一种牛场智能推翻草及环境因子检测机器人
阅读说明：本技术 一种牛场智能推翻草及环境因子检测机器人 (Intelligent grass-turning and environmental factor detection robot for cattle farm ) 是由 宋怀波 段援朝 邓洪兴 王云飞 尚钰莹 王亚男 于 2021-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及畜牧业机械设备领域,公开了一种牛场智能推翻草及环境因子检测机器人,包括自主导航移动平台、推翻草装置、清扫装置、自动充电装置、环境因子检测模块和控制系统。自主导航移动平台上设置激光雷达,完成建图、定位、导航任务,确保小车按照预先规划的路径运动；移动平台前端和底部分别设置有推翻草装置和清扫装置,移动平台末端设置充电装置,与牛场设置的充电桩进行对接完成充电工作。环境因子检测模块设置在移动平台的上方,检测牛场的温度、湿度、氨气浓度、风速等环境因子,并将数据发送到控制终端。本发明一种牛场智能推翻草及环境因子检测机器人,可完成在牛场环境中推翻、清扫饲料及环境检测的工作,最大程度上解决牛场工作人员劳动强度大、工作时间长的问题,同时为牛场环境因子的精准调控奠定基础。(The invention relates to the field of animal husbandry mechanical equipment, and discloses an intelligent cattle farm weed-turning and environmental factor detection robot. The autonomous navigation mobile platform is provided with a laser radar to complete the tasks of map building, positioning and navigation and ensure that the trolley moves according to a pre-planned path; the front end and the bottom of the mobile platform are respectively provided with a grass pushing and turning device and a cleaning device, and the tail end of the mobile platform is provided with a charging device which is in butt joint with a charging pile arranged in a cattle farm to complete charging work. The environmental factor detection module is arranged above the mobile platform, detects environmental factors such as temperature, humidity, ammonia concentration and wind speed of the cattle farm, and sends data to the control terminal. The intelligent robot for turning grass and detecting environmental factors in the cattle farm can complete the work of turning over, cleaning feed and detecting the environment in the cattle farm environment, solves the problems of high labor intensity and long working time of cattle farm workers to the greatest extent, and lays a foundation for accurate regulation and control of the environmental factors in the cattle farm.)
技术领域
本发明涉及畜牧业机械
技术领域
，公开一种牛场智能推翻草及环境因子检测机器人。背景技术
现阶段我国奶业迅猛发展，奶牛养殖已为我国畜牧业做出重要贡献。但我国养殖业处于粗发展阶段，仍采用传统人工饲喂方式，即将牧草均匀放置于围栏底部。而牛在进食过程中会因为挑食出现打窝现象，将牧草推向远离围栏位置，这就需要人工利用挡板再次将牧草推向围栏底部。而奶牛的健康生长与牛场的环境有着密切的关系，因此实时对牛场进行环境因子检测有着重要的意义。针对这些问题，研发一种智能化的牛场推翻草及环境因子检测机器人，来代替人工，降低奶牛的饲喂成本和精准把握牛场环境因子，对实现养殖场的现代化、智能化、规模化养殖起着积极的作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种牛场智能推翻草机器人，降低人工劳动强度，减少劳动作业时间，降低饲料投喂成本，精准检测牛场环境因子，提高养殖场产能。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
牛场智能推翻草及环境因子检测机器人，包括自主导航移动平台、推翻草装置、清扫装置、自动充电装置、环境因子检测模块和控制系统。其特征在于：
所述自主导航移动平台包括小车底盘、激光雷达、激光雷达支架，实现在牛场复杂环境下的精准移动。所述的小车底盘由小车支架、驱动轮、万向轮、减速编码电机、激光雷达支架组成。驱动轮设置于小车底盘前端的左右两侧，驱动轮上设有减速编码电机，万向轮设置于小车底盘后端的两侧。小车底盘中间位置设置激光雷达支架，激光雷达设置于支架上。所述的激光雷达主要用来实现采集数据建立地图，并根据小车周围的地图特征确定小车的位置。
