1.本发明涉及一种笼养鸡舍巡检机器人及巡检方法，属于畜禽养殖场智能化养殖技术领域。
背景技术：
2.近年来，畜禽养殖行业快速发展，传统的个体户养殖方式已经向规模化、集约化、立体化畜禽养殖企业转变。畜禽养殖企业的生产管理方法也由传统的人工饲养管理方式向机械化、自动化技术等现代智能化生产方式发展，从而使畜禽生产养殖更加科学、智能、高效。而在畜禽养殖的智能化和自动化进程中，重要的环节不仅在于需要实时监测养殖场的环境状况，还需要对畜禽个体进行生长状况观察。畜禽养殖场环境信息的重要性在于通过对畜禽养殖场的环境主要是针对养殖场的室内环境(温度、湿度、光照度、硫化氢、氨气、二氧化碳和风速等)进行合理的环境控制，确保养殖场内的环境达到最佳的标准要求，减少畜禽养殖场内的病害的发生，降低畜禽疾病带来的危害和死亡，还能为畜禽提供良好的生长环境，提高畜禽的健康生长和生产，提高畜禽质量和产量，达到提高养殖率、增产和节约成本的目的。而畜禽生长状况的监测，则是对畜禽饮食、饮水、产蛋、活动状况、精神状态等相关生长状态进行观察，便于对畜禽个体生长信息的管理，有利于分析畜禽的生理、健康和福利状态，为生产养殖的智能化和信息化提供依据，为后续的精细化养殖提供科学的指导。
3.目前在畜禽养殖领域中，已经开始广泛的使用环境监测系统，但是不仅需要人工定时手动对定点环境设备上的信息进行记录，还需要人工观察的方式对每个畜禽个体进行生长状态进行记录。畜禽养殖场内一般为立体养殖，不同高度和不同位置上的环境信息存在差异，养殖密度大，工作环境差，劳动强度大。因此行业内急需研发一种能够代替人工进行巡检对养殖个体进行生长状态观察并且能够对不同高度的环境信息进行监测的巡检机器人。
技术实现要素：
4.本发明的第一个目的是克服现有测量方法的不足之处，提供了一种笼养鸡舍巡检机器人，该机器人基于履带式移动平台、电动升降台、监控摄像头以及环境监测传感器组，结合结构设计和环境、集音、视频多源信息监测种技术的优势实现对高层笼养家禽的自动化巡检、畜禽个体生长状况精准监测以及环境参数空间分布动态监测的功能。
5.本发明的第二个目的在于提供一种笼养鸡舍巡检方法，该方法基于上述的笼养鸡舍巡检机器人实现。
6.本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
7.一种笼养鸡舍巡检机器人，包括履带式移动平台和电动升降台，所述电动升降台设置在履带式移动平台上，沿电动升降台的高度方向设置有环境监测传感器组，所述环境传感器组的数量根据巡检鸡笼总体高度确定，沿电动升降台的高度方向在左右两侧各设置一列监控摄像头及拾音麦克风传感器，每列中监控摄像头及拾音麦克风传感器的数量根据
鸡笼层数确定，安装高度根据所巡检的每层鸡笼高度确定，所述电动升降台根据巡检需求和鸡笼高度自动控制升降，使监控摄像头及拾音麦克风传感器对准所巡检鸡笼的鸡只，所述履带式移动平台上搭载有惯性导航传感器、超声波传感器阵列和触碰传感器。
8.进一步的，所述环境传感器组为三个，三个环境传感器组分别为第一环境传感器组、第二环境传感器组和第三环境传感器组，第一环境传感器组、第二环境传感器组和第三环境传感器组分别安装在电动升降台的顶部、中部和底部；所述电动升降台的顶部还安装有天线装置和风速传感器。
9.进一步的，所述环境参数传感器组均包括温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、液晶显示屏、环境监测主机以及lora数传电台，所述环境监测主机分别与温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、液晶显示屏、lora数传电台连接。
10.进一步的，所述履带式移动平台包括车体、电机、减速器、电机驱动器、嵌入式控制器和工控机，所述电机、减速器、电机驱动器、rfid读卡器、嵌入式控制器和工控机设置在车体上，所述嵌入式控制器分别与电机驱动器、rfid读卡器、工控机、惯性导航传感器、超声波传感器阵列、触碰传感器连接，所述电机驱动器与电机连接，所述电机的输出轴与减速器的输入轴连接，所述电机的输出轴和减速器的输出轴安装有编码器，所述编码器与电机驱动器连接。
11.进一步的，所述惯性导航传感器设置在车体中间，所述惯性导航传感器与车体之间通过隔振装置固定连接。
12.进一步的，所述超声波传感器阵列为两个，两个超声波传感器阵列分别设置在车体的头部和尾部。
