一种放牧家畜精量补饲机

技术领域

本发明涉及放牧家畜工具技术领域，尤其涉及一种放牧家畜精量补饲机。

背景技术

放牧利用是牧民将天然草地转化为经济收益最主要的利用方式之一，通过放牧获得家畜肉产品、毛产品以及其他产品等。但是，由于天然草地不合理的利用制度以及放牧家畜粗放的管理措施，我国放牧条件下草畜转化率一直处于国际较低水平。如何提高草畜转化率是当前放牧领域重要的研究内容。草畜转化率较低主要是因为牧草营养品质较低以及放牧家畜的消化性能不足。放牧条件下，日粮中以天然草地的牧草为主，缺乏足够的能量用于瘤胃消化代谢，导致牧草中的结构性碳水化合物未被完全消化利用就被排出体外，造成了牧草资源的浪费。目前，在家畜日粮中科学地增加能量饲料是提高草畜转化率的常用做法。但是，放牧条件下由于放牧家畜的采食具有随意性且不可控制，因此在补充饲喂能量时不能按需分配，导致补充饲粮的浪费以及草畜转化率的改善不能达到理想效果。传统的补饲是将补饲的精料放入食槽中供给一群放牧家畜的食用，这样做往往会使弱小的家畜精料采食量不足而影响生长性能并形成恶性循环，而强壮的家畜往往过量采食精料影响瘤胃内环境甚至导致酸中毒进而影响生长发育。因此，需要开发出针对每只放牧家畜的精量补饲机，实现放牧家畜个体分栏，并根据体况定量补充日粮提高草畜转化率，改善生长性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种放牧家畜精量补饲机，其特征在于，所述补饲机包括控制箱、支撑杆、轮胎、分隔板、RFID读写器、饲料盆挡片、连接杆、下料斗、锂电池、下料步进电机、下料口、饮水碗、中央控制器、下料管、侧板、水箱、丝杠、投料挡片、舵机、第一饲料盆、第二饲料盆、第三饲料盆、第四饲料盆、方孔铁片、重力传感器、秤盘；

其中，补饲机两侧设有支撑杆、轮胎和侧板；控制箱内部设置下料斗、锂电池、下料步进电机、下料口、中央控制器；下料口与下料斗连接，且位于下料斗的正下方；锂电池与下料步进电机、中央控制器相连并为其供电；中央控制器通过RFID读写器控制饲料盆挡片的开闭；控制箱下部设置水箱，水箱通过软管与其下部的饮水碗连接；下料管的上端通过尼龙扣与下料口绑定，中间通过尼龙绳与丝杠的滑珠绑定，且丝杠的一端与下料步进电机连接；饲料盆挡片和舵机位于饲料盆上方，且饲料盆挡片与饲料盆之间没有接触；舵机上方设有投料挡片；饲料盆通过螺丝与秤盘连接，秤盘底部安装重力传感器；连接杆与分隔板连接，并通过方孔铁片插入草地。

支撑杆与地面夹角为60°。

放牧家畜精量补饲机的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：

首先，收起支撑杆、分隔板和连接杆，使用轮胎推动设备移动至指定位置，放下支撑杆；然后，安装分隔板，将连接杆插入方孔铁片，再插入分隔板的空心管中，直至插入草地土壤中固定；

打开控制箱，向下料斗内倒入饲料，将充满电的锂电池安装在下料步进电机的右侧为设备供电；启动中央控制器，中央控制器控制投料挡片的转动臂转动，各饲料盆对应的舵机操纵对应的饲料盆挡片转动分别打开四个饲料盆；然后，丝杠上的步进电机开始工作，带动下料管对准第一饲料盆，之后下料步进电机工作，转动下料口内的槽轮转动预定圈数，将定量的饲料通过下料管滑落至第一饲料盆中；待第一饲料盆中饲料重量达到预定值时，下料步进电机停止工作，下料随即停止，第一饲料盆的饲料盆挡片关闭；然后，丝杠上的步进电机转动丝杠，将下料管的管口分别对准第二饲料盆、第三饲料盆、第四饲料盆，以与第一饲料盆同样的方式进行下料，最后丝杠步进电机将下料管移动至初始位置，投料挡片升起，放牧家畜伸头采食饲料盆中的饲料。

