CN108553196A - 一种用于断喙及疫苗注射的自动装置及自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及禽类养殖及防疫设备技术领域，尤其涉及一种用于断喙及疫苗注射的自动装置及自动控制方法。其中，传送组件设有抓取区；机械爪组件在抓取区的上方移动，用于抓取抓取区内的雏鸡，并对抓取到的雏鸡分别进行头部方向的调整、头部轮廓图像的提取、断喙和防疫操作；机械臂组件的伸出端活动连接机械爪组件，以带动机械爪组件移动；控制组件用于判断抓取区内的雏鸡位置，根据抓取到的雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像判断断喙位置，并分别向传送组件、机械爪组件和机械臂组件发送控制信号。该装置及方法能将雏鸡断喙与疫苗喷雾一次性全自动化完成，降低了雏鸡生长过程中啄伤与疫情发生的风险，增加存活率。

Description

一种用于断喙及疫苗注射的自动装置及自动控制方法

技术领域

本发明涉及禽类养殖及防疫设备技术领域，尤其涉及一种用于断喙及疫苗注射的自动装置及自动控制方法。

背景技术

在家禽养殖技术中，特别是鸡类养殖技术中，对一日龄雏鸡实施断喙与疫苗注射，是提高雏鸡存活率的两个主要手段，这不仅保护雏鸡避免因相互争斗而被尖喙啄伤或啄伤自己，而导致伤口受到感染，又能降低禽类疫情发生的可能性。

目前，国内中小型养殖化企业采用的是手持式断喙器进行断喙，需要人工将雏鸡鸡头固定至断喙器上进行断喙，随后再进行疫苗注射，此过程断喙效果差、易感染、易出错。而高度自动化的断喙设备不仅租金昂贵，同时仍需要人工将雏鸡抓取并挂到设备上进行断喙，依旧耗费大量的人力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种用于断喙及疫苗注射的自动装置及自动控制方法，同时将雏鸡精确定位、断喙和防疫喷雾集成一体，实现全自动化雏鸡断喙防疫工作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于断喙及疫苗注射的自动装置，包括：

传送组件，其上设有抓取区；

机械爪组件，在所述抓取区的上方移动，用于抓取所述抓取区内的雏鸡，并对抓取到的所述雏鸡分别进行头部方向的调整、头部轮廓图像的提取、断喙和防疫操作；

机械臂组件，安装在传送组件的一侧，所述机械臂组件的伸出端活动连接所述机械爪组件，以带动所述机械爪组件移动；

控制组件，分别与传送组件、机械爪组件和机械臂组件连接，用于判断所述抓取区内的雏鸡位置，根据抓取到的所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像判断断喙位置，并分别向所述传送组件、机械爪组件和机械臂组件发送控制信号。

优选的，所述机械爪组件包括：

壳体，顶部与所述机械臂组件的伸出端活动连接，所述壳体的内部设有操作区，所述操作区内分别安装有头部固定夹具、电热断喙器和防疫喷雾器；其中，

所述头部固定夹具，用于夹紧所述雏鸡的头部、并能带动所述雏鸡的头部旋转，以调整所述雏鸡的头部的方向；

所述电热断喙器，位于所述头部固定夹具的一侧；

所述防疫喷雾器，安装在所述电热断喙器的一侧；

可旋转夹具，活动安装在所述壳体的底部，用于抓取并固定所述雏鸡。

优选的，所述头部固定夹具包括至少两组固定支架，每组所述固定支架的一端固定在所述壳体上，另一端连接有夹爪，每组的所述夹爪分别朝向所述壳体的轴线；每组所述固定支架上均安装有用于转向的固定架转轴。

优选的，所述电热断喙器包括烫头、加热棒和气缸，所述烫头设在操作区内，并位于所述头部固定夹具的一侧；所述气缸通过加热棒与烫头连接，所述加热棒的外部包裹有隔热外壳。

优选的，所述防疫喷雾器包括喷雾口、导管和内部装有疫苗的容器，所述容器固定在壳体外，所述导管的一端与容器连通，另一端连接所述喷雾口，所述喷雾口位于所述电热断喙器的一侧。

优选的，所述可旋转夹具包括底盘、导轨和机械指，所述底盘安装在壳体底部，所述底盘的径向上分别固定有至少三组所述导轨，每组所述导轨内分别垂向安装有机械指，每个所述机械指分别能沿导轨移动、并相对于所述导轨作垂向伸缩运动。

优选的，所述机械臂组件包括基座和支撑架，所述基座固定在传送组件的一侧，所述支撑架的一端通过转盘安装在基座上，所述转盘用于带动所述支撑架水平旋转，所述支撑架的另一端设有所述机械臂组件的伸出端；所述支撑架上安装有多个转轴，每个所述转轴分别用于驱动所述支撑架竖向旋转。

优选的，所述传送组件包括传送带、传送滚轴和第一电机，所述传送带被顺次划分为输入区、所述抓取区和输出区，所述抓取区倾斜的连接在所述输入区和输出区之间，所述抓取区和输出区之间通过闸门分隔，所述闸门用于将待断喙的雏鸡阻挡在所述抓取区内；在所述传送带上的各个拐点处分别设有同向滚动的传送滚轴，至少一个所述传送滚轴与所述第一电机连接，所述传送滚轴用于驱动传送带运动，以将所述雏鸡送入所述抓取区内。

优选的，所述控制组件包括：

数据处理芯片，分别与机械爪组件、机械臂组件和传送组件连接，用于分别获取并分析所述雏鸡的位置信号、头部轮廓图像和喙部轮廓图像，以根据分析结果分别向所述机械爪组件、机械臂组件和传送组件发送操作指令；