13.进一步的，所述触碰传感器为两个，两个分别设置在车体的头部和尾部。
14.进一步的，所述监控摄像头及拾音麦克风传感器通过总线传到工控机上，通过与工控机连接的图数一体的电台将音视频信息传到计算机终端，或通过工控机自带的wifi将音视频信息传到计算机终端。
15.进一步的，左右两列中同一高度监控摄像头及拾音麦克风传感器用两个相同的固定支架与电动升降台的升降式电动推杆通过螺栓紧固连接，所述固定支架根据鸡笼层数的不同高度，分别安装在电动推杆的不同部位。
16.本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
17.一种笼养鸡舍巡检方法，基于上述的笼养鸡舍巡检机器人实现，所述方法包括：
18.控制笼养鸡舍巡检机器人按照预先编写好的路径进行巡检，当左前、正前和右前方向上的障碍物距离小于安全距离时，则实现停车功能；当前方障碍物小于安全距离时，若左边安全距离大于右边，则选择向左绕行，若右边安全距离大于左边，则选择向右绕行；根据正左、左前、右前和正右超声波传感器反馈的距离，实现保持左右方向上距离障碍物相等距离居中行驶；根据左前和正左或者右前和正右超声波传感器反馈的距离实现靠边行驶，保持巡检机器人靠左边或者靠右边保持跟障碍物一定距离巡检；
19.在笼养鸡舍巡检机器人的移动过程中，履带式移动平台的嵌入式控制器采集电机的编码器和惯性导航传感器信息，通过当前移动距离和航向角度计算出位姿信息，并不断更新巡检小车当前的位姿信息；通过惯性导航传感器采集到的航向角，同时控制巡检小车
按照给定轨迹继续巡检，实现惯性导航；
20.当笼养鸡舍巡检机器人通过惯性导航行驶到指定位置后，同时，通过rfid读卡器感知到位置信息，履带式移动平台的嵌入式控制器控制升降式电动推杆升起到巡检高度后开始巡检，巡检结束后，升降式电动推杆下降到原来高度；当升降式电动推杆上的监控摄像头检测到笼养鸡目标时，监控摄像头发送升起指令给嵌入式控制器，升降式电动推杆上升到巡检高度后开始巡检，当监控摄像头不再检测到笼养鸡目标时，发送下降指令给嵌入式控制器，升降式电动推杆下降到初始高度。
21.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
22.1、本发明通过在电动升降台上安装多个不同高度和不同角度的监控摄像头，监控摄像头通过连接畜禽养殖场内的无线局域网，在巡检小车自动巡检的过程中，将拍摄到的画面上传到监控室主机中，同时对多个畜禽个体身份信息进行识别和行为信息进行记录，实现畜禽养殖个体健康饮食等信息参数的记录与管理，代替了繁重的传统人工巡检观察与手动记录，为畜禽养殖行业实现智能化和自动化养殖提供基础。
23.2、本发明通过在履带式移动平台上表面以及电动升降台中部和顶部安装环境监测设备，电动升降台在巡检机器人开始作业时候升起到一定高度，位于不同高度上的环境监测主机采集传感器的数据，包括温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、风速传感器等的数据，并将采集到的数据转换成modbus协议通过rs485接口发送给lora数传电台，位于车载移动端的lora数传电台将巡检小车采集到的环境信息发送到监控室内，实现畜禽养殖场立体化移动式环境监测数据的自动测量、自动传输、自动记录与管理，替代了传统的人工定时定点记录，准确地反映了畜禽养殖场环境在立体空间上的差异性，为畜禽养殖场环境参数数字化记录、精确化与区域化环境调控提供依据，有利实现养殖场环境调控设备的智能化与自动化调控，营造一个更好的养殖环境，提高生产质量。
24.3、本发明通过嵌入式控制器采集电机控制器信息，经过计算后得出实际的行驶速度，同时实时采集惯性导航传感器信息，结合行驶速度、角度和加速度信息，对左右电机的当前速度进行调整，形成闭环控制，实现对行驶方向角度的矫正；车身上的超声波传感器实时对前方和后方的障碍物进行距离探测并将数据返回给嵌入式控制器，实现避障功能；位于车身前方跟后方的触碰传感器在超声波传感器出现盲区或者无法探测的物体发生接触时将开关信号返回给嵌入式控制器，可以实现防碰撞功能；巡检机器人能够根据rfid的位置信息或者巡检图像进行升降平台的自动控制；巡检机器人的自主导航为养殖场中的自动化作业提供了一个可靠的履带式移动平台，极大地减轻了工人的劳动强度，为后续养殖场实现智能化与自动化养殖作业提供保障。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的立体结构示意图。
