【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及機器人，尤其涉及一種全自動擠奶機器人。
技術介紹
1、隨著人民生活水平的提高和健康意識的普及，人們對鮮奶及牛奶制品數(shù)量與品質的需求與日俱增。所以，標準化、規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化成為我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的趨勢和目標。全自動智能擠奶機器人可以精準控制擠奶的全過程，最大程度地實現(xiàn)奶牛自然狀態(tài)下擠奶，在保證奶牛健康的同時不僅提高了牛奶產(chǎn)量與品質，也有效提高了工作效率，節(jié)約了人力成本。因此，研究開發(fā)全自動智能擠奶機器人具有重要的意義。
2、目前在我國的大部分奶牛牧場，仍需要工人在工位長時間重復操作，勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，且不當?shù)臄D奶操作容易導致污染奶源。將人工智能技術、傳感技術、機器人技術相結合，應用在奶牛養(yǎng)殖業(yè)。研發(fā)可以精準控制擠奶全過程的自動智能擠奶機器人，促進奶牛牧場的標準化、規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化。使牧場工人從重復性的擠奶操作中解放出來，節(jié)約人力成本，減少奶源污染的可能性，提高牛奶的品質，具有廣泛的應用前景。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術的不足，本專利技術提供一種全自動擠奶機器人；
2、一種全自動擠奶機器人，包括機器人總控制系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構；
3、所述機器人總控制系統(tǒng)使用jetson?xavier?nx核心板，對圖像識別系統(tǒng)采集的圖像進行識別、控制機械臂到達指定位置以及控制末端執(zhí)行機構，圖像識別系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構均與機器人總控制系統(tǒng)連接。
4、所述圖像識別系統(tǒng)包括相機以及
5、所述機械臂控制系統(tǒng)通過lan網(wǎng)絡接口與所述機器人總控制系統(tǒng)同時接在一個交換機中，使得兩者處于同一個局域網(wǎng)中；機器人總控制系統(tǒng)獲取到牛乳頭坐標后，將控制信息通過tcp/ip協(xié)議發(fā)送給機械臂控制系統(tǒng)；機械臂控制系統(tǒng)控制機械臂末端先運動到坐標原點，等待圖像識別系統(tǒng)工作，然后控制奶杯移動到牛乳頭下方進行套杯操作，如果失敗會反復重復這一動作；
6、所述機械臂控制系統(tǒng)還包括避障傳感器，具體使用多點激光測距傳感器，使用uart串口通信接入機械臂控制系統(tǒng)中，安裝在機械臂末端執(zhí)行機構；
7、所述末端執(zhí)行機構連接機器人總控制系統(tǒng)的gpio接口，其中末端執(zhí)行機構包括藥浴機構、滾刷機構、氣缸控制機構、真空擠奶機構；當機械臂末端到達相應的牛乳頭下方后，末端執(zhí)行機構開始工作；
8、所述藥浴機構對奶牛乳頭進行藥浴和清理處理；
9、所述滾刷機構由支架、滾輪、第二舵機、電機、連接零部件和單片機控制板組成，電機和滾刷通過聯(lián)軸器連接安裝于支架末端，支架位于奶盤一側，可繞連接軸轉動。第二舵機與支架構成轉動副，由第二舵機帶動支架轉動。單片機控制板提供輸出信號，控制電機和第二舵機啟停。
10、在機器人啟動時，滾刷與支架在主板一側的輸出引腳置為低位，位于初始位，不進行操作。在讀取奶牛乳頭坐標并完成藥浴工作后，主板將支架對應輸出引腳置高位，支架通過第二舵機驅動，翻轉到達指定位置。在支架到達指定位置后，主板將滾刷對應輸出引腳置高位，滾刷通過電機驅動開始轉動，再通過機械臂運動將滾輪移動至奶牛乳頭相對指定位置，停留五秒完成奶牛乳頭清理工作。完成第一個奶牛乳頭清理工作后再移動機械臂返回至初始位，等待三秒后再依次完成剩余奶牛乳頭的清理工作。滾刷機構完成清理工作后，單片機控制板將滾刷對應控制引腳置低位，滾刷停止工作，滾刷停止工作后，單片機控制板將支架對應引腳置低位，第二舵機帶動支架翻轉回到初始位置，單片機控制板輸出“滾刷完成”信息提示。
