冯青春等：畜禽舍防疫消毒机器人设计与试验（2020年第4期）

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畜禽舍防疫消毒机器人设计与试验

冯青春1，2， 王秀1，2， 邱权1，2， 张春凤2，3，李斌1，2， 徐瑞峰2，3， 陈立平1，2，3*
（1.北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097；2.国家农业智能装备工程技术研究中心，北京 100097；3.农业智能装备技术北京市重点实验室，北京 100097）

摘要：针对畜禽养殖防疫消毒劳动强度大、安全性差的问题，设计了防疫消毒机器人系统，以实现畜禽舍防疫消毒喷雾的智能化作业。机器人系统由移动承载平台、防疫喷雾部件、环境监测传感器以及控制器等4部分构成，支持全自动运行和遥控操作2种工作模式。针对畜禽舍内弱光、低应激的工况条件，提出了“磁标-射频识别”组合的导航路径探测方法，实现在畜禽舍内养殖笼架间的自主移动。设计了风助式药液喷嘴，可同步实现消毒药液的雾化和扩散。通过对喷嘴内腔风场进行流体动力学仿真，对喷嘴气体导流和药液雾化部件结构参数进行了优化设计，确定了锥形导流垫块和雾化栅板的倾角分别为75°和90°。最后，在禽舍内对机器人导航和喷雾性能进行了现场测试。试验结果表明，机器人移动平台可满足0.1~0.5 m/s速度范围的自动巡线导航，其实际轨迹相对磁钉标记的最大偏移量为50.8 mm；风助式喷嘴可适用于200~400 mL/min流量的药液喷洒，形成的雾滴直径（DV.9）为51.82~137.23 μm，雾滴沉积密度为116~149 个/cm2。本畜禽舍防疫消毒机器人可实现养殖舍内消毒和免疫药液的智能化喷雾作业。

关键词：养殖防疫；消毒喷雾；农业机器人；磁标-射频识别；喷嘴

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引文格式

冯青春, 王秀, 邱权, 张春凤, 李斌, 徐瑞峰, 陈立平. 畜禽舍防疫消毒机器人设计与试验[J]. 智慧农业(中英文), 2020, 2 (4): 79-88.
FENG Qingchun, WANG Xiu, QIU Quan, ZHANG Chunfeng, LI Bin, XU Ruifeng, CHEN Liping. Design and test of disinfection robot for livestock and poultry house[J]. Smart Agriculture, 2020, 2 (4): 79-88.  (in Chinese with English abstract)

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注：1.环境监测传感器 2.药液箱 3.消毒液喷嘴 4.移动承载平台 5. 免疫试剂喷嘴 6.控制器

图1 防疫消毒机器人系统

Fig. 1 Disinfection robot system

图2 防疫消毒机器人作业流程

Fig. 2 Operation process of disinfection robot

图3 机器人移动平台

Fig. 3 Robot mobile platform

图4 “磁标-射频识别”导航标记设置

Fig. 4“Magnet-RFID”navigation mark

图5 防疫消毒机器人移动导航原理示意图

Fig. 5 Navigation principle of the disinfection robot

注：1.风机 2.导流罩 3.药液管 4.端盖 5.出风口 6.出液口 7.导流 栅板 8.导流垫块

图6 风助式消毒液雾化喷嘴

Fig.6 Air-assisted disinfectant atomization nozzle

图7 风助式消毒液雾化喷嘴腔体气流受锥形导流垫块角度影响仿真

Fig. 7 Simulation of the airflow in the air-assisted disinfectant atomization nozzle cavity affected by the angle of the coneshaped guide pad

图8 风助式消毒液雾化喷嘴出口气流受栅板倾角角度影响仿真

Fig. 8 Simulation of the air-assisted disinfectant atomization nozzle outlet airflow influenced by the inclination angle of the grid

图9 防疫消毒机器人现场试验

Fig.9 Field test of disinfection robot

图10 雾滴沉积效果（水敏纸）

Fig.10 Droplet deposition on water sensitivity paper

图11 机器人移动轨迹偏差统计

Fig.11 Robot movement trajectory deviation statistics

图12 雾滴沉积参数统计

Fig. 12 Parameters statistics of droplet deposition

来源：《智慧农业（中英文）》2020年第4期