27.图2为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的正视结构示意图。
28.图3为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的侧视结构示意图。
29.图4为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的俯视结构示意图。
30.图5为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的隔振装置的安装位置示意图。
31.图6为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的固定板示意图。
32.图7为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的固定件示意图。
33.图8为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的升降式电动推杆部分装配示意图。
34.图9为本发明实施例的笼养鸡舍巡检机器人的固定支架示意图。
35.其中，1-履带式移动平台，2-电动升降台，201-升降式电动推杆，202-固定支架，3-监控摄像头及拾音麦克风传感器，4-超声波传感器阵列，5-触碰传感器，6-第一环境监测箱，7-第二环境监测箱，8-第三环境监测箱，9-天线装置，10-风速传感器，11-第一固定结构，1101-固定板，1102-固定件，12-第二固定结构，13-隔振装置。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，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做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。
37.实施例：
38.如图1～图5所示，本实施例提供了一种笼养鸡舍巡检机器人，该机器人包括履带式移动平台1和电动升降台2，电动升降台2设置在履带式移动平台1上，电动升降台2高度方向设置有环境监测传感器组，环境传感器组数目根据巡检鸡笼总体高度确定，本实施例的环境监测传感器组为三个；电动升降台2高度方向左右两侧各置一列监控摄像头及拾音麦克风传感器3，每列中监控摄像头及麦克风传感器数目依据鸡笼层数确定，安装高度依据所巡检的每层鸡笼高度确定，本实施例的监控摄像头及拾音麦克风传感器3为六个，六个监控摄像头及拾音麦克风传感器3在电动升降台2上呈上下分布和左右分布，构成拓扑结构；电动升降台2根据监控摄像头3的巡检需求和鸡笼高度自动控制升降，使监控摄像头及拾音麦克风传感器3对准所巡检鸡笼的鸡只，履带式移动平台1上搭载带有隔振装置的惯性导航传感器、超声波传感器阵列4和触碰传感器5。
39.进一步地，三个环境监测传感器组分别为第一环境监测传感器组、第二环境监测传感器组和第三环境监测传感器组，第一环境监测传感器组安装在第一环境监测箱6内，第二环境监测传感器组安装在第二环境监测箱7内，第三环境监测传感器组安装在第二环境监测箱8内，第一环境监测箱6、第二环境监测箱7和第三环境监测箱8分别安装在电动升降台2的顶部、中部和底部；电动升降台2的顶部除了安装第一环境监测传感器组外，还安装有天线装置9和风速传感器10，风速传感器10用于测量鸡舍内的风速信息。
40.进一步地，第一环境监测箱6通过第一固定结构11安装在电动升降台2的顶部，第二环境监测箱7通过第二固定结构11安装在电动升降台2的中部；第一环境监测箱6、第二环境监测箱7和第三环境监测箱8由履带式移动平台1供电，第一环境监测传感器组和第二环境监测传感器组随着电动升降台2的升降实现养殖场不同高度的环境信息采集，具体随着
电动升降台2的上升达到养殖场空间的上层和中层，负责采集上层和中层的环境信息，而第三环境监测传感器组则实现底部环境信息的采集。
