CN110882083A - 一种可用于猪只疫苗自动注射设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：包括AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块、猪只捕捉固定模块、控制系统及基座；全自动注射动物疫苗的机器人分六个主要部分；机器人自行或者被移动到需要打针的产床或者保育栏，核对圈号无误后，打开圈门和捕获固定猪只模块对接形成循环通道。当猪圈被打开的时候，猪只们排队通过一条狭窄的通道，这个通道的宽度只可以通过一个猪只。本发明在此提供一种可用于猪只疫苗自动注射设备，旨在能够实现猪只疫苗的自动注射，从而保证猪只注射时的安全卫生和可靠。由于人工智能、机械、材料等学科日新月异地进步，利用人工智能等新技术实现自动注射变为可行。

Description

一种可用于猪只疫苗自动注射设备

技术领域

本发明涉及猪只疫苗注射相关领域，具体来讲是一种可用于猪只疫苗自动注射设备。

背景技术

在生猪养殖环节，由于疾病肆掠，初生乳猪直到断奶到保育阶段，要注射数种数拾针疫苗，以求获得免疫力，提高存活率。有的规模猪场还需要打补血针等其它保健药。由于规模猪场母猪群数量庞大，按照生产规程，每天有上千只猪只出生，有上千只猪只需要注射。考虑到疫苗抗体占位干扰的问题，实际打针数量更加庞大。技术人员需要提前对需要注射的猪群进行编号，配置针剂，器械消毒，最后才是追逐抓捕猪只，消毒注射，记录等繁琐工作。整个环节工作量大，劳动强度大，往往导致注射不规范，漏打误打等失误，且几乎不可能做到一头一针的完美防疫，导致免疫效果下降，甚至出现额外感染等等恶果。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种可用于猪只疫苗自动注射设备，旨在能够实现猪只疫苗的自动注射，从而保证猪只注射时的安全卫生和可靠。由于人工智能、机械、材料等学科日新月异地进步，利用人工智能等新技术实现自动注射变为可行。

本发明是这样实现的，构造一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：包括AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块、猪只捕捉固定模块、控制系统及基座；全自动注射动物疫苗的机器人分六个主要部分；机器人自行或者被移动到需要打针的产床或者保育栏，核对圈号无误后，打开圈门和捕获固定猪只模块对接形成循环通道。当猪圈被打开的时候，猪只们排队通过一条狭窄的通道，这个通道的宽度只可以通过一个猪只；

其中，AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块依次动作，完成注射工作；基座除了固定上述各模块之外，主要是形成一个狭窄通道，使得猪只仔从通道中通过，在通过的时候，AI感知模块感知到猪只的位置和脖子的位置坐标，在经过打针区的时候猪只被夹住并固定住，然后脖子被喷上消毒药水 ，套筒击打脖子使得肌肉收缩后注射针扎入，注射泵注射指定药量的药水，然后收针并使得针头脱落，固定猪只的装置收回，猪只继续前行，然后新的针头到位准备注射新的猪只。

根据本发明所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的AI视觉感知模块为相距一定距离的双工业相机构成的机器眼，通过USB3.0连接工业电脑，运行实现对猪只图像捕捉及定位。而工控PC通过工业网线，与整个系统的控制器通讯；这个模块主要感知猪只在通道里面的位置，引导捕获固定猪只模块动作固定猪只；感知事先设定的注射部位如猪脖子的位置，引导注射模块的针头进行注射动作；最后引导固定模块释放已注射猪只，引导下一个活体进入。这个模块是通过双目摄像头连接工业计算机实现。人工智能软件，通过对猪只行走时的图像进行分析后，把猪只的位置坐标和注射部位实时通知整个自动化仪器的控制器。

