面装有控制模块5，在底座3的下表面装有监控模块6；所述行走模块4响应于控制模块5，驱动底座3在导轨1上移动，所述监控模块6用于检测猪场环境参数和生猪目标参数。
39.进一步的，所述导轨1包括齿条110、轨道轮槽120、工字架130，所述齿条安装与工字架底部。
40.进一步的，所述保护壳2包含拱形口210、保护盖220。所述拱形口210 开于保护壳左右两侧、保护盖220安装于保护壳底部。
41.进一步的，所述行走模块4包括驱动机构410，所述驱动机构410包括两相步进电机411、直流电机412、齿轮减速箱413、两个主动齿轮414、一个从动齿轮415和齿轮固定架416。所述齿轮减速箱413安装在两相步进电机411上；所述两相步进电机411、直流电机412安装在齿轮固定架416 外侧，两相步进电机411、直流电机412外啮合安装两个相同的主动齿轮 414，起到增大扭力的作用；从动齿轮415安装在齿轮固定架416，与靠上的主动齿轮414啮合；所述驱动机构410安装在底座3上。
42.进一步的，所述行走模块4还包括悬挂机构420，所述悬挂机构包括不锈钢支撑架421、轨道轮422。所述不锈钢支撑架421安装在底座两侧，所述轨道轮422安装在不锈钢支撑架421内侧。
43.进一步的，所述控制模块5包括变压器510、变压器控制箱520、主控制箱530，所述变压器510、变压器控制箱520、主控制箱530安装在底座 3上，所述变压器控制箱520用于控制变压器510工作；所述主控制箱530 包含行走模块驱动器、监控模块控制器、避障模块控制器。
44.进一步的，所述监控模块6包括红外热像仪610、彩色摄像头620、环境监测升降装
置630、摄像位姿调整机构640，所述彩色摄像头620用于时时监测、巡视、管理与报警，所述红外热像仪610用于测温和夜视；所述环境监测升降装置630包括电机631、支架632、丝杆633、滑块634和气体与温湿度传感器635组成；所述支架632安装于底座3上，所述电机631、丝杆633安装于支架632上，滑块634配套丝杆633安装，气体与温湿度传感器635安装于滑块上。所述摄像位姿调整机构640安装与底座3背部，彩色摄像头620、红外热像仪610安装于摄像位姿调整机构640上。
45.进一步的，所述避障模块7包括电感式接近开关710，所述电感式接近开关710安装于保护壳2左右两侧拱形口处，用于检测前方障碍物。
46.本实用新型工作原理如下：
47.导轨1给根据猪场实际情况于顶部交错安装，架设环境感知系统装置的工作轨道；环境感知系统装置通过八个轨道轮422架于导轨1的轨道轮槽内；除彩色摄像头620、红外热像仪610外，其余所有装置都安装于保护壳2内，防止猪场环境腐蚀环境感知系统装置。
48.环境感知系统装置开始工作时，监控模块控制器控制彩色摄像头620 实现对猪场环境和猪的的体形、动作等24小时检测、管理与报警，声画同步记录，支持远程多终端随时监控，红外热像仪610主要用于猪的体温测温和夜视，提前预测与排除猪的生产状况、发情管理等，将数据时时发送至控制模块6用于工作人员统计与管理；摄像位姿调整机构640用于调整摄像头x、y、z三个方向的角度。
49.当环境感知系统装置需要实施移动作业时，主控制箱530内的行走模块驱动器驱动两相步进电机411与直流电机412带动两个主动齿轮414转动，齿轮减速箱413控制两个齿轮转速相同；从动齿轮415跟随主动齿轮转动，与导轨1上的齿条11啮合，实现环境感知系统装置在导轨1上行走；与此同时，轨道轮422在导轨1上的轨道轮槽120中滚动，起到辅助行走和支撑作用。
50.当环境感知系统装置需要进行猪场环境气体与温湿度检测时，监控模块控制器控制电机631转动，丝杆633带动滑块634和气体与温湿度传感器635向下平移，在向下移动的过程中，气体与温湿度传感器635顶开保护壳2底部安装的保护盖220，使气体与温湿度传感器635暴露于猪场空气中开始环境监测，当环境监测结束后，监控模块控制器控制电机631转动，丝杆633带动滑块634和气体与温湿度传感器635向上平移，当移动至保护壳2内部时，保护盖220自动弹回，实现高效监测，降低环境感知系统装置的损耗。
51.当环境感知系统装置在行走过程中前方遇到障碍物时，电感式接近开关710向控制模块6发送信号，控制模块6向行走模块驱动器发送信号，控制行走模块停止运行；当检测到障碍物移开时，电感式接近开关710向控制模块6发送信号，环境感知系统装置继续运行。
52.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。