41.进一步地，第一固定结构11和第二固定结构12的结构相同，以第一固定结构11为例，如图6和图7所示，第一固定结构11包括固定板1101和固定件1102，第一环境监测箱6安装在第一固定结构11的固定板1101上，第一固定结构11的固定件1102安装在电动升降台2的顶端，固定板1101与固定件1102固定连接；同理，第二环境监测箱7安装在第二固定结构12的固定板上，第二固定结构12的固定件安装在电动升降台2的中部。
42.进一步地，第一环境监测箱6、第二环境监测箱7和第三环境监测箱8均包括温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、液晶显示屏、环境监测主机以及lora数传电台，环境监测主机分别与温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、液晶显示屏、lora数传电台连接，用于测量并显示畜禽养殖场的温度、湿度、光照度、硫化氢浓度、氨气浓度以及二氧化碳浓度等信息。
43.本实施例中，环境监测主机通过lora数传电台接收到数据查询指令后，相隔固定时间依次读取温湿度传感器、光照度传感器、硫化氢传感器、氨气传感器、二氧化碳传感器、风速传感器等传感器信息，经过数据处理后，将这些传感器的信息统一转换成modbus协议，然后通过rs485串行通信标准接口将数据传输给lora数传电台，lora数传电台网关采集每个lora数传电台的信息，整合后发送给监控室主机，完成畜禽养殖场环境数据立体化自动测量、自动传输，自动记录与管理。
44.进一步地，履带式移动平台1包括车体、电机、减速器、电机驱动器、嵌入式控制器和工控机，电机、减速器、电机驱动器、rfid读卡器和嵌入式控制器设置在车体上，嵌入式控制器分别与电机驱动器、rfid读卡器、工控机、惯性导航传感器、超声波传感器阵列、触碰传感器连接，电机驱动器与电机连接，电机的输出轴与减速器的输入轴连接，电机的输出轴和减速器的输出轴安装有编码器，编码器与电机驱动器连接，该编码器为增量式编码器，用于转速反馈以及转动角度记录，以实现转速控制。rfid读卡器用于读出鸡笼所在关键位置信息。
45.具体地，惯性导航传感器设置在车体中间，惯性导航传感器与车体间通过隔振装置13固定连接，以减少车体振动对惯性导航传感器产生的扰动。
46.本实施例中，电机为两路独立的无刷直流电机，经过减速器后将动力输出到驱动轮上，将电机的高速运动变成低速大扭力转动，实现左右独立控制，电机驱动器采用集成两路无刷电机驱动器，嵌入式控制器采集编码器数据后实现电机转速闭环控制和位置记录；惯性导航传感器设置在车体中间，其采用九轴陀螺仪，测量出小车的航向、横滚、俯仰角以及速度角、加速度、磁罗盘，经过串口将数据传输给嵌入式控制器，嵌入式控制器获取转动角度和编码器信息，实现行驶角度矫正。
47.进一步地，嵌入式控制器通过usb与工控机连接，负责采集巡检机器人传感器信息；具体地，嵌入式控制器按照预先编写好的路径进行巡检，将速度指令通过can通信接口发送给电机驱动器，电机驱动器对速度指令进行解析，将速度转换成电机转速，驱动电机按照对应的速度进行转动，电机经过减速器将速度降低增加转矩，然后驱动笼养鸡舍巡检机器人行走；嵌入式控制器在发送速度控制指令的同时，还向电机控制器发送转速读取指令，读取左边与右边电机的实时转速，实时采集移动机器人的角度信息，并通过串口将数据发
送给嵌入式控制器；嵌入式控制器实时采集左右电机转速以及移动机器人的航向信息，根据左右电机转速、行驶距离以及航向角度对行驶轨迹进行修正，确保笼养鸡舍巡检机器人行驶在预设轨迹上。
48.进一步地，超声波传感器阵列4为两个，两个超声波传感器阵列4分别设置在车体的头部和尾部，用于障碍物检测，实现避障功能，超声波传感器阵列4采用多探测区域超声波，都具有五个方向的感知能力，包括正左、左前、正前、右前和正右方向，负责对前方、后方障碍物检测，超声波将前后方的障碍物信息通过rs485接口将数据传输给嵌入式控制器，嵌入式控制器实时获取前后障碍物距离，实现遇到障碍物自动停止的功能。
49.进一步地，触碰传感器5为两个，两个触碰传感器5安装在车体的头部和尾部，触碰传感器5采用常开式安全触边，与嵌入式控制器的i/o口连接，将开关信号反馈给嵌入式控制器，实现对碰撞的检测，当履带式履带式移动平台发生碰撞时可及时地让其停止运动。