根据本发明所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的机械臂动作模块包括安装板、支撑杆以及由三轴滚珠丝杆滑台构成的XYZ三方向机械手，通过步进电机驱动，将注射枪模块移动到指定位置，进行疫苗注射。步进电机由运动控制器控制运动及方向。机械臂是一个三轴XYZ方向的机械臂，它的功能是准确把注射模块整体移到相应注射部位，如猪脖子的位置。机械臂由三根滚珠丝杆构成，这三根丝杆构成三个XYZ的互相垂直的运动方向。丝杆由三相步进电机驱动，而控制步进电机方向和行程的，是一个四轴运动控制器。

根据本发明所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述注射枪模块具有注射器、套筒、双向电磁铁、单向电磁铁、注射针挡铁、注射针头弹夹、步进电机，注射器外接注射泵、注射容器，以及相应管路；这个注射枪每注射一次，换一个消毒针头，保证了注射的安全卫生；注射器位于套筒内，套筒与单向电磁铁连接，注射器同时与双向电磁铁连接，套筒内还设有注射针挡铁；

所述注射枪模块工作步骤如下：在机械臂定位移动锁定后，注射器末端喷出消毒液，首先对注射部位进行喷淋消毒；注射器被双向电磁铁驱动向前移动（双向电磁铁，有两个运动方向，向前和向后），插入到注射针头当中；供液泵微供液挤出注射针头内的空气；外部的注射套筒由单向电磁铁向前推动，击打到捕获通道内锁定猪只的猪脖子上，对注射部位卡位保护，防止意外滑位、跳针，也是防止猪只肌肉紧张，卡住针头；套筒内的注射针由于套筒向前移动，带动打开注射针挡铁，有了可动作区间，注射筒在双向电磁铁的驱动下推动注射针头扎入注射部位，注射深度由针头长度确定；然后供液泵快速启动，注入设定容量的注射液；注射完毕后，套筒在单向电磁铁断电后退回，针头和注射筒在双向电磁铁作用下向后运动；针头由于挡铁阻挡（套筒退回后挡铁也回来了），也从注射筒上脱出掉入下面的收集盘中；最后注射针头弹夹中的针头在重力作用下，落入弹盘的针头槽位，弹盘转过一格，下一次注射用新针头就位。

根据本发明所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的猪只捕捉固定模块包括用于夹住身体的夹板、电动推杆、步进电机A、限制鼻子的双闸门和步进电机B构成，夹板表面敷有柔性硅胶，通过固定支架设置在基座上猪只行走通道两边，实现猪只的捕捉和固定作用，然后可以进行疫苗注射；电动推杆、步进电机A和步进电机B设置在固定支架上，步进电机A带动夹板转动，步进电机B带动双闸门动作，电动推杆与限位推板连接；

由固定支架、夹板和双闸门形成限位装置；整个模块可以换位换方向操作，通道双方向适用，猪只左进右出或者右进左出，满足不同圈舍结构和左右不同注射部位的需求；猪只在狭窄通道行走到注射工位，两块夹板从两侧伸出轻微夹住猪只；限位推板下压限制猪头的活动范围。打针动作完成后，夹板和双闸门自动收回，释放猪只前进，然后引导新的猪只进入工位。

夹板动作由机器视觉和控制器控制，自适应方式。猪只进入通道后，逐步收紧，最后固定的时序是前后、左右。狭窄通道中有一个栅栏门在通道入口位置，是防止两只猪只一起首尾连接进入打针区域，在这个栅栏门的作用下，一次只能有一个猪只进入打针区。

根据本发明所述所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的控制系统由运动控制器SMC304硬件实现，通过获取猪只位置，控制相应动作机构，实现捕捉，固定，注射等功能能。控制模块主要控制机器人运动、工作参数输入、圈舍识别、注射工作动作及自动记录。它由运动控制器SMC304和自有知识产权软件构成，有HMI作为人机界面，用户在HMI上设置各种参数（比如每针注射量），并得到注射反馈和统计，以及报警功能(注射针头补充，消毒液补充，疫苗注射液补充报警)等。

