[发明专利]一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法

说明书

本发明公开了一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法。包括四轮小车和自主导航系统、运动模块、信息采集模块，自主导航系统包括激光雷达、RGB‑D相机、惯性测量单元和里程计和主控模块；运动模块包括直流电机组、推杆电机和微控制器；信息采集模块包括热成像仪、环境检测传感器模组和无线传输模块；控制机器人在室内工作环境移动，同时利用激光雷达、RGB‑D相机、惯性测量单元和里程计获取移动过程的周围环境信息，进行数据处理得到定位位置，构建全局地图。本发明能提高机器人的定位精度，满足应用需求；克服了对饲养人员的严重依赖性，实现对养殖环境的自动检测，具有效率高、经济效益高、适用性广等优点。

技术领域

本发明涉及一种针对畜禽的智能农业装备和方法，具体涉及一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法。

背景技术

随着社会的不断发展，集约化、规模化和智能化是养殖业发展的必然趋势。这种养殖结构一方面可以有效提高生产力，节约社会资源，降低成本，带来更高的社会经济效益；另一方面也符合动物福利的要求，是实施标准化生产、提高畜产品质量的必要基础。动物行为、环境因子等信息是规模养殖生产过程的重要指标，如何高效采集并管理这些信息为精准化、智能化养殖生产带来新的挑战。

目前我国畜禽业主要采用人工巡检、定点监测和移动式巡检的方式进行信息采集。人工巡检需要饲养员每天定时进行巡视和检查，其劳动强度高、监测效率低且具有一定危险性也不符合动物福利要求。定点监测是在固定位置安装检测设备，其成本高、监测参数少、灵活性差，有较大的局限性。移动式巡检主要将巡检设备放置在轨道上，通过遥控等方式控制其在轨道的运动。但轨道的铺设难度大、成本高、适用性低，不便在现有养殖环境进行二次铺轨。随着养殖行业逐渐向大型集约化、规模化的生产模式进行转型，相对结构化的畜禽舍构造在国内得到了迅速推广，这也使得机器人技术可以在畜禽养殖行业中可以得到广泛的应用。近年来也有相关学者不断尝试将机器人技术、人工智能技术、信息处理技术等应用到畜禽养殖行业，但仍需要饲养员进入禽舍近距离发出控制信号，智能程度较低，应用潜力不大。而畜禽舍内相对结构化的环境为机器人技术的应用提供便利条件，使得智能机器人自主导航技术能更好地完成畜禽舍中的任务。但畜禽舍的对称式结构，也导致了定位过程的对称模式，使得机器人无法确定当前的唯一位姿，无法准确匹配所监测的动物信息、环境信息与机器人在禽舍内的相对位置。

发明内容

为了克服现存技术的弊端和解决背景技术中存在的问题，为有效解决畜禽舍环境对称结构下，基于激光传统自主导航存在对称模式下的唯一定位问题，本发明提供了一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人与地图构建方法，用机器人技术完全代替饲养人员在工作环节的功能，实现全自动养殖生产。

为了实现本发明的目的，本发明的具体技术方案如下：

一、一种基于自主导航的畜禽信息感知机器人：

包括四轮小车和安装在四轮小车上的自主导航系统、运动模块、信息采集模块，四轮小车上方设有升降云台；所述的自主导航系统包括用于获取周围环境信息的激光雷达、RGB-D相机、惯性测量单元和里程计以及用于信息处理和控制的主控模块；激光雷达、RGB-D相机、惯性测量单元、里程计和主控模块均固定安装在四轮小车上，激光雷达、RGB-D相机、惯性测量单元、里程计均连接到主控模块；所述的运动模块包括用于控制机器人行进的直流电机组、用于控制升降云台上下升降移动的推杆电机以及控制直流电机组进而推杆电机转速转向的微控制器；直流电机组包括安装于四轮小车底部四角的四个直流电机，四个直流电机的输出轴连接到四轮小车底部四角的四个车轮，推杆电机固定于四轮小车底部上，推杆电机输出端经传动结构连接到升降云台，推杆电机运行带动升降云台上下升降运动；所述的信息采集模块包括用于采集动物行为信息的热成像仪、用于采集环境信息的环境检测传感器模组和用于数据传输的无线传输模块；热成像仪置于升降云台底部的两侧，环境检测传感器模组置于升降云台上。