DB15/T 4097-2025 奶山羊数字化养殖推料机器人功能规范
资料介绍
ICS
65.040.99 65.040.99
CCS
B 92 15
内蒙古自治区地方标准
DB15/T 4097—2025
奶山羊数字化养殖推料机器人功能规范
Specification for the operation of feed pushing robots in digital dairy goat farming
2025-07-10发布
2025-08-10实施
内蒙古自治区市场监督管理局 发布
DB15/T 4097—2025
I
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由内蒙古自治区畜牧业标准化技术委员会(SAM/TC 19)归口。
本文件起草单位：内蒙古工业大学、内蒙古人才发展研究院、北京交通大学、内蒙古自治区农牧业技术推广中心、内蒙古伊利实业集团股份有限公司、北京国科诚泰农牧设备有限公司。
本文件主要起草人：房建东、赵于东、纪寅、姜维、郭岩、赵国芳、王柏娇、李晓敏、宋健、董文琪、范争气、王莉莉、李琦、春梅。
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奶山羊数字化养殖推料机器人功能 奶山羊数字化养殖推料机器人功能 奶山羊数字化养殖推料机器人功能 奶山羊数字化养殖推料机器人功能 奶山羊数字化养殖推料机器人功能 规范
1 范围
本文件规定了规模化奶山羊养殖场推料机器人的总体结构、基本配置、技术要求、功能要求、推料操作流程、数据管理、硬件要求、告警要求、安装要求、安全要求和运维要求。
本文件适用于规模化奶山羊养殖场饲料推料的自动化管控。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)
GB/T 7665 传感器通用术语
GB 10396 农林拖拉机和机械、草坪和园艺动力机械 安全标志和危险图形 总则
GB 11291.1—2011 工业环境用机器人 安全要求 第1部分：机器人
GB/T 20643.2 特殊环境条件 环境试验方法 第2部分：人工模拟试验方法及导则 电工电子产品(含通信产品)
3 术语和定义
GB/T 7665、GB/T 13016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
传感器 transducer/sensor
能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
[来源：GB/T 7665—2005，3.1.1]
应用程序编程接口 Application Programming Interface，API
一组定义和协议，它允许不同的软件应用程序相互通信和操作。
SPI总线 Serial Peripheral Interface
串行外设接口的缩写，是一种高速全双工通信总线，以主从方式工作。
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牧场推料机器人 Ranch feeding robot
专为牧场设计的自动化设备，主要用于将饲料推送到牲畜的进食区。
USART接口 USART interface
一个全双工通用同步/异步串行收发接口，是一种高度灵活的串行通信协议。
4 总体要求
本文件为牧场推料机器人系统设定规范，确保其在牧场环境中高效、安全运行。机器人应具备用户交互平台、自检机制、载荷能力，并通过4G/Wi-Fi/ZigBee传输任务数据。机器人需自动导航、避障、监控推料精度，任务完成后自动反馈。系统需集成物料识别、自动推料逻辑，保持数据安全和传感器准确性。目标是提高牧场作业效率，降低人力成本。
5 基本配置要求 检测设备
5.1.1 工作模式
推料机器人应装载有视觉导航系统，通过算法深度学习，不断优化障碍物识别功能，从而自主快速做出路径调整，实现高效智能推料。
机器人以10 m/min～18 m/min的推料运行速度，实现高频饲料推送，增加饲料摄入量。双向滚筒设计保障推料方向合理性，提升饲料摄入最大化。
能够实现无人化自动推料，减少饲料污染，降低人畜共患病传播风险。低电量时，机器人会自动返充，无需人工介入。
