家畜饲喂机器人研究进展与发展展望

2022 年6 月 第4 卷 第2 期 智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Jun.2022 Vol.4,No.2
doi ：10.12133/j.smartag.SA202204001
家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望

杨 亮 ， 熊 本 海 ， 王 辉 ， 陈 睿 鹏 ， 赵 一 广
（ 中 国 农 业 科 学 院 北 京 畜 牧 兽 医 研 究 所 动 物 营 养 学 国 家 重 点 实 验 室 ， 北 京 1 0 0 1 9 3 ）
摘 要 ： 家 畜 养 殖 的 生 产 模 式 已 由 粗 放 型 向 集 约 型 转 变 ， 生 产 水 平 不 断 提 高 ， 但 较 低 的 劳 动 生 产 率 和 劳 动
力 短 缺 等 问 题 严 重 制 约 中 国 家 畜 养 殖 业 的 快 速 发 展 。 利 用 现 代 信 息 和 人 工 智 能 技 术 ， 研 发 家 畜 饲 喂 机 器 人 ，
包 括 喂 料 、 推 料 等 机 器 人 ， 实 现 数 字 化 、 智 能 化 的 家 畜 养 殖 ， 提 高 畜 牧 养 殖 生 产 力 是 解 决 上 述 问 题 的 主 要
途 径 。 为 深 入 分 析 机 器 人 技 术 在 家 畜 养 殖 中 的 研 究 现 状 ， 本 文 收 集 了 国 内 外 家 畜 机 器 人 研 究 实 例 和 文 献 资
料 ， 从 轨 道 式 喂 料 机 器 人 、 自 走 式 喂 料 机 器 人 和 推 料 机 器 人 3 个 方 面 重 点 介 绍 家 畜 饲 喂 机 器 人 的 研 究 进 展 ，
分 析 了 饲 喂 机 器 人 的 技 术 特 点 和 实 际 应 用 情 况 ， 从 技 术 和 应 用 两 个 方 面 对 国 内 外 饲 喂 机 器 人 进 行 了 比 较 ，
并 从 战 略 规 划 制 定 、 核 心 技 术 发 展 和 产 业 发 展 趋 势 三 个 方 面 进 行 展 望 并 提 出 发 展 建 议 ， 为 家 畜 饲 喂 机 器 人
在 中 国 的 进 一 步 发 展 和 应 用 提 供 参 考 。
关 键 词 ： 家 畜 饲 喂 ； 喂 料 机 器 人 ； 推 料 机 器 人 ； 人 工 智 能 ； 数 字 化 养 殖
中 图 分 类 号 ： T P 2 4 2 . 3 ； S 8 1 7 文 献 标 志 码 ： A 文 章 编 号 ： S A 2 0 2 2 0 4 0 0 1
引 用 格 式 ： 杨 亮, 熊 本 海, 王 辉, 陈 睿 鹏, 赵 一 广. 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望[J]. 智 慧 农 业( 中 英 文),
2022,4(2):86-98.
YANG Liang, XIONG Benhai, WANG Hui, CHEN Ruipeng, ZHAO Yiguang. Research progress and outlook of
livestockfeedingrobot[J].SmartAgriculture,2022,4(2):86-98.(inChinesewithEnglishabstract)
业 等 诸 多 农 机 农 技 推 广 新 举 措 ， 中 国 畜 牧 养 殖 机
1 引 言
械 产 业 特 别 是 畜 牧 机 器 人 产 业 迎 来 重 要 机
畜 牧 业 是 劳 动 密 集 、 劳 动 环 境 差 、 劳 动 强 度
［1 ］
遇 期 。
大 的 行 业 ， 作 为 畜 牧 业 养 殖 大 国 ， 中 国 传 统 养 殖
区 别 于 工 业 机 器 人 ， 农 业 机 器 人 作 为 一 种 新
模 式 向 装 备 化 、 智 能 化 方 向 发 展 的 需 求 日 益 强
型 智 能 农 业 机 械 装 备 ， 集 成 了 智 能 监 测 、 自 动 控
烈 。2021 年 国 家 发 布 的 《 关 于 全 面 推 进 乡 村 振 兴
制 、 图 像 识 别 、 环 境 建 模 算 法 、 感 应 器 、 柔 性 执
［2 ］
加 快 农 业 农 村 现 代 化 的 意 见 》 提 出 ， 要 提 高 农 机
行 等 先 进 技 术 。 荷 兰 、 英 国 等 发 达 国 家 从20
装 备 自 主 研 制 能 力 ， 支 持 高 端 智 能 农 机 装 备 研 发
世 纪 初 期 开 始 畜 牧 机 器 人 的 研 发 工 作 ， 一 定 程 度
制 造 。 农 业 农 村 部 《 关 于 落 实 好 党 中 央 、 国 务 院
上 解 决 了 劳 动 力 短 缺 的 问 题 ， 挤 奶 机 器 人 和 消 毒
2021 年 农 业 农 村 重 点 工 作 部 署 的 实 施 意 见 》 再 次
机 器 人 发 展 比 较 迅 速 。 饲 喂 机 器 人 主 要 应 用 于 家
强 调 提 升 物 质 技 术 装 备 水 平 ， 强 化 现 代 农 业 基 础
畜 的 饲 养 管 理 过 程 ， 目 的 是 提 高 动 物 的 采 食 量 ，
支 撑 ， 大 力 推 进 农 业 机 械 化 以 及 加 快 发 展 智 慧 农 有 效 避 免 由 于 夜 间 拢 料 不 及 时 导 致 的 奶 牛 产 奶 量
收 稿 日 期 ：2022-03-01
基 金 项 目 ： 国 家 重 点 研 发 计 划 课 题 （2021YFD2000804 ） ； 重 庆 市 重 点 课 题 （cstc2019jscx-gksbX0091 ） ； 动 物 营 养 学 国 家 重 点 实 验 室 课
题 （2004DA125184G2104 ）
作 者 简 介 ： 杨 亮 （1980 － ） ， 男 ， 博 士 ， 研 究 员 ， 研 究 方 向 为 智 慧 畜 牧 业 。E-mail ：[e-mail]

通 信 作 者 ： 熊 本 海 （1963 － ） ， 男 ， 博 士 ， 研 究 员 ， 研 究 方 向 为 畜 牧 信 息 与 装 备 。E-mail ：[e-mail].4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
8 7
低 等 状 况 。 随 着 信 息 技 术 、 人 工 智 能 、 传 感 技 术 障 功 能 ， 通 过 配 置 的 料 斗 给 牛 棚 中 等 待 采 食 的 奶
的 发 展 ， 饲 喂 机 器 人 向 着 更 加 智 能 的 方 向 发 展 ， 牛 分 发 饲 料 ， 实 现 牛 群 全 天 候 获 取 新 鲜 饲 料 。
能 够 更 好 地 满 足 动 物 的 福 利 ， 减 少 对 环 境 的 污
2 . 1 轨 道 式 喂 料 机 器 人
染 ， 解 放 劳 动 力 。 尤 其 国 外 养 殖 企 业 的 机 械 化 普
轨 道 式 喂 料 机 器 人 是 指 运 行 在 固 定 轨 道 上 实
及 率 较 高 ， 养 殖 企 业 “ 机 器 换 人 ” “ 无 人 值 守 ”
现 对 家 畜 饲 喂 功 能 的 一 类 机 器 人 ， 可 细 分 为 悬 挂
的 现 象 比 较 普 遍 。 在 养 殖 场 建 设 过 程 中 ， 配 置 了
式 和 地 轨 式 两 种 。 喂 料 机 器 人 沿 着 固 定 轨 道 自 动
各 种 现 代 机 械 设 备 ， 特 别 是 在 劳 动 力 需 求 较 大 的
运 行 ， 对 目 标 动 物 进 行 识 别 ， 对 自 身 进 行 定 位 ，
饲 喂 过 程 ， 通 过 喂 料 机 器 人 的 应 用 ， 可 以 有 效 减
通 过 预 设 程 序 精 确 完 成 饲 料 的 投 放 ， 实 现 对 家 畜
少 劳 动 力 的 投 入 ， 提 高 家 畜 饲 喂 的 效 率 和 精 确
的 精 准 饲 喂 。
性 ， 为 家 畜 养 殖 企 业 的 高 质 量 发 展 提 供 了 技 术 和
2 . 1 . 1 国 外 研 究 进 展
装 备 支 撑 。
轨 道 式 喂 料 机 器 人 在 国 外 养 殖 企 业 应 用 比 较
近 年 来 ， 中 国 家 畜 养 殖 向 规 模 化 养 殖 模 式 发
普 遍 ， 其 中 多 数 采 用 的 是 悬 挂 式 轨 道 。 荷 兰Tri ‐
展 ， 奶 牛 年 存 栏100 头 以 上 的 比 重 ， 从2005 年 的
oliet 公 司 、 加 拿 大Rovibec 公 司 和 奥 地 利Hetwin
［3 ］
11.2% 提 升 到 了2020 年 的67.2% 。 家 畜 养 殖 水
公 司 在 轨 道 式 饲 喂 机 器 人 领 域 技 术 积 累 较 为 成
平 不 断 提 升 ， 机 械 化 、 智 能 化 养 殖 装 备 在 养 殖 场
熟 ， 已 有 多 款 产 品 实 现 产 业 化 应 用 。
得 到 了 一 定 的 应 用 。 然 而 ， 从 整 体 上 看 中 国 的 畜
荷 兰Trioliet 公 司 研 制 了 两 款 轨 道 式 喂 料 机
牧 机 器 人 研 究 和 应 用 还 处 于 萌 芽 状 态 。 加 快 家 畜
［4 ］
器 人 ， 型 号 分 别 为Triomatic HP2300 和Triom ‐
饲 喂 机 器 人 的 研 发 与 应 用 ， 对 提 高 中 国 家 畜 养 殖
［5 ］
atic WP2300 。 图1 所 示 的Triomatic HP2300 是
效 率 ， 减 少 劳 动 力 ， 支 撑 现 代 畜 牧 业 发 展 有 重 要
一 款 悬 挂 式 饲 喂 机 器 人 ， 即 采 用 悬 挂 系 统 在 畜 舍
意 义 。 为 深 入 分 析 机 器 人 技 术 在 家 畜 养 殖 中 的 研
内 轨 道 上 运 行 工 作 ， 悬 挂 系 统 可 以 自 行 调 节 高
究 现 状 ， 促 进 中 国 家 畜 饲 喂 机 器 人 发 展 ， 本 文 主
度 ， 有 效 躲 避 畜 舍 内 障 碍 物 ， 喂 料 机 器 人 通 过 与
要 介 绍 家 畜 喂 料 机 器 人 和 推 料 机 器 人 的 研 究 进
固 定 式 搅 拌 站 、 饲 料 仓 房 结 合 ， 在 不 锈 钢 搅 拌 罐
展 、 技 术 特 点 与 应 用 情 况 ， 从 技 术 和 应 用 两 个 方
中 可 以 装 载 容 积 为3m3 的 饲 料 ， 实 现 无 极 变 速 控
面 对 国 内 外 饲 喂 机 器 人 进 行 比 较 ， 从 战 略 规 划 制
制 左 右 两 侧 的 双 向 发 料 ， 系 统 设 置 有 触 摸 屏 和 操