本发明具有如下优点：本发明涉及到猪只自动疫苗注射设备，特别是涉及一种自动给猪只注射疫苗的机器人设备，主体包括AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块、猪只捕捉固定模块、控制系统及基座。其方框图如附图所示，这六部分将一起封装在整个设备中。所述AI视觉感知模块，主要由两个工业相机组成的机械眼连接到工业电脑，工业电脑运行猪只识别及定位注射坐标的软件；所述机械臂动作模块，主要由三轴滚珠丝杆滑台构成的XYZ三方向运动装置；所述注射枪模块，是由注射枪和注射泵构成的电控注射动作机构，以及消毒药水和疫苗药水容器和管路，可以实现一猪一个消毒注射针头；所述猪只捕捉固定模块，是当猪只走到适合注射的位置，这个模块将动作把猪只固定使得它接受注射；所述控制系统模块，主要由运动控制器构成，用于接受猪只位置并控制所有动作模块；所述基座，除了支撑上述五个模块外，还主要有一个猪只通过的通道，当猪只从通道一端走向另外一端时，在合适的位置它会被固定住，并在耳朵后面的脖子部位注射指定容量的疫苗药水。与现有技术相比，无论是现有人工注射或者半自动注射，本发明专利不仅实现了全自动注射疫苗，极大保证了疫苗注射的安全可靠以及有效，还极大降低了劳动强度。现有人工注射或者半自动注射都需要捕捉猪只，而本设备，自动猪只疫苗机器人，只需要让猪只从本设备的通道中走过就被自动注射。

附图说明

图1是本发明系统整体结构框图；

图2是本发明机械臂动作模块结构示意图；

图3是本发明注射枪模块示意图；

图4是本发明猪只捕获固定模块示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-图4对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种自动给猪只注射疫苗的机器人设备，主体包括AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块、猪只捕捉固定模块、控制系统及基座。其方框图如附图所示，这六部分将一起封装在整个设备中。所述AI视觉感知模块，主要由两个工业相机组成的机械眼连接到工业电脑，工业电脑运行猪只识别及定位注射坐标的软件；所述机械臂动作模块，主要由三轴滚珠丝杆滑台构成的XYZ三方向运动装置；所述注射枪模块，是由注射枪和注射泵构成的电控注射动作机构，以及消毒药水和疫苗药水容器和管路，可以实现一猪一个消毒注射针头；所述猪只捕捉固定模块，是当猪只走到适合注射的位置，这个模块将动作把猪只固定使得它接受注射；所述控制系统模块，主要由运动控制器构成，用于接受猪只位置并控制所有动作模块；所述基座，除了支撑上述五个模块外，还主要有一个猪只通过的通道，当猪只从通道一端走向另外一端时，在合适的位置它会被固定住，并在耳朵后面的脖子部位注射指定容量的疫苗药水。与现有技术相比，无论是现有人工注射或者半自动注射，本发明专利不仅实现了全自动注射疫苗，极大保证了疫苗注射的安全可靠以及有效，还极大降低了劳动强度。现有人工注射或者半自动注射都需要捕捉猪只，而本设备，自动猪只疫苗机器人，只需要让猪只从本设备的通道中走过就被自动注射。

实施时，机器人自行或者被移动到需要打针的产床或者保育栏，核对圈号无误后，打开圈门和捕获固定猪只模块对接形成循环通道。当猪圈被打开的时候，猪只们排队通过一条狭窄的通道，这个通道的宽度只可以通过一个猪只。AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块依次动作，完成注射工作。

