家禽自动喂食机器人的研究

李龙姣 赵勇 李俊玲 金增楠

摘 要：为了提高农村经济，节省劳动力，提高农户家禽产量，因此我们研发了一款可以寻线来回走动和自动检测鸡舍环境的喂食机器人。为实现该功能，我们对机器人从结构和程序两方面进行设计。结构方面，用型材做支架，将气轮安在底部，达到稳定作用。用舵机控制开关阀，有伸缩的作用，有利于控制量。桐有装料的也有放水的，做了可方便拆换设计。程序方面，利用传感器对饲料和鸡舍内温度和湿度进行检测并通过物联网技术将数据传入用户电子通信设备中进行监测。使用灰度传感器可以让小车在鸡舍内寻线走动。使用ARDUINO板来编程并控制。

关键词：喂食机器；温湿度检测；物联网；寻线走动；控制

1.家禽自动喂食机器人的机构设计

本项目主要研究了喂食的两个过程，储存饲料和送料过程。其中也包括了两个机械装置，固定的存料机器和一个可走动送料机器人。

1.1.存料装置结构设计

用计算机平面绘图辅助软件AUTOCAD画设计图，剪切亚克力板再拼做锥形装料桶，在出料口处用舵机控制开关阀，用两根型材固定桶，将其安置在鸡舍墙角。存料装置如图1所示。

1.2.送料装置结构设计

机器人上半身是一个用亚克力板切割然后进行拼接的小桶，为了运送不同的物料，以及防止不同物料之间形成参杂，所以该物料桶设计为可拆换式物料桶，当需要送的是水时，饲养员就可以把装料的桶换成装水的桶，桶下面连着送料管，车体的主要框架则由轻型的2020铝型材进行搭建，此装置在放料口也同样运用了单片机控制舵机。

在行进机构的设计上，则采用两个主动轮以及两个从动的万向轮与地面接触。同时，采用agv小车的原理，在机器人小车前面安装灰度传感器，使小车拥有自主导航的能力，当运动到固定区域时小车停下，开口处的单片机控制舵机把鸡料倒入鸡槽，等出料口的感应器感应到料满了以后单片机控制舵机把出料口关闭，小车继续往前走，重复上述流程。当结束所有倒料工作以后小车按照原定路线返回到存料处。送料装置如图2所示。

1.3行进机构设计

减速直流电机控制主动轮，车底盘前安万向轮。灰度传感器有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到反射面时，红外线反射回来被接受管吸收，经过比较器电路处理后，绿色指示灯会亮，同时信号输出接口输出数字信号。所以用灰度传感器对黑线进行感应ARDUINO控制板控制电机正轉，完成前进状态。灰度传感器未感应到黑线时，电机反转，使小车回到初始位置，寻线行进结束。

2.家禽自动喂食机器人的程序设计

2.1.存料装置

ARDUINO编写程序输入单片机中，ARDUINO作为一种被广泛被使用的单片机，其上手简单，因而以它为基础，对整个机器人的控制。分析漏料的时间和方式，控制舵机在固定的角度来回旋转，在底部安装激光测距，让它感应到有物体靠近垂直高度小于五十厘米就让舵机旋转九十度，使料漏出来，等感应器感再一次感应到有饲料以后就控制舵机关闭阀门。放料程序流程框图如图3所示。

2.2.送料装置

小车前安置两个灰度传感器，通过单片机控制电机以设定好的转速进行运转，便可使小车可以能够灵活的进行前进、倒退、以及转向的动作，当到小车到达指定投料地点时，单片机就会执行相应的程序指令，从而控制小车停止并向鸡笼方向进行转向，进行倒料工作。小车行走的逻辑控制流程图如图4所示。

机器人外部安装了温度传感器和湿度传感器，将周围环境的温度及湿度等数据实时的传递给ARDUINO控制板，控制板在将数据进行整合运算之后，对机器人发出不同的工作指令，同时通过物联网将数据发送到农户手机或PC等接受设备中，农户便可根据这些数据对鸡舍环境进行改良。

3.结论

灰度传感器是模拟传感器，其具有对环境光线适应能力强，探测数据准确，干扰性小等优点，适用于禽舍内小车寻线行走。灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。在环境光干扰不是很严重的情况下，用于区别黑色与其它颜色。它还有比较宽的工作电压范围，在电源电压波动比较大的情况下仍能正常工作。它输出的是连续的模拟信号，因而能很容易地通过A/D转换器或简单的比较器实现对物体反射率的判断。灰度传感器感应到相应数据传到单片机，单片机对其进行偏译，执行让电机旋转的指令，从而使小车行走。

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作者简介：

李龙姣（1998—），女，贵州省布依族苗族自治州都匀市人，本科在读，研究方向：机械电子工程.