定 、 核 心 技 术 发 展 、 产 业 发 展 趋 势 三 个 方 面 进 行
作 终 端 。 同 时 在 机 器 人 的 下 端 设 置 有 推 料 装 置 ，
展 望 并 提 出 建 议 ， 为 家 畜 饲 喂 机 器 人 在 中 国 进 一
可 以 将 远 离 奶 牛 的 饲 料 推 回 可 采 食 区 ， 满 足 奶 牛
步 发 展 和 应 用 提 供 参 考 。
的 饲 喂 需 求 。
图2 所 示 的Triomatic WP2300 是 一 款 四 轮 式
2 喂 料 机 器 人
饲 喂 机 器 人 ， 即 通 过 四 个 轮 子 移 动 ， 其 中 两 个 为
喂 料 机 器 人 是 一 种 可 以 替 代 畜 牧 养 殖 工 人 、
驱 动 轮 ， 可 以 很 容 易 地 驱 动 机 器 人 在 饲 喂 通 道 周
具 备 一 定 独 立 决 策 能 力 的 智 能 喂 料 设 备 ， 是 实 现
围 移 动 。 在 饲 喂 机 器 人 内 部 ， 设 置 有 两 个 立 式 搅
3
畜 牧 业 自 动 化 、 集 约 化 发 展 过 程 中 的 关 键 装 备 ，
拌 铰 龙 和 一 个 双 向 发 料 带 ， 容 积 同 样 为3m ， 最
分 为 轨 道 式 喂 料 机 器 人 和 自 走 式 喂 料 机 器 人 两
大 载 料 重 为900kg 。 机 器 人 的 电 能 来 源 于 上 方 的
种 。 在 奶 牛 饲 养 过 程 中 ， 主 要 通 过 提 高 奶 牛 的 采
电 源 轨 道 ， 持 续 的 供 电 方 式 保 证 机 器 人 正 常 工
食 量 来 提 高 其 健 康 水 平 ， 从 而 提 高 奶 牛 的 生 产 能
作 。 为 方 便 应 对 养 殖 场 内 的 特 殊 路 况 ，Triomatic
力 和 产 奶 量 。 荷 兰 、 加 拿 大 等 国 家 研 制 出 的 比 较
WP2300 饲 喂 机 器 人 可 以 应 对 高 达5% 的 坡 度 和5cm
典 型 的 喂 料 机 器 人 产 品 可 以 创 建 从 饲 料 车 间 到 养
的 门 槛 。
殖 区 域 的 运 行 路 线 ， 利 用 超 声 波 传 感 器 等 实 现 避 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 了 四 款 轨 道 式 喂 料智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
8 8
图1 荷 兰Trioliet 公 司 研 制 的Triomat ‐ 图2 荷 兰Trioliet 公 司 研 制 的Triomat ‐ 图3 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的Rover
icHP2300 悬 挂 式 喂 料 机 器 人 icWP2300 轮 式 喂 料 机 器 人 MVR 轮 式 喂 料 机 器 人
Fig.1 TriomaticHP2300 ，Trioliet ， Fig.2 TriomaticWP2300 ，Trioliet ， Fig.3 RoverMVR ，Rovibec ，Canada
TheNetherlands TheNetherlands
［6 ］ ［7 ］
机 器 人 ， 型 号 分 别 是Rover MVR 、ROV 、 的 基 本 状 况 分 发 不 同 的 补 充 物 质 ， 从 而 有 效 提 高
［8 ］ ［9 ］
DECSR 和DECHDR 。 图3 所 示RoverMVR 牛 奶 中 相 应 的 营 养 成 分 。
3
的 装 载 饲 料 容 积 为3.4 m ， 在 不 需 要 任 何 人 工 的 图5 所 示DECSR 为 悬 挂 式 喂 料 机 器 人 ， 采
干 预 下 ， 可 以 实 现 自 行 装 入 饲 料 、 混 合 饲 料 、 分 用2.2kw 低 功 率 的 电 动 机 ， 后 台 设 置 不 同 的 饲 喂
配 饲 料 的 功 能 ， 牛 场 管 理 员 可 以 设 定 投 喂 的 饲 料 曲 线 和 饲 料 配 方 ， 可 以 满 足 300 头 奶 牛 自 由
配 方 、 饲 喂 次 数 、 饲 喂 时 间 等 基 本 参 数 。 机 器 人 采 食 。
通 过 上 方 的 导 轨 供 电 ， 保 证 运 行 的 稳 定 性 和 持 久 图6 所 示DEC HDR 为 一 款 悬 挂 式 轨 道 喂 料
性 。 四 轮 转 向 由 液 压 动 力 驱 动 ， 能 够 实 现 可 变 的 机 器 人 ， 基 本 适 用 于 所 有 路 况 的 养 殖 场 ， 饲 料 容
3
前 进 速 度 和 下 料 速 度 。 机 器 人 的 底 部 设 置 有 饲 料 量 为3.4 m ， 可 以 自 行 管 理 、 准 备 、 分 发 全 混 合
推 料 铲 ， 可 以 将 远 离 奶 牛 采 食 区 间 的 饲 料 推 回 到 日 粮 （TotalMixedRation ，TMR ） 饲 料 ， 在 无 需
奶 牛 可 采 食 区 域 。 应 用 该 机 器 人 可 优 化 牛 群 健 康 人 工 干 预 下 自 由 饲 喂300 头 奶 牛 ， 并 生 成 相 应 的
和 生 产 力 ， 同 时 减 少 相 关 的 劳 动 力 。 饲 喂 管 理 曲 线 。 机 器 人 采 用 低 功 率 模 式 ， 只 需 一
图4 所 示ROV 轨 道 喂 料 机 器 人 为 低 功 率 消 耗 台3.8kw 的 发 动 机 即 可 。
量 ， 可 以 采 用2 ~12V 的 电 池 驱 动 ， 料 仓 内 设 置 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 了2 款 轨 道 式 喂 料 机
［10 ］ ［11 ］
不 同 大 小 的8 个 分 区 ， 存 储8 种 谷 物 或 矿 物 质 的 器 人 ， 分 别 是ARAMIS II 和ATHOS 。 图7
补 充 物 ， 最 大 存 储 量 为1000 kg ， 根 据 每 头 奶 牛 所 示ARAMISII 是 欧 洲 首 款 自 动 供 应 精 饲 料 、 干
图4 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的ROV 图5 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的DEC 图6 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的DEC
轨 道 式 喂 料 机 器 人 SR 悬 挂 式 喂 料 机 器 人 HDR 悬 挂 式 喂 料 机 器 人
Fig.4 ROV ，Rovibec ，Canada Fig.5 DECSR ，Rovibec ，Canada Fig.6 DECHDR ，Rovibec ，CanadaVol.4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
8 9
草 和 青 贮 饲 料 的 喂 料 机 器 人 ， 可 以 执 行 称 重 、 切 2 . 1 . 2 国 内 研 究 进 展
与 国 外 相 比 ， 国 内 研 发 的 轨 道 式 家 畜 饲 喂 机
割 、 混 合 、 定 量 和 输 送 五 项 工 作 。 系 统 还 具 备 测
器 人 的 种 类 和 应 用 的 数 量 很 少 ， 主 要 是 因 为 国 内
定 纤 维 长 度 的 功 能 ， 切 割 系 统 可 以 将 块 状 或 未 压
养 殖 企 业 更 依 赖 人 工 劳 动 ， 特 别 是 在 养 殖 场 建 设
制 的 青 贮 切 割 ， 提 高 奶 牛 采 食 的 适 口 性 和 便 利
过 程 中 ， 基 础 设 施 和 智 能 装 备 的 资 金 投 入 较 低 ，
性 ， 水 平 搅 拌 系 统 可 以 一 次 处 理50 kg 的 饲 料 。
无 法 实 现 大 规 模 的 智 能 化 、 机 械 化 养 殖 。 随 着 市
ARAMIS II 上 使 用 的 硬 件 包 括10 寸 触 摸 屏 面 板
场 散 养 户 的 逐 渐 退 出 ， 家 畜 养 殖 规 模 的 不 断 扩
C70 、 带 集 成I/O 的 紧 凑 型X20 控 制 器 和 变 频 器 ，
大 ， 饲 喂 机 器 人 等 智 能 化 产 品 的 研 发 和 应 用 水 平
X20 控 制 器 通 过 无 线 局 域 网 进 行 相 互 通 信 。
会 有 较 大 提 高 。 目 前 国 内 已 在 奶 牛 饲 喂 机 器 人 、
羊 饲 喂 机 器 人 、 生 猪 饲 喂 机 器 人 等 方 面 开 展 了
研 究 。
［12 ］
在 奶 牛 饲 喂 机 器 人 方 面 ， 方 建 军 研 制 了
一 款 利 用PIC16F877 微 处 理 器 控 制 的 饲 喂 机 器
人 ， 利 用 霍 尔 传 感 器 和 无 线 识 别 装 置 分 别 实 现 自
［13 ］
身 的 精 确 定 位 以 及 奶 牛 的 识 别 。 杨 存 志 等 研
图7 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 的ARAMISII 喂 料 机 器 人
制 的FR-200 型 饲 喂 机 器 人 ， 采 用 轨 道 吊 挂 式 ， 按
Fig.7 ARAMISII ，Hetwin ，Austria
设 置 的 程 序 自 动 运 行 、 定 位 ， 能 够 智 能 识 别 奶 牛 ，
图8 所 示ATHOS 喂 料 机 器 人 主 要 针 对 小 型
投 喂 精 确 的 饲 料 量 ， 实 现 每 天 多 次 规 律 性 饲 喂 ，
或 中 型 养 殖 场 而 研 发 ， 使 用 了7 寸 触 摸 屏 面 板 、
及 时 更 改 饲 喂 曲 线 ， 可 以 有 效 促 进 奶 牛 个 体 的 产
带 集 成I/O 的X20 控 制 器 和ACOPOSinverter 变 频
量 和 奶 产 品 的 质 量 双 提 高 ， 成 为 奶 牛 养 殖 的 智 能
器 ， 使 用 了Automation Studio 软 件 进 行 管 理 。 机 化 福 利 养 殖 装 备 。 为 解 决 精 确 控 制 奶 牛 精 料 采 食
［14 ］
的 问 题 ， 倪 志 江 等 研 制 了 基 于 单 片 机 和 无 线
器 人 配 备 了 预 混 合 装 置 及 切 割 系 统 ， 可 在 几 分 钟
射 频 识 别 技 术 的 智 能 化 个 体 奶 牛 精 确 饲 喂 机 ， 实