所述使用方法还包括：

分饲栏由5片安装好的分隔板组成，将与RFID读写器对应的电子耳标佩戴在放牧家畜的脖子处，当家畜进入分饲栏时，RFID读写器读取电子耳标信号，并判断是否与RFID信号相符，若不相符则饲料盆挡片保持关闭；若相符则饲料盆挡片打开供家畜采食，且采食过程中电子耳标和RFID读写器保持信号传输，同时控制饲料盆挡片保持打开状态；当家畜离开分饲栏，电子耳标信号消失，RFID读取器接收不到信号，饲料盆挡片随即关闭；采食后饲料盆中的饲料重量不再变化，重力传感器将饲料重量数据上传至中央控制器，并将时间信息保存在SD卡的信息采集模块中；另外，水箱经由软管连接至饮水碗实现为放牧家畜补水。

中央控制器控制投料挡片的转动臂转动的角度为90°。

本发明的有益效果在于：

1、本发明设备机械机构简单实用，功能集成度高；造价成本低，一次性投资可以长期利用，可进行产品化大规模制造加工；模块化程度高，安装步骤简单明了，易于操作；

2、设备自带行走装置以及可拆卸式分饲栏，大大提高了设备的可移动性，极大适应了草原复杂多变的环境；

3、采用可拆卸式分饲栏隔开家畜的同时影响了RFID识别电子标签的范围，对家畜同时采食时个体互不影响产生积极作用，多通道内家畜同时采食具有互不干涉的特点，保证了个体识别的准确性和饲喂的效率；

4、自带自动补水装置，极大改善了家畜补水时的卫生环境，保证了干净的水源，避免家畜被水中寄生虫感染，降低家畜患病几率；

5、采用丝杠切换下料位置，槽轮下料的方式，结构可靠性高，可通过控制系统设置自动下料、一键下料等方式，极大节省了人力，提高了工作效率和畜牧业收入；

6、采用重量传感器实时检测料盆内的剩余料量，反馈给控制系统，保证下料量的精准度，避免多下料造成饲料的浪费或少下料造成补饲不充分；且重量传感器实时检测料盆内料量变化和对应时间，可在控制面板实时观测，准确记录家畜异常采食时间和采食量，为家畜健康评估提供数据参考。

附图说明

图1为放牧家畜精量补饲机的外部结构图；

图2为放牧家畜精量补饲机的内部结构图；

图3为身份识别装置的结构图；

图4为称重装置的结构图；

图5为系统运行流程图。

具体实施方式

本发明提出一种放牧家畜精量补饲机，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1和图2分别为放牧家畜精量补饲机的外部结构图和内部结构图；放牧家畜精量补饲机包括中央控制器、投料装置、身份识别装置、饲料称重装置、补水装置以及行走装置。中央控制器13位于顶部控制箱1内左部分，是操纵放牧家畜补饲机的操作面板，可以调整投料装置和身份识别装置的相关组件。投料装置位于顶部控制箱1内部的中央以及正下部分，主要功能是储藏饲料和定量投料。饲料称重装置位于饲料盆的正下方，投料装置投料前称重装置中的重力传感器22测定重量数据，并将数据上传至中央控制器13，中央控制器13接收并记录该数据，同样地，在重力传感器22数据产生变化后的数据都会上传至中央控制器13并被记录，如投料后、放牧家畜采食后等。饲料盆的侧面是身份识别装置，身份识别装置由分饲栏、电子耳标、RFID读写器5以及电路连接中央控制器13使用，其中电子耳标和RFID读写器5是一对一的关系。投料开始时，投料挡片18关闭，以阻挡放牧家畜在投料时采食进而干扰投料量；投料完成时，投料挡片18打开，饲料盆挡片6关闭，电子耳标贴近RFID读写器5时，若是正确的电子耳标，则中央控制器13控制饲料盆挡片6打开，家畜进行采食；采食完毕后，家畜离开，电子耳标信号消失，饲料盆挡片6关闭，避免其他家畜采食。补水装置位于投料装置的正面，由饮水碗12和水箱16组成，给放牧家畜提供充足干净的水源。行走装置位于机器最下方，需要更换补饲位置时，可以进行牵引或者推动，节省人力。