11、所述氣缸控制機構包括第一氣泵、電磁閥、繼電器、單片機控制板、氣缸和電源；所述氣缸安裝在機械臂末端的真空擠奶機構中，單片機控制板控制繼電器開閉，繼電器控制電磁閥的通斷，第一氣泵通過氣管連接到儲氣罐，儲氣罐再通過氣管連接到電磁閥的進氣口，電磁閥的出氣口通過氣管與氣缸相連接。
12、所述真空擠奶機構設置有4個奶杯，分別對應奶牛的4個乳頭，奶杯上部為軟性橡膠材質，真空擠奶機構還包括第二氣泵，使用第二氣泵抽取空氣制造真空環(huán)境使奶杯吸附在乳頭上，同時控制氣缸以設定頻率運動進行自動化擠奶；待結束擠奶后，再控制第二氣泵松開奶杯脫離奶牛乳頭。
13、所述圖像識別系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)存儲奶牛每日的乳房照片，奶牛每日的擠奶量，以及奶牛乳頭健康狀況的評級；具體使用yolov5算法識別牛乳頭，當識別到牛乳頭在圖像中的坐標后，結合深度相機的深度信息和旋轉平移矩陣，計算出牛乳頭在三維世界中的真實坐標；
14、所述奶牛乳頭健康狀況的評級具體為：將奶牛乳頭的健康狀況劃分為四個等級：一級為優(yōu)質乳頭，二級為良性乳頭，三級為中性乳頭，四級為病變乳頭；所述優(yōu)質乳頭無乳頭突出，無色差，表面病變，乳頭內部無異常情況，乳頭尖端無裂傷、潰瘍；所述良性乳頭末端環(huán)繞有不超過1毫米突起的環(huán)，無老角質形成的突起物，表面光滑；所述中性乳頭末端環(huán)繞有1至3毫米的老角質突起或隆起的結節(jié)，表面粗糙；所述病變乳頭中性乳頭末端環(huán)繞有4毫米以上的老角質突起或隆起的結節(jié)，乳頭呈現(xiàn)花狀或有裂痕；事先采集訓練數(shù)據(jù)集，訓練數(shù)據(jù)集為牧場拍攝的奶牛乳頭照片，由人工按照評級標準進行分級標注，根據(jù)該訓練數(shù)據(jù)集標注評級標簽，并使用yolov5算法訓練得到奶牛乳頭健康度評級模型，該模型根據(jù)輸入的奶牛乳頭圖片或視頻，得到對應乳頭的評級結果；使用訓練后的模型對采集到的奶牛每日的乳房照片進行檢測，對奶牛乳頭健康狀況進行評級；
15、所述擠奶機器人的控制系統(tǒng)還包括圖形化界面包括相機預覽模塊、功能模塊、顯示模塊，相機預覽模塊用于顯示相機實時返回的視頻畫面；所述功能模塊用于控制圖像識別系統(tǒng)以及機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構的啟停，并顯示數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，對奶牛的健康狀況和擠奶量進行整合分析；所述顯示模塊用于實時顯示機械臂當前的運動位置，以及對機械臂進行手動控制；
16、所述全自動擠奶機器人，用于執(zhí)行以下步驟：
17、步驟1：圖像識別系統(tǒng)檢測奶牛乳頭的位置并計算出機械臂運動目標點的坐標；
18、步驟2：全自動擠奶機器人控制機械臂對奶牛乳頭進行藥浴、使用滾刷進行清潔、控制氣缸完成立杯和套杯動作并進行擠奶；
19、步驟3：擠奶過程中使用流量計檢測擠奶量，當擠奶量在設定時間內的變化量小于設定閾值時，氣缸松開奶杯結束擠奶，機械臂返回原點，完成擠奶。
20、所述套杯采取逐個套杯的方式：先進行1號乳頭的套杯，當1號乳頭套杯成功后機械臂返回目標檢測原點進行檢測，計算出2號乳頭的坐標，再進行2號乳頭的套杯，再依次進行3號、4號乳頭的套杯。奶杯在沒有進行套杯的時候水平放置，進行套杯動作時，使用一根繩子連接到奶杯的下端，繩子另一端連接到電機上，通過驅動電機拉近繩子，奶杯本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種全自動擠奶機器人，其特征在于，包括機器人總控制系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述機械臂控制系統(tǒng)還包括避障傳感器，具體使用多點激光測距傳感器，使用UART串口通信接入機械臂控制系統(tǒng)中，安裝在機械臂末端執(zhí)行機構。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述末端執(zhí)行機構包括藥浴機構、滾刷機構、氣缸控制機構、真空擠奶機構；所述藥浴機構對奶牛乳頭進行藥浴和清理處理；
4.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述奶牛乳頭健康狀況的評級具體為：將奶牛乳頭的健康狀況劃分為四個等級：一級為優(yōu)質乳頭，二級為良性乳頭，三級為中性乳頭，四級為病變乳頭；所述優(yōu)質乳頭無乳頭突出，無色差，表面病變，乳頭內部無異常情況，乳頭尖端無裂傷、潰瘍；所述良性乳頭末端環(huán)繞有不超過1毫米突起的環(huán)，無老角質形成的突起物，表面光滑；所述中性乳頭末端環(huán)繞有1至3毫米的老角質突起或隆起的結節(jié)，表面粗糙；所述病變乳頭中性乳頭末端環(huán)繞有4毫米以上的老角質突起或隆起的結節(jié)，乳頭
