CN114365694A - 基于机器视觉的粪便收集装置及收集方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的粪便收集装置及收集方法和应用，通过粪便传送装、机械臂、图像采集装置、粪便采集装置相互配合，完成目标粪便的收集，提高了收集效率，提高了产能，在减少人工参与的同时大大降低了交叉污染的风险，使球虫卵囊的生产需求得到持续稳定的保证。由于目标粪便的完美收集减少了杂质粪便的进入，进一步减少了回收球虫卵囊的时间；在回收球虫卵囊过程中，先用较高浓度硫酸镁溶液进行漂浮球虫卵囊，一是可以提高回收率，二是减少试剂用量，且试剂本身成本较低，从而大大降低成本；再加清水稀释上清液，可以回收卵囊且进一步除去其他杂质，从而提高球虫卵囊的纯净度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉的粪便收集装置及收集方法和应用。
背景技术
球虫病是一种常见的动物流行性寄生虫病，球虫疫苗因其保护效果好且无药物残留问题，目前已被广泛应用于动物养殖业中预防球虫病。球虫疫苗其中一种重要原料是球虫卵囊，主要寄生于动物体内发育繁殖，并随粪便排出体外，而获得球虫卵囊首先需要收集动物粪便，通过对粪便中的球虫卵囊进行分离、纯化等实验室操作处理后才能获得纯净的球虫卵囊。
不同种类的球虫寄生于动物肠道上不同的部位，并随相应部位的粪便排出体外，且不同部位的粪便形态存在差异性。以禽类的小肠粪和盲肠粪为例(分别见图1和图2)，两种粪便的颜色、色泽、均一度、形状、质地等都存在很大差异，用肉眼即可区分。
现阶段收集动物粪便的方式主要是人工使用简易的工具如勺子或铲子等，把动物粪便从地上、垫料或者其他盛接容器中统一收集，但是人工收集粪便速度慢、效率低、成本高。在产业化生产的收集粪便过程中，为保证生产效率需要设置大量的人力、物力和场地等资源，但还是会因工人收粪操作技巧熟练程度，和长时间持续工作产生疲劳等人为因素造成粪便误收和漏收还有污染和交叉感染等导致质量不稳定的风险；在球虫疫苗商品化的批量生产中，现阶段粪便收集方法，效率远远跟不上产能，无法持续稳定保证球虫卵囊的生产需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于机器视觉的粪便收集装置，能够利用机器视觉自动识别区域内的目标粪便，并吸取或拾取目标粪便。
本发明还提出一种基于机器视觉的粪便收集方法。
根据本发明的第一方面实施例一种基于机器视觉的粪便收集装置，包括粪便传送装置、机械臂、图像采集装置、粪便采集装置；所述粪便传送装置装于笼舍底部；所述机械臂装于所述粪便传送装置上方；所述图像采集装置装于所述机械臂的前端，所述图像采集装置朝向所述粪便传送装置的传送面，所述图像采集装置用于采集处理所述粪便传送装置的传送面的图像信息；所述粪便采集装置装于所述机械臂上，所述粪便采集装置用于收集粪便。
根据本发明的一些实施例，所述机械臂滑动装于横向导轨上，所述横向导轨的两端端部装于纵向导轨上。
根据本发明的第二方面实施例一种基于机器视觉的粪便收集方法，采用上述基于机器视觉的粪便收集装置，步骤包括：
a.动物粪便从笼舍内掉落到粪便传送装置上，粪便被粪便传送装置传送至图像采集装置处，粪便传送装置停止工作；
b.图像采集装置采集粪便图像信息，图像信息进行处理后获得目标位置信息，并将目标位置信息传送至机械臂；
c.机械臂根据目标位置信息移动至目标位置，粪便采集装置通过机械臂接近目标粪便并吸取；
d.粪便传送装置继续工作，传送装置把废弃粪便运送至废料收集容器中。
e.吸取的粪便经管道直接抽取至球虫卵囊分离装置内，进行球虫分离，得到球虫卵囊。
根据本发明的一些实施例，所述步骤c与所述步骤d之间还包括步骤c1：
c1.将粪便传送装置上传送面的粪便划分区域，通过横向导轨、纵向导轨移动机械臂，使机械臂每移动到一个区域，图像采集装置对该区域内的粪便图像信息进行采集，并引导粪便采集装置吸取该范围内目标粪便，吸取完该区域，机械臂移动到下一区域继续吸取，重复上一个动作，直至完成所有区域中目标粪便的吸取。