通过中央控制器13和投料装置，设置投料的重量进行投料并记录盆中饲料重量，以保证盆中饲料重量的精准性。投料完成后，通过身份识别装置控制饲料盆挡片6的开关，仅有佩戴对应电子耳标的家畜在进入挡板所围成的通道时，饲料盆前方的RFID读写器5读取到正确的信号，并反馈给中央控制器13，中央控制器13则控制饲料盆上方的饲料盆挡片6打开，以保证仅有正确的家畜进入才能够吃到饲料。通过在控制箱1下方安装饮水装置，能够达到整体装置配重的效果，提高装置的稳定性，并保证在补饲点有水以供家畜饮用。通过在装置底部焊接车轴并在两端安装车轮，以保证装置的移动性。

中央控制器13位于顶部控制箱1内左部分，其操作面板镶嵌在小型电箱的正面，操作面板后连接了Arduino mega 2560电路板，其主要作用是控制程序运行的载体，接收并处理重力传感器22和身份识别装置等元件发送的信息，并发送执行指令给各个电子元件。Arduino mega2560电路板上安装了分线盒、SD卡信息采集模块、RTC模块、步进电机驱动器以及升压器和降压器等电子元件。分线盒主要用作拓展电源接口，方便各个电子元件电源接线。SD卡信息采集模块的主要作用是将Arduino mega 2560采集的部分信息存储到储存卡中。RTC模块用于提供准确的时间信息。步进电机驱动器可以通过Arduino mega 2560输入驱动器的脉冲频率以及驱动器的细分参数来调节步进电机转速和方向。降压器主作用是为Arduino mega 2560电路板、舵机19、SD卡信息采集模块等电子元件供电。升压器将电池提供的24V电源升压成48V的稳定电压，为步进电机供电。所有电子元器件均由一块24V，200ah锂电池供电。

投料装置位于控制箱1内以及控制箱1下部，由下料斗8、下料步进电机10、下料口11、下料管14、丝杠17及其步进电机、饲料盆挡片6、投料挡片18及舵机19组成。下料斗8由铁皮焊接而成，能够容纳约25公斤的饲料，形状为上部是长方体、下部是棱台，上口大且下口小。下料斗8下口与下料口11上端用螺丝链接，下料口11内部为槽轮，槽轮与下料步进电机10链接，下料步进电机10每转一圈，槽轮旋转一圈，槽轮上凹槽内的饲料即可从下料口11下端进入投料管。下料管为具有一定伸缩性的软管，长度为35厘米，直径4厘米，上端与下料口11用尼龙扣绑定，中间用尼龙绳绑定在丝杠17的滑珠上，以控制下料口11的方向。丝杠17一端与步进电机链接，放置在下料管下三分之一处，使丝杠17保持水平，其主要作用是通过开动步进电机，使下料管在水平方向上移动，达到给不同料盆下料的目的。饲料盆挡片6及舵机19位于饲料盆上方，且饲料盆挡片6与饲料盆之间没有接触，饲料盆挡片6为直径25公分的厚铁片，稍大于饲料盆口直径，其主要作用是阻止错误的家畜采食盆中的饲料。每个饲料盆挡片6均配置有一个独立的舵机19用于控制挡片的水平位置进而控制饲料盆的开关。投料挡片18位于饲料盆的上方贴近栏杆一侧，并用活动螺丝固定在栏杆上，投料挡片18由一根长横杆和四根短转动臂组成，两者之间用活动螺丝连接，投料挡片18的转动臂和舵机19连接，舵机19可以控制转动臂转动角度，投料时，中央控制器13控制舵机转动90°，转动臂由竖直状态变为水平状态，联动长横杆落下，关闭采食窗口进而阻挡家畜在投料过程中采食，保证投料量的准确性。

