本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)藥浴裝置，特別是關(guān)于一種在家畜領(lǐng)域中使用的輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)2000頭以上規(guī)模的牛場(chǎng)，主要采用轉(zhuǎn)盤式擠奶臺(tái)。其中，前藥浴和后藥浴均為人工作業(yè)環(huán)節(jié)，不但人工成本高、作業(yè)強(qiáng)度大，而且不易做到標(biāo)準(zhǔn)化，并易帶來(lái)消毒安全隱患。國(guó)外藥浴環(huán)節(jié)的自動(dòng)化清潔消毒方法主要包括兩種：第一種是基于擠奶站的清潔消毒方法，該清潔消毒方法與自動(dòng)擠奶機(jī)器人相結(jié)合，即在擠奶站中，利用激光技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，控制機(jī)械臂進(jìn)行清潔消毒和上奶杯等操作；第二種是基于轉(zhuǎn)盤式擠奶臺(tái)的清潔消毒方法，該方法針對(duì)擠奶轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的單獨(dú)藥浴設(shè)備，在擠奶臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)TOF(Time of Flight)深度相機(jī)獲取奶牛乳房位置信息，控制機(jī)械臂進(jìn)行清潔消毒操作。這兩種方法還無(wú)法解決國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)盤式擠奶臺(tái)系統(tǒng)中的清潔消毒問(wèn)題。

基于擠奶站的清潔消毒方法，缺點(diǎn)在于：該方法每次只能對(duì)一頭奶牛進(jìn)行清潔、消毒和擠奶操作，所以該方法會(huì)影響擠奶效率，適合規(guī)模較小、自動(dòng)化程度高的牧場(chǎng)。如果配備多臺(tái)自動(dòng)化擠奶設(shè)備，設(shè)備間協(xié)調(diào)問(wèn)題較為復(fù)雜，且安裝成本較高。基于轉(zhuǎn)盤式擠奶臺(tái)的清潔消毒方法，缺點(diǎn)在于：擠奶臺(tái)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，藥浴操作時(shí)間短，不僅對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高，而且不能提供足夠的時(shí)間使藥浴液發(fā)揮藥效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，其操作簡(jiǎn)便、有效降低勞動(dòng)力成本，提高安全性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：一種輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，其特征在于它包括前閘門、后閘門、分離門、門禁模塊、鋼架支撐結(jié)構(gòu)、無(wú)線傳輸模塊、讀卡模塊、機(jī)械臂、機(jī)械執(zhí)行控制模塊、圖像采集與處理模塊和清潔消毒單元；自動(dòng)藥浴裝置的前端設(shè)置有所述前閘門，自動(dòng)藥浴裝置的后端設(shè)置有所述后閘門，自動(dòng)藥浴裝置的一側(cè)設(shè)置有所述分離門，所述前閘門、所述后閘門和所述分離門均由所述門禁模塊控制其開(kāi)、關(guān)動(dòng)作；自動(dòng)藥浴裝置的另一側(cè)設(shè)置有所述鋼架支撐結(jié)構(gòu)，所述鋼架支撐結(jié)構(gòu)的前端設(shè)置所述無(wú)線傳輸模塊，所述無(wú)線傳輸模塊緊鄰設(shè)置有所述讀卡模塊，在所述鋼架支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置有所述機(jī)械臂，所述機(jī)械臂的末端設(shè)置有所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊，所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊上設(shè)置有所述圖像采集與處理模塊和四個(gè)支架，所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊與設(shè)置在四個(gè)支架上的所述清潔消毒單元均電連接，所述門禁模塊、所述讀卡模塊、所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊和所述圖像采集與處理模塊均與所述無(wú)線傳輸模塊電連接，所述無(wú)線傳輸模塊收集到的信息傳輸至外部上位機(jī)。

優(yōu)選地，所述清潔消毒單元采用噴淋、擦拭方式，所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊控制四個(gè)所述清潔消毒單元的角度和位置。

