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鸡舍智能巡检机器人软件系统设计与实现

摘要

计算机、传感器等领域新技术的不断进步，促进了机器人行业的飞速发展。应用于

各个领域的机器人逐步走进人们的生产生活中。在畜牧养殖行业中，针对大型肉鸡养殖

场的巡检机器人研究还在起步阶段，传统的人工巡检方式效率低下且存在较多安全隐患。

已有的产品方案主要实现机器人在养殖场巡检和环境信息的采集并将采集到信息传回

计算机终端进行展示，对采集到信息缺乏有效的畜禽生长状态监测解决方案，同时还有

缺乏友好的人机交互功能且成本较高的弊端。本课题将传统上位机软件直接运行在机器

人端，研发出一款在鸡舍环境下运行的智能巡检机器人软件系统，赋予巡检机器人优秀

的人机交互能力同时也开展死鸡目标检测算法的研究和改进工作，改善已有方案的缺点。

本文主要研究内容包括：

首先，通过充分的市场调研同时考虑用户需求对鸡舍巡检机器人软件系统进行整体

的需求分析，对软件系统需求分析所包含的功能及非功能性需求进行归纳总结，介绍巡

检机器人下位机系统硬件部分构成。同时也对软件系统与目标检测算法和导航控制算法

通信模块进行技术选型和实现原理的分析。

然后，巡检机器人上位机软件系统依据Qt相关框架和C++语言联合编程实现，从

架构设计角度将机器人软件系统分为业务逻辑层、功能模块层和应用层。将软件包含的

主要功能进行模块化设计并划分到架构设计的不同层中，依据软件系统架构设计完成各

层包含的功能模块实现。同时规划设计用户友好的交互界面完成人机交互和巡检结果可

视化展示，最后介绍软件系统使用到的关键技术单例设计模式和多线程技术。

其次，研究巡检机器人死鸡目标检测算法，分析机器人巡检得到的图像数据，结合

红外和可见光两种图像优点，提出结合红外温度矩阵的归一化双光图像融合策略。完成

图像融合工作并对融合图像进行数据标定，制作对应数据集。选择使用YOLO系列算法

对融合图像数据进行模型训练和性能指标评估，针对YOLOv8提出加入注意力机制和

更换主干网络两种改进策略并进行相关实验。通过对实验结果中各指标的对比，添加注

意力机制的模型相比于基准模型在平均精度指标上all、alive、dead三个类别分别上升

0.9%、0.4%、1.4%，更换主干的模型相比于基准模型在平均精度指标上all、alive、dead

三个类别分别上升1.0%、0.5%、1.6%。

最后，对巡检机器人软件系统功能进行测试，搭建模拟鸡舍场景的场地。和负责导

航算法的同事联合调试验证机器人在模拟场地运行的可行性的同时对软件系统的各个

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

功能模块进行验证测试，巡检机器人软件系统整体功能达到预期效果。最后选择实地肉

鸡养殖场，完成机器人在实地肉鸡养殖场的部署运行，并对实际部署遇到的问题进行说

明并提出对应解决方案。

关键词：软件设计；巡检机器人；深度学习；死鸡目标检测；

鸡舍智能巡检机器人软件系统设计与实现

Abstract

Thecontinuousprogressofnewtechnologiesinfieldssuchascomputersandsensorshas

promotedtherapiddevelopmentoftheroboticsindustry.Robotsappliedinvariousfieldsare

graduallyenteringpeoplesproductionandlife.Intheanimalhusbandryindustry,researchon

inspectionrobotsforlargebroilerfarmsisstillinitsearlystages,andtraditionalmanual

inspectionmethodsareinefficientandhavemanysafetyhazards.Theexistingproductsolutions

mainlyachieverobotinspectioninbreedingfa