图3为身份识别装置的结构图。身份识别装置由分饲栏、RFID读写器5、电子耳标组成。分饲栏是由5片分隔板4和连接杆7组成，其主要作用是屏蔽其他位置电子耳标的信号，使每个RFID读写器5仅接收正前方的电子耳标信号，此外，分饲栏能够将家畜分栏，使每个家畜单独一个料盆进行采食，避免多个家畜进入同一栏中进行抢食。分饲栏的连接杆7是连接分隔板4与补饲机并进行固定的工具，补饲机的栏杆上焊接有方孔铁片21，方孔大小为18毫米*18毫米，连接杆7为16毫米*16毫米的方钢，恰好可以从该孔隙中穿过，并穿入分隔板4的一边中，其内径为18毫米*18毫米的方管内，并从另一端穿出，插入草地中，通过将连接杆7插入草地中一定深度，可将分隔板4稳定固定在草地上。通过该可拆卸式设计，便于补饲机的整体移动。RFID读写器5位于补饲机的外侧，用铁丝固定在饲料盆等高位置，该放置位置的优点是可以快速的识别电子耳标信号并排除其他方向信号的干扰，而且在家畜采食过程中保重信号的稳定性。电子耳标佩戴在需要补饲的家畜的脖子上，在采食时能够保证信号读取的稳定性。在佩戴对应电子耳标的家畜进入分饲栏时，饲料盆打开，家畜采食饲料盆中的饲料，在此过程中，RFID读写器5与电子耳标间不断进行信号的传输，若家畜退出分饲栏，则信号传输中断，饲料盆挡片6关闭，阻止其他家畜进入采食。

图4为称重装置的结构图。饲料称重装置位于饲料盆的正下方，饲料盆是开口25厘米，底21厘米的不锈钢盆，称重装置的秤盘与饲料盆用螺丝链接，重力传感器22用焊工胶粘在支撑横杆上，然后将一体的称盘和饲料盆扣在重力传感器22上，使重力传感器22在家畜采食时保持相对稳定。称重装置与中央控制系统经由电路系统连接，若饲料盆中饲料重量发生变化，则会记录变化时间、饲料重量、机器编号等数据在SD卡信息采集模块中。

补水装置位于补饲机的正面，控制箱1的正下部，由两个水箱和两个饮水碗组成，每个水箱可装水20公斤，放置在正面的横杆上，水箱通过软管与饮水碗连接，饮水碗内水面的高度低于水箱的底面，保证饮水碗的正常使用，该设计的优点是保证水源的干净卫生，有利于放牧家畜的健康，避免寄生虫感染。

行走装置位于补饲机的正下方，包括横轴、轮胎3以及支撑杆2。横轴通过焊接的方式链接在补饲机的最下面并贯穿整个补饲机长，再在两端安装直径50厘米，轮宽9厘米的实心轮胎，以适应野外的路况。在固定位置时，可将支撑杆2放下，支撑杆2与地面夹角为60°，有效保证了补饲机在静态下的稳定性。

图5为系统运行流程图。该设备使用时，首先收起支撑杆2、连接杆7以及分隔板4，使用轮胎3，推动设备移动至指定位置，放下支撑杆2，使设备整体保持稳定。然后安装分隔板4，将连接杆7插入带孔贴片21的孔隙中，继续插入分隔板4宽边的空心管的孔隙中，直至接触草地，然后使用工具将连接杆插入草地土壤中进行固定。该设计使设备整体具有可移动性，单人即可操作，省时省力。