根据本发明的一些实施例，所述步骤b包括对采集到的目标粪便图像信息进行预处理，具体为根据特定目标粪便的颜色、色泽、均一度、形状综合特性对图像进行处理。
根据本发明的第三方面实施例，一种粪便收集装置在回收球虫卵囊中的应用。
根据本发明的一些实施例，所述回收球虫卵囊的步骤包括：S1将上述的粪便收集装置收集到的粪便和清水混合，搅拌、清洗，离心，收集沉淀物；S2.再将硫酸镁溶液加入沉淀物中搅拌，离心，收集第一上清液；S3.将清水加入第一上清液中混合搅拌，离心，收集第二上清液；S4.将清水加入第二上清液中搅拌，离心，收集离心沉淀物，即得球虫卵囊。
根据本发明的一些实施例，所述硫酸镁溶液和沉淀物的液固比为(1-5):1L/kg。
根据本发明的一些实施例，步骤S3中，所述清水和第一上清液的体积比为1：(1-5)。
根据本发明的一些实施例，步骤S4中，所述第二上清液和清水的体积比为1:(4-15)。
本发明至少具有如下有益效果：
1.通过图像采集装置与粪便采集装置的相互配合，完成目标粪便的收集，提高了收集效率，提高了产能，在减少人工参与的同时大大降低了交叉污染的风险，使球虫卵囊的生产需求得到持续稳定的保证。由于目标粪便的完美收集减少了杂质粪便的进入，进一步减少了回收球虫卵囊的时间。
2.本发明在回收球虫卵囊过程中，先用较高浓度硫酸镁溶液进行漂浮球虫卵囊，一是可以提高回收率，二是可以减少试剂用量，且试剂本身成本较低，从而大大降低成本；再加清水稀释上清液，可使得密度在1.15-1.20g/mL，进而回收卵囊且进一步除去其他杂质，从而提高球虫卵囊的纯净度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例区分识别对象小肠粪
图2为本发明实施例区分识别对象盲肠粪
图3为本发明实施例的装置整体示意图；
图4为本发明实施例的机械臂、图像采集装置、粪便采集装置组合状态示意图；
图5为本发明实施例的图像采集装置获取的原始图像；
图6为本发明实施例的图像采集装置处理后的图像；
图7为本发明实施例的粪便收集方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1至2所示，一种基于机器视觉的粪便收集装置，包括粪便传送装置100、机械臂200、图像采集装置300、粪便采集装置400；粪便传送装置100装于笼舍底部，粪便传送装置100可采用输送带；机械臂200装于粪便传送装置100上方；图像采集装置300装于机械臂200的前端，图像采集装置300朝向粪便传送装置100的传送面，图像采集装置300用于采集处理粪便传送装置100的传送面的图像信息；粪便采集装置400装于机械臂200上，粪便采集装置400用于收集粪便，通过图像采集装置300与粪便采集装置400的相互配合，完成目标粪便的收集，提高了收集效率，提高了产能，使球虫卵囊的生产需求得到持续稳定的保证。
图像采集装置300包括光源310、工业摄像头320、工控机330，光源310与工业摄像头320固定安装于机械臂200的前端，工控机330与工业摄像头320连接，光源310对粪便传送装置100的传送面进行补光，提高图像采集效果，工业摄像头320将获取的图像信息反馈回工控机330，工控机330根据像素分布、亮度和颜色等信息获取目标粪便的位置信息，并将位置信息生成操作指令传至机械臂200处，使机械臂200移动至目标粪便处。
粪便采集装置400包括吸粪头410、吸粪管道420、工业吸料器430，吸粪头410通过自由转头装于机械臂200上，使吸粪头410可随机械臂200进行移动，吸粪头410通过吸粪管道420与工业吸料器430连接，工业吸料器430通过产生负压使吸粪头410吸取目标粪便。