其中，对于AI视觉感知模块100来讲，这个模块主要感知猪只在通道里面的位置，引导捕获固定猪只模块动作固定猪只；感知事先设定的注射部位如猪脖子的位置，引导注射模块的针头进行注射动作；最后引导固定模块释放已注射猪只，引导下一个活体进入。这个模块是通过双目摄像头连接工业计算机实现。人工智能软件，通过对猪只行走时的图像进行分析后，把猪只的位置坐标和注射部位实时通知整个自动化仪器的控制器。AI视觉感知部分的硬件，主要是两个600万像素60FPS的工业相机，通过USB3.0连接到工控PC上，而工控PC通过工业网线，与整个系统的控制器通讯。

另外，对于机械臂动作模块200来讲，机械臂是一个三轴XYZ方向的机械臂，它的功能是准确把注射模块整体移到相应注射部位，如猪脖子的位置。机械臂由三根滚珠丝杆构成，这三根丝杆构成三个XYZ的互相垂直的运动方向。丝杆由三相步进电机驱动，而控制步进电机方向和行程的，是一个四轴运动控制器；具体参见缩略图如图2。

其中，注射枪模块30如图3所示；所述注射枪模块（300）具有注射器（301），套筒（302），双向电磁铁（303）、单向电磁铁（304）、注射针挡铁（305）、注射针头弹夹（306）、步进电机（307），注射器（301）外接注射泵、注射容器，以及相应管路；这个注射枪每注射一次，换一个消毒针头，保证了注射的安全卫生；注射器（301）位于套筒（302）内，套筒（302）与单向电磁铁（304）连接，注射器（301）同时与双向电磁铁（303）连接，套筒（302）内还设有注射针挡铁（305）；

所述注射枪模块（300）工作步骤如下：在机械臂定位移动锁定后，注射器（301）末端喷出消毒液，首先对注射部位进行喷淋消毒；注射器（301）被双向电磁铁（303）驱动向前移动（双向电磁铁，有两个运动方向，向前和向后），插入到注射针头当中；供液泵微供液挤出注射针头内的空气；外部的注射套筒（302）由单向电磁铁（304）向前推动，击打到捕获通道内锁定猪只的猪脖子上，对注射部位卡位保护，防止意外滑位、跳针，也是防止猪只肌肉紧张，卡住针头；套筒（302）内的注射针由于套筒向前移动，带动打开注射针挡铁（305），有了可动作区间，注射筒在双向电磁铁（303）的驱动下推动注射针头扎入注射部位，注射深度由针头长度确定；然后供液泵快速启动，注入设定容量的注射液；注射完毕后，套筒（302）在单向电磁铁（304）断电后退回，针头和注射筒在双向电磁铁作用下向后运动；针头由于挡铁（305）阻挡（套筒退回后挡铁也回来了），也从注射筒上脱出掉入下面的收集盘中；最后注射针头弹夹中的针头在重力作用下，落入弹盘（308）的针头槽位，弹盘转过一格，下一次注射用新针头就位。

其中，对于猪只捕获固定模块400来讲，如图4所示；所述的猪只捕捉固定模块（400）包括用于夹住身体的夹板（401）、电动推杆（402）、步进电机A（403）、限制鼻子的双闸门（404）和步进电机B（405）构成，夹板（401）表面敷有柔性硅胶，通过固定支架（406）设置在基座上猪只行走通道两边，实现猪只的捕捉和固定作用，然后可以进行疫苗注射；电动推杆（402）、步进电机A（403）和步进电机B（405）设置在固定支架（406）上，步进电机A（403）带动夹板（401）转动，步进电机B（405）带动双闸门（404）动作，电动推杆（402）与限位推板（407）连接；

由固定支架（406）、夹板（401）和双闸门（404）形成限位装置；整个模块可以换位换方向操作，通道双方向适用，猪只左进右出或者右进左出，满足不同圈舍结构和左右不同注射部位的需求；猪只在狭窄通道行走到注射工位，两块夹板（401）从两侧伸出轻微夹住猪只；限位推板（407）下压限制猪头的活动范围。打针动作完成后，夹板（401）和双闸门（404）自动收回，释放猪只前进，然后引导新的猪只进入工位。