压力传感器，安装在所述抓取区内，用于在所述雏鸡触发压力传感器时，向所述数据处理芯片发送位置信号；

至少两组摄像头，分别安装在所述机械爪内部的上下两端，用于分别获取所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并向所述数据处理芯片发送所述图像。

本发明还提供了一种用于断喙及疫苗注射的自动控制方法，其特征在于，是基于如上所述的用于断喙及疫苗注射的自动装置提出的；

该方法包括以下步骤：

S1、控制组件启动传送组件，以将雏鸡由一侧送入抓取区内，在所述雏鸡触发压力传感器时，所述控制组件接收所述雏鸡在抓取区内的位置信号，并控制所述传送组件暂停；

S2、所述控制组件根据所述位置信号、分别驱动所述机械爪组件和机械臂组件移动，以使所述机械爪组件下探至抓取区内抓取雏鸡；

S3、所述控制组件通过摄像头分别获取所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并根据所述头部轮廓图像和喙部轮廓图像分别确定断喙水平位置和断喙竖直位置，以确定断喙位置；

S4、所述控制组件驱动所述机械爪组件的头部固定夹具运动，以调整所述雏鸡的头部移动，以使所述机械爪组件内的电热断喙器对准所述断喙位置；

S5、所述控制组件驱动电热断喙器对所述雏鸡进行断喙操作；

S6、所述控制组件驱动机械爪组件的防疫喷雾器对所述雏鸡进行防疫喷雾操作；

S7、所述控制组件驱动所述机械爪将断喙后的所述雏鸡放置在所述抓取区外的另一侧，以使所述雏鸡在传送组件的带动下离开。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：

1、该自动装置和自动控制方法利用传送组件实现雏鸡的自动传送，利用机械臂组件和机械爪组件完成对雏鸡的精确抓取，利用机械爪组件分别完成头部调整、断喙和防疫操作，实现了雏鸡断喙与疫苗喷雾一次性进行，同时利用控制组件实现对断喙位置的自动计算和精确定位，并能实现传送、抓取、断喙与疫苗喷雾过程的完全自动化控制，降低了雏鸡生长过程中啄伤与疫情发生的风险，增加存活率，其具有效率高、破损率低、准确性高、节省人力、减少成本、增加收入的优势；

2、该自动装置的机械爪组件将抓取、断喙与疫苗喷雾操作集为一体，使得单一雏鸡在被抓取后，可直接在该机械爪组件内顺次完成头部调整、断喙和疫苗喷雾操作，提高工作效率，降低操作难度，并且配合雏鸡的轮廓图像提取，有效提高操作精度；

3、该自动装置的控制组件中，利用摄像头依次获取雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，从而精确计算断喙位置，以使得电热断喙器与雏鸡的断喙位置之间精确匹配，提高断喙精度，既能保证雏鸡的断喙位置精确，又能保护雏鸡不受烫头的伤害，同时也为雏鸡留取了可以啄取食物的喙尖长度；

4、该自动控制方法基于自动装置提出，有效推进了雏鸡断喙和疫苗喷雾的全自动化控制，并且实现雏鸡断喙和疫苗喷雾的一体化操作，解决了雏鸡抓取、断喙及疫苗喷射过程中人力投入过大和精准度过低的问题，提高雏鸡存货度；

5、该自动控制方法中对于雏鸡的断喙位置的判断具有很高的精确度，依序从断喙水平位置和断喙竖直位置确定断喙位置，具有详实的科学依据和精准的理论计算依据。

附图说明

图1为本发明实施例的用于断喙及疫苗注射的自动装置的连接框架图；

图2为本发明实施例的用于断喙及疫苗注射的自动装置的主视图；

图3为本发明实施例的传送机构的结构示意图；

图4为本发明实施例的机械臂的结构示意图；

图5为本发明实施例的机械爪的结构示意图；

图6为本发明实施例的机械爪的俯视剖视图。

其中，101：传送组件；102：闸门；103：压力传感器；104：第一电机；105：数据处理芯片；106：第二电机；107：机械臂组件；108：机械爪组件；109：防疫喷雾器；110：电热断喙器；111：摄像头；112：扩展接口；201：可旋转夹具；206：补光灯；301：支撑腿；302：传送带；303：护栏；304：传送滚轴；401：转盘；402：支撑架；403：转轴；404：基座；501：头部固定夹具；502：导管；503：喷雾口；504：气缸；505：烫头；506：疫苗；507：容器；508：导轨；509：机械指；510：底盘，511：壳体；601：加热棒；602：隔热外壳；603：固定支架；604：固定架转轴；605：夹爪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种用于断喙及疫苗506注射的自动装置，并基于该自动装置体重了一种用于断喙及疫苗506注射的自动控制方法。该自动装置和自动控制方法能够实现雏鸡断喙与疫苗506喷雾一次性进行，同时利用控制组件实现对断喙位置的自动计算和精确定位，并能实现传送、抓取、断喙与疫苗506喷雾过程的完全自动化控制，降低了雏鸡生长过程中啄伤与疫情发生的风险，增加存活率，其具有效率高、破损率低、准确性高、节省人力、减少成本、增加收入的优势。