内 将 干 草 或 青 贮 饲 料 切 割 成 均 匀 的 新 鲜 混 合 饲
现 奶 牛 个 体 的 精 确 饲 喂 ， 牛 奶 日 产 量 提 高4kg 。
料 ， 通 过 预 先 设 定 的 程 序 ， 确 保 所 有 动 物 都 获 得
［15 ］
在 羊 饲 喂 机 器 人 方 面 ， 张 磊 设 计 出 一 款
新 鲜 的 混 合 饲 料 ， 通 过 提 高 采 食 量 ， 增 加 牛 奶 产
磁 导 引 式 羊 只 自 动 饲 喂 机 器 人 ， 根 据 实 际 工 作 环
量 并 改 善 动 物 健 康 。 在 喂 料 机 器 人 的 底 部 ， 设 置
境 ， 对 导 引 路 径 和 工 作 区 间 进 行 调 整 ； 根 据 饲 喂
了 饲 料 推 料 铲 ， 可 以 保 证 奶 牛 的 采 食 需 求 ， 减 少
区 间 内 羊 只 的 数 量 和 生 长 周 期 ， 实 现 定 时 定 量 的
饲 料 的 浪 费 。
自 动 饲 喂 ， 有 效 降 低 了 饲 喂 劳 动 强 度 和 饲 料 浪
费 ， 推 动 了 国 内 畜 牧 业 智 能 化 的 发 展 。 北 京 京 鹏
环 宇 畜 牧 公 司 研 制 了 全 自 动 空 中 带 式 饲 喂 系 统 、
全 自 动 地 面 带 式 饲 喂 系 统 和 智 能 机 器 人 饲 喂 系
［16 ］
统 ， 具 有 占 地 面 积 小 、 使 用 方 便 灵 活 等 特 点 ，
能 够 满 足 不 同 养 殖 规 模 用 户 的 需 求 。 饲 喂 机 器 人
内 部 结 构 精 密 ， 配 方 多 元 化 和 精 细 化 ， 保 证 每 只
羊 采 食 到 适 量 且 营 养 均 衡 的 饲 料 ， 获 得 最 高 增 重
图8 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 的ATHOS 喂 料 机 器 人
和 最 佳 饲 料 报 酬 ， 可 以 有 效 提 高 羊 场 的 利 润 。
Fig.8 ATHOS ，Hetwin ，Austria
在 生 猪 饲 喂 机 器 人 方 面 ， 吉 林 精 气 神 “ 吉 神智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
9 0
黑 猪 ” 养 殖 基 地 为 中 国 首 批 猪 人 工 智 能 养 殖 基 在 配 套 的 管 理 平 台 ， 可 以 显 示 每 头 （ 组 ） 奶 牛 的
地 ， 基 地 运 用 饲 喂 机 器 人 等 先 进 设 备 与 技 术 ， 改 平 均 饲 料 摄 入 量 ， 通 过 调 整 饲 料 配 方 来 降 低 饲 料
变 传 统 人 工 粗 放 式 饲 喂 。 该 基 地 研 制 的 饲 喂 机 器 成 本 ， 获 取 更 好 的 收 益 。
［20 ］
奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 了 一 款ARANOM
人 利 用 “ 猪 脸 识 别 ” 技 术 ， 集 传 统 定 量 杯 与 自 动
自 走 式 机 器 人 ， 也 是Hetwin 公 司 在2018 年 汉 诺
饲 喂 器 为 一 体 ， 采 用 大 角 度 楔 形 构 造 设 计 解 决 了
量 杯 内 饲 料 结 拱 的 问 题 ， 保 持 稳 定 的 出 料 速 度 实 威 举 办 的EuroTier 农 展 会 上 推 出 的 创 新 产 品 。 如
［17 ］
现 精 准 出 料 。 系 统 设 定 的 饲 喂 曲 线 实 现 对 生 图10 所 示 ，ARANOM 以 底 盘 作 为 基 础 ， 使 用 地
面 磁 感 应 传 感 器 作 为 参 考 点 自 动 移 动 。
猪 群 体 和 个 体 的 智 能 、 精 准 饲 喂 ， 保 证 每 头 生 猪
ARANOM 喂 料 机 器 人 有 ARANOM MIX 和
获 得 均 衡 的 营 养 ， 出 栏 体 重 差 异 缩 小 到5% 以
［18 ］
ARANOM CUT & MIX 两 个 版 本 。ARANOM
内 ， 减 少 了 饲 料 浪 费 ， 降 低 了 饲 喂 成 本 。
MIX 可 以 进 行 称 重 、 混 合 、 进 料 和 推 料4 种 操
2 . 2 自 走 式 喂 料 机 器 人
作 ， 配 备 有4 mm 不 锈 钢 双 混 合 器 托 盘 的 垂 直 混
自 走 式 喂 料 机 器 人 指 的 是 在 养 殖 场 内 可 以 自
合 系 统 ， 适 用 于 较 短 的 饲 料 ；ARANOM CUT&
由 行 走 ， 具 有 自 动 导 航 和 定 位 功 能 的 一 种 家 畜 饲
MIX 可 以 进 行 称 重 、 切 割 、 混 合 、 进 料 和 推 料5
喂 机 器 人 。 机 器 人 系 统 主 要 以 单 片 机 为 控 制 核
种 操 作 ， 切 割 能 力 强 ， 拥 有 卧 式 切 割 混 合 系 统 ，
心 ， 利 用 传 感 器 和 通 讯 模 块 实 现 自 动 行 走 ， 与 轨 配 有 两 个 可 更 换8 mm 不 锈 钢 混 合 罐 ， 适 用 于 较
道 式 饲 喂 机 器 人 相 比 ， 饲 喂 过 程 更 加 灵 活 、 便
长 的 饲 料 ， 如 装 载 机 青 贮 饲 料 ， 圆 捆 青 贮 饲 料 和
捷 ， 饲 喂 工 作 结 束 后 自 行 回 到 充 电 处 进 行 充 电 。
干 草 。 两 个 版 本 的 机 器 人 均 采 用 电 池 供 电 模 式 ，
自 走 式 饲 喂 机 器 人 技 术 含 量 更 高 ， 不 需 要 前 期 投
无 需 轨 道 供 电 系 统 即 可 实 现 机 器 人 系 统 驱 动 。
入 资 金 进 行 轨 道 的 铺 设 ， 更 有 利 于 在 家 畜 养 殖 场 ARANOM 设 置 有 两 个 轴 ， 通 过 可 充 电 电 池 可 进
得 到 推 广 应 用 。 行 无 电 运 行 ， 其 所 使 用 的 在 高 电 压 下 运 行 的 电 池
［21 ］
2 . 2 . 1 国 外 研 究 进 展
技 术 目 前 在 市 场 上 比 较 独 特 。 此 外 ， 在 机 器
目 前 ， 国 外 已 有 比 较 成 熟 的 自 走 式 喂 料 机 器
人 底 部 还 设 置 有 底 盘 驱 动 器 ， 通 过 放 置 在 地 板 表
人 产 品 ， 典 型 的 有 荷 兰Lely 公 司 的Vector 喂 料 机
面 下 的 小 型 参 考 磁 铁 ， 控 制 机 器 人 遵 循 编 程 的 路
器 人 、 奥 地 利Hetwin 公 司 的ARANOM 喂 料 机 器
线 行 走 。 采 取 无 导 轨 的 模 式 可 以 节 省 较 多 的 成
人 以 及 奥 地 利Schauer 公 司 的TRANSFEEDROV ‐
本 ， 特 别 是 在 大 型 牧 场 中 安 装 更 加 简 单 便 利 。
ER 喂 料 机 器 人 等 。 自 走 式 机 器 人 具 有 更 好 的 适
图11 为 奥 地 利Schauer 公 司 研 制 的TRANS ‐
［22 ］
应 性 ， 能 够 满 足 不 同 条 件 场 地 的 需 求 ， 在 家 畜 养
FEED ROVER 喂 料 机 器 人 ， 是 一 款 基 于 垂 直
殖 企 业 的 应 用 中 取 得 了 较 好 效 果 。
搅 拌 机 的 自 走 式 喂 料 机 器 人 ， 配 备 的 料 仓 可 以 储
［19 ］
3
荷 兰Lely 公 司 研 制 的Vector 喂 料 机 器 人
存3.4m 的 饲 料 ， 能 满 足 饲 喂300 头 奶 牛 的 需 求 。
是 一 种 独 立 的 电 池 供 电 机 器 人 ， 能 够 自 动 喂 养 自 机 器 人 运 行 时 最 大 需 要7.7kw 的 能 效 ， 保 证 设 备
混 合 饲 料 ， 图9 为Vector 喂 料 机 器 人 在 奶 牛 场 的
的 节 能 运 行 ； 转 弯 半 径 为1.5 m ， 运 行 时 比 较 敏
应 用 场 景 。Vector 具 有 测 量 围 栏 处 饲 料 高 度 的 功
捷 ， 占 用 较 小 的 区 域 行 走 ； 集 成 了 可 变 速 立 式 搅
能 ， 决 策 是 否 需 要 补 充 饲 料 ， 保 持 围 栏 处 始 终 有
拌 机 和 切 割 机 ， 能 够 较 好 地 混 合 和 粉 碎 青 贮 饲
足 够 的 新 鲜 饲 料 ， 同 时 饲 料 数 量 不 会 过 多 或 过 料 ， 满 足 奶 牛 的 采 食 需 求 。
［23 ］
少 。 在 喂 养 频 次 方 面 ，Lely 公 司 建 议 通 过 频 繁 地 瑞 典Delaval 公 司 研 制 的CF1000 型 饲 喂
进 食 刺 激 奶 牛 的 饲 料 摄 入 ， 保 持 瘤 胃pH 恒 定 ，
机 器 人 ， 可 以 根 据 肉 牛 所 处 的 不 同 生 长 周 期 进 行
［24 ］
利 于 奶 牛 的 健 康 和 生 育 ， 获 得 更 高 的 牛 奶 产 量 。 科 学 分 配 饲 料 ， 有 效 地 降 低 了 人 工 成 本 。Vol.4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
9 1
图11 奥 地 利Schauer 公 司 研 制 的
图9 荷 兰Lely 公 司 研 制 的Vector 喂 料 图10 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 的
TRANSFEEDROVER 喂 料 机 器 人
机 器 人 ARANOM 喂 料 机 器 人
Fig.11 TRANSFEEDROVER ，Schau ‐
Fig.9 Vector ，Lely ，TheNetherlands Fig.10 ARANOM ，Hetwin ，Austria
erAustria
［28 ］
从 以 上 介 绍 的 研 究 进 展 可 以 发 现 ， 国 外 的 喂 性 ， 有 效 避 免 羊 只 的 有 害 应 激 反 应 ； 王 浩 鹏
料 机 器 人 的 研 发 主 体 是 设 备 制 造 企 业 ， 由 企 业 主 为 优 化 羊 只 饲 喂 机 器 人 的 螺 旋 输 送 轴 结 构 ， 使 用
导 机 器 人 的 研 发 与 推 广 ， 而 学 术 界 对 于 家 畜 饲 喂 有 限 元 软 件Workbench 对 螺 旋 输 送 轴 进 行 静 力 学
［25 ］
机 器 人 的 研 究 较 少 ，Rodenburg 对 挤 奶 机 器 人 分 析 ， 通 过 动 力 学 分 析 得 到 固 有 频 率 和 振 型 ， 应