可支持多平台显示(手机、电脑、平板电脑)推料机器人实时作业状态和牲畜进食状态，方便查看牲畜实时状况和及时人工干预。
视觉导航系统实现棚内无需打磁钉即可完成部署，节省人力成本和时间
集成图像识别技术，识别不同的饲料类型，并通过传感器来估算饲料的量。
机器人系统可根据预设的逻辑和策略进行物料的搬运和推放，能根据饲料的类型和量，以及牲畜的采食习惯和需求自我调整。
5.1.2 通讯方式
推料机器人设备使用无线通信，设备与系统间的数据实时传输。
5.1.3 持续工作时间
充电2.5 h单位统一，运行22 h，覆盖多棚推料以及夜间持续推料，装配磷酸铁锂电池，性能稳定，使用寿命长，支持牧场全天候作业。
5.1.4 使用环境条件
工作环境应符合GB/T 20643.2的要求。
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5.1.5 防护等级
防护等级为IP67，确保操作和维护人员的安全。应符合GB/T 4208的要求。 数据管理
5.2.1 数据存储
设备应具备至少512 GB的存储空间，用于记录操作数据、故障诊断信息及使用日志。
5.2.2 数据上传
利用国密算法技术对数据进行安全加密，保障数据在云平台或本地服务器中的安全存储和传输。支持远程监控和分析。
通过国密算法技术，实现数据在传输和存储过程中的加密、身份认证、数据完整性校验，确保数据的安全性和隐私性。
5.2.3 用户界面
提供图形用户界面(GUI)，简洁直观，易于操作人员学习和使用。
6 设备通用技术要求 外观
所有系统设备应标有型号、规格、制造厂(或商标)、检验标志。 系统完整性
配件齐全、应提供安装说明书、用户说明书、产品合格证。 工作正常性
安装方法和功能实现与说明书一致。
7 功能要求 自动推料
机器人应能够自动推送饲料，确保推送准确和到位。这一功能要求适用于所有类型的饲料推送操作。 远程控制
支持通过遥控器或移动设备进行远程操作。 操作速度
能够自动调整运行速度，最高速度不超过5 km/h，确保安全。 精准推料
为确保饲料推送的均匀和稳定，推料高度应与预设高度的偏差在±5 cm以内，且在推送过程中机器人全程稳定工作，避免因设备自身不稳定造成饲料遗漏在推料行进路程上，保证推料的干净程度。
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8 推料操作流程 启动与自检
8.1.1 启动过程
牧场推料机器人和控制端应同时启动。
8.1.2 故障检测与负载检查
推料机器人启动完成后应首先进行故障检测，传感器系统需要对各模块进行健康检查，确保各组件无故障。同时检测机械系统的负载能力，确保能够执行即将到来的任务。 任务下达
8.2.1 任务生成
开始推料任务后，管理人员通过控制端生成推料任务，任务中的设定值应包括饲料的类型、质量、数量以及目标推料地点等详细信息。
8.2.2 任务下达
任务通过控制端下发至机器人，并实时记录任务参数，确保操作中能对任务进行精确执行。 任务传输
8.3.1 通信模块传输任务
控制端通过4G/Wi-Fi/ZigBee通信技术，将推料任务发送至推料机器人。
8.3.2 数据加密
在传输过程中，使用国密算法对数据进行加密，确保传输过程中的数据安全，防止信息被窃取或篡改。
8.3.3 任务接收与解码
推料机器人接收并解码任务指令，准备执行推料任务。 导航至目标推料区
8.4.1 路径规划与导航
机器人应使用北斗导航系统进行路径规划，选择最优路线导航至目标目标区。在导航过程中，机器人需要通过自动避障算法调整行进路线，确保安全抵达目的地。
8.4.2 人工远程操控
管理人员可选择手动操控机器人，辅助机器人避开复杂地形或执行精细操作。 任务确认
8.5.1 推料任务确认
当机器人到达目标推料区后，重新与控制端进行通信，确认推料任务的参数是否正确。
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8.5.2 确认结果处理
确认成功：进入下一步执行任务。
确认失败：机器人程序返回上一步，等待管理人员重新下达任务。 执行推料任务
8.6.1 推料任务操作
机器人根据任务要求，执行饲料的推料，使用传感器监测推料的高度、干净程度，确保推料符合要求。
8.6.2 精度与稳定性控制
系统实时监控推料过程，调整操作以确保推料的质量和安全性。 任务完成核实
8.7.1 任务完成确认
