病死雞移除末端執(zhí)行器研究進(jìn)展

摘 要：規(guī)模化養(yǎng)殖過(guò)程中，病死雞存在疫病傳播和細(xì)菌滋生等問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并移除病死雞對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程尤為重要。開(kāi)發(fā)病死雞自動(dòng)移除末端執(zhí)行器可以極大減少養(yǎng)殖過(guò)程中人工移除病死雞的勞動(dòng)量，降低疫病傳播風(fēng)險(xiǎn)，提高養(yǎng)殖智能化水平。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有死雞自動(dòng)移除末端執(zhí)行器進(jìn)行總結(jié)分析并結(jié)合不同作業(yè)對(duì)象末端執(zhí)行器的研究方法，將可應(yīng)用于病死雞移除末端執(zhí)行器分為散養(yǎng)式、籠養(yǎng)式，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，為規(guī)?；\養(yǎng)雞末端執(zhí)行器的發(fā)展與應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：規(guī)?；B(yǎng)殖；籠養(yǎng)雞；病死雞移除；末端執(zhí)行器

中圖分類(lèi)號(hào)：S817.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-1085（2024）12-0061-05

近年來(lái)，隨著人民生活水平的提高，家禽產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量逐年增加，家禽規(guī)?；B(yǎng)殖已成為主流的養(yǎng)殖模式，為應(yīng)對(duì)家禽規(guī)?；B(yǎng)殖帶來(lái)的工作量增加和勞動(dòng)力減少等問(wèn)題，家禽規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)景下相關(guān)的自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備也得到了快速發(fā)展[1]。

在家禽養(yǎng)殖規(guī)?；陌l(fā)展過(guò)程中，養(yǎng)殖單體規(guī)模逐漸增大，病死個(gè)體的發(fā)現(xiàn)與移除成為規(guī)模養(yǎng)殖過(guò)程中勞動(dòng)需求量最大的工作環(huán)節(jié)，近年來(lái)隨著機(jī)器視覺(jué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，病死雞的鑒別已經(jīng)取得了很大的突破，但是對(duì)病死雞的移除研究較少，特別是在規(guī)?；\養(yǎng)過(guò)程中，因?yàn)榛\具的隔離，病死雞的自動(dòng)化移除成為一大難題 [2-3]。在病死雞自動(dòng)移除研究中，病死雞自動(dòng)抓取末端執(zhí)行器是關(guān)鍵，研究適用于規(guī)?；B(yǎng)殖環(huán)境中病死雞移除末端執(zhí)行器可以降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少疫病傳播風(fēng)險(xiǎn)，降低移除過(guò)程中對(duì)健康雞只的應(yīng)激，極大提高規(guī)模化養(yǎng)殖的智能化程度。因此，隨著養(yǎng)殖裝備的發(fā)展和人工成本逐漸提高，病死雞移除末端執(zhí)行器將成為家禽養(yǎng)殖智能化的重要方向之一。研究適合規(guī)?；B(yǎng)殖環(huán)境中病死雞移除末端執(zhí)行器對(duì)家禽智能化養(yǎng)殖裝備的發(fā)展具有重要的意義。本文分類(lèi)綜述了現(xiàn)有病死雞移除末端執(zhí)行器以及現(xiàn)階段較為成熟的其他作業(yè)對(duì)象末端執(zhí)行器，以期為后續(xù)發(fā)展提供技術(shù)路線參考。

1" 平養(yǎng)雞

規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)景中，平養(yǎng)雞主要為網(wǎng)上平養(yǎng)或地面飼養(yǎng)，在這種養(yǎng)殖環(huán)境中，設(shè)備的作業(yè)空間較為寬裕，沒(méi)有籠門(mén)的阻隔，病死雞移除末端執(zhí)行器的作業(yè)空間和作業(yè)難度相對(duì)較低，目前的研究主要分為養(yǎng)殖平面作業(yè)式和機(jī)械手式。

1.1" 養(yǎng)殖平面作業(yè)式

養(yǎng)殖平面作業(yè)式病死雞移除裝置主要應(yīng)用于地面飼養(yǎng)場(chǎng)景下，因其作業(yè)場(chǎng)景相對(duì)開(kāi)闊，作業(yè)面負(fù)載承受力大，相關(guān)裝置的體積和質(zhì)量一般相對(duì)較大，末端執(zhí)行器與裝置整體并無(wú)明顯區(qū)分。

