本发明专利技术公开了一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，具体涉及畜禽养殖装备自动化技术领域，包括车体，以及安装于车体一侧的清粪机构，以及控制车体运转的驱动系统；所述车体内部安装有至少两个驱动电机，用于驱动所述车体移动；所述驱动系统包括有底层控制单元，所述底层控制单元电连接车体和清粪机构，用于实时控制所述车体的移动和控制清粪机构进行清粪动作；所述清粪机构包括有电动推杆，所述电动推杆输出端设有弧形刮铲。本发明专利技术通过采用纯惯性导航的作为导航的手段，总成本仅为搭载导航级别的激光雷达价格的10％，大大减少了中小型养殖场的经济负担，且不会受外界环境影响，数据精度本身得以保证。精度本身得以保证。精度本身得以保证。
【技术实现步骤摘要】
一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置
[0001]本专利技术涉及畜禽养殖装备自动化
，更具体地说，本专利技术涉及一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置。
技术介绍
[0002]中国是农业大国，畜牧养殖对于中国农业以及中国经济发展至关重要。传统畜牧养殖资源转化率和科技含量低，以至于面对疾病风险、环境卫生风险以及市场风险的能力较弱，相比传统养殖，规模化养殖大多采用自动刮粪机械的方式。
[0003]现有自动刮粪装置存在的缺陷；
[0004]1.单台清粪底层控制单元人成本过高，一台精度较高，可用于实际自动导航作业的激光雷达价格均在万元级别以上，受限于畜禽养殖场的实际环境，如鸡笼底部镂空、粉尘积聚漂浮在空气中，将会影响建图的效果，使实际导航效果并不完全适用畜禽养殖场实际环境；
[0005]2.利用GPS定位技术在室内会影响到卫星信号的接收；
[0006]3.二维码识别对清粪底层控制单元人有速度要求，需要作业速度匹配摄像头的拍摄帧率，才可能正确读取到二维码信息；
[0007]4.RFID定位需要进近才可以读取到射频信号；
[0008]5.目前扫地底层控制单元基本均为滚刷和吸力式的，无法对板结的粪便进行有效清扫。
技术实现思路
[0009]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，本专利技术通过采用纯惯性导航的作为导航的手段，总成本仅为搭载导航级别的激光雷达价格的10％，大大减少了中小型养殖场的经济负担，且不会受信号和外界环境影响，反应速度快。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，包括车体，以及安装于车体一侧的清粪机构，以及控制车体运转的驱动系统；所述车体内部安装有至少两个驱动电机，用于驱动所述车体移动；所述驱动系统包括有底层控制单元，所述底层控制单元电连接车体和清粪机构，用于实时控制所述车体的移动和控制清粪机构进行清粪动作；所述清粪机构包括有电动推杆，所述电动推杆输出端设有弧形刮铲，所述弧形刮铲与电动推杆之间通过关节轴承连接，所述弧形刮铲在电动推杆的作用下可伸缩和左右摆动；所述驱动系统还包括有导航单元，所述导航单元包括有安装在车体上的惯性传感器和至少五组超声波传感器，所述驱动电机上安装有增量式编码器，所述增量式编码器、惯性传感器和超声波传感器电连接底层控制单元，所述底层控制单元通过接收增量式编码器、惯性传感器和超声波传感器反馈的数据，即可得到车体实时的里程信息；所述驱动系统还包括有遥控单元，所述遥控单元包括有与底层控制单元电连接的遥控器，用于通过
所述底层控制单元控制并记录车体在遥控下的行驶路径并保存。
[0011]进一步，所述驱动电机包括有左电机和右电机，所述底层控制单元通过CAN总线与左电机和右电机连接，以实现所述左电机和右电机独立控制。
[0012]进一步，所述底层控制单元的程序编写采用开源的FreeRTOS嵌入式实时操作多任务操作系统的框架进行不同任务之间的优先调度，分为5大任务，驱动行驶控制任务、清粪控制任务、数据读取任务、OLED屏幕显示任务、超声波传感器数据任务；
[0013]所述驱动行驶控制任务包括有遥控控制模式、第一自动模式、第二自动模式和示教模式；
[0014]所述清粪控制任务包括有遥控模式和自动模式；
[0015]所述数据读取任务，接收增量式编码器和惯性传感器数据，并通过上述数据得出车体的实时坐标；
[0016]所述OLED屏幕显示任务，在显示屏上显示接收的数据信息；
[0017]所述超声波传感器数据任务，用于接收外界障碍物信息。
[0018]进一步，通过卡尔曼滤波将惯性传感器和增量式编码器里程计信息融合，确定车体的位置，其具体过程如下：
[0019]1.预测：
[0020][0021]2.更新：先计算卡尔曼增益K
[0022][0023]然后计算后验概率的分布：
[0024][0025][0026]上述所得的既是修正之后的位置信息
[0027]其中：为k时刻系统的状态变量，uk为k时刻系统的控制变量；
[0028]B为系统输入控制矩阵，为系统k
‑