如图1和图2所示，本实施例所述的自动装置包括传送组件101、机械爪组件108、机械臂组件107和控制组件。其中，在传送组件101上设有抓取区，利用传送组件101实现雏鸡的自动传送，以将雏鸡依序送入抓取区内，以供机械爪组件108逐一完成抓取操作；机械爪组件108在抓取区的上方移动，用于抓取被拦截在抓取区内的雏鸡，并对抓取到的雏鸡分别进行头部方向的调整、头部轮廓图像的提取、断喙和防疫操作，以实现这些操作的工序一体化，其中头部方向的调整的目的是为了确定雏鸡头部的断喙位置，并通过旋转雏鸡的头部使得电热断喙器110能够对准该断喙位置，从而实现精准断喙，减少雏鸡的痛苦和折损率；机械臂组件107安装在传送组件101的一侧，用于带动机械爪组件108的移动，机械臂组件107的伸出端活动连接机械爪组件108，从而利用机械臂组件107的水平旋转和竖向摇摆或旋转，来带动机械爪组件108在抓取区内部及上方空间范围内的全范围移动；控制组件分别与传送组件101、机械爪组件108和机械臂组件107连接，用于判断抓取区内的雏鸡位置，根据抓取到的雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像判断断喙位置，并分别向传送组件101、机械爪组件108和机械臂组件107发送控制信号。

具体的，如图3所示，本实施例的传送组件101包括传送带302、传送滚轴304和第一电机104，传送带302整体被顺次划分为输入区、抓取区和输出区，抓取区倾斜的连接在输入区和输出区之间，并将抓取区和输出区之间设置闸门102作为分隔，从而利用闸门102将待断喙的雏鸡阻挡在抓取区的倾斜狭小空间内，保证雏鸡在抓取区内滞留，优选的输入区和输出区分别为两段水平段，且输入区高于输出区，这样传送带302带动雏鸡移动时，由输入区加速坠入倾斜的抓取区内，并被拦截在闸门102的内侧；为了配合机械爪组件108能够精准定位雏鸡的位置，优选在抓取区内设置有压力传感器103，压力传感器103优选为T102微型压力传感器103，设置于闸门102的内部，并可以通过扩展接口112与控制组件的数据处理芯片105相连接，能够根据雏鸡的压力感应将雏鸡的位置信号精确的传送给数据处理芯片105。

在传送带302上的各个拐点处分别设有同向滚动的传送滚轴304，至少一个传送滚轴304与第一电机104连接，传送滚轴304用于驱动传送带302运动，以将雏鸡送入抓取区内。具体的，传送滚轴304设置在传送带302的输入区起始位置、输入区和抓取区的连接处(拐点)、抓取区与输出区的连接处(拐点)、以及输出区的结束位置，在传送滚轴304的上方下方都与传送带302相接触，并带动传送带302运动，从而确保传送带302的持续性传动。

为了可靠的驱动传送带302的传动，优选传送组件101还包括第一电机104，第一电机104安装在传送带302的底部不妨碍传送带302传动的位置，第一电机104优选与至少一个传送滚轴304连接，以使得该传送滚轴304作为主动轴驱动传送带302传动，从而带动其余传送滚轴304随之滚动；此外，第一电机104也可以同时与多个传送滚轴304连接，只要保证所有的传送滚轴304同向同步转动即可；在传送带302的下方还固定有支撑脚，支撑脚起到支撑传送带302的作用，优选支撑脚固定在传送滚轴304的端部，以避免影响传送滚轴304的滚动和传送带302的传动。

本实施例的传送带302位于传送组件101的外表面，传送带302优选采用PVC\PVG和织物复合材料，该材料摩擦系数大，可有效防止雏鸡在所述传送带302上移动、滑倒，宽度为10cm，其宽度正好放置一只雏鸡，利用传送带302的宽度限制为雏鸡的传送进行排序，其中，抓取区的长度为10cm，坡度为30°；优选共设置四个传送滚轴304，第一个传送滚轴304位于水平的输入区的起始位置，其左侧半圆周被传送带302包裹，第二个传送滚轴304位于输入区与倾斜的抓取区之间的连接处，其上下两端与传送带302接触，第三个传送滚轴304位于抓取区与水平的输出区之间的连接处，其上下两端与传送带302接触，第四个传送滚轴304位于输出区的结束位置，其右侧半圆周被传送带302包裹，优选传送滚轴304为带动力滚轴，由第一电机104带动其运转，其主要材料为无缝钢管，长12cm，底面直径为6cm；为了防止雏鸡从传送带302上跌落，优选在传送带302的两侧分别安装有护栏303，护栏303可选塑料材质，高5cm，厚度为3mm；闸门102位于倾斜的抓取区与水平的输出区之间的连接处，闸门102可选塑料材质，高5cm，宽9.8mm，厚度为2mm，压力传感器103为T102微型压力传感器103；在整个传送带302的下方分别设置六个或八个支撑脚，以起到支撑传送带302的作用，支撑腿301可根据实际情况选择其长短、材质。

如图4所示，优选机械臂组件107设置在传送组件101输出区的一侧，也可以设置在输入区的一侧；机械臂组件107包括基座404和支撑架402，优选机械臂组件107整体的主要材质为铝合金，其主要起牵引和驱动机械爪移动的作用；基座404固定在传送组件101的一侧，起固定机械臂组件107整体的作用，优选在基座404内部安装有第二电机106，第二电机106用于驱动机械臂组件107运动；支撑架402的一端通过转盘401安装在基座404上，转盘401用于带动支撑架402水平旋转，旋转范围为0～360°；支撑架402的另一端设有机械臂组件107的伸出端，支撑架402通过伸出端与机械爪组件108活动连接；为了使机械臂组件107能够带动机械爪组件108多角度全范围移动，除了利用转盘401实现水平转动外，在支撑架402上还安装有多个转轴403，每个转轴403分别用于驱动支撑架402竖向旋转，利用多个转轴403将支撑架402分为多段连杆机构，本实施例中，在支撑架402被分割为三段，相邻两段之间通过转轴403可转动的连接，每个转轴403均水平安装，以带动相邻两段支撑架402之间相对竖直转动，支撑架402与伸出端之间也通过转轴403转动连接，从而利用支撑架402的多段垂向旋转，实现机械爪组件108的竖直运动。