優(yōu)選地，所述前閘門和所述后閘門上均設(shè)置有感應(yīng)裝置。

優(yōu)選地，所述讀卡模塊采用射頻識(shí)別技術(shù)。

優(yōu)選地，所述圖像采集與處理模塊采用雙目視覺(jué)與單目視覺(jué)相結(jié)合的方式，其中，單目視覺(jué)采用紅外熱成像技術(shù)。

優(yōu)選地，所述機(jī)械執(zhí)行控制模塊控制所述機(jī)械臂在所述鋼架支撐結(jié)構(gòu)上滑動(dòng)和轉(zhuǎn)向。

本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本實(shí)用新型采用輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，可在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式擠奶設(shè)備基礎(chǔ)上，進(jìn)行配套使用，替代擠奶轉(zhuǎn)臺(tái)中的前藥浴和后藥浴的人工作業(yè)環(huán)節(jié)，有效降低勞動(dòng)力成本，便于清潔消毒環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化操作，提高安全性，克服了擠奶轉(zhuǎn)臺(tái)因消毒環(huán)節(jié)停留時(shí)間造成的間斷性運(yùn)行問(wèn)題。2、本實(shí)用新型采用輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，整體空間布局緊湊、結(jié)構(gòu)合理，易于功能擴(kuò)展、方便移植。3、本實(shí)用新型采用輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，可以和體重監(jiān)測(cè)、體況評(píng)估、體溫監(jiān)測(cè)等技術(shù)相結(jié)合，采集奶牛個(gè)體綜合信息，便于牧場(chǎng)管理。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的自動(dòng)藥浴裝置流程結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型的圖像處理流程示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的機(jī)械臂和清潔消毒單元運(yùn)動(dòng)流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置，其包括前閘門1、后閘門2、分離門3、門禁模塊、鋼架支撐結(jié)構(gòu)4、無(wú)線傳輸模塊5、讀卡模塊6、機(jī)械臂7、機(jī)械執(zhí)行控制模塊8、圖像采集與處理模塊9和清潔消毒單元10。自動(dòng)藥浴裝置的前端設(shè)置有前閘門1，自動(dòng)藥浴裝置的后端設(shè)置有后閘門2，自動(dòng)藥浴裝置的一側(cè)設(shè)置有分離門3，用于將不符合擠奶條件的奶牛送出，前閘門1、后閘門2、分離門3均由門禁模塊控制其開(kāi)、關(guān)動(dòng)作。自動(dòng)藥浴裝置的另一側(cè)設(shè)置有鋼架支撐結(jié)構(gòu)4，鋼架支撐結(jié)構(gòu)4的前端設(shè)置無(wú)線傳輸模塊5，無(wú)線傳輸模塊5緊鄰設(shè)置有讀卡模塊6，用于讀取奶牛的個(gè)體信息，在鋼架支撐結(jié)構(gòu)4上設(shè)置有機(jī)械臂7，機(jī)械臂7可以在鋼架支撐結(jié)構(gòu)4上滑動(dòng)和轉(zhuǎn)向，機(jī)械臂7的末端設(shè)置有機(jī)械執(zhí)行控制模塊8，機(jī)械執(zhí)行控制模塊8上設(shè)置有圖像采集與處理模塊9和四個(gè)支架，機(jī)械執(zhí)行控制模塊8與設(shè)置在四個(gè)支架上的清潔消毒單元10均電連接，用于控制四個(gè)清潔消毒單元10進(jìn)行清潔和藥浴，門禁模塊、讀卡模塊6、機(jī)械執(zhí)行控制模塊8和圖像采集與處理模塊9均與無(wú)線傳輸模塊5電連接，無(wú)線傳輸模塊5收集到的信息傳輸至外部上位機(jī)。

上述實(shí)施例中，清潔消毒單元10采用噴淋、擦拭等方式，對(duì)奶牛乳頭進(jìn)行清潔和藥浴，機(jī)械執(zhí)行控制模塊8控制四個(gè)清潔消毒單元10的角度和位置。

上述各實(shí)施例中，前閘門1和后閘門2上均設(shè)置有感應(yīng)裝置，用于判斷前閘門1和后閘門2的前面是否有奶牛。

上述各實(shí)施例中，機(jī)械執(zhí)行控制模塊8控制機(jī)械臂7在鋼架支撐結(jié)構(gòu)4上滑動(dòng)和轉(zhuǎn)向。

上述各實(shí)施例中，讀卡模塊6采用射頻識(shí)別技術(shù)，獲取奶牛耳朵上的電子標(biāo)簽11內(nèi)的奶牛信息。

上述各實(shí)施例中，圖像采集與處理模塊9采用雙目視覺(jué)與單目視覺(jué)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)奶牛乳頭的動(dòng)態(tài)定位與跟蹤，獲得奶牛乳頭輪廓和深度信息，有效克服清潔消毒過(guò)程中因奶牛晃動(dòng)帶來(lái)的定位不準(zhǔn)、操作失敗的問(wèn)題。其中，單目視覺(jué)采用紅外熱成像技術(shù)，可以獲得奶牛乳區(qū)溫度數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行溫度特征分析，有助于幫助奶牛乳房炎診斷。

如圖2所示，基于上述裝置，本實(shí)用新型還提供一種輔助奶牛擠奶作業(yè)的自動(dòng)藥浴裝置的使用方法，其具體步驟如下：

1)奶牛來(lái)到自動(dòng)藥浴裝置前，通過(guò)感應(yīng)裝置，門禁模塊控制開(kāi)啟后閘門，使奶牛進(jìn)入自動(dòng)藥浴裝置；