5.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述圖像識別系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)存儲奶牛每日的乳房照片，奶牛每日的擠奶量，以及奶牛乳頭健康狀況的評級；具體使用YOLOv5算法識別牛乳頭，當識別到牛乳頭在圖像中的坐標后，結合深度相機的深度信息和旋轉平移矩陣，計算出牛乳頭在三維世界中的真實坐標。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述全自動擠奶機器人還包括圖形化界面包括相機預覽模塊、功能模塊、顯示模塊，相機預覽模塊用于顯示相機實時返回的視頻畫面；所述功能模塊用于控制圖像識別系統(tǒng)以及機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構的啟停，并顯示數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，對奶牛的健康狀況和擠奶量進行整合分析；所述顯示模塊用于實時顯示機械臂當前的運動位置，以及對機械臂進行手動控制。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述全自動擠奶機器人，用于執(zhí)行以下步驟：
8.根據(jù)權利要求7所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，步驟3中，所述套杯采取逐個套杯的方式：先進行1號乳頭的套杯，當1號乳頭套杯成功后機械臂返回目標檢測原點進行檢測，計算出2號乳頭的坐標，再進行2號乳頭的套杯，再依次進行3號、4號乳頭的套杯；奶杯在沒有進行套杯的時候水平放置，進行套杯動作時，使用一根繩子連接到奶杯的下端，繩子另一端連接到電機上，通過驅動電機拉近繩子，奶杯在拉力的作用會被拉到機械臂上設計好的奶杯槽中，進而立起來；
...【技術特征摘要】
1.一種全自動擠奶機器人，其特征在于，包括機器人總控制系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)和末端執(zhí)行機構；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述機械臂控制系統(tǒng)還包括避障傳感器，具體使用多點激光測距傳感器，使用uart串口通信接入機械臂控制系統(tǒng)中，安裝在機械臂末端執(zhí)行機構。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述末端執(zhí)行機構包括藥浴機構、滾刷機構、氣缸控制機構、真空擠奶機構；所述藥浴機構對奶牛乳頭進行藥浴和清理處理；
4.根據(jù)權利要求1所述的一種全自動擠奶機器人，其特征在于，所述奶牛乳頭健康狀況的評級具體為：將奶牛乳頭的健康狀況劃分為四個等級：一級為優(yōu)質乳頭，二級為良性乳頭，三級為中性乳頭，四級為病變乳頭；所述優(yōu)質乳頭無乳頭突出，無色差，表面病變，乳頭內部無異常情況，乳頭尖端無裂傷、潰瘍；所述良性乳頭末端環(huán)繞有不超過1毫米突起的環(huán)，無老角質形成的突起物，表面光滑；所述中性乳頭末端環(huán)繞有1至3毫米的老角質突起或隆起的結節(jié)，表面粗糙；所述病變乳頭中性乳頭末端環(huán)繞有4毫米以上的老角質突起或隆起的結節(jié)，乳頭呈現(xiàn)花狀或有裂痕；事先采集訓練數(shù)據(jù)集，訓練數(shù)據(jù)集為牧場拍攝的奶牛乳頭照片，由人工按照評級標準進行分級標注，根據(jù)該訓練數(shù)據(jù)集標注評級標簽，并使用yolov5算法訓練得到奶牛乳頭健康度評級模型，該模型根據(jù)輸入的奶牛乳頭圖片或視頻，得到對應乳頭的評級結果；使用訓練后的模型對采集到的奶牛每日的乳房照片進行檢測，對奶牛乳頭...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張國飛，尚飛，丁濤，尹理，劉恩齊，鄢萬吉，王宏，
申請(專利權)人：內蒙古歐牧機械設備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。