本实施例中，优选通过三个转轴403将支撑架402分割为每50cm一段的仿手臂连杆结构，支撑架402的分割长度也可以根据实际情况进行调整。当控制组件获取到抓取区上的雏鸡的位置信号时，控制组件驱动第二电机106，优选第二电机106分别与转盘401和各个转轴403连接，从而根据雏鸡的位置信号，计算转盘401和转轴403的旋转度，从而带动机械爪组件108准确抓取雏鸡。基座404、转轴403、支撑架402和转盘401都优选选用不锈钢材料。其中基座404的质量至少为50kg，半径为50cm,高度为10cm；转盘401的半径为51cm；转轴403的半径为20cm，长为80cm；支撑架402长度在40cm至60cm之间。

如图5所示，本实施例的机械爪组件108位于抓取区的上方，与机械臂组件107连接。该机械爪组件108包括壳体511和可旋转夹具201，壳体511优选为金属材质，在壳体511的顶部与机械臂组件107的伸出端活动连接，壳体511的内部设有操作区，操作区内分别安装有头部固定夹具501、电热断喙器110和防疫喷雾器109，为了保证操作区内的图像拍摄更加清晰，在壳体511内还安装有LED补光灯206；可旋转夹具201活动安装在壳体511的底部，用于抓取并固定雏鸡。

优选的，可旋转夹具201包括底盘510、导轨508和机械指509，底盘510安装在壳体511底部，底盘510的径向上分别固定有至少三组导轨508，每组导轨508内分别垂向安装有机械指509，每个机械指509分别能沿导轨508移动、并相对于导轨508作垂向伸缩运动。

具体的，机械爪组件108的上部优选为一个内部镂空的金属壳体511，该壳体511优选由耐热镁铝合金制成，其形状为圆柱体，在壳体511内部的中心设置有操作区，LED补光灯206被固定在壳体511的内壁上，用于提供所述机械爪内部的光线。

机械爪下部优选为用于抓取雏鸡的可旋转夹具201，可旋转夹具201包括转盘401、以及连接在转盘401下部的三个橡胶材料制成的机械指509。可旋转夹具201的转盘401优选为中空的圆环形，环上每隔120°设置有一个导轨508，导轨508由转盘401中心沿径向向外延伸，三个机械指509分别沿垂向安装在相应的导轨508内，这三根机械指509相互平行，可以在导轨508上进行匀速水平运动或垂直伸缩运动。

在操作区的中部两侧分别设置有头部固定夹具501，头部固定夹具501用于夹紧雏鸡的头部、并能带动雏鸡的头部旋转，以调整雏鸡的头部的方向；优选在操作区内对称设有两组头部固定夹具501，分别固定在壳体511内壁上，从左右两侧相对的将雏鸡的头部固定在操作区的轴线上，以防止断喙过程中雏鸡头部移动导致的断喙精确度低。

如图6所示，优选头部固定夹具501包括至少两组固定支架603，每组固定支架603的一端固定在壳体511上，另一端连接有夹爪605，每组的夹爪605分别朝向壳体511的轴线；每组固定支架603上均安装有用于转向的固定架转轴604。具体的，固定支架603包括含有单转轴403的两节支撑杆，在固定支架603的伸出端连接有一个带有硅胶套的弧形夹爪605。支撑杆优选为两节，其中一节起支撑作用固定在壳体511的内壁上、并与另一节支撑杆之间通过转轴403可转动的连接，另一节支撑杆的伸出端与带有硅胶套的弧形夹紧件可转动的相连，以使固定之间能沿转轴403进行伸缩。当头部固定夹具501将雏鸡的头部固定时，两个夹爪605之间的距离为1cm～2cm，优选为1.5cm，与正常大小的雏鸡头部宽度相仿，以实现雏鸡头部的可靠固定。

本实施例的机械爪组件108中，电热断喙器110位于头部固定夹具501的一侧，优选电热断喙器110为圆柱体，主体由耐热镁铝合金制成；其中，电热断喙器110包括烫头505、加热棒601和气缸504，烫头505设在操作区内，并位于头部固定夹具501的一侧；气缸504通过加热棒601与烫头505连接，加热棒601的外部包裹有隔热外壳602。

具体的，气缸504设置在该电热断喙器110的末端，气缸504与第二电机106连接，并通过第二电机106在数据控制芯片的控制下工作与停止。加热棒601的材质优选为陶瓷；加热棒601与气缸504相连接，气缸504在工作时为加热棒601提供热能；在加热棒601的外侧设置隔热外壳602，隔热外壳602的材料优选为导热率极低的白云母，以防止热量过度扩散到其他零件上；烫头505设置在电热断喙器110的前端，且设置为可伸缩的圆柱体，该烫头505可通过伸长或缩短来实现雏鸡的喙尖的烫取。

本实施例的机械爪组件108中，防疫喷雾器109安装在电热断喙器110的一侧，防疫喷雾器109包括喷雾口503、导管502和内部装有疫苗506的容器507，容器507固定在壳体511外，导管502的一端与容器507连通，另一端连接喷雾口503，喷雾口503位于电热断喙器110的一侧。优选的，容器507设在机械爪组件108的顶部，即壳体511的顶部，容器507为球体，其内部储存有液态疫苗506，该容器507通过导管502与喷雾口503相连，喷雾口503优选为ET-W10短嘴疫苗506喷雾口503，平行设置在头部固定夹具501的一侧，且与电热断喙器110的烫头505位于同一侧，该喷雾口503优选设置在烫头505的左侧，导管502优选为橡胶材质。