将机械臂200滑动装于横向导轨500上，横向导轨500的两端端部装于纵向导轨600上，以使机械臂200可移动至粪便传送装置100上划分的多个区域，实现目标粪便的完全吸取，为进一步提高对目标粪便的收集效率和提高产能。
在本实施例中，粪便传送装置100与笼舍间距离不超过20cm，尺寸宽度与铁笼等宽，长度比每组铁笼长150cm，作为识别和收粪的目标区域。粪便传送装置100可根据实际需求设置启动程序，可设置定时启动，运作时长，在一个启动程序中还可设置传送带前进长度和间隔时长，作为识别和收粪时间。
参照图3至7所示，根据本发明的第二方面实施例一种基于机器视觉的粪便收集方法，采用上述基于机器视觉的粪便收集装置，步骤包括：
a.动物粪便从笼舍内掉落到粪便传送装置100上，粪便被粪便传送装置100传送至图像采集装置300处，粪便传送装置100停止工作；
b.图像采集装置300采集粪便图像信息，图像信息进行处理后获得目标位置信息，并将目标位置信息传送至机械臂200；
c.机械臂200根据目标位置信息移动至目标位置，粪便采集装置400通过机械臂200接近目标粪便并吸取；
d.粪便传送装置100继续工作，传送装置把废弃粪便运送至废料收集容器中。
e.吸取的粪便经管道直接抽取至球虫卵囊分离装置内，收粪的同时同步开展后续粪便中球虫卵囊的分离工作。
步骤c与步骤d之间还包括步骤c1：
c1.将粪便传送装置100上传送面的粪便划分区域，通过横向导轨500、纵向导轨600移动机械臂200，使机械臂200每移动到一个区域，图像采集装置300对该区域内的粪便图像信息进行采集，并引导粪便采集装置400吸取该范围内目标粪便，吸取完该区域，机械臂200移动到下一区域继续吸取，重复上一个动作，直至完成所有区域中目标粪便的吸取。
步骤b包括对采集到的目标粪便图像信息进行预处理，具体为根据特定目标粪便的颜色、色泽、均一度、形状等综合特性对图像进行处理。
第三方面实施例一种基于机器视觉的粪便收集装置在回收球虫卵囊中的应用。
回收球虫卵囊的步骤包括：
S1.向粪便中加入清水进行搅拌、清洗，离心，收集沉淀物；
S2.再将密度为ρ1的硫酸镁溶液加入沉淀物中搅拌，离心，收集第一上清液，体积为V1；
S3.将体积为V2的清水加入第一上清液中混合，得到密度为ρ＝(ρ1*V1+V2)/(V1+V2)的混合液，搅拌，离心，收集第二上清液；
S4.将清水加入第二上清液中搅拌，离心，收集离心沉淀物，即得球虫卵囊。
由于常温下饱和食盐清水的最高密度只有1.20g/mL，而使用硫酸镁则可以很容易使溶液的密度大于1.20g/mL，且成本较食盐低很多；首先用较高密度硫酸镁溶液，可以在除去粪便中泥沙等高密度杂质的同时回收球虫卵囊，再加清水稀释上清液，使得混合液的密度在1.15-1.20g/mL，而球虫卵囊的密度约为1.08～1.10g/mL，可进一步除去密度相对较低的蛋白质等杂质从而提高球虫卵囊的纯净度。
上述步骤S3中，硫酸镁溶液和沉淀物的液固比为(1-5):1L/kg。
上述步骤S3中，所述清水和第一上清液的体积比为1：(1-5)。
上述步骤S4中，所述第二上清液和清水的体积比为1:(4-15)。
按照传统的方式，收集1万只鸡的盲肠粪需要20个人连续工作超过6h，而且会存在一定的错漏情况；如果使用本发明所提及的装置和方法，仅需1人对设备进行操作、监控即可，收粪环节则无需人工干预，且可在1h内完成，而且在收粪的同时可以对粪便进行预处理，又为后续的球虫卵囊分离节省了时间，具体指标见表1：
表1本发明与传统方式对比的有益效果
| 项目 | 传统方式 | 本发明所述方式 |
| 收取粪便所需人数(个) | 20 | 1 |
| 收取粪便所需时间(h) | 6 | 1 |
| 粪便内卵囊收获率(％) | 73 | 100<sup>*</sup> |
| 卵囊分离时间(h) | 4 | 1 |
| 交叉污染风险 | 极高 | 极低 |
注：*以本发明所述方式收集粪便并分离收获的卵囊量为基准。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种基于机器视觉的粪便收集装置，其特征在于，包括：
