畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人研究現(xiàn)狀與展望*

胡惠玥 ， 楊小玲 ， 劉仁鑫 ， 夏宇雯

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省畜牧設(shè)施技術(shù)開(kāi)發(fā)工程研究中心，江西 南昌 330045）

0 前言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)畜牧業(yè)產(chǎn)品有較大需求，畜牧業(yè)也是我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和支柱。改革開(kāi)放四十多年來(lái)，畜牧業(yè)在我國(guó)從緩慢到快速發(fā)展，其養(yǎng)殖方式、結(jié)構(gòu)、布局都得到了優(yōu)化，質(zhì)量安全和生產(chǎn)效率都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，給我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的影響，畜產(chǎn)品人均占有量顯著提升[1]。而在規(guī)模化、集約化的畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中，資源、環(huán)境、疫病防控等面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，畜牧機(jī)器人的研究和應(yīng)用使畜牧養(yǎng)殖向著專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化、高效化、可持續(xù)化方向發(fā)展。

畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人是具有信息感知、信息傳遞、圖像處理、自主導(dǎo)航、可重復(fù)編程等功能的自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備，可以代替大量人工作業(yè)，節(jié)省人力、物力資源，對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的氣體環(huán)境、溫度，畜牧的體溫、聲音、狀態(tài)進(jìn)行信息收集、傳遞、評(píng)估，盡早盡快發(fā)現(xiàn)環(huán)境或者疫病等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)圈舍環(huán)境良好、飼料營(yíng)養(yǎng)充足、疫病防治及時(shí)有效，達(dá)到畜禽本身健康、畜產(chǎn)品安全和環(huán)境友好的目的，為養(yǎng)殖生產(chǎn)提供了很大的便利。

1 畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人的現(xiàn)狀

畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人按照功能進(jìn)行分類(lèi)，主要有巡檢、清掃、消毒、飼喂、分揀、擠奶、放牧[2]、剪羊毛、環(huán)境控制[3]機(jī)器人等。

1.1 巡檢機(jī)器人

智能化的巡檢系統(tǒng)或設(shè)備給畜禽養(yǎng)殖帶來(lái)很大的便利，巡檢機(jī)器人的充分利用可以提高巡檢效率和質(zhì)量。巡檢機(jī)器人一般由機(jī)器人本體、圖像采集模塊、參數(shù)采集模塊、紅外熱成像模塊及后臺(tái)軟件等五大模塊組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 巡檢機(jī)器人構(gòu)成圖

Andersen等[4]通過(guò)在豬耳后安裝體溫傳感器，記錄豬皮膚溫度的日變化，判斷耳后體溫監(jiān)測(cè)的效果，結(jié)果表明，豬耳后溫度測(cè)定是檢測(cè)豬體溫的有效方式。通過(guò)在養(yǎng)殖場(chǎng)中安裝紅外傳感器，Cornou等[5]利用三維加速傳感器和藍(lán)牙模塊對(duì)產(chǎn)仔箱的待產(chǎn)母豬進(jìn)行行為監(jiān)測(cè)，將分娩母豬和豬仔進(jìn)行分類(lèi)，并對(duì)母豬進(jìn)行分娩前后的行為偏差評(píng)估。早期國(guó)外對(duì)豬只監(jiān)測(cè)的研究是通過(guò)在豬只身體部位或者養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)安裝監(jiān)測(cè)傳感器，進(jìn)行豬只或環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)，在集約化養(yǎng)殖中，安裝在豬只身體部位的監(jiān)測(cè)設(shè)備容易損壞，使監(jiān)測(cè)無(wú)效，而監(jiān)測(cè)不及時(shí)會(huì)造成一定程度上的損失。有關(guān)動(dòng)物分娩和發(fā)情行為的檢測(cè)系統(tǒng)和機(jī)器的研究較多，但部分機(jī)器功能單一，只能檢測(cè)到某種特定行為，不能對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)整體進(jìn)行檢測(cè)。

