鄧凱文，翁源，張子漪

[江蘇開放大學(xué)（江蘇城市職業(yè)學(xué)院），江蘇南京 210019]

蛋鴿產(chǎn)蛋后鴿蛋落于籠內(nèi)鴿巢上，受蛋鴿產(chǎn)蛋習(xí)性影響，當(dāng)前鴿蛋收集以人工驅(qū)趕收集為主，常使用敲擊鴿籠的方式驅(qū)趕蛋鴿露出鴿蛋，但該收集方法易使蛋鴿產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，且收集效率低下、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、統(tǒng)一收集難度高[1-2]。同時(shí)，傳統(tǒng)鴿蛋收集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式較為單一，僅為簡單的總量統(tǒng)計(jì)，尚無法將鴿蛋與蛋鴿進(jìn)行精準(zhǔn)記錄對應(yīng)及全過程溯源，且蛋鴿的選育也常依靠人工經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)性數(shù)據(jù)支撐[3-4]。

目前國內(nèi)針對養(yǎng)殖場的雞蛋收集裝置研究較多，而針對鴿蛋自動(dòng)收集系統(tǒng)的研究鮮有報(bào)道，且蛋鴿與蛋雞的產(chǎn)蛋習(xí)性不同，相關(guān)裝置系統(tǒng)無法直接套用[5-7]。因此，筆者設(shè)計(jì)研發(fā)了一款鴿蛋自動(dòng)收集系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)鴿蛋自動(dòng)收集、鴿蛋精準(zhǔn)溯源和蛋鴿科學(xué)育種，從而提升蛋鴿養(yǎng)殖管理的智能化、規(guī)模化、集約化水平。

1 鴿蛋收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鴿巢下方設(shè)置落蛋孔和滑蛋軌道，蛋鴿產(chǎn)蛋后，鴿蛋直接落至滑蛋軌道末端的抓鉤內(nèi)。每兩行鴿籠中間的地面布置有可供鴿蛋收集車行駛的軌道，鴿蛋收集車從兩行鴿籠中間通過，車上布置有取蛋機(jī)械臂，機(jī)械臂末端的抓鉤可精準(zhǔn)定位至相應(yīng)滑蛋軌道末端的抓鉤，取出鴿蛋后通過機(jī)械臂上所安裝的傳送帶和升降機(jī)構(gòu)將鴿蛋運(yùn)輸至下方傳送帶，鴿蛋落入傳送帶后由稱重傳感器識(shí)別并由分揀機(jī)構(gòu)進(jìn)行分揀，根據(jù)質(zhì)量大小將鴿蛋放入相應(yīng)的收集筐內(nèi)。總體結(jié)構(gòu)三維圖見圖1。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 鴿巢及滑蛋軌道設(shè)計(jì)

鴿籠下方設(shè)有鴿巢（圖2），鴿巢中部設(shè)有滑蛋軌道（圖3）。滑蛋軌道與水平成30°放置，其一端設(shè)計(jì)為彎管與鴿巢連接，另一端設(shè)計(jì)為抓鉤結(jié)構(gòu)，可與機(jī)械臂上的取蛋抓鉤對接。

圖2 鴿巢

1.3 取蛋機(jī)械臂設(shè)計(jì)

取蛋機(jī)械臂抓鉤上方設(shè)置有氣動(dòng)閘門（圖4），后部設(shè)置有傳送帶和轉(zhuǎn)向彎管（圖5）。當(dāng)取蛋抓鉤拾取鴿蛋后，系統(tǒng)發(fā)出指令，彎管后端對接機(jī)構(gòu)隨即做好對接，閘門和傳送帶隨之開啟，鴿蛋被運(yùn)輸至下一機(jī)構(gòu)。