夹板动作由机器视觉和控制器控制，自适应方式。猪只进入通道后，逐步收紧，最后固定的时序是前后、左右。狭窄通道中有一个栅栏门在通道入口位置，是防止两只猪只一起首尾连接进入打针区域，在这个栅栏门的作用下，一次只能有一个猪只进入打针区。

控制模块：控制模块主要控制机器人运动、工作参数输入、圈舍识别、注射工作动作及自动记录。它由运动控制器SMC304和自有知识产权软件构成，有HMI作为人机界面，用户在HMI上设置各种参数（比如每针注射量），并得到注射反馈和统计，以及报警功能(注射针头补充，消毒液补充，疫苗注射液补充报警)等。

本发明中基座500除了固定上述各模块之外，主要是形成一个狭窄通道，使得猪只仔通道中通过，在通过的时候，AI感知模块感知到猪只的位置和脖子的位置坐标，在经过打针区的时候猪只被夹住并固定住，然后脖子被喷上消毒药水 ，套筒击打脖子使得肌肉收缩后注射针扎入，注射泵注射指定药量的药水，然后收针并使得针头脱落，固定猪只的装置收回，猪只继续前行，然后新的针头到位准备注射新的猪只。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：包括AI视觉感知模块（100）、机械臂动作模块（200）、注射枪模块（300）、猪只捕捉固定模块（400）、控制系统及基座（500）；全自动注射动物疫苗的机器人分六个主要部分；机器人自行或者被移动到需要打针的产床或者保育栏，核对圈号无误后，打开圈门和捕获固定猪只模块对接形成循环通道；当猪圈被打开的时候，猪只们排队通过一条狭窄的通道，这个通道的宽度只可以通过一个猪只；

其中，AI视觉感知模块、机械臂动作模块、注射枪模块依次动作，完成注射工作；基座除了固定上述各模块之外，主要是形成一个狭窄通道，使得猪只仔从通道中通过，在通过的时候，AI感知模块感知到猪只的位置和脖子的位置坐标，在经过打针区的时候猪只被夹住并固定住，然后脖子被喷上消毒药水；套筒击打脖子使得肌肉收缩后注射针扎入，注射泵注射指定药量的药水，然后收针并使得针头脱落，固定猪只的装置收回，猪只继续前行，然后新的针头到位准备注射新的猪只。

2.根据权利要求1所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的AI视觉感知模块（100）为相距一定距离的双工业相机构成的机器眼，通过USB3.0连接工业电脑，运行实现对猪只图像捕捉及定位；

而工控PC通过工业网线，与整个系统的控制器通讯；这个模块主要感知猪只在通道里面的位置，引导捕获固定猪只模块动作固定猪只；感知事先设定的注射部位如猪脖子的位置，引导注射模块的针头进行注射动作；最后引导固定模块释放已注射猪只，引导下一个活体进入；这个模块是通过双目摄像头连接工业计算机实现；人工智能软件，通过对猪只行走时的图像进行分析后，把猪只的位置坐标和注射部位实时通知整个自动化设备的控制器。

3.根据权利要求1所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的机械臂动作模块（200）包括安装板（201）、支撑杆（202）以及由三轴滚珠丝杆滑台构成的XYZ三方向机械手（203），机械手（203）设置在支撑杆（202）上，支撑杆（202）的底部与安装板（201）固定；机械手（203）上安装注射枪模块（300），通过步进电机驱动，将注射枪模块（300）移动到指定位置，进行疫苗注射；步进电机由运动控制器控制运动及方向；机械臂是一个三轴XYZ方向的机械臂，它的功能是准确把注射模块整体移到相应注射部位，如猪脖子的位置；机械臂由三根滚珠丝杆构成，这三根丝杆构成三个XYZ的互相垂直的运动方向；丝杆由三相步进电机驱动，而控制步进电机方向和行程的，是系统的运动控制器。