本实施例中，壳体511通过容器507与机械臂组件107的伸出端连接，且容器507与伸出端之间连接有转轴403；为了保证结构可靠性强，也可能将壳体511直接通过转轴403与机械臂组件107的伸出端连接。

本实施例中，机械爪组件108的机械指509由橡胶材料制成，长为5cm，宽为0.5cm；可旋转夹具201的圆环底盘510选用镁铝合金材料，其外直径为10cm、内直径为7cm，其可旋转角度为306°；导轨508长为1.5cm，宽为0.6cm，机械指509可以在导轨508上进行水平运动与垂直运动，该水平运动的范围为机械爪的长度，该垂直运动的范围优选为3cm；机械爪中部的金属外壳采用镁铝合金材料，厚度为2mm，其底面直径为5cm,高度为15cm；安装在机械爪组件108的壳体511内部的补光灯206为LED灯，其功率为至少0.06W。

优选地，电热断喙器110的烫头505具有可伸缩性，其长度在2cm至5cm之间，其与雏鸡喙部烫面的直径为0.5cm；优选电热断喙器110设置在距离机械爪组件108的壳体511底面高4cm处，电热断喙器110的气缸504位于壳体511的外侧，烫头505位于壳体511的内侧，头部固定夹具501的两组固定支架603分别位于壳体511内侧与电热断喙器110同一水平面并向左和向右旋转90°的位置，也可以设置三组或三组以上固定支架603，只要围绕壳体511的轴心中心对称且均匀分布即可；防疫喷雾器109的喷雾口503设在电热断喙器110的烫头505右侧；容器507为球体，球体直径为15cm，为不锈钢材质，容器507内设有小型液压器，以将疫苗506压入导管502中。

为了便于图像采集，在壳体511内共设有两组摄像头111，其中一组摄像头111垂直悬挂在容器507的底部，用于获取雏鸡头部的俯视图像，另一组摄像头111位于电热断喙器110的正下方1cm处，用以获取雏鸡头部的水平图像。

如图1所示，本实施例的控制组件包括数据处理芯片105、压力传感器103和摄像头111。其中，数据处理芯片105分别与机械爪组件108、机械臂组件107和传送组件101连接，用于分别获取并分析雏鸡的位置信号、头部轮廓图像和喙部轮廓图像，以根据分析结果分别向机械爪组件108、机械臂组件107和传送组件101发送操作指令。压力传感器103安装在抓取区内，优选安装在闸门102朝向抓取区的一侧，用于在雏鸡触发压力传感器103时，向数据处理芯片105发送位置信号；至少两组摄像头111分别安装在机械爪内部的上下两端，用于分别获取雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并向数据处理芯片105发送图像。

优选的，控制组件还包括主控电路板和扩展接口112，其中，数据处理芯片105及相应的扩展接口112分别安装在主控电路板上，各组摄像头111分别通过扩展接口112与数据处理芯片105相连接，传送组件101通过第一电机104与数据处理芯片105连接，机械臂组件107、机械爪组件108、以及安装在机械爪组件108内部的电热断喙器110和防疫喷雾器109分别通过第二电机106与数据处理芯片105连接，以使得数据处理芯片105实现向机械爪组件108、机械臂组件107和传送组件101发送操作指令；压力传感器103连接在扩展接口112上，从而将位置信号通过扩展接口112传输给数据处理芯片105。

本实施例中，优选数据处理芯片105为CC2530F256芯片，数据处理芯片105包括8051微控制器内核、FLASH闪存、RAM存储器和两个I/O接口；第一电机104与第二电机106分别通过I/O接口与数据处理芯片105相连，数据处理芯片105通过第一电机104将控制传送组件101传送雏鸡，通过第二电机106控制机械臂组件107和机械爪组件108移动并实现雏鸡的抓取，并通过第二电机106控制机械爪组件108完成雏鸡断喙与防疫喷雾；各组摄像头111和压力传感器103分别通过扩展接口112与数据处理芯片105相连，以便向数据处理芯片105传送信号和数据。

进一步的，可以设置两个扩展接口112，其中一个为摄像头111标准接口，另一个为压力传感器103接口UTI03。摄像头111优选为CMOS摄像头111，在摄像头111内设有图像编码器和图像拆分器；优选共设置两组摄像头111，其中一组摄像头111垂直悬挂在机械爪组件108的壳体511顶部，即壳体511上部的容器507底部，用以获取被头部固定夹具501固定头部的、并被夹爪605夹紧颈后的雏鸡的俯视图像，另一组摄像头111位于电热断喙器110的正下方，用以获取雏鸡的水平图像。两组摄像头111获取图像后分别通过扩展接口112将图片传输到数据处理芯片105上，由数据处理芯片105计算并构建头部轮廓图像和喙部轮廓图像。

本实施例中，数据处理芯片105还包含设置于其中的雏鸡抓取模块与图像处理模块，具体操作步骤包含有，当雏鸡触碰到闸门102时，闸门102内的压力传感器103将受到压力的信号作为位置信号通过UTI03接口传送至数据处理芯片105，数据处理芯片105接受到位置信号后通过I/O接口控制第一电机104停止传送带302装置的转动；此后，数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106，启动机械臂组件107，由机械臂组件107带动机械爪组件108下探，则机械爪组件108通过其上设置的可旋转夹具201将雏鸡夹取。