圖4 機(jī)械臂抓鉤與氣動(dòng)閘門

圖5 機(jī)械臂傳送帶

1.4 升降傳輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝有皮帶，皮帶上安裝有4 個(gè)抓鉤（圖6），電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)抓鉤進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械臂接到鴿蛋后，此升降機(jī)構(gòu)將抓鉤對接至機(jī)械臂彎管處，隨后鴿蛋將被向下運(yùn)輸至斜坡（圖7），鴿蛋通過斜坡滾落至傳送帶。

圖6 升降機(jī)構(gòu)抓鉤

圖7 滑蛋斜坡

1.5 分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳送帶將鴿蛋運(yùn)輸至分揀機(jī)構(gòu)（又稱轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，圖8），分揀機(jī)構(gòu)四周設(shè)有4 個(gè)半圓形缺口，轉(zhuǎn)盤與傳送帶同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，可將鴿蛋逐個(gè)傳送至噴碼口下方打上二維碼，隨后經(jīng)過稱重傳感器，將鴿蛋的相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至云端系統(tǒng)。當(dāng)鴿蛋被重新運(yùn)輸至傳送帶后，系統(tǒng)將根據(jù)鴿蛋質(zhì)量進(jìn)行分揀（圖9），質(zhì)量較小的鴿蛋經(jīng)過時(shí)擋塊運(yùn)行將鴿蛋分揀入第1 個(gè)收集筐，質(zhì)量較大的鴿蛋經(jīng)過時(shí)擋塊停止運(yùn)行，鴿蛋進(jìn)入第2 個(gè)收集筐。

圖8 分揀機(jī)構(gòu)

圖9 分揀擋塊結(jié)構(gòu)

1.6 緩沖減震設(shè)計(jì)

鴿蛋的蛋殼較為脆弱，屬易碎品，而該裝置多數(shù)材料由鋼材或鋁材制作，鴿蛋在傳輸過程中易因磕碰而破碎。為節(jié)省鴿舍空間該裝置在設(shè)計(jì)時(shí)已盡可能小型化，傳送帶和抓鉤區(qū)域的空間較為狹小，若使用傳統(tǒng)海綿作為緩沖材料需要較大的厚度，因此筆者選用了一款慢回彈海綿材料，其具有高壓縮比和低壓縮模量，在外部壓力下會(huì)發(fā)生塑性變形，且不會(huì)立即恢復(fù)，其優(yōu)良的減震性能已被廣泛用于航空航天和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，使用該材料既能節(jié)省傳送帶和抓鉤區(qū)域的空間，又能有效避免鴿蛋在滑落過程中發(fā)生破碎，故本裝置中在鴿蛋滾落邊界處均粘貼了慢回彈海綿，以最大程度減小沖擊力對鴿蛋造成的影響（圖10）。經(jīng)測試，鴿蛋在裝置傳輸過程中不會(huì)發(fā)生磕碰破碎情況。

圖10 緩沖減震材料的具體應(yīng)用

2 機(jī)電控制設(shè)計(jì)

機(jī)械臂、升降機(jī)構(gòu)、傳送帶等由各型號(hào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。鴿蛋收集裝置中安裝有各類限位開關(guān)以控制行程，軌道兩端安裝有限位開關(guān)以防止鴿蛋收集車沖出軌道，機(jī)械臂立桿和擋板均安裝限位開關(guān)以控制行程，機(jī)械臂伸縮裝置安裝限位開關(guān)以防止伸出過長發(fā)生磕碰，機(jī)械臂傳送帶后方彎管處安裝有傳感器用于識(shí)別升降機(jī)構(gòu)抓鉤是否到位。系統(tǒng)采用FX3U 系列三菱PLC 控制，I/O 分配表如表1 所示，PLC 功能圖如圖11 所示。

表1 I/O 分配表

圖11 PLC 功能圖

3 后臺(tái)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配合鴿蛋自動(dòng)收集裝置開發(fā)了養(yǎng)殖管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。鴿蛋自動(dòng)收集裝置在取蛋時(shí)會(huì)在鴿蛋上打上二維碼，使系統(tǒng)可精準(zhǔn)地記錄鴿蛋的來源及取蛋時(shí)間并將信息上傳至云端，便于后臺(tái)系統(tǒng)分析產(chǎn)蛋數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蛋鴿的健康監(jiān)測和品種選育，用戶也可從手機(jī)端、PC 端查看相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息。