进 行 了 相 关 研 究 ， 本 文 不 再 具 体 介 绍 。 用 优 化 空 间 填 充 算 法 对 螺 旋 输 送 轴 相 关 参 数 进 行
2 . 2 . 2 国 内 研 究 进 展 采 样 分 析 ， 建 立 响 应 面 模 型 ， 通 过 优 化 得 出 螺 旋
与 国 外 相 比 ， 国 内 自 走 式 喂 料 机 器 人 的 研 发
输 送 轴 最 优 参 数 组 合 ， 有 效 增 大 了 出 料 系 统 输 送
还 处 于 初 级 阶 段 ， 查 阅 到 的 自 走 式 喂 料 机 器 人 文
空 间 ， 提 高 了 羊 只 饲 喂 机 器 人 的 单 位 输 送 效 率 。
献 较 少 ， 能 在 养 殖 场 实 际 应 用 的 则 更 少 。 分 析 这
2 . 3 国 内 外 喂 料 机 器 人 比 较
种 现 象 的 原 因 ， 发 现 与 国 外 设 备 制 造 企 业 主 导 机
器 人 的 研 发 与 推 广 不 同 。 国 内 起 主 导 作 用 的 是 政 技 术 上 看 ， 喂 料 机 器 人 从 轨 道 式 机 器 人 向 自
府 和 科 研 工 作 者 ， 但 研 究 的 产 品 很 难 完 全 进 行 产 走 式 机 器 人 方 向 发 展 。 轨 道 式 机 器 人 对 养 殖 场 的
业 化 生 产 和 推 广 应 用 ； 此 外 ， 基 于 家 畜 智 能 设 备 基 础 设 施 建 设 有 一 定 的 要 求 ， 需 要 搭 建 从 饲 料 车
市 场 需 求 较 小 的 现 状 ， 设 备 制 造 企 业 无 法 大 规 模 间 到 养 殖 场 的 饲 喂 机 器 人 行 走 的 轨 道 ， 从 而 实 现
投 入 研 发 ， 再 加 上 国 外 进 口 的 设 备 价 格 居 高 不 饲 喂 机 器 人 按 固 定 路 径 行 走 的 功 能 。 与 轨 道 式 机
下 ， 造 成 喂 料 机 器 人 在 养 殖 场 的 应 用 率 较 低 。 器 人 相 比 ， 自 走 式 机 器 人 需 要 具 备 自 主 导 航 和 定
［26 ］
在 技 术 研 究 方 面 ， 张 帆 等 以STC89C52 位 功 能 ， 提 高 了 机 器 人 控 制 系 统 的 技 术 水 准 和 复
RC 型 单 片 机 为 控 制 核 心 ， 开 发 了 羊 只 饲 喂 机 器 杂 程 度 。 国 外 的 喂 料 机 器 人 主 要 是 基 于 计 算 机 操
人 的 行 走 控 制 系 统 ， 利 用 AGV （Automated 作 系 统 ， 在 机 器 人 上 配 置 了 触 摸 屏 面 板 ， 实 现 参
GuidedVehicle ） 磁 导 航 传 感 器 和GT-2.4G 无 线 通 数 的 设 置 和 数 据 的 分 析 与 管 理 。 喂 料 机 器 人 具 备
讯 模 块 ， 实 现 了 自 动 行 走 和 手 动 行 走 两 种 控 制 模 称 重 、 切 割 、 混 合 、 进 料 和 推 料5 种 功 能 ， 提 高
式 ， 提 高 了 羊 只 饲 喂 机 器 人 的 适 用 性 ； 为 避 免 机 了 家 畜 养 殖 效 率 ， 降 低 了 对 劳 动 力 的 需 求 。 在 国
［27 ］
器 人 运 行 引 起 羊 只 的 应 激 反 应 ， 孙 芊 芊 等 对 内 ， 喂 料 机 器 人 的 研 发 和 设 计 引 入 了 一 些 先 进 技
羊 只 智 能 饲 喂 机 器 人 进 行 了 功 能 与 造 型 设 计 ， 功 术 ， 如 手 机APP 的 开 发 使 工 作 人 员 更 及 时 方 便 了
能 方 面 实 现 智 能 饲 喂 、 监 控 反 馈 和 自 动 行 走 ， 造 解 相 关 数 据 ， 在 动 物 应 激 反 应 方 面 ， 通 过 对 机 器
型 方 面 实 现 材 料 、 形 态 和 颜 色 的 适 应 性 和 创 新 人 造 型 的 材 料 、 颜 色 、 形 态 等 创 新 尽 量 避 免 家 畜智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
9 2
有 害 应 激 反 应 。 此 外 ， 先 进 传 感 器 技 术 和 模 型 分 推 料 机 器 人 、 瑞 典Delaval 公 司 的OptiDuoTM 推
［29-31 ］
析 技 术 不 断 应 用 到 机 器 人 的 研 发 中 ， 对 机 器 人 的 料 机 器 人 为 螺 旋 式 结 构 。
智 能 化 发 展 提 供 了 技 术 上 的 支 撑 。 在 机 器 人 的 导 航 定 位 方 面 ， 自 转 式 和 螺 旋 式
从 应 用 上 看 ， 国 外 养 殖 场 的 装 备 化 发 展 较 相 比 于 传 统 的 刮 板 式 具 有 明 显 的 优 势 ， 两 种 模 式
的 移 动 更 加 灵 活 ， 机 器 人 本 身 都 可 以 实 现 急 停 和
早 ， 大 部 分 都 配 备 了 轨 道 式 的 喂 料 机 器 人 ， 自 走
式 机 器 人 的 研 发 已 经 成 熟 ， 应 用 比 例 在 不 断 提 避 障 功 能 ， 具 备 自 动 回 到 充 电 位 的 功 能 。 其 中 ，
高 ， 这 对 于 提 高 企 业 的 生 产 效 率 ， 降 低 人 力 成 本 自 转 式 推 料 机 器 人 的 自 重 直 接 影 响 着 推 料 的 效
发 挥 了 一 定 的 作 用 。 国 内 养 殖 场 的 装 备 化 水 平 整 果 ， 目 前 市 场 上 的 主 流 推 料 机 器 人 的 自 重 在
400 ~700 kg 之 间 ； 螺 旋 式 推 料 机 器 人 可 以 在 推
体 较 低 ， 主 要 是 科 研 单 位 和 设 备 企 业 对 饲 喂 机 器
料 过 程 中 将 饲 料 进 行 二 次 搅 拌 ， 从 而 提 高 饲 料 的
人 进 行 研 究 ， 在 应 用 方 面 还 处 于 初 级 阶 段 ， 尚 未
达 到 国 外 农 业 发 达 国 家 的 应 用 水 平 。 为 此 ，2021 均 匀 度 。
年 ， 中 国 工 业 和 信 息 化 部 等15 部 门 联 合 印 发 了 图 12 为 加 拿 大 Valmetal 公 司 研 制 的 PRO-
［32 ］
FEED2020 推 料 机 器 人 ， 重 量 为700kg ， 采 用
《 “ 十 四 五 ” 机 器 人 产 业 发 展 规 划 》 等 相 关 政
螺 旋 钻 将 青 贮 饲 料 或 干 草 进 行 搅 拌 ， 以 蓬 松 饲 料
策 ， 鼓 励 科 研 单 位 与 设 备 研 发 企 业 提 高 农 机 装 备
的 方 式 来 饲 喂 动 物 ， 增 加 饲 料 的 气 味 和 适 口 性 ，
研 制 水 平 ， 促 进 国 内 家 畜 养 殖 企 业 的 农 机 应 用 。
可 以 有 效 增 加 动 物 个 体 干 物 质 的 消 耗 ， 从 而 增 加
3 推 料 机 器 人
牛 奶 的 产 量 。 机 器 人 设 置 有10 寸 的 具 有 防 水 功
能 的 触 摸 屏 ， 用 户 可 以 在 屏 幕 上 操 作 ， 也 可 以 通
在 传 统 畜 牧 养 殖 过 程 中 ， 牛 只 等 采 食 时 会 将
过 电 脑 、 手 机 等 进 行 远 程 控 制 。 在 工 作 过 程 中 如
草 料 拱 到 远 离 采 食 区 的 位 置 ， 造 成 采 食 量 下 降 以
果 出 现 问 题 ， 机 器 人 会 发 送 短 信 及 时 通 知 到 工 作
及 饲 料 的 浪 费 ， 解 决 办 法 是 人 工 将 饲 料 推 送 至 采
人 员 ， 以 进 行 远 程 检 查 设 置 或 系 统 升 级 等 操 作 。
食 围 栏 附 近 ， 需 要 工 人 长 时 间 、 多 频 次 反 复 劳
图13 为 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的RANG ‐
动 ， 导 致 饲 喂 效 率 偏 低 ， 人 工 成 本 偏 高 。 为 此 ，
［33 ］
ER 推 料 机 器 人 ， 重 量 为515 kg ， 采 用 地 插 式
国 外 大 型 牧 场 引 进 了 推 料 机 器 人 。 推 料 机 器 人 是
磁 条 设 计 和 电 动 螺 旋 裙 板 ， 最 大 推 力 为180 kg ，
一 种 在 动 物 采 食 过 程 中 ， 将 远 离 饲 喂 带 的 饲 料 自
最 小 转 弯 半 径 为30 cm ， 每 天 可 以 按 设 定 执 行 最
动 推 送 回 饲 喂 带 的 智 能 设 备 。 推 料 机 器 人 的 应 用
多40 次 操 作 ， 完 成 工 作 后 ， 自 动 回 到 充 电 站 ，
可 以 有 效 减 少 牧 场 劳 动 力 ， 提 高 推 料 及 时 性 ， 有
直 到 下 一 次 工 作 。 推 料 机 器 人 可 保 证 动 物 整 天 都
利 于 促 进 动 物 采 食 量 的 增 加 ， 显 著 提 高 养 殖 企 业
能 吃 到 新 鲜 的 食 物 ， 提 高 动 物 的 生 产 性 能 ， 降 低
的 经 济 效 益 。
饲 料 的 消 耗 。
3 . 1 国 外 研 究 进 展
图14 为 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 的STALL ‐
［34 ］
目 前 ， 国 外 已 经 研 制 出 比 较 成 熟 的 推 料 机 器 BOY 推 料 机 器 人 ， 主 要 适 用 于 干 草 、 青 贮 和
人 产 品 ， 其 产 品 功 能 是 将 远 离 家 畜 采 食 栏 杆 的 草
绿 色 饲 料 ， 采 用 创 新 解 决 方 案 配 置 新 鲜 饲 料 软
料 推 向 栏 杆 ， 方 便 家 畜 采 食 ， 同 时 其 携 带 的 料 斗
件 ， 设 定 机 器 人 每2 h 向 饲 料 箱 靠 近5 c m ， 保 证
会 根 据 饲 料 的 剩 余 情 况 进 行 添 加 ， 最 大 可 能 满 足 采 食 动 物 随 时 有 新 鲜 的 饲 料 可 以 采 食 ， 最 多 可 以
家 畜 的 采 食 需 求 。 供 给500 头 奶 牛 。 在 机 器 人 的 上 方 设 置 有 料 仓 ，
奶 牛 推 料 机 器 人 一 般 需 要 具 备 自 主 行 走 、 自 存 储 有 少 量 诱 饵 饲 料 ， 如 精 料 、 矿 物 质 或 其 他 类
主 导 航 和 自 动 推 料 等 功 能 ， 主 要 采 用 自 转 式 和 螺