2)通過(guò)前閘門的感應(yīng)裝置，判斷奶牛是否進(jìn)入自動(dòng)藥浴裝置，如果奶牛進(jìn)入自動(dòng)藥浴裝置，則關(guān)閉后閘門，否則，返回步驟1)；

3)讀卡模塊對(duì)奶牛耳朵上的電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，并獲取該奶牛的個(gè)體信息，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將信息傳輸至外部上位機(jī)；

4)上位機(jī)提取奶廳數(shù)據(jù)庫(kù)中該奶牛的信息，如果符合擠奶要求，上位機(jī)向機(jī)械執(zhí)行控制模塊發(fā)送信息；否則，上位機(jī)向門禁模塊發(fā)送控制信息，門禁模塊控制打開(kāi)分離門，使奶牛進(jìn)入問(wèn)題牛處置通道后，關(guān)閉分離門，并返回步驟1)；

5)機(jī)械執(zhí)行控制模塊控制機(jī)械臂移動(dòng)至奶牛腹部位置，圖像采集與處理模塊對(duì)奶牛乳頭進(jìn)行圖像信息采集，獲取奶牛乳頭三維空間信息并傳輸至上位機(jī)；

6)上位機(jī)向機(jī)械執(zhí)行控制模塊發(fā)送信息，機(jī)械執(zhí)行控制模塊控制機(jī)械臂，把四個(gè)清潔消毒單元均移動(dòng)至奶牛乳頭位置處；

7)機(jī)械控制執(zhí)行模塊控制四個(gè)清潔消毒單元對(duì)奶牛乳頭進(jìn)行清潔和藥浴操作；

8)如果完成清潔和藥浴操作，則上位機(jī)向機(jī)械執(zhí)行控制模塊和門禁模塊發(fā)送信息，否則，返回步驟7)；

9)機(jī)械執(zhí)行控制模塊控制機(jī)械臂移動(dòng)到初始狀態(tài)，門禁模塊控制打開(kāi)前閘門，使奶牛進(jìn)入擠奶區(qū)后，關(guān)閉前閘門。

如圖3所示，上述步驟5)中，上位機(jī)得到奶牛乳頭的三維坐標(biāo)信息的具體步驟如下：

1)圖像采集與處理模塊獲取奶牛乳頭的圖像信息；

2)對(duì)獲得的圖像信息進(jìn)行判斷，如果成功獲取圖像信息則進(jìn)入下一步，否則返回步驟1)；

3)根據(jù)奶牛乳區(qū)的溫度和形狀特征，使用閾值分割或邊緣分割方法，在圖像中分割出乳區(qū)信息；

4)根據(jù)奶牛乳頭的輪廓特征和紋理特征，使用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或聚類算法等方法，在圖像中識(shí)別奶牛乳頭的外形輪廓、位姿等信息；

5)計(jì)算出奶牛各個(gè)乳頭的三維坐標(biāo)，并將三維坐標(biāo)信息傳輸至上位機(jī)。

如圖4所示，機(jī)械臂和清潔消毒單元運(yùn)動(dòng)的具體步驟如下：

1)機(jī)械控制執(zhí)行模塊初始化機(jī)械臂；

2)判斷CAN總線接收中斷標(biāo)志是否為1，如果CAN總線接收中斷標(biāo)志為1，則進(jìn)行下一步；否則，則返回步驟1)；

3)判斷四個(gè)清潔消毒單元是否接收完，如果四個(gè)清潔消毒單元接受完，則進(jìn)行下一步；否則，則返回步驟1)；

4)上位機(jī)通過(guò)CAN總線發(fā)送所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂從非工作狀態(tài)初始位姿轉(zhuǎn)換至工作狀態(tài)初始位姿的軌跡；

5)上位機(jī)通過(guò)CAN總線發(fā)送所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，規(guī)劃四個(gè)清潔消毒單元由非工作狀態(tài)初始位姿到工作狀態(tài)初始位姿的軌跡；

6)上位機(jī)通過(guò)圖像采集與處理模塊獲取目標(biāo)奶牛乳頭的三維坐標(biāo)；

7)上位機(jī)向機(jī)械控制執(zhí)行模塊發(fā)送信息，機(jī)械控制執(zhí)行模塊控制機(jī)械臂和四個(gè)清潔消毒單元運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)；

8)機(jī)械控制執(zhí)行模塊控制四個(gè)清潔消毒單元對(duì)奶牛乳頭進(jìn)行清潔操作和藥浴操作；

9)通過(guò)CAN總線發(fā)送所規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，上位機(jī)規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂和四個(gè)清潔消毒單元從目標(biāo)點(diǎn)到非工作狀態(tài)初始位姿的軌跡；

10)機(jī)械控制執(zhí)行模塊控制機(jī)械臂和四個(gè)清潔消毒單元恢復(fù)到初始位姿，等待下一次奶牛清洗消毒操作。

上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實(shí)用新型原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。