奶牛早期跛行识别系统的设计与研究

发布时间：2020-10-20 07:17

　　 奶牛跛行在奶牛的牧场养殖中广泛存在,已成为影响奶业健康发展的第二大类疾病,其对于奶牛的产奶量和繁殖力具有重大影响,且早期跛行不易被察觉极易错过最佳的治疗时间,给牧场带来严重的经济损失,因此早发现早治疗是解决问题的关键所在。本课题组的压力测量步道采集系统(Walkway)可以实现原始步态压力数据的采集,但是由于缺乏后续数据处理软件导致奶牛多步态参数的提取计算和步态的分析识别都是十分困难的,因此设计一套基于机器分类算法的奶牛早期跛行识别系统,对于奶牛的早期跛行识别技术是十分必要的。本文基于MATLAB完成奶牛早期跛行识别系统的整体设计,并进行系统分析和详细设计,该跛行识别系统主要包括了数据读取和保存、数据处理分析、图形和曲线绘制以及判别分析等几个模块,详细设计主要包括GUI界面设计和跛行识别系统各模块的详细编程设计,其中判别分析模块采用主成分分析和Fisher判别分析相结合的形式建立跛行判别模型。本文利用奶牛步态模拟装置对压力测量步道采集系统进行了试验标定,基于三种采样频率(50Hz、100Hz和200Hz)对奶牛早期跛行识别系统进行了试验研究,并采用步道采集系统与该早期跛行识别系统进行了试验对比分析。利用该早期跛行识别系统对多组被测对象进行测试,将测试结果借助人工步态评分组成样本数据,训练跛行判别模型并进行试验分析。试验结果表明,该早期跛行识别系统在三种不同采集频率下对步态参数的处理效果误差均在5%以内,在50Hz的采样频率下综合处理效果最佳,数据处理模块所处理步态特征参数的误差均保证在0.0%-3.64%之间,曲线绘制模块所绘制的压力曲线图与步道采集系统保持一致,判别模块中所训练的判别模型准确率为96.7%,训练模型的回判分析结果均与训练结果一致,且对测试样本的判别准确率为100%。该奶牛早期跛行识别系统对步态数据处理的准确度高,曲线绘制精准且可以实现奶牛早期的跛行识别,满足该系统的设计要求。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;S858.23
【部分图文】：

识别系统的组成技术是基于步态识别技术所发展延伸而来的产物，肢蹄健康检测方面均有着重要应用，对跛行识别系采集过程的理解，以详细进行跛行识别系统软件部是由压力测量步道采集系统和奶牛步态模拟装置两集系统为采集装置，奶牛步态模拟装置为本课题组置，本研究再此使用其作为步道采集系统的标定工道采集系统步道采集系统的概述采集平台采用的是由美国 Tekscan 公司生产的基于采集系统（Walkway）。压力测量步道采集系统主要信号采集系统和上位机三部分组成。压力测量步道2 组成。

1 机架；2 步进电机；3 同步带轮；4 同步带；5 外球面轴承；6 车轮；7 放水阀门；8 配重水箱；9 蹄部运动装置图 4 奶牛步态模拟装置Fig. 4 Cow gait simulator

；2 伺服电机；3 伺服电动缸缸体；4 伺服电动缸推杆；5 杆减速机1；7 步进电机1；8 输出支架1；9 蜗轮蜗杆减速机步进电机2；11 输出支架2；12 倾角传感器；13 牛蹄支架图 5 蹄部运动装置Fig. 5 Hoof movement device装置的工作原理置可以实现 4 个自由度方向的运动，分别为沿的转动。沿 X 轴的运动是通过步进电机来实现置整体速度的保证。沿 Z 轴的运动是通过伺服用于控制蹄部的下踏压力，其中伺服电动缸是动缸缸体和伺服电动缸推杆四部分组成。沿 X和涡轮蜗杆减速机的配合来完成对蹄部的前后蹄部接触角度。奶牛步态模拟装置安装着称重奶牛步态模拟装置下踏时所产生的压力和蹄部
【参考文献】

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本文编号：2848382