型 饲 料 ， 在 推 料 过 程 中 投 放 诱 饵 饲 料 促 进 奶 牛 的
旋 式 的 结 构 部 件 ， 其 中 ， 荷 兰Lely 公 司 的Juno 采 食 。STALLBOY 已 销 往 全 球16 个 国 家 ， 是 该Vol.4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
9 3
领 域 内 的 两 家 市 场 领 导 者 之 一 。
图12 加 拿 大Valmetal 公 司 研 制 的PRO- 图13 加 拿 大Rovibec 公 司 研 制 的 图14 奥 地 利Hetwin 公 司 研 制 的
FEED2020 推 料 机 器 人 RANGER 推 料 机 器 人 STALLBOY 推 料 机 器 人
Fig.12 PRO-FEED2020 ，Valmetal ，Canada Fig.13 RANGER ，Rovibec ，Canada Fig.14 STALLBOY ，Hetwin ，Austria
［35 ］
图15 为 荷 兰Lely 公 司 研 制 的Juno 推 料 机 将 当 前 状 态 和 日 志 数 据 上 传 到Cloud FarosMart
器 人 ， 根 据 预 定 义 的 路 线 沿 进 料 道 自 行 移 动 ， 通 应 用 程 序 ， 用 户 可 舒 适 方 便 地 操 作 机 器 人 。
过 移 动 设 备 控 制LelyPlus 应 用 程 序 。 为 了 提 高 灵 图 17 所 示 法 国 ALB 公 司 研 制 的 COW-
［37 ］
活 性 ， 机 器 人 配 置 有 多 种 功 能 ， 如 智 能 升 降 机 可 BOY 推 料 机 器 人 是 一 种 由 植 入 地 面 的 导 线 引
最 大 限 度 减 少 磨 损 ，LED 灯 可 增 强 夜 间 视 野 ， 电 导 的 机 器 人 ， 具 有 可 靠 的 制 导 系 统 。 可 以 设 置 手
动 保 险 杠 可 提 高 保 护 性 ， 这 些 功 能 选 项 主 要 组 合 动 启 动 和 自 动 启 动 模 式 。 其 中 ， 手 动 模 式 主 要 应
在Flex 软 件 包 中 。 用 于 采 取 必 要 行 动 时 ， 自 动 模 式 的 周 期 可 以 设 置
图 16 所 示 奥 地 利 Schauer 公 司 研 制 的 为7d ， 机 器 人 在7d 中 根 据 设 置 的 不 同 时 间 表 执
［36 ］
FARO 推 料 机 器 人 可 提 供 两 种 浓 缩 饲 料 ， 保 证 行 不 同 的 通 道 。 离 开 充 电 站 后 ， 机 器 人 在 工 作 区
动 物24h 获 得 新 鲜 的 饲 料 ， 通 过 增 加 饲 料 采 食 量 上 执 行 前 进 、 推 送 和 抓 取 等 操 作 。 通 过 设 置 电 动
提 高 产 量 ， 为 养 殖 场 节 省 时 间 和 经 济 成 本 。 及 时 执 行 期 ， 能 够 有 效 地 展 开 刀 片 ， 避 免 刮 擦 。
图15 荷 兰Lely 公 司Juno 推 料 机 图16 奥 地 利Schauer 公 司 研 制 的FARO 图17 法 国ALB 公 司 研 制 的COW-BOY
器 人 推 料 机 器 人 推 料 机 器 人
Fig.15 Juno ，Lely ，TheNetherlands Fig.16 FARO ，Schauer ，Austria Fig.17 COW-BOY ，ALB ，France
料 机 器 人 也 不 能 完 全 满 足 生 产 需 求 。
3 . 2 国 内 研 究 进 展
［38 ］
沈 治 以 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （Programma ‐
在 国 内 ， 推 料 机 器 人 的 应 用 还 处 在 起 步 阶
bleLogicController ，PLC ） 为 控 制 核 心 ， 研 制 了
段 ， 奶 牛 和 肉 羊 等 养 殖 企 业 实 际 应 用 的 推 料 机 器
一 款 能 够 自 动 行 走 的 推 料 机 器 人 ， 机 器 人 高 度 为
人 数 量 还 很 少 ， 大 多 数 设 备 制 造 企 业 研 发 的 产 品
还 处 于 样 机 和 试 验 阶 段 ， 投 入 到 市 场 中 的 家 畜 推 60 c m ， 自 重200 k g ， 配 置 有 多 款 传 感 器 ， 采 用智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
9 4
磁 引 导 的 导 航 方 式 确 定 推 料 机 器 人 的 运 行 轨 迹 ， 部 分 三 维 模 型 ， 使 用ANSYS2020 对 螺 旋 推 料 机
采 用 自 适 应PID （ProportionalIntegralDerivative ） 构 进 行 动 力 学 和 运 动 学 分 析 ， 测 试 机 器 人 的 推 料
控 制 策 略 实 现 行 进 中 的 纠 偏 ， 最 大 偏 移 距 离 为
效 果 及 影 响 因 素 ， 通 过 仿 真 试 验 和 验 证 试 验 ， 发
15.8mm 。 推 料 机 器 人 的 有 效 直 径 为85 c m ， 在 行
现 在 饲 料 含 水 量 为50% ， 行 进 速 度 为0.3m/s ， 螺
进 过 程 中 实 现 了 边 行 走 边 旋 转 拢 料 的 功 能 。 通 过
旋 输 送 器 转 速 为 72 r/min 时 ， 饲 料 推 送 率 达
人 机 接 口 （Human Machine Interface ，HMI ） 设
98.8% ， 基 本 实 现 了 推 料 工 作 的 无 人 化 、 高 效 化
置 推 料 路 线 、 运 料 类 型 和 推 送 频 次 ， 实 现 了 实 时
作 业 ， 为 国 内 牧 场 的 智 能 化 升 级 提 供 了 数 据
监 测 输 出 推 力 和 推 料 阻 力 的 功 能 ， 很 好 地 解 决 了
支 撑 。
畜 牧 养 殖 中 用 工 多 和 劳 动 强 度 大 的 缺 陷 ， 实 现 了
3 . 3 国 内 外 推 料 机 器 人 比 较
推 料 的 自 动 化 和 智 能 化 操 作 。
［39 ］
焦 盼 德 等 研 制 的 道 槽 合 一 式 的 推 料 机 器
技 术 上 看 ， 推 料 机 器 人 从 传 统 的 刮 板 式 向 自
人 ， 主 要 由 主 动 行 走 机 构 （ 主 动 轮 、 从 动 轮 、 伺
转 式 和 螺 旋 式 方 向 发 展 ， 这 两 种 模 式 的 移 动 更 加
服 电 机 ） 、 旋 转 推 料 机 构 （ 主 动 齿 轮 、 回 转 支 撑 、
灵 活 。 其 中 ， 自 转 式 推 料 机 器 人 的 推 料 效 果 主 要
直 流 电 机 ） 、 传 感 器 、 控 制 系 统 及 电 源 等 组 成 ，
取 决 于 机 器 人 的 自 重 ， 而 螺 旋 式 推 料 机 器 人 在 推
具 有 自 主 定 位 、 主 动 运 行 、 推 料 饲 喂 、 故 障 报 警
料 过 程 中 将 饲 料 二 次 搅 拌 ， 提 高 饲 料 的 均 匀 度 ，
及 自 动 充 电 等 功 能 ， 可 在 最 小 作 业 宽 度 为2.5 m
更 有 利 于 家 畜 的 采 食 。 国 外 研 发 的 推 料 机 器 人 可
的 牛 舍 中 央 道 槽 上 每 天 多 次 智 能 为 牛 只 补 充 饲
以 根 据 实 际 路 况 ， 启 用 智 能 升 降 机 从 而 最 大 限 度
料 ， 最 大 推 料 高 度 为65 c m ， 最 大 推 料 宽 度 为30
减 少 机 器 人 的 磨 损 ， 配 置 的 电 动 保 险 杠 也 可 以 提
c m ， 实 现 每 天 多 次 有 规 律 地 为 奶 牛 补 充 饲 料 。
高 保 护 性 。 此 外 ， 推 料 机 器 人 本 身 都 具 备 了 急 停
行 走 机 构 采 用 三 轮 布 置 的 底 盘 ， 驱 动 轮 通 过 驱 动
和 避 障 功 能 ，LED 灯 增 强 了 机 器 人 夜 间 工 作 视
轴 和 联 轴 器 由 伺 服 减 速 电 机 进 行 驱 动 ， 通 过 控 制
野 ， 具 备 了 自 动 回 到 充 电 位 进 行 充 电 的 功 能 。 国
两 个 驱 动 轮 之 间 的 转 速 差 实 现 机 器 人 的 行 走 和 转
内 研 发 的 推 料 机 器 人 ， 采 用 磁 引 导 方 式 确 定 推 料
向 。 旋 转 推 料 机 构 中 的 直 流 电 动 机 通 过 联 轴 器 和
机 器 人 的 运 行 轨 迹 ， 采 用 自 适 应PID 控 制 策 略 实
齿 轮 轴 驱 动 主 动 齿 轮 做 旋 转 运 动 ， 带 动 与 主 动 齿
现 行 进 中 的 纠 偏 ， 实 现 了 推 料 的 自 动 化 和 智 能
轮 相 啮 合 的 回 转 支 撑 内 圈 及 回 转 壳 做 回 转 运 动 。
化 。 通 过TRIZ 理 论 分 析 机 器 人 各 组 件 之 间 的 功
机 器 人 采 用 蓄 电 池 供 电 模 式 ， 可 以 有 效 避 免 废 气
能 关 系 ， 解 决 了 推 料 机 器 人 车 轮 卡 草 导 致 的 行 走
和 噪 声 污 染 ， 代 替 人 工 作 业 ， 能 有 效 地 降 低 饲 喂
受 阻 问 题 。 采 用 蓄 电 池 供 电 模 式 ， 有 效 避 免 了 废
人 员 的 劳 动 强 度 以 及 原 料 奶 的 生 产 成 本 。
［40 ］ 气 和 噪 声 污 染 。
谢 艳 等 针 对 奶 牛 饲 喂 机 器 人 在 运 行 过 程
应 用 上 看 ， 国 外 养 殖 场 应 用 的 喂 料 机 器 人 大
中 普 遍 存 在 的 车 轮 易 卡 草 问 题 ， 应 用TRIZ 理 论
部 分 配 置 了 推 料 功 能 ， 即 一 个 机 器 人 实 现 了 喂
分 析 反 应 饲 喂 机 器 人 各 组 件 之 间 的 功 能 关 系 ， 找
料 、 推 料 两 种 功 能 ， 应 用 性 更 高 。 国 内 研 制 的 推
出 饲 喂 机 器 人 车 轮 卡 草 的 根 本 原 因 。 通 过 增 加 拨
料 机 器 人 ， 相 对 功 能 比 较 单 一 ， 不 具 备 喂 料 功
草 板 可 以 将 草 料 提 前 梳 理 均 匀 ， 避 免 阻 力 集 中 ；
能 ， 且 多 数 产 品 还 处 于 研 制 阶 段 ， 在 家 畜 养 殖 场
通 过 隔 离 圈 上 下 可 调 节 ， 可 解 决 卡 草 和 行 走 受 阻