基于國(guó)內(nèi)外對(duì)巡檢系統(tǒng)的研究，徐立新等[6]發(fā)明了軌道式智能巡檢機(jī)器人，將其應(yīng)用于養(yǎng)殖場(chǎng)中，進(jìn)行周期巡檢。呂恩利等[7-8]運(yùn)用四輪機(jī)構(gòu)的自主移動(dòng)平臺(tái)，結(jié)合軌跡跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤控制，為畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式提供了參考。呂成軍等[8]和劉繼芳等[9]發(fā)明的養(yǎng)殖場(chǎng)巡檢機(jī)器人具有行走模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊和機(jī)械臂等，搭載激光雷達(dá)等多種傳感器，對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽的生長(zhǎng)狀況、健康狀況以及養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境狀況進(jìn)行巡檢。蔡贇杰等[10]發(fā)明的巡檢及輔助養(yǎng)殖機(jī)器人，專(zhuān)門(mén)用于禽類(lèi)養(yǎng)殖，靜音升降對(duì)籠中家禽的生理狀況和生產(chǎn)效率進(jìn)行檢測(cè)，以方便擇優(yōu)選優(yōu)，選擇產(chǎn)量高且質(zhì)量高的家禽，減少飼料的浪費(fèi)。

此外，巡檢機(jī)器人具有檢測(cè)精度高、重復(fù)性大、連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.2 清潔機(jī)器人

在大型養(yǎng)殖場(chǎng)中，動(dòng)物的廢棄物如糞便、尿液、羽毛和飼料殘?jiān)?，?huì)滋生很多細(xì)菌，大面積堆積的污垢會(huì)產(chǎn)生對(duì)人、動(dòng)物、環(huán)境有害的氨氣，影響空氣質(zhì)量，也影響動(dòng)物的生產(chǎn)效率。存留一定時(shí)間的糞便會(huì)形成一層難以清潔的污垢涂抹層，需要大量且多次的清洗、收集，養(yǎng)殖場(chǎng)中的地板容易被糞便、尿液混合物污染而難以清洗，涂抹層容易導(dǎo)致動(dòng)物滑倒受傷。

清潔機(jī)器人的出現(xiàn)帶來(lái)了巨大的便利，它由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、清掃系統(tǒng)、收集系統(tǒng)等組成[11]，通過(guò)控制系統(tǒng)和軟件的路徑規(guī)劃，可以滿(mǎn)足不同環(huán)境下養(yǎng)殖場(chǎng)的清潔要求，不僅可以清潔難以清潔的廢棄物、收集有用的肥料，還具有自動(dòng)避障、精確識(shí)別環(huán)境、重復(fù)清洗、重復(fù)循環(huán)等功能。

1981年，Hansson[12]發(fā)明了糞便清除機(jī)，使用螺旋刮槳對(duì)地面糞便進(jìn)行清理和轉(zhuǎn)移，但由于螺旋刮槳和地面有一定距離，和地面的接觸面積有限，清潔力度受限，清潔和收集效率較低。1994年，Vinyard[13]發(fā)明的糞便清除收集機(jī)使用疊加旋轉(zhuǎn)葉片將糞便刮離地面并吸入后置的高架槽，提升了清潔和收集效率，但其強(qiáng)有力的旋轉(zhuǎn)葉片會(huì)將沙子碎石等其他污垢也一并收集。Hansson和Vinyard設(shè)計(jì)的清潔裝置都是需要人工駕駛的。2020年，Cubero等[14]在一輛無(wú)人駕駛車(chē)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，振動(dòng)過(guò)濾沙子、碎石，將動(dòng)物糞便收集至真空式收集器，設(shè)計(jì)了一輛高效且無(wú)人駕駛的糞便收集車(chē)，該糞便收集車(chē)不僅可以在養(yǎng)殖場(chǎng)收集牛羊等動(dòng)物的糞便，也可以在沙漠等地收集馬和駱駝的糞便。