在完成推料任务后，机器人自动确认任务执行情况，检查是否达到了预定的任务目标。如果确认任务成功完成，则继续下一步。
8.7.2 任务未完成处理
如果检测到任务未完成或存在异常，机器人程序选择返回上一步进行修正或通知控制端请求新的任务指令。 异常监控与安全机制
在整个操作流程中，机器人应持续运行异常监控系统，实时监测自身状态和操作环境。
牧场推料机器人工作流程见附录A。
9 数据采集与存储
系统应使用高精度传感器进行数据采集，包括：
a) 北斗导航：定位精度±5 cm，每秒更新一次位置信息;
b) 加速度计：灵敏度可调，测量范围±5 g;
c) 环境传感器：温度-40 ℃～85 ℃，精度±0.5 ℃;湿度0% RH～100% RH，精度±2% RH;
d) 摄像头：1080 p分辨率，30 fps，具备夜视功能;
e) 软件部分在RTOS上运行，负责数据收集、格式化和缓存;
f) 状态监控系统实时监控机器人状态和环境，数据存储在PC电脑，异常情况会反馈到控制室。监控系统应集成了重安全协议，包括紧急停机、自动避障和安全警告。
10 系统硬件要求 传感器系统
10.1.1 定位与导航系统
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系统应配备工业级国产导航定位模块，提供至少±5 cm的定位精度和至少1 Hz的更新频率。该模块应支持多北斗卫星导航系统，确保在各种地点和环境下都能获得良好的信号覆盖。支持API/SPI/USART等外设通用接口。
10.1.2 运动监测系统
系统应配备基于MEMS技术的加速度计，能够动态监测机器人的运动状态，确保机器人在各种操作条件下的精确控制。支持API/SPI/USART等外设通用接口。
10.1.3 环境监测系统
10.1.3.1 温度传感器，具备高测量精度、快速响应速度和良好的稳定性，以确保机器人在各种气候条件下都能准确感知温度变化。
10.1.3.2 湿度传感器，具备高精度、快速响应和稳定性，以确保机器人能够准确监测环境湿度，适应不同的操作环境。
10.1.3.3 气体传感器，配备气体传感器，用于检测空气中的有害气体或特定气体浓度，确保机器人在操作环境中能够及时发现和应对潜在的气体危害，提高工作环境的安全性。
10.1.3.4 支持API/SPI/USART等外设通用接口。
10.1.4 视觉与监控系统
系统应配备至少1080 p分辨率，30 fps图像传感器，支持夜视功能和实时视频流，确保机器人能够全天候监控周围环境和障碍物，为自主操作和安全性提供必要的视觉信息支持。支持API/SPI/USART等外设通用接口。 通信模块
10.2.1 通信模块应能够在牧场的广阔和复杂环境中保持稳定的数据传输。机器人应配备双模通信模块，支持LTE和Wi-Fi连接，以确保机器人与控制中心之间的通信稳定性。支持API/SPI/USART等外设通用接口。
10.2.2 通信模块应确保端到端的延迟低于50 ms。
10.2.3 通信模块应具备至少5 Mbps的下行带宽和10 Mbps的上行带宽
10.2.4 在牧场的广阔区域内，通信模块信号应能够覆盖不少于80%的牧场区域。防止因信号弱而导致的控制失效或数据丢失。
10.2.5 为确保数据传输的安全性，机器人应集成加密模块，提供硬件级别的安全加密。 驱动与动力系统
机器人使用工业级高扭矩无刷直流电机，具备精确的速度和位置控制功能，可以在不牺牲效率的情况下提供连续输出功率。
11 告警要求 报警系统设计
应设计集成告警系统，能够实时监控机器人的关键操作参数和系统状态。 实时监控
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11.2.1 系统应实时监控以下参数：推料速度、定位精度、电池电量、传感器状态、机械臂运动状态等。
11.2.2 所有监控数据应实时记录，并保存至少最近24 h的操作日志。 告警触发条件
11.3.1 当机器人的运行速度或定位精度偏离预设参数超过5%时，触发性能告警。
11.3.2 当电池电量低于20%时，系统应自动发出低电量告警，并提示充电。
11.3.3 任何传感器发生故障或读数异常时，系统应立即发出故障告警。
11.3.4 机械臂运动超出正常范围或卡顿时，系统应触发机械故障告警。 告警通知方式
11.4.1 通过短信、邮件或APP推送消息，将告警信息发送给管理人员和维护团队。