该设备使用时，打开控制箱1的门，向料斗内倒入饲料25公斤，然后将充满电的锂电池9安装在下料步进电机10的右侧，连接正负极，给机械设备供电。然后打开小型电箱中下料装置和身份识别装置的电源开关，中央控制器13的操作面板亮起，点击一键下料按钮，投料装置开始自动化运转。控制箱1内的集成了身份信息识别、自动称重以及信息保存、时间功能、一键下料等功能，集成度较高，成本较低，操作简便。

该设备一键下料启动时，投料挡片18落下，以阻止家畜在下料过程中将头伸入补饲机内采食。丝杠步进电机工作，带动下料管14的下料口对准第一饲料盆201，到指定位置时，舵机工作，转动第一饲料盆201的饲料盆挡片，打开饲料盆，然后下料步进电机10工作，转动下料口11内的槽轮转动预定圈数，将定量的饲料投入下料管14中，按照下料管14的方向滑落至第一饲料盆201中。待第一饲料盆201中饲料重量达到预定值时，下料步进电机10停止工作，下料停止，第一饲料盆201的饲料盆挡片关闭。此时，丝杠步进电机开始工作，转动丝杠，将下料管14管口对准第二饲料盆202，饲料盆挡片6舵机工作，转动饲料盆挡片6打开饲料盆22，下料再次开始，下料至预定重量时下料停止，饲料盆挡片6关闭，丝杠步进电机工作，将下料管14移动至第三饲料盆203，如此往复，直至第四饲料盆204下料完毕，此时，丝杠步进电机工作，将下料管14移动至初始位置。下料管14返回初始位置后，投料挡片18升起，放牧家畜可以伸头采食饲料盆中的饲料。

该设备使用时，需要将对应的电子耳标佩戴在放牧家畜的脖子处，投料完成后，放牧家畜一次进入分饲栏进行尝试，分饲栏由5片安装好的分隔板4所组成，形成四个单独的通道，阻止多只家畜在一个饲料盆中抢食。当家畜进入错误的分饲栏时，RFID读写器5读取的信号与正确信号不符，饲料盆挡片6不会打开，放牧家畜看见饲料盆未打开时会退出该通道，进入其他通道尝试。当家畜进入正确的通道时，RFID读写器5读取正确的信号，饲料盆挡片6打开，家畜可以进行采食，在此期间，电子耳边信号和RFID读取器5一直进行信号传输，同时控制饲料盆挡片6保持打开状态，当家畜离开该通道，则信号消失，RFID读取器5接收不到信号后，饲料盆挡片6即时关闭，避免其他家畜采食。在经过采食后饲料盆中的饲料重量不再发生变化，重力传感器22读取重量数据上传至中央控制器13，并记录时间信息保存在SD卡信息采集模块中。

该设备还提供饮水功能。将贮存有水的水箱16放置在控制箱1的下部，并经由软管连接至饮水碗12即可实现给放牧家畜补水功能。与让放牧家畜饮用喝水或雨水相比，该补水功能可以保证水源的可控性，保证放牧家畜的健康。与归牧后饮水相比，实时饮水能够提高放牧家畜的采食量，提高生长性能，获取更多的经济效益。因此该补水功能具有保证水源可控且促进放牧家畜健康生长的优点。

此外，本发明在工作过程中噪音较小，不会影响放牧家畜的采食，不会对幼畜造成应激。整体结构稳定，在风雨交加的草原坏境中不会倾覆，电路线路以及电子元件不会出现渗水短路现象。在鼠害严重的草原中，下料斗下窄上宽的设计能够有效避免老鼠采食，饲料盆上盖有饲料盆挡片的设计能够有效阻止老鼠偷吃饲料。该设备在不使用时，占地空间较小，易于存放。