丹麥Washpower公司生產(chǎn)的自走式豬舍清潔機(jī)器人，如圖2所示。該機(jī)器人由PLC控制，工作人員可以通過(guò)觸屏功能輕松啟動(dòng)機(jī)器人，可進(jìn)行無(wú)人操作且高效可靠的清潔，減少人力、物力成本，提升清潔效率，提高豬舍衛(wèi)生水平，降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，其已經(jīng)在歐美和日韓等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)使用，中國(guó)也有多家養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)口使用。

圖2 Washpower的自走式豬舍清潔機(jī)器人

基于單片機(jī)的清潔機(jī)器人具有處理信息快速、清潔效率高、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。劉娜等[15]和堯李慧等[16]設(shè)計(jì)的清潔機(jī)器人分別是基于AT89S52和STM32單片機(jī)，搭載紅外遙控器模塊和多種傳感器等，可以進(jìn)行自主避障、ISP在線(xiàn)編程。楊存志等[17]通過(guò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析并對(duì)地面摩擦因素進(jìn)行仿真分析，設(shè)計(jì)出一款以嵌入式ARM作為核心控制器的自走式牛舍清潔機(jī)器人。

國(guó)外已經(jīng)有大部分奶牛場(chǎng)和豬場(chǎng)使用清潔機(jī)器人，但由于目前現(xiàn)有的清潔機(jī)器人制作成本較高，功能較單一，在小型養(yǎng)殖場(chǎng)有少部分應(yīng)用，大型養(yǎng)殖場(chǎng)需要規(guī)模更大、功能更齊全、性?xún)r(jià)比更高的智能清潔機(jī)器人。國(guó)內(nèi)清潔機(jī)器人還在深入研究中，在養(yǎng)殖場(chǎng)中應(yīng)用較少。

1.3 消毒機(jī)器人

隨著畜禽養(yǎng)殖逐漸規(guī)?；l(fā)展，環(huán)境污染、病毒傳播等問(wèn)題層出不窮，養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境的惡化越來(lái)越成為傳染病傳播的重要因素。不創(chuàng)造一個(gè)沒(méi)有病毒和致病微生物的養(yǎng)殖環(huán)境，在惡劣環(huán)境中病毒性疾病和呼吸道疾病交叉混合感染下，即使給動(dòng)物接種疫苗、對(duì)其進(jìn)行藥物干預(yù)，也會(huì)引發(fā)多種疾病[18]。

消毒機(jī)器人一般由驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、消毒液噴灑模塊、霧化疫苗噴灑模塊和監(jiān)控模塊組成，可以遠(yuǎn)程操作或編程消毒，適應(yīng)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)惡劣環(huán)境。消毒機(jī)器人在疫情之下的近幾年，研究力度加大且使用更加廣泛，在醫(yī)院、商場(chǎng)、高鐵站、地鐵站、食堂等人流聚集的公共場(chǎng)所都得到廣泛應(yīng)用。

Feng等[19]設(shè)計(jì)了一種以磁式RFID-INS組合導(dǎo)航的履帶式消毒機(jī)器人，遠(yuǎn)程操控機(jī)器人噴灑消毒藥劑的時(shí)間、劑量以及區(qū)域的同時(shí)，通過(guò)磁性傳感器感知機(jī)器人與預(yù)定軌跡的偏差，進(jìn)行軌跡矯正。丁偉等[20]設(shè)計(jì)的集監(jiān)測(cè)、消毒于一體的機(jī)器人，通過(guò)Wi-Fi連接手機(jī)App或PC客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的消殺和對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。王吉武等[21]設(shè)計(jì)的具有防撞保護(hù)功能的圈舍消毒機(jī)器人，可以對(duì)機(jī)器人受到的過(guò)大壓力進(jìn)行報(bào)警提醒，既能對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行殺菌消毒，也可以保護(hù)動(dòng)物不受機(jī)器傷害。唐雷等[22]設(shè)計(jì)的豬舍環(huán)境巡檢消毒機(jī)器人，可對(duì)普通機(jī)器人難以噴灑到的區(qū)域進(jìn)行特定噴灑消毒，采用了動(dòng)物體位配合限位機(jī)構(gòu)，全方位噴灑消毒防疫藥物，使動(dòng)物和藥物進(jìn)行充分接觸。