11.4.2 对于某些类型的告警，如电池电量低，系统应能自动执行预设的响应措施，如减速运行或导航至充电站。
11.4.3 对于需要人工检查或维修的告警，系统应提供详细的故障信息和建议的检查步骤。 告警记录和审计
11.5.1 记录保存
所有告警事件应记录详细的时间、类型、参数和处理结果，并保存至少一年。系统应支持告警事件的审计跟踪，以便于事后分析和质量改进。
11.5.2 告警系统测试
11.5.2.1 定期进行告警系统的测试，确保所有告警机制正常工作。
11.5.2.2 测试结果应详细记录，并作为系统维护的一部分。
11.5.3 用户界面告警显示
用户界面应提供直观的告警显示，包括告警级别、时间、类型和建议的响应措施。
12 安装要求 安装前准备
12.1.1 在安装前，对牧场的地面条件、空间布局、电源供应等进行详细评估，确保满足机器人运行和维护的需求。
12.1.2 确保所有技术文件、安装手册、产品合格证和安全指南齐全，并由专业人员进行安装。
12.1.3 准备必要的安装工具和辅助设备，如起重机械、电动工具、测量工具等。
12.1.4 按照GB 10396的要求设立安全标志。 硬件安装
根据设计要求和现场条件，确定机器人的固定位置或活动范围，并做好标记。如果需要，进行必要的基础建设，如混凝土底座、固定支架等。按照制造商提供的装配图和步骤，安装机器人的各个组件，包括机身、传感器、机械臂等。正确连接电源线、数据线和控制线，确保所有连接牢固且符合电气安全标准。
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软件配置
12.3.1 在机器人的控制系统上安装操作系统和应用程序，并进行必要的配置。
12.3.2 根据牧场的具体需求，设置机器人的工作参数，如推料速度、运行时间、任务调度等。
12.3.3 配置机器人的网络连接，确保其能够与云端中心或其他设备进行数据交换。 测试和调试
12.4.1 进行机器人的各项功能测试，包括运动控制、传感器响应、任务执行等，确保其正常工作。
12.4.2 验证机器人的性能指标，如推料精度、运行速度等，确保满足操作规范的要求。
12.4.3 根据测试结果，对机器人的软件和硬件进行必要的调整和优化。 培训和交付
对操作人员进行机器人的操作培训，包括基本操作、故障排除和日常维护。向用户提供完整的安装报告、操作手册和维护指南。与用户一起进行最终的验收测试，确保机器人系统完全符合用户的需求和预期。 后续支持
提供制造商的技术支持服务，包括电话、邮件或现场支持。制定机器人的定期维护计划，确保其长期稳定运行。
13 安全要求 设备配备紧急停止按钮，按照GB 11291.1—2011中第5章的要求执行。 应围绕物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全等方面构建安全体系。配备障碍物检测传感器，自动停机以防撞击。 应具有数据加密、系统用户认证、访问权限控制等安全防护，安全可靠稳定运行。设备操作前应进行用户身份验证，防止未授权使用。 应支持对用户访问控制权限分级、对用户访问权限进行标识和管理。 应具有完整的用户操作日志记录功能，且日志不可随意更改。
14 运维要求 运行维护应符合运行维护的通用要求。设计为模块化，易于更换部件和进行日常维护。 建设方应制定系统培训计划，确保参与者具备实施和应用能力。提供在线和现场培训，确保操作人员能够熟练掌握设备使用方法。 建设方和参与方应对平台运行情况进行实时监控，制定完备的应急处理预案，并严格执行。 运维方应对网络、硬件、数据库、系统应用等方面运行问题及时定位，并按照运维职责实时处理。提供24小时技术支持，确保快速响应和问题解决。
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A
A
附录A
(资料性)
牧场推料机器人工作流程
牧场推料机器人工作流程见图A.1。
启动并自检
开始
控制端下发推料任务
机器人接受推料任务
导航至饲料区
推料至目标区
执行推料
确认推料任务
任务完成确认
推料任务检查
返回待命区
结束
检查机械故障
饲料类型、质量、数量
及目标地点等
数据传输加密
路径优化、自动避障
保证推料高度、干净程
度、推料稳定性
是
否
否
是
图A.1 牧场推料机器人工作流程图