当雏鸡被夹取在机械爪组件108上后，数据处理芯片105读取通过摄像头111标准接口传入的被机械爪组件108夹取的雏鸡的头部俯视图像，数据处理芯片105对该图像进行滤波处理后、提取并建立雏鸡的头部轮廓图像，根据头部轮廓图像分别求取雏鸡头部包含喙部的外接椭圆重心、以及除去喙部区域的的雏鸡头部轮廓的椭圆重心，并分别获取两者坐标，两者坐标连接方向即为喙部朝向，两点距离即为雏鸡所需的断喙长度，该长度小于雏鸡喙部的长度，保证了雏鸡不受电热断喙烫头505的伤害，也为断喙后的雏鸡留取了可以啄取食物的喙部长度。在数据处理芯片105获取了喙部朝向与断喙长度的图像处理结果后，确定断喙水平位置，据此，数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106将可旋转夹具201旋转，使雏鸡旋转至雏鸡喙部朝向对准电热断喙烫头505的方向。

此后，数据处理芯片105继续读取通过摄像头111标准接口传入对准电热断喙烫头505的雏鸡面部水平图像，数据处理芯片105对图像进行滤波处理并对雏鸡的喙部轮廓图像进行提取，以求取雏鸡喙部轮廓的重心，获取其坐标，并计算其与电热断喙探头坐标的垂直高度差，从而确定断喙竖直位置，随后将可旋转夹具201抬升或下降此垂直高度差，直至喙部轮廓的重心与电热断喙探头位于同一水平高度，即位于断喙竖直位置。

当雏鸡喙部完全对准电热烫头505后，数据处理芯片105I/O接口控制第二电机106将电热断喙器110中的头部固定夹具501的夹爪605伸长，以将雏鸡头部固定，并将电热断喙器110中的烫头505伸长。设定烫头505与雏鸡头部包含喙部的外接接椭圆重心的距离为D，雏鸡头部图像包含喙部的外接接椭圆重心与除去喙部区域的的雏鸡头部轮廓的椭圆的重心之间的距离为d，则烫头505的伸长距离L＝D-d。继而数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106打开防疫喷雾器109对雏鸡的头部进行疫苗506喷雾，在喷雾结束后，松开头部固定夹具501即可。

在完成对该雏鸡的断喙和防疫喷雾后，数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106将机械爪组件108抬升至高于闸门102的高度后，逆时针旋转转盘401，并松开可旋转夹具201，从而将雏鸡放置在输出区的传送带302上，利用传送带302将雏鸡送离此区域即可。

本实施例所述的用于断喙及疫苗506注射的自动控制方法是基于如上所述的用于断喙及疫苗506注射的自动装置提出的。该方法能有效推进雏鸡断喙和疫苗506喷雾的全自动化控制，并且实现雏鸡断喙和疫苗506喷雾的一体化操作，解决了雏鸡抓取、断喙及疫苗506喷射过程中人力投入过大和精准度过低的问题，提高雏鸡存货度；且该自动控制方法中对于雏鸡的断喙位置的判断具有很高的精确度，依序从断喙水平位置和断喙竖直位置确定断喙位置，具有详实的科学依据和精准的理论计算依据。

具体的，该方法包括以下步骤：

S1、控制组件启动传送组件101，以将雏鸡由一侧送入抓取区内，在雏鸡触发压力传感器103时，控制组件接收雏鸡在抓取区内的位置信号，并控制传送组件101暂停；

S2、控制组件根据位置信号、分别驱动机械爪组件108和机械臂组件107移动，以使机械爪组件108下探至抓取区内抓取雏鸡；

S3、控制组件通过摄像头111分别获取雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并根据头部轮廓图像和喙部轮廓图像分别确定断喙水平位置和断喙竖直位置，以确定断喙位置；

S4、控制组件驱动机械爪组件108的头部固定夹具501运动，以调整雏鸡的头部移动，以使机械爪组件108内的电热断喙器110对准断喙位置；

S5、控制组件驱动电热断喙器110对雏鸡进行断喙操作；

S6、控制组件驱动机械爪组件108的防疫喷雾器109对雏鸡进行防疫喷雾操作；

S7、控制组件驱动机械爪将断喙后的雏鸡放置在抓取区外的另一侧，以使雏鸡在传送组件101的带动下离开。

以下以一个具体实施例对上述的自动装置及自动控制方法进行进一步详细说明。

本实施例的自动装置及自动控制方法的具体工作过程如下：

(1)装置安装

按照图1～图6所示的装置结构，将该自动装置安装完成并初始化设置。

(2)启动摄像头111、电机等装置

将各个组件分别通电。

(3)传送雏鸡

把雏鸡放置在传送组件101的输入区的传送带302上，传送带302将雏鸡传送入抓取区并触碰闸门102内的压力传感器103，此时雏鸡被闸门102阻挡在抓取区内一狭小区域中。

(4)抓取雏鸡

当雏鸡触碰到闸门102内的压力传感器103后，闸门102内的压力传感器103将收到压力的信号作为雏鸡位置信号、通过扩展接口112的UTI03接口发送到数据处理芯片105中；数据处理芯片105通过I/O接口控制第一电机104将传送带302停止转动，并通过I/O接口控制第二电机106驱动机械臂组件107运动，以带动机械爪组件108自抓取区上方下探，然后通过机械爪组件108的可旋转夹具201将雏鸡夹取。