内 应 用 的 比 例 较 低 ， 主 要 与 国 内 劳 动 力 人 口 相 对
问 题 ； 通 过 采 用 螺 旋 辊 推 料 ， 增 加 推 料 效 率 和 精
较 多 有 一 定 关 系 ， 相 信 随 着 国 内 劳 动 力 红 利 的 逐
准 性 。 以 上 方 案 主 要 应 用 于 产 品 短 期 功 能 改 进 和
渐 消 失 ， 推 料 机 器 人 等 智 能 设 备 的 应 用 普 及 率 会
产 品 长 期 规 划 。
［41 ］
董 创 使 用SolidWorks 建 立 推 料 机 器 人 各 逐 渐 提 高 。Vol.4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
9 5
殖 机 械 化 率 达 到50% 的 指 标 ， 推 动 了 畜 牧 设 备 制
4 未 来 发 展 展 望
造 企 业 投 入 到 畜 牧 机 器 人 的 研 发 。2020 年 ， 中 国
本 文 系 统 地 分 析 了 国 内 外 家 畜 饲 喂 机 器 人 的
农 业 农 村 部 发 布 了 《 数 字 农 业 农 村 发 展 规 划 》 ，
研 究 进 展 。 智 能 化 家 畜 喂 料 、 推 料 机 器 作 业 已 成
加 快 农 业 人 工 智 能 研 发 ， 推 进 畜 牧 业 智 能 化 ， 实
为 智 慧 农 业 领 域 的 前 沿 技 术 ， 必 将 引 起 新 一 轮 农
施 农 业 机 器 人 发 展 战 略 ， 开 展 核 心 关 键 技 术 和 产
业 生 产 技 术 变 革 ， 促 进 中 国 畜 牧 产 业 的 转 型 升
品 攻 关 ， 重 点 攻 克 运 动 控 制 、 位 置 感 知 、 机 械 手
级 ， 解 决 劳 动 力 短 缺 问 题 ， 增 强 家 畜 产 业 的 国 际
控 制 等 关 键 技 术 ， 研 发 适 应 性 强 、 性 价 比 高 和 智
竞 争 力 。
能 决 策 强 的 新 一 代 农 业 机 器 人 。 《 “ 十 四 五 ” 机
（ （1 ） ） 在 在 战 战 略 略 规 规 划 划 制 制 定 定 方 方 面 面 ， ， 需 需 要 要 紧 紧 跟 跟 国 国 际 际 形 形
器 人 产 业 发 展 规 划 》 提 出 重 点 研 制 畜 禽 喂 料 等 农
势 势 和 和 技 技 术 术 发 发 展 展 潮 潮 流 流 ， ， 制 制 定 定 符 符 合 合 中 中 国 国 国 国 情 情 的 的 畜 畜 牧 牧 机 机
业 机 器 人 。 畜 牧 机 器 人 作 为 新 兴 技 术 的 重 要 载 体
器 器 人 人 发 发 展 展 战 战 略 略 规 规 划 划 。 。 美 国 、 日 本 和 欧 盟 等 国 家 和
和 现 代 产 业 的 关 键 装 备 ， 引 领 畜 牧 产 业 数 字 化 发
组 织 相 继 制 定 了 相 应 地 发 展 规 划 和 资 助 计 划 ， 促
展 和 智 能 化 升 级 ， 作 为 人 类 生 产 生 活 的 重 要 工 具
进 了 农 业 机 器 人 的 快 速 发 展 。2016 年 ， 美 国 发 布
和 应 对 人 口 老 龄 化 的 得 力 助 手 ， 将 持 续 推 动 畜 牧
了 第 四 版 《 机 器 人 路 线 图 ： 从 互 联 网 到 机 器 人 》 ，
生 产 水 平 提 高 ， 促 进 经 济 社 会 可 持 续 发 展 。 上 述
重 点 关 注 机 械 与 制 动 装 置 、 控 制 与 规 划 、 学 习 与
战 略 规 划 的 制 定 ， 为 中 国 畜 牧 机 器 人 的 发 展 起 到
适 应 、 多 智 能 体 机 器 人 等 领 域 ， 美 国 的 “ 国 家 机
了 政 策 保 障 作 用 。
器 人 计 划 ” （National Robotics Initiative ，NRI ）
（ （2 ） ） 在 在 核 核 心 心 技 技 术 术 发 发 展 展 方 方 面 面 ， ， 需 需 要 要 更 更 多 多 关 关 注 注 信 信
目 的 是 支 持 基 础 机 器 人 研 发 ， 鼓 励 学 术 、 行 业 、
息 息 感 感 知 知 、 、 智 智 能 能 传 传 感 感 器 器 与 与 深 深 度 度 学 学 习 习 算 算 法 法 的 的 融 融 合 合 ， ， 真 真
非 盈 利 组 织 之 间 的 合 作 ， 在 基 础 科 学 、 工 程 、 技
正 正 实 实 现 现 人 人 机 机 交 交 互 互 。 。 欧 盟 将 协 作 机 器 人 产 业 链 分 为
术 开 发 和 使 用 方 面 建 立 良 好 的 联 系 。 日 本 于2017
上 、 中 、 下 游 三 个 环 节 ， 上 游 聚 焦 机 械 、 感 测 与
年 发 布 了 《 人 工 智 能 产 业 化 路 线 图 》 ， 目 标 是 实
控 制 等 组 件 ， 提 升 安 全 精 度 和 操 作 灵 活 ， 实 现 有
现 无 人 农 场 和 机 器 人 的 应 用 。 欧 盟 于2014 年 启
效 的 生 产 服 务 ； 中 游 聚 焦 机 器 人 本 体 的 生 产 制
动 了 《 欧 盟 机 器 人 研 发 计 划 》 （SPARC ） ， 目 标 是
造 ； 下 游 加 强 应 用 模 块 的 集 成 ， 形 成 综 合 解 决 方
在 农 业 、 健 康 等 领 域 应 用 中 提 供 机 器 人 ，2015 年
案 ， 发 挥 机 器 人 自 由 度 高 、 功 能 多 的 优 势 ， 推 动
发 布 了 机 器 人 技 术 多 年 路 线 图 ， 旨 在 为 发 展 欧 洲
智 能 制 造 革 命 。 在 畜 牧 机 器 人 发 展 的 核 心 技 术 方
的 机 器 人 技 术 提 供 一 份 通 用 框 架 ， 并 为 市 场 相 关
面 ， 传 感 技 术 、 自 动 化 技 术 和 信 息 技 术 主 要 围 绕
的 技 术 开 发 设 定 一 套 目 标 ， 具 体 涉 及 系 统 开 发 集
实 现 非 结 构 环 境 下 的 信 息 获 取 及 应 用 ， 提 升 从 业
成 、 人 机 交 互 、 导 航 与 认 知 等6 个 技 术 集 群 。
者 对 畜 牧 生 产 系 统 的 智 慧 管 控 能 力 。 目 前 ， 中 国
与 传 统 畜 牧 机 械 相 比 ， 畜 牧 机 器 人 具 有 更 高
研 发 的 畜 牧 机 器 人 还 存 在 畜 牧 工 艺 与 机 械 设 备 结
的 智 能 化 、 信 息 化 水 平 ， 具 有 较 高 的 数 据 价 值 和
合 不 够 紧 密 ， 生 产 成 本 较 高 ， 稳 定 性 较 差 ， 故 障
自 主 决 策 能 力 ， 可 以 推 动 畜 牧 领 域 技 术 变 革 ， 提
率 较 高 ， 智 能 化 程 度 较 低 ， 核 心 算 法 缺 失 等 问
高 农 业 生 产 效 率 ， 降 低 人 力 运 营 成 本 。 畜 牧 机 器
题 ， 亟 需 在 核 心 技 术 上 取 得 突 破 。 要 加 强 核 心 技
人 作 为 农 业 机 器 人 中 的 一 类 ， 在 中 国 推 动 “ 智 慧
术 攻 关 ， 突 破 畜 牧 机 器 人 系 统 开 发 等 共 性 技 术 ，
农 业 ” 发 展 的 背 景 下 ， 其 战 略 规 划 和 发 展 态 势 持
建 立 健 全 创 新 体 系 ， 加 快 畜 牧 机 器 人 成 果 转 化 。
续 向 好 。2017 年 ， 国 务 院 发 布 《 新 一 代 人 工 智 能
针 对 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 发 及 运 行 过 程 中 出 现
发 展 规 划 》 ， 中 国 开 始 研 制 农 业 智 能 传 感 与 控 制 、
的 问 题 ， 可 以 应 用TRIZ 理 论 进 行 分 析 。TRIZ 理
智 能 化 农 业 装 备 ， 建 设 智 能 牧 场 。2018 年 ， 国 务
论 是 阿 奇 舒 勒 （Altshuller ） 于1946 年 创 建 的 一
院 发 布 《 关 于 加 快 推 进 农 业 机 械 化 和 农 机 装 备 产
业 转 型 升 级 的 指 导 意 见 》 ， 提 出 到2025 年 畜 牧 养 种 发 明 问 题 的 解 决 理 论 ， 是 一 种 基 于 知 识 的 、 面智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
9 6
向 人 的 发 明 问 题 解 决 系 统 化 方 法 学 ， 其 目 标 是 完 此 ， 实 现 畜 牧 机 器 人 系 统 间 的 协 调 合 作 仍 将 是 未
全 解 决 矛 盾 ， 获 得 最 终 的 理 想 解 ， 被 很 多 研 究 者 来 研 究 的 热 点 。 目 前 ， 机 器 人 的 结 构 以 刚 性 结 构
应 用 。 在 机 器 人 控 制 器 调 整 行 走 姿 态 方 面 ， 经 典 为 主 ， 存 在 较 大 的 机 械 安 全 隐 患 ， 还 需 加 强 机 器
人 驱 动 柔 性 以 及 机 器 人 新 材 料 的 研 发 和 应 用 ， 实
PID 控 制 器 的 时 变 、 非 线 性 系 统 中 的 误 差 普 遍 存
现 畜 牧 机 器 人 刚 性 与 柔 性 之 间 的 转 换 ， 消 除 存 在
在 ， 解 决 方 法 是 采 用 自 适 应 的PID 控 制 策 略 ， 这
的 安 全 隐 患 。 此 外 ， 在 畜 牧 机 器 人 的 人 机 交 互 方
是 一 种 将 自 适 应 控 制 思 想 与 常 规PID 控 制 器 相 结
［42 ］
面 ， 通 过 引 进 先 进 的 科 学 技 术 ， 提 高 机 器 人 的 友
合 形 成 的 自 校 正PID 控 制 技 术 ， 通 过 输 出 反
好 性 和 智 能 程 度 ， 提 高 机 器 人 的 自 身 学 习 能 力 ，
馈 ， 调 整 参 数 适 应 控 制 器 的 变 化 ， 是 一 种 比 较 理
［43 ］
也 将 是 未 来 发 展 的 必 然 趋 势 。
想 的 控 制 方 法 。 在 机 器 人 轨 迹 规 划 方 面 ， 强
化 学 习 模 型 具 有 较 高 的 智 能 水 平 ， 无 需 人 为 调 整
参 参 考 考 文 文 献 献 ：
参 数 ， 能 够 提 高 系 统 的 跟 踪 性 能 ， 增 强 机 器 人 灵
[1] 赵 春 江. 智 慧 农 业 发 展 现 状 及 战 略 目 标 研 究[J]. 智 慧
农 业,2019,1(1):1-7.
