家禽自動喂食機器人的研究

李龍姣 趙勇 李俊玲 金增楠

摘 要：為了提高農村經濟，節省勞動力，提高農戶家禽產量，因此我們研發了一款可以尋線來回走動和自動檢測雞舍環境的喂食機器人。為實現該功能，我們對機器人從結構和程序兩方面進行設計。結構方面，用型材做支架，將氣輪安在底部，達到穩定作用。用舵機控制開關閥，有伸縮的作用，有利于控制量。桐有裝料的也有放水的，做了可方便拆換設計。程序方面，利用傳感器對飼料和雞舍內溫度和濕度進行檢測并通過物聯網技術將數據傳入用戶電子通信設備中進行監測。使用灰度傳感器可以讓小車在雞舍內尋線走動。使用ARDUINO板來編程并控制。

關鍵詞：喂食機器；溫濕度檢測；物聯網；尋線走動；控制

1.家禽自動喂食機器人的機構設計

本項目主要研究了喂食的兩個過程，儲存飼料和送料過程。其中也包括了兩個機械裝置，固定的存料機器和一個可走動送料機器人。

1.1.存料裝置結構設計

用計算機平面繪圖輔助軟件AUTOCAD畫設計圖，剪切亞克力板再拼做錐形裝料桶，在出料口處用舵機控制開關閥，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.送料裝置結構設計

機器人上半身是一個用亞克力板切割然后進行拼接的小桶，為了運送不同的物料，以及防止不同物料之間形成參雜，所以該物料桶設計為可拆換式物料桶，當需要送的是水時，飼養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鋁型材進行搭建，此裝置在放料口也同樣運用了單片機控制舵機。

在行進機構的設計上，則采用兩個主動輪以及兩個從動的萬向輪與地面接觸。同時，采用agv小車的原理，在機器人小車前面安裝灰度傳感器，使小車擁有自主導航的能力，當運動到固定區域時小車停下，開口處的單片機控制舵機把雞料倒入雞槽，等出料口的感應器感應到料滿了以后單片機控制舵機把出料口關閉，小車繼續往前走，重復上述流程。當結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行進機構設計

減速直流電機控制主動輪，車底盤前安萬向輪。灰度傳感器有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到反射面時，紅外線反射回來被接受管吸收，經過比較器電路處理后，綠色指示燈會亮，同時信號輸出接口輸出數字信號。所以用灰度傳感器對黑線進行感應ARDUINO控制板控制電機正轉，完成前進狀態。灰度傳感器未感應到黑線時，電機反轉，使小車回到初始位置，尋線行進結束。

2.家禽自動喂食機器人的程序設計

2.1.存料裝置

ARDUINO編寫程序輸入單片機中，ARDUINO作為一種被廣泛被使用的單片機，其上手簡單，因而以它為基礎，對整個機器人的控制。分析漏料的時間和方式，控制舵機在固定的角度來回旋轉，在底部安裝激光測距，讓它感應到有物體靠近垂直高度小于五十厘米就讓舵機旋轉九十度，使料漏出來，等感應器感再一次感應到有飼料以后就控制舵機關閉閥門。放料程序流程框圖如圖3所示。

2.2.送料裝置

小車前安置兩個灰度傳感器，通過單片機控制電機以設定好的轉速進行運轉，便可使小車可以能夠靈活的進行前進、倒退、以及轉向的動作，當到小車到達指定投料地點時，單片機就會執行相應的程序指令，從而控制小車停止并向雞籠方向進行轉向，進行倒料工作。小車行走的邏輯控制流程圖如圖4所示。

機器人外部安裝了溫度傳感器和濕度傳感器，將周圍環境的溫度及濕度等數據實時的傳遞給ARDUINO控制板，控制板在將數據進行整合運算之后，對機器人發出不同的工作指令，同時通過物聯網將數據發送到農戶手機或PC等接受設備中，農戶便可根據這些數據對雞舍環境進行改良。

3.結論

灰度傳感器是模擬傳感器，其具有對環境光線適應能力強，探測數據準確，干擾性小等優點，適用于禽舍內小車尋線行走。灰度傳感器利用不同顏色的檢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行顏色深淺檢測。在環境光干擾不是很嚴重的情況下，用于區別黑色與其它顏色。它還有比較寬的工作電壓范圍，在電源電壓波動比較大的情況下仍能正常工作。它輸出的是連續的模擬信號，因而能很容易地通過A/D轉換器或簡單的比較器實現對物體反射率的判斷。灰度傳感器感應到相應數據傳到單片機，單片機對其進行偏譯，執行讓電機旋轉的指令，從而使小車行走。

參考文獻：

[1]詹劍.智能物聯網技術應用及發展[J].電子技術與軟件工程，2019（04）：10.

[2]閆肅.基于單片機的大型家禽養殖基地智能環境控制系統構建[J].電子制作，2018（17）：36-37+28.

[3]謝曉敏，閔銳.基于89C51單片機的智能尋跡避障小車設計[J].太原學院學報（自然科學版），2018，36（01）：15-18.

[4]史舜晨.基于ARDUINO的電器遙控系統[J].電子制作，2017（21）：77-79.

[5]張偉杰，唐觀榮，黃家懌.基于物聯網的養雞環境監控與管理系統[J].現代農業裝備，2017（05）：61-65.

[6]龔尚福，潘虹.智能溫室大棚監控系統的研究與設計[J].現代電子技術，2017，40（19）：119-122.

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：機械電子工程.