由于雏鸡定位精准，在机械爪组件108整体下探到闸门102附近后，可旋转夹具201上的三个机械指509自动将雏鸡包围，机械指509沿滑轨水平移动，以向雏鸡身体聚拢并将雏鸡完全夹起；此时雏鸡头部将完全超过可旋转夹具201的底盘510、并进入机械爪组件108的壳体511内部的操作区内。

(5)采集图像与处理

当雏鸡被可旋转夹具201夹取后，悬挂在容器507下方的摄像头111获取在夹具上的雏鸡俯视图像，并通过JPEG图像转换，压缩图像感知，然后通过扩展接口112将图像数据传输至数据处理芯片105。

数据处理芯片105读取通过摄像头111标准接口传入的被抓取的雏鸡头部俯视图像，并对该图像进行滤波处理，以对雏鸡头部轮廓图像进行提取，以确定喙部朝向和断喙长度，从而确定断喙水平位置；在数据处理芯片105获取了断喙水平位置后，通过I/O接口控制第二电机106将可旋转夹具201旋转，使雏鸡旋转至雏鸡喙部朝向对准断喙电热烫头505的方向，以使雏鸡的位置与断喙水平位置相匹配。

当雏鸡旋转至雏鸡喙部朝向对准电热断喙烫头505的方向后，位于电热断喙器110下方的摄像头111将获取雏鸡面部水平图像，并通过JPEG图像转换，压缩图像感知，通过扩展接口112传输至数据处理芯片105。

数据处理芯片105读取传入的雏鸡面部水平图像，并对图像进行滤波处理，以对雏鸡喙部轮廓图像进行提取，求取雏鸡喙部轮廓的重心，获取其坐标，并计算其与电热断喙探头坐标的垂直高度差，从而确定断喙竖直位置，然后把机械指509沿导轨508抬升或下降此垂直高度差，直至雏鸡喙部轮廓的重心与电热断喙探头位于同一高度水平上。

在图像获取过程中，补光灯206将提供足够的光线来提高图像采集的精确度。

(6)电热断喙与疫苗506喷雾

当雏鸡的喙部完全对准电热断喙烫头505后，数据处理芯片105将通过I/O接口向第二电机106发送启动头部固定夹具501的指令。第二电机106将控制头部固定夹具501的转轴403运动，将固定支架603伸直，使两个带有硅胶套的弧形夹爪605之间的距离为1.5cm，以使雏鸡头部被固定。

数据处理芯片105在头部固定夹具501将雏鸡头部夹紧后，通过I/O接口向第二电机106发送启动电热断喙器110的指令，并将电热断喙器110中的烫头505伸长。设定烫头505与雏鸡头部包含喙部的外接接椭圆重心的距离为D，雏鸡头部图像包含喙部的外接接椭圆重心与除去喙部区域的的雏鸡头部轮廓的椭圆的重心之间的距离为d，则烫头505的伸长距离L＝D-d，以完成雏鸡断喙。

当雏鸡断喙完成后，将电热断喙烫头505缩短，数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106打开防疫喷雾器109对雏鸡的头部进行疫苗506喷雾，在喷雾结束后，松开头部固定夹具501。

(7)放回传送带302

数据处理芯片105通过I/O接口控制第二电机106将机械爪抬升高于闸门102的高度后，控制转盘401进行旋转，旋转至机械爪组件108位于输出区的传送带302上方后停止，并松开可旋转夹具201以将雏鸡放置在输出区的传送带302上。最后，通过输出区的传送带302将雏鸡送离此区域即可。

需要说明的是，上述的方法仅列出了对一只雏鸡进行传送、断喙和防疫喷雾的完整流程，本装置及方法可以应用在流水线工序中，即可以对多只雏鸡顺序完成上述工序，能够大大提高工作效率，降低生产成本。

综上所述，本实施例的自动装置和自动控制方法利用传送组件101实现雏鸡的自动传送，利用机械臂组件107和机械爪组件108完成对雏鸡的精确抓取，利用机械爪组件108分别完成头部调整、断喙和防疫操作，实现了雏鸡断喙与疫苗506喷雾一次性进行，同时利用控制组件实现对断喙位置的自动计算和精确定位，并能实现传送、抓取、断喙与疫苗506喷雾过程的完全自动化控制，降低了雏鸡生长过程中啄伤与疫情发生的风险，增加存活率，其具有效率高、破损率低、准确性高、节省人力、减少成本、增加收入的优势。

该自动装置的机械爪组件108将抓取、断喙与疫苗506喷雾操作集为一体，使得单一雏鸡在被抓取后，可直接在该机械爪组件108内顺次完成头部调整、断喙和疫苗506喷雾操作，提高工作效率，降低操作难度，并且配合雏鸡的轮廓图像提取，有效提高操作精度；控制组件中，利用摄像头111依次获取雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，从而精确计算断喙位置，以使得电热断喙器110与雏鸡的断喙位置之间精确匹配，提高断喙精度，既能保证雏鸡的断喙位置精确，又能保护雏鸡不受烫头505的伤害，同时也为雏鸡留取了可以啄取食物的喙尖长度；

该自动控制方法基于自动装置提出，有效推进了雏鸡断喙和疫苗506喷雾的全自动化控制，并且实现雏鸡断喙和疫苗506喷雾的一体化操作，解决了雏鸡抓取、断喙及疫苗506喷射过程中人力投入过大和精准度过低的问题，提高雏鸡存货度；该自动控制方法中对于雏鸡的断喙位置的判断具有很高的精确度，依序从断喙水平位置和断喙竖直位置确定断喙位置，具有详实的科学依据和精准的理论计算依据。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种用于断喙及疫苗注射的自动装置，其特征在于，包括：