3.1 鴿蛋噴碼與溯源

分揀轉(zhuǎn)盤上方設(shè)一噴碼裝置，鴿蛋均被噴上二維碼，實(shí)現(xiàn)鴿蛋相關(guān)信息掃碼查詢。系統(tǒng)在收集鴿蛋時(shí)可將鴿蛋與蛋鴿一一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鴿蛋從飼養(yǎng)點(diǎn)到餐桌的信息全程精準(zhǔn)追溯，以保證鴿蛋品質(zhì)；二維碼后臺(tái)系統(tǒng)可記錄鴿蛋的生產(chǎn)信息，如飼養(yǎng)點(diǎn)、養(yǎng)殖周期、產(chǎn)蛋時(shí)間等（圖12）。使顧客在購買鴿蛋時(shí)可通過掃描二維碼查詢購買鴿蛋的詳細(xì)信息，查看鴿蛋的生產(chǎn)全過程信息，實(shí)現(xiàn)鴿蛋生產(chǎn)銷售的全過程追蹤與可視化。

圖12 二維碼后臺(tái)數(shù)據(jù)

3.2 蛋鴿選育分析

系統(tǒng)按飼養(yǎng)點(diǎn)、入籠時(shí)間、養(yǎng)殖周期、產(chǎn)蛋時(shí)間、產(chǎn)蛋數(shù)量統(tǒng)計(jì)每個(gè)鴿籠的產(chǎn)蛋量、產(chǎn)蛋明細(xì)（圖13），并根據(jù)產(chǎn)蛋規(guī)律及時(shí)監(jiān)測蛋鴿的健康狀態(tài)。同時(shí)可根據(jù)產(chǎn)蛋數(shù)據(jù)篩選出高產(chǎn)種鴿，也可將相關(guān)數(shù)據(jù)交由專業(yè)農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)做進(jìn)一步研究。

圖13 產(chǎn)蛋統(tǒng)計(jì)與分析

4 系統(tǒng)測試

鴿蛋自動(dòng)收集裝置及系統(tǒng)在南京市溧水區(qū)進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示系統(tǒng)運(yùn)行良好。如表2 所示，傳統(tǒng)人工鴿蛋收集方式至少需要4 名工人進(jìn)行操作，運(yùn)用本系統(tǒng)后無須人工，系統(tǒng)自動(dòng)完成鴿蛋的精準(zhǔn)和快速收集，依靠后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鴿蛋的精準(zhǔn)溯源及蛋鴿科學(xué)育種分析，系統(tǒng)實(shí)物圖見圖14。

表2 人工收集與鴿蛋自動(dòng)收集裝置對比

圖14 系統(tǒng)實(shí)物圖

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的鴿蛋自動(dòng)收集系統(tǒng)，根據(jù)蛋鴿的產(chǎn)蛋習(xí)性，在鴿籠中布置特殊的鴿巢和滑蛋軌道，運(yùn)用軌道式鴿蛋收集車，依靠機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取蛋，解決了人工收蛋勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的問題。采用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及為鴿蛋噴涂二維碼的方式實(shí)現(xiàn)鴿蛋與蛋鴿的精準(zhǔn)對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)蛋信息全程溯源。系統(tǒng)根據(jù)鴿蛋收集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)蛋鴿的健康監(jiān)測及科學(xué)育種，解決了傳統(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)育種篩選缺少數(shù)據(jù)支撐的問題。鴿蛋自動(dòng)收集系統(tǒng)適用于各類大型的蛋鴿養(yǎng)殖場，有助于提升蛋鴿養(yǎng)殖的智能化、自動(dòng)化水平。