1时刻的估计状态；
[0029]A
k
和C
k
分布为系统状态转移矩阵和测量矩阵；
[0030]R和Q
k
分布为过程噪声矩阵和测量噪声矩阵；
[0031]表示上一次协方差矩阵，为当前状态协方差矩阵；
[0032]z
k
为k时刻传感器的测量向量，为系统k时刻的估计状态
[0033]进一步，所述遥控器包括有控制车体运动的三段开关，所述三段开关包括有示教模式和复现路径模式。
[0034]进一步，所述驱动系统还包括有上层控制单元，所述底层控制单元采用ARM微控制器，所述上层控制单元采用英伟达TX2工控机，所述上层控制单元通过UART串行通信方式对底层控制单元进行控制。
[0035]进一步，所述驱动系统还包括有电源单元，所述底层控制单元电连接电源单元，用于检测所述电源单元电量，且电量低于阈值时，驱动所述车体自动按规划路线返回充电，所述底层控制单元包括有报警单元，用于所述电源单元电量不足时发出警报。
[0036]本专利技术的技术效果和优点：
[0037]1、本专利技术通过采用纯惯性导航的作为导航的手段，总成本仅为搭载导航级别的激光雷达价格的10％，大大减少了中小型养殖场的经济负担，且不会受信号和外界环境影响，反应速度快，且惯性传感器数据也是由原始数据做矩阵运算后，经过卡尔曼滤波后得出，数据精度本身得以保证，再将得出的数据在与里程计融合进行卡尔曼滤波的方式，使导航精度得以明确的保证，且采用弧形刮铲可对结板的粪便进行很好的清理；
[0038]2、本专利技术通过底层控制单元进行不同任务之间的调度，每个任务采取轮询或高优先级抢占低优先级的方式来执行，各个任务之间有不同的优先级和执行频率来保证高效利用CPU的运算能力，保证其各个任务的实时性；
[0039]3、本专利技术通过遥控器可远程操控车体进行清粪作业，能适应较为复杂的作业环境，适用性高；
[0040]4、本专利技术通过采用电源单元能够实现车体电量的远程监控，同时通过底层控制单元在电源单元低电量时报警，并驱动所述车体自动按规划路线返回充电。
附图说明
[0041]图1为本专利技术整体结构正视图。
[0042]图2为本专利技术整体结构俯视图。
[0043]图3为本专利技术驱动系统流程示意图。
[0044]图4为本专利技术复现路径模式流程图。
[0045]附图标记为：1、车体；2、底层控制单元；3、电动推杆；4、弧形刮铲；5、关节轴承；6、惯性传感器；7、超声波传感器；8、增量式编码器；9、驱动行驶控制任务；10、清粪控制任务；11、数据读取任务；12、OLED屏幕显示任务；13、超声波传感器数据任务；14、上层控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，其特征在于：包括车体(1)，以及安装于车体(1)一侧的清粪机构，以及控制车体(1)运转的驱动系统；所述车体(1)内部安装有至少两个驱动电机，用于驱动所述车体(1)移动；所述驱动系统包括有底层控制单元(2)，所述底层控制单元(2)电连接车体(1)和清粪机构，用于实时控制所述车体(1)的移动和控制清粪机构进行清粪动作；所述清粪机构包括有电动推杆(3)，所述电动推杆(3)输出端设有弧形刮铲(4)，所述弧形刮铲(4)与电动推杆(3)之间通过关节轴承(5)连接，所述弧形刮铲(4)在电动推杆(3)的作用下可伸缩和左右摆动；所述驱动系统还包括有导航单元，所述导航单元包括有安装在车体(1)上的惯性传感器(6)和至少五组超声波传感器(7)，所述驱动电机上安装有增量式编码器(8)，所述增量式编码器(8)、惯性传感器(6)和超声波传感器(7)电连接底层控制单元(2)，所述底层控制单元(2)通过接收增量式编码器(8)、惯性传感器(6)和超声波传感器(7)反馈的数据，即可得到车体(1)实时的里程信息；所述驱动系统还包括有遥控单元，所述遥控单元包括有与底层控制单元(2)电连接的遥控器，用于通过所述底层控制单元(2)控制并记录车体(1)在遥控下的行驶路径并保存。2.根据权利要求1所述的一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，其特征在于：所述驱动电机包括有左电机和右电机，所述底层控制单元(2)通过CAN总线与左电机和右电机连接，以实现所述左电机和右电机独立控制。3.根据权利要求1所述的一种畜禽养殖场用的刮铲式清粪装置，其特征在于：所述底层控制单元(2)的程序编写采用开源的FreeRTOS嵌入式实时操作多任务操作系统的框架进行不同任务之间的优先调度，分为5大任务，驱动行驶控制任务(9)、清粪控制任务(10)、数据读取任务(11)、OLED屏幕显示任务(12)、超声波传感器数据任务(13)；所述驱动行驶控制任务(9)包括有遥控控制模式、第一自动模式、第二自动模式和示教模式；所述清粪控制任务(10)包括有遥控模式和自动模式；所述数据读...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳城，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。