活 性 和 动 力 学 模 型 的 变 化 鲁 棒 性 ； 神 经 网 络 预 测
ZHAO C. State-of-the-art and recommended develop ‐
模 型 具 有 较 高 的 补 偿 精 度 ， 通 过 在 空 间 中 对 机 器
mental strategic objectives of smart agriculture[J].
SmartAgriculture,2019,1(1):1-7.
人 进 行 采 样 ， 获 取 目 标 点 的 位 姿 信 息 对 误 差 的 影
[2] 罗 锡 文, 区 颖 刚, 赵 祚 喜, 等. 农 用 智 能 移 动 作 业 平 台
响 ， 建 立 定 位 误 差 预 测 模 型 ， 实 现 对 误 差 的 预 测
模 型 的 研 制[J]. 农 业 工 程 学 报,2005,21(2):83-85.
［44 ］
LUO X, OU Y, ZHAO Z, et al. Research and develop ‐
和 补 偿 。 在 动 态 避 障 方 面 ， 基 于 随 机 采 样 的
ment of intelligent flexible chassis for precision farm ‐
动 态 避 障 算 法 ， 无 需 将 障 碍 物 映 射 到 构 型 空 间 ，
ing[J].TransactionsoftheCSAE,2005,21(2):83-85.
[3] 农 业 农 村 部 畜 牧 兽 医 局, 中 国 奶 业 协 会.2021 中 国 奶
搜 索 速 度 更 快 ， 更 适 合 动 态 避 障 路 径 规 划 ， 是 一
业 统 计 摘 要[M]. 北 京: 中 国 奶 业 协 会,2021:26.
［45 ］
种 概 率 完 备 且 具 有 良 好 扩 张 性 动 态 规 划 方 法 。
[4] Trioliet. Triomatic HP suspended feeding robot [EB/
OL]. [2022-3-10]. https://www. trioliet. com/products/
（ （3 ） ） 在 在 产 产 业 业 发 发 展 展 趋 趋 势 势 方 方 面 面 ， ， 中 中 国 国 国 国 内 内 畜 畜 牧 牧 机 机
automatic-feeding-systems/feeding-robot/suspended-
器 器 人 人 的 的 需 需 求 求 量 量 将 将 保 保 持 持 较 较 高 高 的 的 增 增 长 长 率 率 ， ， 亟 亟 需 需 加 加 强 强 创 创
feeding-robot.
[5] Trioliet. Triomatic WP wheel-driven feeding robot[EB/
新 新 ， ， 发 发 挥 挥 科 科 研 研 机 机 构 构 和 和 设 设 备 备 研 研 发 发 企 企 业 业 的 的 创 创 新 新 主 主 体 体 作 作
OL]. [2022-3-10]. https://www. trioliet. com/products/
用 用 。 。 研 发 智 能 化 机 器 人 将 是 畜 牧 业 发 展 的 必 然 方 automatic-feeding-systems/feeding-robot/wheel-driven-
feeding-robot-triomatic.
向 ， 其 所 具 有 的 决 策 分 析 能 力 将 显 著 提 高 ， 特 别
[6] Rovibec.ROVERFEEDINGROBOT[EB/OL].[2022-
是 较 好 地 适 应 养 殖 场 的 复 杂 环 境 ， 具 有 较 高 的 自 3-10]. https://rovibecagrisolutions.com/en/produit/feed ‐
ing_robot_autonomous_rover.
行 走 能 力 和 避 障 能 力 ， 操 作 更 加 简 单 便 捷 ， 实 现
[7] AgriEXPO.ROV[EB/OL].[2022-3-10].https://www.
agriexpo.cn/prod/rovibec-agrisolusions/product-
智 能 化 、 精 准 化 作 业 。 加 强 畜 牧 机 器 人 的 技 术 创
172425-9285.html.
新 和 材 料 创 新 ， 加 强 深 度 学 习 、 人 机 共 融 和 视 觉
[8] AgriEXPO. DEC SR[EB/OL]. [2022-3-10]. https://
www. agriexpo. cn/prod/rovibec-agrisolusions/product-
反 馈 等 技 术 的 应 用 。 当 前 ， 中 国 畜 牧 企 业 规 模 分
172425-9281.html.
化 严 重 ， 在 市 场 竞 争 降 本 增 效 的 需 求 下 ， 促 进 畜
[9] AgriEXPO. DEC HDR[EB/OL]. [2022-3-10]. https://
www. agriexpo. cn/prod/rovibec-agrisolusions/product-
牧 业 结 构 化 程 度 提 高 ， 推 动 畜 牧 龙 头 企 业 的 装 备
172425-9271.html.
升 级 。 牧 原 等 生 猪 养 殖 企 业 ， 已 启 动 畜 牧 机 器 人
[10] AgriEXPO. ARAMIS II[EB/OL]. [2022-3-10]. https://
www. agriexpo. cn/prod/hetwin-automation-systems-
的 规 模 化 、 自 动 化 智 慧 升 级 ， 构 建 智 能 猪 场 及 物
gmbh/product-171829-8972.html.
联 网 养 猪 管 理 一 体 化 系 统 ， 依 托 养 猪 机 器 人 等 智
[11] AgriEXPO. ATHOS[EB/OL]. [2022-3-10]. https://
www. agriexpo. cn/prod/hetwin-automation-systems-
能 设 备 ， 为 猪 场 提 供 科 学 的 养 猪 服 务 。
gmbh/product-171829-63317.html.
畜 牧 机 器 人 的 性 能 取 决 于 每 个 部 件 的 工 作 性
[12] 方 建 军. 饲 喂 机 器 人 的 研 究 与 开 发[J]. 农 机 化 研 究,
2005(1):158-160.
能 ， 更 取 决 于 多 个 系 统 之 间 的 融 合 ， 虽 然 已 经 开
FANG J. Study and development of feeding robots[J].
展 了 大 量 研 究 ， 但 是 还 有 很 大 的 发 展 空 间 。 为 Journal of Agricultural Mechanization Research, 2005Vol.4,No.2 杨 亮 等 ： 家 畜 饲 喂 机 器 人 研 究 进 展 与 发 展 展 望
9 7
(1):158-160. 学 报,2019,40(5):60-64.
[13] 杨 存 志, 李 源 源, 杨 旭, 等.FR-200 型 奶 牛 智 能 化 精 确 SUN Q, LI H, XUAN C, et al. Research on function
饲 喂 机 器 人 的 研 制[J]. 农 机 化 研 究,2014,36(2):120- and modeling of intelligent feeding robot based on
122,126. sheepstressresponse[J].JournalofInnerMongoliaAg ‐
YANG C, LI Y, YANG X, et al. The Development of riculturalUniversity,2019,40(5):60-64.
Cow Intelligent Precise Feeding Robot of FR-200[J]. [28] 王 浩 鹏. 羊 只 饲 喂 机 器 人 螺 旋 输 送 轴 结 构 优 化[D].
Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014, 呼 和 浩 特: 内 蒙 古 农 业 大 学,2020.
36(2):120-122,126. WANG H. Structure optimization of screw feeding
[14] 倪 志 江, 高 振 江, 蒙 贺 伟, 等. 智 能 化 个 体 奶 牛 精 确 饲 shaft for sheep feeding robot[D]. Hohhot: Inner Mon ‐
喂 机 设 计 与 实 验[J]. 农 业 机 械 学 报, 2009, 40(12): goliaAgriculturalUniversity,2020.
205-209. [29] 吕 占 民, 金 红 伟, 王 明 磊. 奶 牛 规 模 养 殖 机 械 化 先 进
NI Z, GAO Z, MENG H, et al. Design and experiment 适 用 装 备 概 述( 一)[J]. 中 国 奶 牛,2021(10):39-43.
on intelligent precising feeding machine for single LYU Z, JIN H, WANG M. Overview of advanced and
dairy cow[J].Transactions of the CSAM, 2009, 40(12): applicable equipment for scale breeding mechanization
205-209. of dairy cows(I) [J]. China Dairy Cattle, 2021(10):
[15] 张 磊. 羊 只 饲 喂 机 器 人 行 驶 系 统 及 其 导 引 控 制 系 统 39-43.