1.4 飼喂機(jī)器人

精準(zhǔn)飼喂對(duì)畜禽養(yǎng)殖具有重要意義，飼料的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)配比、精準(zhǔn)投喂都對(duì)畜禽養(yǎng)殖起到了很重要的作用，提高飼喂效率可以提升畜禽生產(chǎn)效率。提高畜禽生產(chǎn)力水平不僅對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益有影響，甚至對(duì)整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生影響。我國(guó)大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)基本是人工對(duì)飼料進(jìn)行配比和來(lái)回運(yùn)送，大量工作可能導(dǎo)致錯(cuò)配或錯(cuò)運(yùn)，飼喂機(jī)器人可以對(duì)飼料進(jìn)行精準(zhǔn)配比和投送，減少人工成本和工作量。美國(guó)等國(guó)家對(duì)母豬和奶牛精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)都有研究和實(shí)地應(yīng)用考察，對(duì)于生產(chǎn)率的提升有明顯的效果，我國(guó)也有研究和應(yīng)用，但是飼喂機(jī)器人的精準(zhǔn)度要求高、成本高，目前在大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)并沒(méi)有大量投資和應(yīng)用。

Syam等[23]使用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)帶有進(jìn)給、升降、輸送三個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)控制機(jī)器人，從籠子頂部進(jìn)行飼料運(yùn)輸工作，大量節(jié)省人力、物力成本，人畜無(wú)接觸，保障動(dòng)物健康。Pavkin等[24]在MATLAB環(huán)境中使用Simulink對(duì)推料機(jī)器人進(jìn)行仿真建模，設(shè)計(jì)出能重復(fù)循環(huán)使用高能量復(fù)合飼料和礦物質(zhì)添加劑、為奶牛提供單獨(dú)喂養(yǎng)的機(jī)器人，可以在提供飼料的同時(shí)補(bǔ)充缺失的礦物質(zhì)，保障奶牛營(yíng)養(yǎng)均衡，促進(jìn)奶牛攝食，提高生產(chǎn)品質(zhì)和效率。

楊存志等[25]和譚春林等[26]等設(shè)計(jì)以PLC為控制核心，基于RFID無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)，沿吊軌運(yùn)行的奶牛精準(zhǔn)飼喂機(jī)器人，通過(guò)射頻技術(shù)精準(zhǔn)識(shí)別不同產(chǎn)量的奶牛，為每頭奶牛分別精確配比并混合分送飼料。謝艷等[27]針對(duì)現(xiàn)有飼喂機(jī)器人的車(chē)輪會(huì)被飼料纏繞、飼養(yǎng)場(chǎng)道路不平整導(dǎo)致機(jī)器人運(yùn)行困難等問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)研究，設(shè)計(jì)出基于TRIZ理論的奶牛飼喂機(jī)器人。

在畜禽養(yǎng)殖中，機(jī)器的運(yùn)行可能會(huì)引發(fā)動(dòng)物的應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生很多負(fù)面影響。例如，使動(dòng)物極度狂躁、進(jìn)食量減少、免疫力下降，從而導(dǎo)致生產(chǎn)率大幅降低。而羊只是所有動(dòng)物中，反應(yīng)最靈敏的動(dòng)物，基于對(duì)羊只應(yīng)激反應(yīng)的研究，孫芊芊等[28]設(shè)計(jì)的飼喂機(jī)器人，可以多次少量地進(jìn)行飼料投送，將運(yùn)行聲音控制到最低甚至可以靜音運(yùn)行，保障羊只生命安全，安靜且高效地進(jìn)行飼喂。