所述推翻草装置包括绞龙、绞龙支架、减速电机、直线推杆电机。所述的绞龙设置于绞龙支架上，并于减速电机连接。绞龙支架设置于自主移动平台的前端，并以铰链相连接。所述的直线推杆电机固定于小车底盘，并与绞龙支架相连接，用以实现绞龙及其支架升降，实现机器人的推草过程。
所述的清扫装置包括两个边扫和减速电机，所述的边扫与减速电机通过联轴器连接，减速电机分别错位固定于移动平台底部，并且同向旋转，实现牧草向机器人一侧清扫。
所述的充电装置分为充电桩和机器人充电控制模块。充电桩设置于牛场的固定位置，充电桩包含蓄电池充电器、充电电路和充电电极。自主导航移动平台末端设置充电电极，充电过程中与充电桩的电极相连进行充电。
所述的环境因子检测模块包括温湿度传感器、光照传感器、氨气传感器、风速传感器和WI-FI 模块。所述的传感器用来检测环境的光照、温湿度、氨气浓度和风速，并将所得数据发送给WI-FI 模块；所述的WI-FI 模块与Arduino通过软串口进行通信，实现环境因子检测数据的上传，在控制终端显示传感器数据。
所述的控制系统包括树莓派、Arduino、电机驱动模块、电压稳定模块、蓄电池。所述的树莓派实现编写机器人模型、创建机器人基本功能节点、建立牛场地图导航及避障算法；所述的Arduino完成利用PWM控制小车速度、利用继电器控制推翻草及清扫装置；树莓派和Arduino通过USB串口实现通信。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明可通过树莓派和Arduino控制系统导航机器人移动，并通过程序实现机器人避障，可按照指定轨迹准确移动，可满足在复杂牛场环境中准确移动作业的要求。
（2）本发明中设置了推翻草装置和清扫装置，通过控制系统控制绞龙旋转、升降及机器人的移动，满足牛场中推翻牧草的要求，并通过清扫装置清扫残余的牧草，提高草料的利用率，改善牛场环境，减少人工劳动强度，降低奶牛发病率，降低养殖成本。
（3）本发明设有自动充电系统，可满足机器人长时间续航的要求，提高机器人的效率。
（4）本发明中设置了牛场环境因子检测系统，可通过Arduino及WI-FI模块将传感器数据发送给控制终端，供牛场工作人员监控牛场环境因子，便于改善牛场环境，减少奶牛发病率，提高牛场生产收益。
附图说明
图1牛场智能推翻草及环境因子检测机器人立体结构示意图。
图2为自主导航移动平台立体结构示意图。
图3为推翻草装置立体结构示意图。
图4为清扫装置立体示意图。
图号标识：1、自主导航移动平台；2、推翻草装置；3、环境因子检测模块；4、清扫装置；5、激光雷达；6、激光雷达支架；7、减速编码电机；8、刚性支架；9、驱动轮；10、充电装置；11、万向轮；12、蛟龙支架；13、绞龙；14、直线推杆电机；15、减速电机；16、减速电机；17、边扫。
具体实施方式
以下结合附图及实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
图1、图2、图3和图4示出了本发明一种牛场智能机器人的一种实施方式，图1为牛场智能推翻草及环境因子检测机器人整体结构示意图，图2为推翻草装置立体结构示意图，图3为清扫装置立体结构示意图。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施方式中智能推翻草机器人及环境因子检测系统，其机械部分包括移动平台、推翻草装置、清扫装置、自动充电装置、环境因子检测系统和控制系统组成。
如图2所示，本实施方式中的自主导航移动平台主体为小车底盘，包括刚性车架8、驱动轮9、万向轮11、减速编码电机7。驱动轮9与小车底盘8之间设有减速编码电机7，为小车提供驱动力，后轮为万向轮11，固定在小车底盘上，用以实现小车转动，极大程度增加机器人灵活性。小车底盘采用差速底盘，与万向轮11配合实现小车转动。
如图3所示，本实施中的推翻草装置包括绞龙13、绞龙支架12、减速电机15、直流推杆电机14。其中，绞龙13通过减速电机15与绞龙支架12连接，减速电机15驱动绞龙旋转，可实现推翻牧草；绞龙支架112与小车底盘8铰链连接，绞龙支架下方设有直线推杆电机14并与小车底盘8连接，直线推杆电机14可实现绞龙和绞龙支架的升降，以实现在推牧草的同时，将牧草中的粗精饲料混合均匀。
如图4所示，本实施中的清扫装置主体4为边扫17和减速电机16，边扫17固定于小车底盘8，并在连接处设有减速电机16，在推翻草的过程中，减速电机16控制边扫17清扫推翻草遗漏的草料。
本发明的工作原理：
将机器人置于牛场中，开启机器人使其工作，机器人第一次在键盘控制节点下移动，激光雷达构建并保存牛场地图，在地图上设置目标点，导航节点启动将规划运动路径，自主移动平台按照规划的路径进行移动；在移动的过程中，推翻草装置进行工作，完成推翻草的任务；当自动充电模块检测到机器人电量不足时，自动到指定地点进行充电。环境因子监测模块可以实时监测牛棚中的温湿度、氨气浓度、风速并发送至控制终端。
本发明，通过程序实现机器人建图、定位、导航，可设置固定导航路线、自动避障、能够适应复杂的牛场环境，提高牛场工作效率。
本发明，设有自动充电装置包括充电桩和机器人充电控制模块。充电桩包含蓄电池充电器、充电电路和充电电极。
本发明，设有环境因子检测系统，通过传感器检测牛场的温湿度、氨气浓度及风速并将传感器数据通过无线信号发送至控制终端，牛场工作人员可达到对牛场环境的精准检测。
本发明中，设置了嵌入式控制系统、Arduino微处理器控制系统和无线发送系统与接收系统，通过按键控制智能推翻草机器人。设备中的移动平台、推翻草装置、清扫装置按照嵌入式系统发出的控制指令，完成推翻草及清扫动作，以及实现机器人的自动充电动作；通过无线发送与接受系统实现牛场环境因子检测数据的发送。实现牛场智能推翻草及环境因子检测的目的，降低了人工的劳动强度，提高了养殖场产能。
以上结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的的方法和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。