粪便传送装置(100)，所述粪便传送装置(100)装于笼舍底部；
机械臂(200)，所述机械臂(200)装于所述粪便传送装置(100)上方
图像采集装置(300)，所述图像采集装置(300)装于所述机械臂(200)的前端，所述图像采集装置(300)朝向所述粪便传送装置(100)的传送面，所述图像采集装置(300)用于采集处理所述粪便传送装置(100)的传送面的图像信息；
粪便采集装置(400)，所述粪便采集装置(400)装于所述机械臂(200)上，所述粪便采集装置(400)用于收集粪便。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的粪便收集装置，其特征在于，所述机械臂(200)滑动装于横向导轨(500)上，所述横向导轨(500)的两端端部装于纵向导轨(600)上。
3.一种基于机器视觉的粪便收集方法，其特征在于，采用权利要求1至2任意一项所述的一种基于机器视觉的粪便收集装置，步骤包括：
a.动物粪便从笼舍内掉落到粪便传送装置(100)上，粪便被粪便传送装置(100)传送至图像采集装置(300)处，粪便传送装置(100)停止工作；
b.图像采集装置(300)采集粪便图像信息，图像信息进行处理后获得目标位置信息，并将目标位置信息传送至机械臂(200)；
c.机械臂(200)根据目标位置信息移动至目标位置，粪便采集装置(400)通过机械臂(200)移动至目标粪便处并吸取；
d.粪便传送装置(100)继续工作，传送装置把废弃粪便运送至废料收集容器中；
e.吸取的粪便经管道直接抽取至球虫卵囊分离装置内，收粪的同时同步开展后续粪便中球虫卵囊的分离工作。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的粪便收集方法，其特征在于，所述步骤c与所述步骤d之间还包括步骤c1：
c1.将粪便传送装置(100)上传送面的粪便划分区域，通过横向导轨(500)、纵向导轨(600)移动机械臂(200)，使机械臂(200)每移动到一个区域，图像采集装置(300)对该区域内的粪便图像信息进行采集，并引导粪便采集装置(400)吸取该范围内目标粪便，吸取完该区域，机械臂(200)移动到下一区域继续吸取，重复上一个动作，直至完成所有区域中目标粪便的吸取。
5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的粪便收集方法，其特征在于，所述步骤b包括对采集到的目标粪便图像信息进行预处理，具体为根据预设目标粪便的颜色、色泽、均一度、形状综合特性对图像进行处理。
6.权利要求1-2任一项所述的一种基于机器视觉的粪便收集装置在回收球虫卵囊中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述回收球虫卵囊的步骤包括：S1将权利要求1-2任一项所述的粪便收集装置收集到的粪便和清水混合，搅拌、清洗，离心，收集沉淀物；S2.再将硫酸镁溶液加入沉淀物中搅拌，离心，收集第一上清液；S3.将清水加入第一上清液中混合搅拌，离心，收集第二上清液；S4.将清水加入第二上清液中搅拌，离心，收集离心沉淀物，即得球虫卵囊。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述硫酸镁溶液和沉淀物的液固比为(1-5):1L/kg。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤S3中，所述清水和第一上清液的体积比为1：(1-5)。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤S4中，所述第二上清液和清水的体积比为1:(4-15)。
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