荷蘭Lely公司生產(chǎn)的Lely Juno自動(dòng)推料機(jī)是目前最新款的飼喂機(jī)器人，如圖3所示。該機(jī)器人可以通過(guò)藍(lán)牙連接手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，使用了超聲波測(cè)距，使得機(jī)器人可以自主地將飼料推送到?？梢杂|及的地方，且攜帶減振保護(hù)裝置，可以進(jìn)行高效飼喂和推料。此外，畜牧機(jī)器人還有Lely Luna牛體刷、Lely Calm犢牛飼喂機(jī)器人和Lely Astronaut A5自動(dòng)擠奶機(jī)器人，如圖4所示。

圖3 Lely Juno自動(dòng)推料機(jī)

圖4 Lely Astronaut A5自動(dòng)擠奶機(jī)器人

1.5 分揀機(jī)器人

我國(guó)中小型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)中，對(duì)禽蛋的收集和包裝基本是依賴(lài)人工處理的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高且破損率較高?，F(xiàn)有機(jī)械化裝備大多是通過(guò)機(jī)械桿或機(jī)械臂搬運(yùn)，柔韌性和靈活度不夠，分揀精度低，執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位不準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致禽蛋破損，造成一定的損失。分揀機(jī)器人大多數(shù)采用機(jī)器視覺(jué)或圖像識(shí)別技術(shù)，在物流分揀、水果分揀、零件分揀和垃圾分揀中應(yīng)用較多，在畜牧業(yè)、畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用不是很廣泛，在畜禽養(yǎng)殖中應(yīng)用于對(duì)禽蛋進(jìn)行破損識(shí)別、搬運(yùn)分揀、分揀分級(jí)、消毒包裝等生產(chǎn)加工流程。分揀機(jī)器人的設(shè)計(jì)以提高分揀效率，降低破損率，減少人工作業(yè)量，避免禽類(lèi)傳染病傳播為目標(biāo)。

Vroegindeweij等[29]通過(guò)設(shè)定不同的參數(shù)，使用粒子濾波器對(duì)家禽飼養(yǎng)室的定位概率進(jìn)行評(píng)估，檢測(cè)定位的準(zhǔn)確性和可靠性，設(shè)計(jì)了一款只適用于中小型禽類(lèi)養(yǎng)殖場(chǎng)的基于粒子濾波定位的用于畜禽舍禽蛋分揀的機(jī)器人。Morales等[30]通過(guò)對(duì)早年和目前的畜牧業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究，提出計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)提早預(yù)警、優(yōu)質(zhì)分級(jí)分揀、提高禽蛋質(zhì)量等目標(biāo)。美國(guó)等西方國(guó)家已經(jīng)設(shè)計(jì)出具有蛋胚的優(yōu)質(zhì)分揀、自動(dòng)裝卸等功能的一體化設(shè)備，剔除病死蛋胚，在疫苗制造行業(yè)中不可或缺[31]。

王樹(shù)才等[32-33]設(shè)計(jì)的禽蛋檢測(cè)與分級(jí)智能機(jī)器人系統(tǒng)（SIRDGE），是基于C++平臺(tái)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，由AT89S52單片機(jī)和DSP硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)禽蛋的定位、搬運(yùn)、破損程度識(shí)別以及內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)等功能。張磊等[34]設(shè)計(jì)的基于機(jī)器視覺(jué)的Delta并聯(lián)機(jī)器人，適用于禽蛋運(yùn)輸包裝生產(chǎn)線(xiàn)中，智能、精準(zhǔn)、快速地對(duì)大規(guī)模禽蛋進(jìn)行分揀。