Liu等[4]設(shè)計(jì)的地面飼養(yǎng)場(chǎng)景下的病死雞移除裝置，如圖1所示。該裝置主要由末端捕獲裝置、傳送裝置和收集裝置組成，其中末端捕獲裝置主要由兩塊可在水平方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的擋板組成，當(dāng)發(fā)現(xiàn)病死雞個(gè)體時(shí)，兩側(cè)擋板同時(shí)旋轉(zhuǎn)將雞只推入傳送裝置，而后傳送裝置將雞只運(yùn)送到收集裝置中。

1.2" 機(jī)械手式

多層網(wǎng)養(yǎng)場(chǎng)的作業(yè)空間相對(duì)較窄，負(fù)載相對(duì)于地面飼養(yǎng)較小，因此地面飼養(yǎng)病死雞移除設(shè)備于網(wǎng)養(yǎng)場(chǎng)景下不大適用。為減少設(shè)備的重量和體積，在網(wǎng)養(yǎng)場(chǎng)景下的收集裝置和傳送裝置會(huì)與末端執(zhí)行器分隔開(kāi)，作為唯一與作業(yè)對(duì)象接觸的裝置，末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)決定了整個(gè)作業(yè)過(guò)程的穩(wěn)定性和流暢性。

Li等[5]設(shè)計(jì)的病死雞移除裝置，由兩個(gè)手指夾持器、機(jī)械臂和引導(dǎo)攝像頭組成，機(jī)械臂可以固定在網(wǎng)養(yǎng)籠具的單側(cè)，利用攝像頭進(jìn)行識(shí)別定位，手指夾持器作為末端執(zhí)行器對(duì)病死雞進(jìn)行夾持作業(yè)，如圖2所示。在作業(yè)過(guò)程中，該末端執(zhí)行器主要通過(guò)夾持雞的腳部以完成對(duì)雞只的固定和提升作業(yè)，夾持成功率和定位容錯(cuò)率較高，可滿足網(wǎng)養(yǎng)場(chǎng)景下的病死雞移除工作。

2" 籠養(yǎng)雞

籠養(yǎng)作為國(guó)內(nèi)蛋雞和肉雞規(guī)模化養(yǎng)殖的重要方式，相關(guān)的智能設(shè)備近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。其中病死雞移除作為養(yǎng)殖過(guò)程中人工需求量較大的工作，成為養(yǎng)殖智能化過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。雞只籠養(yǎng)場(chǎng)景下，因內(nèi)部作業(yè)空間較為狹窄，籠門(mén)阻隔，所以對(duì)籠養(yǎng)雞移除末端執(zhí)行器的要求較高。近年來(lái)相關(guān)末端執(zhí)行器的研究主要集中在兩種方式，一是類(lèi)機(jī)械手式，二是夾持式。

2.1" 類(lèi)機(jī)械手式

類(lèi)機(jī)械手式末端執(zhí)行器（圖3）根據(jù)機(jī)械手外觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合方式，將機(jī)械手常用的多電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少了控制難度。該末端執(zhí)行器操作邏輯簡(jiǎn)單，且技術(shù)較為成熟，在相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用上具有較好的前景，尤其在籠養(yǎng)雞病死個(gè)體移除場(chǎng)景下有較多的應(yīng)用。

胡子康等[6]利用ADAMS建立類(lèi)機(jī)械手和肉雞的仿真模型，并根據(jù)相關(guān)函數(shù)變量對(duì)機(jī)械指進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最后對(duì)3～7周齡的肉雞個(gè)體進(jìn)行抓取試驗(yàn)，結(jié)果顯示相關(guān)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，具有較高的抓取成功率。陳長(zhǎng)喜等[7]設(shè)計(jì)的籠養(yǎng)死亡肉雞抓取裝置采用單電機(jī)控制三個(gè)機(jī)械指對(duì)雞只進(jìn)行固定抓取作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作業(yè)過(guò)程控制性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2.2" 夾持式

夾持式死雞移除末端執(zhí)行器，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可抓取重量相對(duì)較大，且作業(yè)過(guò)程中各機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)過(guò)程較為單一，設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，可極大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。彭宇等[8]設(shè)計(jì)的夾持式死雞移除裝置，采用可水平移動(dòng)的對(duì)稱夾持板作為末端執(zhí)行器，利用電動(dòng)氣缸作為水平動(dòng)力源，具有運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)單、抓取提升質(zhì)量大等特點(diǎn)。馬銳等[9]設(shè)計(jì)夾持式蛋雞死亡個(gè)體清除裝置，采用兩個(gè)對(duì)稱的夾持裝置作為末端執(zhí)行器，可對(duì)死亡雞只進(jìn)行分步抓取，即先牽引后抓取，可以極大提高抓取的穩(wěn)定性，提高抓取成功率，如圖4所示。