50.本实施例的履带式移动平台1为履带式移动底盘，整车为方管车架，电池放在车头，电机和减速器放在车尾，车体中间留有空间，实现重量的前后均匀分布。
51.如图1～图5、图8～图9所示，电动升降台2包括升降式电动推杆201和六个固定支架202，升降式电动推杆201设置在履带式移动平台1的正中央，六个固定支架202两两配合安装在升降式电动推杆201的底部、中部和顶部，两个监控摄像头及拾音麦克风传感器3用两个固定支架202通过螺栓紧固配合安装在升降式电动推杆底部的固定支架左右两侧，两个监控摄像头及拾音麦克风传感器3用两个固定支架202通过螺栓紧固配合安装在升降式电动推杆中部的固定支架左右两侧，两个监控摄像头及拾音麦克风传感器3用两个固定支架202通过螺栓紧固配合安装在升降式电动推杆顶部的固定支架左右两侧，六个监控摄像头及拾音麦克风传感器3构成的上中下分布的拓扑结构可用于监测鸡舍不同高度的环境信息，实现对畜禽养殖场环境的立体监测，根据监控摄像头及拾音麦克风传感器3结构特征设计相关的固定结构，同时可根据鸡舍实际情况调整监控摄像头及拾音麦克风传感器3的数量以及安装高度，实现多角度、多高度、多目标的同步监测；第一环境监测箱6通过第一固定结构11安装在升降式电动推杆201的顶部，第二环境监测箱7通过第二固定结构12安装在升降式电动推杆201的中部。
52.进一步地，监控摄像头3采用网络摄像头，固定在升降式电动推杆201两个侧面，电源采用移动机器人底盘提供的12v供电，通过连接畜禽养殖场的无线局域网，进行个体生长状况识别并将监控画面传输到监控室主机；升降式电动推杆201采用方柱形电动推杆，四面侧面为平面，用螺丝固定在巡检小车顶部平台上，升降式电动推杆201与嵌入式控制器连接，嵌入式控制器根据巡检情况实现对升降式电动推杆201的升降控制。
53.本实施例还提供一种笼养鸡舍巡检方法，该方法基于上述的笼养鸡舍巡检机器人实现，包括以下步骤：
54.s1、控制笼养鸡舍巡检机器人移动，当左前、正前和右前方向上的障碍物距离小于安全距离时，则实现停车功能；当前方障碍物小于安全距离时，若左边安全距离大于右边，则选择向左绕行，若右边安全距离大于左边，则选择向右绕行；根据正左、左前、右前和正右超声波传感器反馈的距离，实现保持左右方向上距离障碍物相等距离居中行驶；根据左前和正左或者右前和正右超声波传感器反馈的距离实现靠边行驶，保持巡检机器人靠左边或者靠右边保持跟障碍物一定距离巡检。
55.s2、在笼养鸡舍巡检机器人的移动过程中，履带式移动平台的嵌入式控制器采集电机的编码器和惯性导航传感器信息，通过当前移动距离和航向角度计算出位姿信息，并不断更新巡检小车当前的位姿信息；通过惯性导航传感器采集到的航向角，同时控制巡检小车按照给定轨迹继续巡检，实现惯性导航。
56.s3、当笼养鸡舍巡检机器人通过惯性导航行驶到指定位置后，同时，通过rfid读卡器感知到位置信息，履带式移动平台的嵌入式控制器控制升降式电动推杆升起到巡检高度后开始巡检，巡检结束后，升降式电动推杆下降到原来高度；当升降式电动推杆上的监控摄像头检测到笼养鸡目标时，监控摄像头发送升起指令给嵌入式控制器，升降式电动推杆上升到巡检高度后开始巡检，当监控摄像头不再检测到笼养鸡目标时，发送下降指令给嵌入式控制器，升降式电动推杆下降到初始高度。
57.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
58.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，也可以将具有相同功能的单元集合成一个单元，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
59.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
60.综上所述，本发明通过在电动升降台上安装多个不同高度和不同角度的监控摄像头，监控摄像头通过连接畜禽养殖场内的无线局域网，在巡检小车自动巡检的过程中，将拍摄到的画面上传到监控室主机中，同时对多个畜禽个体身份信息进行识别和行为信息进行记录，实现畜禽养殖个体健康饮食等信息参数的记录与管理，代替了繁重的传统人工巡检观察与手动记录，为畜禽养殖行业实现智能化和自动化养殖提供基础。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。