1.6 其他功能機(jī)器人

英國(guó)的Mike Street等最早在1986年提出自動(dòng)擠奶系統(tǒng)[35]，而后由Silsoe研究所在1989年研發(fā)制造出第一臺(tái)自動(dòng)擠奶機(jī)器人，推出融合氣動(dòng)功能的擠奶機(jī)器人。2014年，德國(guó)GEA公司推出首個(gè)全自動(dòng)擠奶機(jī)器人轉(zhuǎn)盤(pán)[36]。2016年，劍橋大學(xué)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的擠奶工作已經(jīng)全部由集清潔消毒、自動(dòng)擠奶等功能于一體的擠奶機(jī)器人替代。

Trevelyan[37]從1977年開(kāi)始研發(fā)自動(dòng)剪羊毛技術(shù)，在計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上融合機(jī)械設(shè)計(jì)、搭載傳感器，設(shè)計(jì)出軌跡自適應(yīng)且定位準(zhǔn)確，緊貼羊皮膚的自動(dòng)剪羊毛機(jī)器人，對(duì)一只羊的羊毛剪切最快在12 min，目前研究提高剪切循環(huán)速度，降速到6 min甚至4 min。

Sukkarieh等設(shè)計(jì)的Swag Bot“機(jī)器人牛仔”可以在地形復(fù)雜的牧場(chǎng)運(yùn)行，擁有的2D、3D傳感器和內(nèi)置的定位系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)畜牧并跟蹤定位，取代了牧羊犬[38]。

2 畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人的特點(diǎn)及問(wèn)題

2.1 特點(diǎn)

畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人具有可自主規(guī)劃路徑、自動(dòng)定位、智能避障，24 h不間斷工作、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守養(yǎng)殖，客觀(guān)性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高，減少人力、物力成本，充分利用資源，降低畜禽養(yǎng)殖中的損失等特點(diǎn)。

畜禽養(yǎng)殖中使用的機(jī)器人有自走式和機(jī)械臂式，機(jī)器人工作的準(zhǔn)確性與精準(zhǔn)識(shí)別、精準(zhǔn)定位緊密相連。常用的室內(nèi)定位技術(shù)[39]如Wi-Fi、藍(lán)牙、RFID紅外線(xiàn)、超聲波、北斗導(dǎo)航和UWB定位，定位精度最高的是北斗導(dǎo)航和UWB定位，可以達(dá)到分米級(jí)，有很強(qiáng)的方向感知能力。但北斗導(dǎo)航造價(jià)極高，其他定位技術(shù)都需要耗費(fèi)大量電量，而在畜禽養(yǎng)殖中機(jī)器需要高強(qiáng)度工作，UWB室內(nèi)定位高精度定位的同時(shí)功耗低，利用了超寬帶技術(shù)，無(wú)需載波的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在方向性定位上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。精準(zhǔn)的識(shí)別定位，可以使機(jī)器人按照規(guī)劃的路徑行駛，到定點(diǎn)位置進(jìn)行工作，節(jié)省了大量勞動(dòng)力。

2.2 問(wèn)題

畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人存在的問(wèn)題：

1）作業(yè)對(duì)象的嬌柔性。豬、牛、羊、鹿、雞、鴨、鵝、兔等動(dòng)物都是畜禽產(chǎn)業(yè)中飼養(yǎng)的對(duì)象，動(dòng)物具有的應(yīng)激性和趨化性都會(huì)對(duì)動(dòng)物的生存、生活造成影響，會(huì)造成動(dòng)物免疫力降低、生產(chǎn)率下降。

2）作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性。規(guī)?；B(yǎng)殖具有聚集性，動(dòng)物是運(yùn)動(dòng)著的，無(wú)法預(yù)估其行動(dòng)軌跡，機(jī)器人在運(yùn)行中難免會(huì)和動(dòng)物相撞，造成動(dòng)物受傷。養(yǎng)殖場(chǎng)不平整的地面，也會(huì)加大機(jī)器人的運(yùn)行難度。