4.根据权利要求1所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述注射枪模块（300）具有注射器（301）、套筒（302）、双向电磁铁（303）、单向电磁铁（304）、注射针挡铁（305）、注射针头弹夹（306）、步进电机（307），注射器（301）外接注射泵、注射容器，以及相应管路；这个注射枪每注射一次，换一个消毒针头，保证了注射的安全卫生；注射器（301）位于套筒（302）内，套筒（302）与单向电磁铁（304）连接，注射器（301）同时与双向电磁铁（303）连接，套筒（302）内还设有注射针挡铁（305）；

所述注射枪模块（300）工作步骤如下：在机械臂定位移动锁定后，注射器（301）末端喷出消毒液，首先对注射部位进行喷淋消毒；注射器（301）被双向电磁铁（303）驱动向前移动，插入到注射针头当中；供液泵微供液挤出注射针头内的空气；外部的注射套筒（302）由单向电磁铁（304）向前推动，击打到捕获通道内锁定猪只的猪脖子上，对注射部位卡位保护，防止意外滑位、跳针，也是防止猪只肌肉紧张，卡住针头；套筒（302）内的注射针由于套筒向前移动，带动打开注射针挡铁（305），有了可动作区间，注射筒在双向电磁铁（303）的驱动下推动注射针头扎入注射部位，注射深度由针头长度确定；然后供液泵快速启动，注入设定容量的注射液；注射完毕后，套筒（302）在单向电磁铁（304）断电后退回，针头和注射筒在双向电磁铁作用下向后运动；针头由于挡铁（305）阻挡，也从注射筒上脱出掉入下面的收集盘中；最后注射针头弹夹中的针头在重力作用下，落入弹盘（308）的针头槽位，弹盘转过一格，下一次注射用新针头就位。

5.根据权利要求1所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的猪只捕捉固定模块（400）包括用于夹住身体的夹板（401）、电动推杆（402）、步进电机A（403）、限制鼻子的双闸门（404）和步进电机B（405）构成，夹板（401）表面敷有柔性硅胶，通过固定支架（406）设置在基座上猪只行走通道两边，实现猪只的捕捉和固定作用，然后可以进行疫苗注射；电动推杆（402）、步进电机A（403）和步进电机B（405）设置在固定支架（406）上，步进电机A（403）带动夹板（401）转动，步进电机B（405）带动双闸门（404）动作，电动推杆（402）与限位推板（407）连接；

由固定支架（406）、夹板（401）和双闸门（404）形成限位装置；整个模块可以换位换方向操作，通道双方向适用，猪只左进右出或者右进左出，满足不同圈舍结构和左右不同注射部位的需求；猪只在狭窄通道行走到注射工位，两块夹板（401）从两侧伸出轻微夹住猪只；限位推板（407）下压限制猪头的活动范围；打针动作完成后，夹板（401）和双闸门（404）自动收回，释放猪只前进，然后引导新的猪只进入工位；

夹板动作由机器视觉和控制器控制，自适应方式；猪只进入通道后，逐步收紧，最后固定的时序是前后、左右；狭窄通道中有一个栅栏门在通道入口位置，是防止两只猪只一起首尾连接进入打针区域，在这个栅栏门的作用下，一次只能有一个猪只进入打针区。

6.根据权利要求1所述一种可用于猪只疫苗自动注射设备，其特征在于：所述的控制系统由运动控制器SMC304硬件实现，通过获取猪只位置，控制相应动作机构，实现捕捉，固定，注射等功能能；控制模块主要控制机器人运动、工作参数输入、圈舍识别、注射工作动作及自动记录；它由运动控制器SMC304和自有知识产权软件构成，有HMI作为人机界面，用户在HMI上设置各种参数（比如每针注射量），并得到注射反馈和统计，以及报警功能(注射针头补充，消毒液补充，疫苗注射液补充报警)等。

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