家禽自動(dòng)喂食機(jī)器人的研究

李龍姣 趙勇 李俊玲 金增楠

摘 要：為了提高農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，節(jié)省勞動(dòng)力，提高農(nóng)戶家禽產(chǎn)量，因此我們研發(fā)了一款可以尋線來回走動(dòng)和自動(dòng)檢測雞舍環(huán)境的喂食機(jī)器人。為實(shí)現(xiàn)該功能，我們對機(jī)器人從結(jié)構(gòu)和程序兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)方面，用型材做支架，將氣輪安在底部，達(dá)到穩(wěn)定作用。用舵機(jī)控制開關(guān)閥，有伸縮的作用，有利于控制量。桐有裝料的也有放水的，做了可方便拆換設(shè)計(jì)。程序方面，利用傳感器對飼料和雞舍內(nèi)溫度和濕度進(jìn)行檢測并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳入用戶電子通信設(shè)備中進(jìn)行監(jiān)測。使用灰度傳感器可以讓小車在雞舍內(nèi)尋線走動(dòng)。使用ARDUINO板來編程并控制。

關(guān)鍵詞：喂食機(jī)器；溫濕度檢測；物聯(lián)網(wǎng)；尋線走動(dòng)；控制

1.家禽自動(dòng)喂食機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要研究了喂食的兩個(gè)過程，儲(chǔ)存飼料和送料過程。其中也包括了兩個(gè)機(jī)械裝置，固定的存料機(jī)器和一個(gè)可走動(dòng)送料機(jī)器人。

1.1.存料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

用計(jì)算機(jī)平面繪圖輔助軟件AUTOCAD畫設(shè)計(jì)圖，剪切亞克力板再拼做錐形裝料桶，在出料口處用舵機(jī)控制開關(guān)閥，用兩根型材固定桶，將其安置在雞舍墻角。存料裝置如圖1所示。

1.2.送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)器人上半身是一個(gè)用亞克力板切割然后進(jìn)行拼接的小桶，為了運(yùn)送不同的物料，以及防止不同物料之間形成參雜，所以該物料桶設(shè)計(jì)為可拆換式物料桶，當(dāng)需要送的是水時(shí)，飼養(yǎng)員就可以把裝料的桶換成裝水的桶，桶下面連著送料管，車體的主要框架則由輕型的2020鋁型材進(jìn)行搭建，此裝置在放料口也同樣運(yùn)用了單片機(jī)控制舵機(jī)。

在行進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，則采用兩個(gè)主動(dòng)輪以及兩個(gè)從動(dòng)的萬向輪與地面接觸。同時(shí)，采用agv小車的原理，在機(jī)器人小車前面安裝灰度傳感器，使小車擁有自主導(dǎo)航的能力，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到固定區(qū)域時(shí)小車停下，開口處的單片機(jī)控制舵機(jī)把雞料倒入雞槽，等出料口的感應(yīng)器感應(yīng)到料滿了以后單片機(jī)控制舵機(jī)把出料口關(guān)閉，小車?yán)^續(xù)往前走，重復(fù)上述流程。當(dāng)結(jié)束所有倒料工作以后小車按照原定路線返回到存料處。送料裝置如圖2所示。

1.3行進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

減速直流電機(jī)控制主動(dòng)輪，車底盤前安萬向輪。灰度傳感器有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到反射面時(shí)，紅外線反射回來被接受管吸收，經(jīng)過比較器電路處理后，綠色指示燈會(huì)亮，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)。所以用灰度傳感器對黑線進(jìn)行感應(yīng)ARDUINO控制板控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，完成前進(jìn)狀態(tài)?；叶葌鞲衅魑锤袘?yīng)到黑線時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，使小車回到初始位置，尋線行進(jìn)結(jié)束。

2.家禽自動(dòng)喂食機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)

2.1.存料裝置

ARDUINO編寫程序輸入單片機(jī)中，ARDUINO作為一種被廣泛被使用的單片機(jī)，其上手簡單，因而以它為基礎(chǔ)，對整個(gè)機(jī)器人的控制。分析漏料的時(shí)間和方式，控制舵機(jī)在固定的角度來回旋轉(zhuǎn)，在底部安裝激光測距，讓它感應(yīng)到有物體靠近垂直高度小于五十厘米就讓舵機(jī)旋轉(zhuǎn)九十度，使料漏出來，等感應(yīng)器感再一次感應(yīng)到有飼料以后就控制舵機(jī)關(guān)閉閥門。放料程序流程框圖如圖3所示。

2.2.送料裝置

小車前安置兩個(gè)灰度傳感器，通過單片機(jī)控制電機(jī)以設(shè)定好的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，便可使小車可以能夠靈活的進(jìn)行前進(jìn)、倒退、以及轉(zhuǎn)向的動(dòng)作，當(dāng)?shù)叫≤嚨竭_(dá)指定投料地點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的程序指令，從而控制小車停止并向雞籠方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向，進(jìn)行倒料工作。小車行走的邏輯控制流程圖如圖4所示。

機(jī)器人外部安裝了溫度傳感器和濕度傳感器，將周圍環(huán)境的溫度及濕度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳遞給ARDUINO控制板，控制板在將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合運(yùn)算之后，對機(jī)器人發(fā)出不同的工作指令，同時(shí)通過物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到農(nóng)戶手機(jī)或PC等接受設(shè)備中，農(nóng)戶便可根據(jù)這些數(shù)據(jù)對雞舍環(huán)境進(jìn)行改良。

3.結(jié)論

灰度傳感器是模擬傳感器，其具有對環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，探測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，干擾性小等優(yōu)點(diǎn)，適用于禽舍內(nèi)小車尋線行走?；叶葌鞲衅骼貌煌伾臋z測面對光的反射程度不同，光敏電阻對不同檢測面返回的光其阻值也不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。在環(huán)境光干擾不是很嚴(yán)重的情況下，用于區(qū)別黑色與其它顏色。它還有比較寬的工作電壓范圍，在電源電壓波動(dòng)比較大的情況下仍能正常工作。它輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，因而能很容易地通過A/D轉(zhuǎn)換器或簡單的比較器實(shí)現(xiàn)對物體反射率的判斷?；叶葌鞲衅鞲袘?yīng)到相應(yīng)數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)，單片機(jī)對其進(jìn)行偏譯，執(zhí)行讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)的指令，從而使小車行走。

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作者簡介：

李龍姣（1998—），女，貴州省布依族苗族自治州都勻市人，本科在讀，研究方向：機(jī)械電子工程.