传送组件，其上设有抓取区；

机械爪组件，在所述抓取区的上方移动，用于抓取所述抓取区内的雏鸡，并对抓取到的所述雏鸡分别进行头部方向的调整、头部轮廓图像的提取、断喙和防疫操作；

机械臂组件，安装在传送组件的一侧，所述机械臂组件的伸出端活动连接所述机械爪组件，以带动所述机械爪组件移动；

控制组件，分别与传送组件、机械爪组件和机械臂组件连接，用于判断所述抓取区内的雏鸡位置，根据抓取到的所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像判断断喙位置，并分别向所述传送组件、机械爪组件和机械臂组件发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的自动装置，其特征在于，所述机械爪组件包括：

壳体，顶部与所述机械臂组件的伸出端活动连接，所述壳体的内部设有操作区，所述操作区内分别安装有头部固定夹具、电热断喙器和防疫喷雾器；其中，

所述头部固定夹具，用于夹紧所述雏鸡的头部、并能带动所述雏鸡的头部旋转，以调整所述雏鸡的头部的方向；

所述电热断喙器，位于所述头部固定夹具的一侧；

所述防疫喷雾器，安装在所述电热断喙器的一侧；

可旋转夹具，活动安装在所述壳体的底部，用于抓取并固定所述雏鸡。

3.根据权利要求2所述的自动装置，其特征在于，所述头部固定夹具包括至少两组固定支架，每组所述固定支架的一端固定在所述壳体上，另一端连接有夹爪，每组的所述夹爪分别朝向所述壳体的轴线；每组所述固定支架上均安装有用于转向的固定架转轴。

4.根据权利要求2所述的自动装置，其特征在于，所述电热断喙器包括烫头、加热棒和气缸，所述烫头设在操作区内，并位于所述头部固定夹具的一侧；所述气缸通过加热棒与烫头连接，所述加热棒的外部包裹有隔热外壳。

5.根据权利要求2所述的自动装置，其特征在于，所述防疫喷雾器包括喷雾口、导管和内部装有疫苗的容器，所述容器固定在壳体外，所述导管的一端与容器连通，另一端连接所述喷雾口，所述喷雾口位于所述电热断喙器的一侧。

6.根据权利要求2所述的自动装置，其特征在于，所述可旋转夹具包括底盘、导轨和机械指，所述底盘安装在壳体底部，所述底盘的径向上分别固定有至少三组所述导轨，每组所述导轨内分别垂向安装有机械指，每个所述机械指分别能沿导轨移动、并相对于所述导轨作垂向伸缩运动。

7.根据权利要求1所述的自动装置，其特征在于，所述机械臂组件包括基座和支撑架，所述基座固定在传送组件的一侧，所述支撑架的一端通过转盘安装在基座上，所述转盘用于带动所述支撑架水平旋转，所述支撑架的另一端设有所述机械臂组件的伸出端；所述支撑架上安装有多个转轴，每个所述转轴分别用于驱动所述支撑架竖向旋转。

8.根据权利要求1所述的自动装置，其特征在于，所述传送组件包括传送带、传送滚轴和第一电机，所述传送带被顺次划分为输入区、所述抓取区和输出区，所述抓取区倾斜的连接在所述输入区和输出区之间，所述抓取区和输出区之间通过闸门分隔，所述闸门用于将待断喙的雏鸡阻挡在所述抓取区内；在所述传送带上的各个拐点处分别设有同向滚动的传送滚轴，至少一个所述传送滚轴与所述第一电机连接，所述传送滚轴用于驱动传送带运动，以将所述雏鸡送入所述抓取区内。

9.根据权利要求1-8任一项所述的自动装置，其特征在于，所述控制组件包括：

数据处理芯片，分别与机械爪组件、机械臂组件和传送组件连接，用于分别获取并分析所述雏鸡的位置信号、头部轮廓图像和喙部轮廓图像，以根据分析结果分别向所述机械爪组件、机械臂组件和传送组件发送操作指令；

压力传感器，安装在所述抓取区内，用于在所述雏鸡触发压力传感器时，向所述数据处理芯片发送位置信号；

至少两组摄像头，分别安装在所述机械爪内部的上下两端，用于分别获取所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并向所述数据处理芯片发送所述图像。

10.一种用于断喙及疫苗注射的自动控制方法，其特征在于，是基于如权利要求1-9任一项所述的用于断喙及疫苗注射的自动装置提出的；

该方法包括以下步骤：

S1、控制组件启动传送组件，以将雏鸡由一侧送入抓取区内，在所述雏鸡触发压力传感器时，所述控制组件接收所述雏鸡在抓取区内的位置信号，并控制所述传送组件暂停；

S2、所述控制组件根据所述位置信号、分别驱动所述机械爪组件和机械臂组件移动，以使所述机械爪组件下探至抓取区内抓取雏鸡；

S3、所述控制组件通过摄像头分别获取所述雏鸡的头部轮廓图像和喙部轮廓图像，并根据所述头部轮廓图像和喙部轮廓图像分别确定断喙水平位置和断喙竖直位置，以确定断喙位置；

S4、所述控制组件驱动所述机械爪组件的头部固定夹具运动，以调整所述雏鸡的头部移动，以使所述机械爪组件内的电热断喙器对准所述断喙位置；

S5、所述控制组件驱动电热断喙器对所述雏鸡进行断喙操作；

S6、所述控制组件驱动机械爪组件的防疫喷雾器对所述雏鸡进行防疫喷雾操作；

S7、所述控制组件驱动所述机械爪将断喙后的所述雏鸡放置在所述抓取区外的另一侧，以使所述雏鸡在传送组件的带动下离开。