3" 其他作業(yè)對(duì)象末端執(zhí)行器

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人開(kāi)始大量在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域裝備應(yīng)用，作為機(jī)器人核心部件的末端執(zhí)行器，其結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)劣直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)能否準(zhǔn)確高效完成[10]。末端執(zhí)行器的發(fā)展對(duì)于降低農(nóng)業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度提高農(nóng)業(yè)自動(dòng)化水平具有重要意義。隨著裝備技術(shù)和新材料的發(fā)展以及種養(yǎng)規(guī)?；瘶?biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，一批適合農(nóng)產(chǎn)品的末端執(zhí)行器開(kāi)始走向田間地頭。在其研制過(guò)程中，開(kāi)發(fā)者充分考慮了作業(yè)對(duì)象的理化特征、生物習(xí)性以及人工作業(yè)特點(diǎn)，最后結(jié)合機(jī)械、電子和材料的相關(guān)技術(shù)，研制出宜農(nóng)、宜工的末端執(zhí)行器。

姬江濤等[11]根據(jù)雙孢菇的理化特點(diǎn)以及機(jī)械手采摘過(guò)程存在的不足，設(shè)計(jì)的雙孢菇柔性仿形末端執(zhí)行器，如圖5所示。該末端執(zhí)行器采用柔性材料作為與雙孢菇的接觸面，同時(shí)采用氣流負(fù)壓吸附，采摘過(guò)程對(duì)雙孢菇的表面機(jī)械損傷極小，同時(shí)不會(huì)對(duì)周?chē)碾p孢菇產(chǎn)生影響。皮杰等[12]根據(jù)番茄成簇生長(zhǎng)的特性以及現(xiàn)有末端執(zhí)行器采摘過(guò)程對(duì)非目標(biāo)番茄的干擾，設(shè)計(jì)出一種包覆式番茄采摘末端執(zhí)行器。該末端執(zhí)行器可以極大降低對(duì)非目標(biāo)番茄的干擾，可以同時(shí)滿足對(duì)不同尺寸番茄的采摘。

4" 展望

末端執(zhí)行器作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人組成中重要的執(zhí)行器件，是關(guān)系到農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)效率的一個(gè)關(guān)鍵影響因素?；\養(yǎng)雞作為我國(guó)雞只規(guī)模化養(yǎng)殖的重要組成部分，在未來(lái)研究病死雞移除末端執(zhí)行器時(shí)，可先從機(jī)械的角度出發(fā)，對(duì)籠門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，利用相關(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)籠門(mén)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制；其次，在雞只規(guī)?；B(yǎng)殖過(guò)程中因場(chǎng)景的特殊性和動(dòng)物位置的不穩(wěn)定性以及易應(yīng)激特性，應(yīng)著重從場(chǎng)景特點(diǎn)以及雞只的生物習(xí)性出發(fā)，同時(shí)結(jié)合病死雞的理化特征，設(shè)計(jì)雞只抓取和運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，在作業(yè)過(guò)程中盡量降低對(duì)其他雞只的應(yīng)激和減少對(duì)病死雞軀體的影響。

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Research Progress of End Effectors for Removal of Dead Chickens

Abstract： In the process of large-scale breeding， sick and dead chickens have problems such as disease transmission and bacterial breeding. Timely detection and removal of sick and dead chickens is particularly important for the breeding process. The development of automatic removal of end-effector of sick and dead chickens can greatly reduce the labor amount of manual removal of sick and dead chickens in the breeding process， reduce the risk of disease transmission， and improve the intelligent level of breeding. By summarizing and analyzing the existing automatic removal of end-effectors from dead chickens and combining the research methods of end-effectors from different working objects， this paper divided the end-effectors that can be applied to sick dead chickens into free-range and caged ones， and analyzed their structures. At the same time， according to the breeding characteristics of caged chickens and combined with mature research directions of end-effectors from other working objects， To provide reference for the development and application of end-effector in large-scale cage chickens.

Keywords：" Large-scale breeding; Cage chickens; Sick dead chickens removed; End effector