设 计[D]. 呼 和 浩 特: 内 蒙 古 农 业 大 学,2018. [30] 吕 占 民, 金 红 伟. 奶 牛 规 模 养 殖 机 械 化 先 进 适 用 装 备
ZHANG L. Sheep feeding robot driving system and its 概 述( 二)[J]. 中 国 奶 牛,2021(11):44-48.
guidance control system design[D]. Hohhot: Inner LYU Z, JIN H. Overview of advanced and applicable
MongoliaAgriculturalUniversity,2018. equipment for scale breeding mechanization of dairy
[16] 京 鹏 畜 牧. 机 器 人 智 能 饲 喂[EB/OL]. [2022-3-10]. cows( Ⅱ)[J].ChinaDairyCattle,2021(11):44-48.
http://www. jpxm. com/index. php? c=content&a= [31] 吕 占 民, 金 红 伟. 奶 牛 规 模 养 殖 机 械 化 先 进 适 用 装 备
show&id=373. 概 述( 三)[J]. 中 国 奶 牛,2021(12):44-47.
[17] 采 编 部, 王 旭. 智 慧 化 养 殖 管 理 打 造 山 黑 猪 高 效 养 LYU Z, JIN H. Overview of advanced and applicable
殖 模 式 — — 吉 林 精 气 神 有 机 农 业 股 份 有 限 公 司 典 型 equipment for scale breeding mechanization of dairy
案 例 介 绍[J]. 中 国 畜 牧 业,2021(2):16-17. cows(III)[J].ChinaDairyCattle,2021(12):44-47.
[18]" 猪 脸 识 别"[J]. 农 家 之 友,2019(7):34. [32] AgriEXPO. PRO-FEED 2020[EB/OL]. [2022-3-10].
[19] Lely. Lely vector [EB/OL]. [2022-3-10]. https://www. https://www. agriexpo. cn/prod/valmetal/product-
lely.com/us/solutions/feeding/vector/. 170516-102839.html.
[20] AgriEXPO. ARANOM[EB/OL]. [2022-3-10]. https:// [33] Rovibec.Rangerfeedpusher[EB/OL].[2022-3-10].
www. agriexpo. cn/prod/hetwin-automation-systems- https://rovibecagrisolutions.com/en/produit/ranger-
gmbh/product-171829-123029.html. feed-pusher.
[21] 弗 戈 工 业 传 媒. 贝 加 莱: 智 慧 谷 仓[EB/OL]. [2022-3- [34] AgriEXPO. Stallboy feed[EB/OL]. [2022-3-10]. https:
10]. https://mma.vogel.com.cn/c/2020-04-15/1012819. //www. agriexpo. cn/prod/hetwin-automation-systems-
shtml. gmbh/product-171829-8977.html.
[22] AgriEXPO. FARO[EB/OL]. [2022-3-10]. https://www. [35] Lely.Lelyjuno[EB/OL].[2022-3-10].https://www.lely.
agriexpo. cn/prod/schauer-agrotronic-gmbh/product- com/cn/solutions/feeding/juno/.
172455-108347.html. [36] AgriEXPO. Faro[EB/OL]. [2022-3-10]. https://www.
[23] DeLaval. DeLaval calf feeder CF1000S wins 2017 agriexpo. cn/prod/schauer-agrotronic-gmbh/product-
Dairy Herd Management Innovation Award[EB/OL]. 172455-108349.html.
[2022-3-10]. https://corporate. delaval. com/2017/10/ [37] AgriEXPO. Cow-boy[EB/OL]. [2022-3-10]. https://
delaval-calf-feeder-cf1000s-wins-2017-dairy-herd- www.agriexpo.cn/prod/alb-innovation/product-181188-
management-innovation-award/. 81416.html.
[24] 马 为 红, 薛 向 龙, 李 奇 峰, 等. 智 能 养 殖 机 器 人 技 术 与 [38] 沈 治. 自 适 应PID 控 制 的 自 动 推 料 机 器 人 的 设 计[J].
应 用 进 展[J]. 中 国 农 业 信 息,2021,33(3):24-34. 机 械 设 计 与 制 造,2020(10):261-264,269.
MAW, XUE X, LI Q, et al. Recent advances in intelli ‐ SHEN Z. Design of automatic feeding robot with adap ‐
gent breeding robot technology and application[J]. Chi ‐ tive PID control[J]. Machinery Design & Manufacture,
naAgriculturalInformatics,2021,33(3):24-34. 2020(10):261-264,269.
[25] RODENBURG J. Robotic milking: Technology, farm [39] 焦 盼 德, 贺 成 柱, 杨 军 平. 奶 牛 智 能 推 料 机 器 人 的 研
design, and effects on work flow[J]. Journal of Dairy 制[J]. 中 国 农 机 化 学 报,2018,39(1):74-77.
Science,2017,100(9),7729-7738. JIAO P, HE C,YANG J. Developmentandmanufacture
[26] 张 帆, 李 海 军, 雷 禾 雨, 等. 羊 只 饲 喂 机 器 人 行 走 控 制 ofintelligentpushfeedrobotforcows[J].JournalofChi ‐
系 统 的 设 计[J]. 农 业 装 备 技 术,2020,46(1):35-39. neseAgriculturalMechanization,2018,39(1):74-77.
ZHANG F, LI H, LEI H, et al. Design of feeding robot [40] 谢 艳, 张 子 龙, 龚 荣 虎, 等. 基 于TRIZ 理 论 的 奶 牛 饲
walking system for sheep[J]. Agricultural Equipment 喂 机 器 人 创 新 设 计[J]. 机 械 设 计 与 研 究, 2021, 37(5):
&Technology,2020,46(1):35-39. 31-34,52.
[27] 孙 芊 芊, 李 海 军, 宣 传 忠, 等. 基 于 羊 只 应 激 反 应 的 智 XIE Y, ZHANG Z, GONG R, et al. Innovative design
能 饲 喂 机 器 人 功 能 与 造 型 研 究[J]. 内 蒙 古 农 业 大 学 of cow feeding robot based on TRIZ theory[J]. Ma ‐智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） S m a r t A g r i c u l t u r e Vol.4,No.2
9 8
chineDesign&Research,2021,37(5):31-34,52. PID 控 制 算 法 设 计[J]. 机 械 设 计 与 制 造, 2018(12):
[41] 董 创. 牧 场 智 能 推 料 机 器 人 关 键 技 术 研 究 与 样 机 研 64-67.
发[D]. 天 津: 天 津 农 学 院,2021. GONG L, XU L. Design of motion control and adap ‐
DONG C. Key technology research and prototype de ‐ tive PID control algorithms for four-rotor robot[J]. Me ‐
velopment of pasture intelligent material pushing ro ‐ chanicalDesignandManufacturing,2018(12):64-67.
bot [D]. Tianjin:TianjinAgriculturalUniversity,2021. [44] 董 理, 杨 东, 鹿 建 森. 工 业 机 器 人 轨 迹 规 划 方 法 综
[42] 王 述 彦, 师 宇, 冯 忠 绪. 基 于 模 糊 PID 控 制 器 的 控 制 述 [J/OL]. 控 制 工 程 : 1-12[2022-05-11]. DOI:
方 法 研 究[J]. 机 械 科 学 与 技 术,2011(1):166-172. 10.14107/j.cnki.kzgc.20210654.
WANG S, SHI Y, FENG Z. Research on control meth ‐ [45] TAHIR Z, QURESHI A H, AYAZ Y, et al. Potentially
od based on fuzzy-PID controller[J]. Mechanical Sci ‐ guided bidirectionalized rrt for fast optimal path plan ‐
enceandTechnology,2011(1):166-172. ning in cluttered environments[J]. Robotics andAuton ‐
[43] 龚 兰 芳, 许 伦 辉. 四 旋 翼 机 器 人 运 动 控 制 与 自 适 应 omousSystems,2018,108:13-27.
ResearchProgressandOutlookofLivestockFeedingRobot

YANGLiang,XIONGBenhai,WANGHui,CHENRuipeng,ZHAOYiguang
（State Key Laboratory ofAnimal Nutrition, Institute ofAnimal Science, ChineseAcademy ofAgricultural Sciences,
Beijing100193, China ）
Abstract: The production mode of livestock breeding has changed from extensive to intensive, and the production level is im ‐
proved. However, low labor productivity and labor shortage have seriously restricted the rapid development of China''s livestock
breeding industry. As a new intelligent agricultural machinery equipment, agricultural robot integrates advanced technologies,
such as intelligent monitoring, automatic control, image recognition technology, environmental modeling algorithm, sensors,
flexible execution, etc. Using modern information and artificial intelligence technology, developing livestock feeding and push ‐
ing robots, realizing digital and intelligent livestock breeding, improving livestock breeding productivity are the main ways to
solve the above contradiction. In order to deeply analyze the research status of robot technology in livestock breeding, products
and literature were collected worldwide. This paper mainly introduced the research progress of livestock feeding robot from
three aspects: Rail feeding robot, self-propelled feeding robot and pushing robot, and analyzed the technical characteristics and
practicalapplicationoffeedingrobot.Therailfeedingrobotrunsautomaticallyalongthefixedtrack,identifiesthetargetanimal,
positions itself, and accurately completes feed delivery through preset programs to achieve accurate feeding of livestock. The
self-propelled feeding robot can walk freely in the farm and has automatic navigation and positioning functions. The system
takessinglechipmicrocomputerasthecontrolcoreandrealizesautomaticwalkingbysensorandcommunicationmodule.Com ‐
pared with the rail feeding robot, the feeding process is more flexible, convenient and technical, which is more conducive to the
promotion and application of livestock farms. The pushing robot will automatically push the feed to the feeding area, promote
theincreaseoffeedintakeoflivestock,andeffectivelyreducethelabordemandofthefarm.Bycomparingthefeedingrobotsof
developedcountriesandChinafromtwoaspectsoftechnologyandapplication,itisfoundthatChinahasachievedsomeinnova ‐
tion in technology, while developted countries do better in product application. The development of livestock robot was pros ‐
pected.Intermsofstrategicplanning,itisnecessarytokeepupwiththeinternationalsituationandthetrendoftechnologicalde ‐
velopment, and formulate the agricultural robot development strategic planning in line with China''s national conditions. In
terms of the development of core technologies, more attention should be paid to the integration of information perception, intel ‐
ligent sensors and deep learning algorithms to realize human-computer interaction. In terms of future development trends, it is
urgenttostrengtheninnovation,improvethefriendlinessandintelligenceoftherobot,andimprovethelearningabilityofthero ‐
bot. To sum up, intelligent livestock feeding and pushing machine operation has become a cutting-edge technology in the field
ofintelligentagriculture,which willsurely lead to a new round ofagriculturalproduction technology reform,promote the trans ‐
formationandupgradingofChina''slivestockindustry..
Keywords: livestockfeeding;feedingrobot;pushingrobot;artificialintellignce;digitalbreeding
（ 登 陆www.smartag.net.cn 免 费 获 取 电 子 版 全 文 ）