3）現(xiàn)有機(jī)器人功能單一。畜禽養(yǎng)殖需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行飼喂、檢測(cè)、清理、消毒，對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行篩選、分級(jí)、分揀、包裝等，現(xiàn)有的很多機(jī)器人只能實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)功能。

4）室內(nèi)定位技術(shù)是近幾年的研究熱點(diǎn)，是機(jī)器人的特點(diǎn)，也是研究難點(diǎn)。機(jī)器人的精準(zhǔn)定位是實(shí)現(xiàn)畜禽優(yōu)質(zhì)養(yǎng)殖的關(guān)鍵，各種定位算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)一步深入研究和實(shí)地考察。

5）機(jī)器人成本高昂。機(jī)器人作業(yè)對(duì)象是動(dòng)物，也是養(yǎng)殖者。機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要融合機(jī)器視覺(jué)、圖像處理、自主導(dǎo)航、自動(dòng)充電等技術(shù)，功能越齊全，制造成本就越高昂，養(yǎng)殖場(chǎng)的機(jī)器人采購(gòu)和維修費(fèi)用等也就越高昂。

3 畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

目前，機(jī)器人在畜禽養(yǎng)殖中已有大量研究及應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、畜禽飼喂、禽舍清掃和消毒等。機(jī)器人的應(yīng)用，不僅可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約資源、提高效率，還可以減少疫病傳播和動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖智能化，機(jī)器人在畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

相較于國(guó)外畜禽機(jī)器人的研發(fā)，我國(guó)畜禽機(jī)器人自主研發(fā)起步時(shí)間比較晚，20世紀(jì)70年代開(kāi)始引進(jìn)和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，20世紀(jì)90年代中期才開(kāi)始自主研發(fā)制造。智慧農(nóng)業(yè)最早于2014年在各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼推出[40]。我國(guó)很多公司結(jié)合AI、機(jī)器人、非接觸式個(gè)體識(shí)別、圖像處理、機(jī)器視覺(jué)、SLAM激光、RFID無(wú)線(xiàn)射頻、TMR、雷達(dá)等尖端技術(shù)，自主研發(fā)出應(yīng)用于養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的具有智能巡檢、精準(zhǔn)飼喂、環(huán)境管控、疫情監(jiān)測(cè)等功能的機(jī)器人。

未來(lái)畜禽養(yǎng)殖機(jī)器人主要發(fā)展趨勢(shì)如下：

1）多功能化。充分應(yīng)用圖像處理技術(shù)或者機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，搭載多種傳感器，例如紅外傳感器、聲音傳感器、激光雷達(dá)傳感器、超聲波傳感器、溫濕度傳感器等，實(shí)現(xiàn)巡檢清掃或巡檢消毒或巡檢分揀一體化機(jī)器人。

2）福利化。機(jī)器人周?chē)b上保護(hù)設(shè)備，對(duì)動(dòng)物和機(jī)器具有雙向保護(hù)作用，使機(jī)器生命周期拉長(zhǎng)，動(dòng)物不受到機(jī)械化設(shè)備的傷害，機(jī)器運(yùn)行時(shí)盡可能保持低音量、少噪聲，減少動(dòng)物的應(yīng)激反應(yīng)。

3）智能化。機(jī)器人取代人工勞動(dòng)力，節(jié)省勞動(dòng)力資源和成本，減少人畜接觸，對(duì)大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行智能巡檢、消毒殺菌、精準(zhǔn)飼喂、疫情監(jiān)控。

4）簡(jiǎn)約化。用機(jī)器代替人工，進(jìn)行多次且大量的工作，保障了人畜安全，也簡(jiǎn)化了養(yǎng)殖工作，使得管理人員可遠(yuǎn)程操控設(shè)備，及時(shí)有效地對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)中動(dòng)物進(jìn)行管理。