規模化蛋鴿養殖場鴿蛋自動收集系統設計

鄧凱文，翁源，張子漪

[江蘇開放大學（江蘇城市職業學院），江蘇南京 210019]

蛋鴿產蛋后鴿蛋落于籠內鴿巢上，受蛋鴿產蛋習性影響，當前鴿蛋收集以人工驅趕收集為主，常使用敲擊鴿籠的方式驅趕蛋鴿露出鴿蛋，但該收集方法易使蛋鴿產生應激反應，且收集效率低下、人工勞動強度大、統一收集難度高[1-2]。同時，傳統鴿蛋收集數據統計方式較為單一，僅為簡單的總量統計，尚無法將鴿蛋與蛋鴿進行精準記錄對應及全過程溯源，且蛋鴿的選育也常依靠人工經驗，缺乏科學性數據支撐[3-4]。

目前國內針對養殖場的雞蛋收集裝置研究較多，而針對鴿蛋自動收集系統的研究鮮有報道，且蛋鴿與蛋雞的產蛋習性不同，相關裝置系統無法直接套用[5-7]。因此，筆者設計研發了一款鴿蛋自動收集系統，以實現鴿蛋自動收集、鴿蛋精準溯源和蛋鴿科學育種，從而提升蛋鴿養殖管理的智能化、規模化、集約化水平。

1 鴿蛋收集裝置結構設計

1.1 總體結構設計

在鴿巢下方設置落蛋孔和滑蛋軌道，蛋鴿產蛋后，鴿蛋直接落至滑蛋軌道末端的抓鉤內。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，車上布置有取蛋機械臂，機械臂末端的抓鉤可精準定位至相應滑蛋軌道末端的抓鉤，取出鴿蛋后通過機械臂上所安裝的傳送帶和升降機構將鴿蛋運輸至下方傳送帶，鴿蛋落入傳送帶后由稱重傳感器識別并由分揀機構進行分揀，根據質量大小將鴿蛋放入相應的收集筐內。總體結構三維圖見圖1。

圖1 總體結構圖

1.2 鴿巢及滑蛋軌道設計

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

圖2 鴿巢

1.3 取蛋機械臂設計

取蛋機械臂抓鉤上方設置有氣動閘門（圖4），后部設置有傳送帶和轉向彎管（圖5）。當取蛋抓鉤拾取鴿蛋后，系統發出指令，彎管后端對接機構隨即做好對接，閘門和傳送帶隨之開啟，鴿蛋被運輸至下一機構。

圖4 機械臂抓鉤與氣動閘門

圖5 機械臂傳送帶

1.4 升降傳輸機構設計

升降機構內安裝有皮帶，皮帶上安裝有4 個抓鉤（圖6），電機驅動皮帶運轉，帶動抓鉤進行上下往復運動。當機械臂接到鴿蛋后，此升降機構將抓鉤對接至機械臂彎管處，隨后鴿蛋將被向下運輸至斜坡（圖7），鴿蛋通過斜坡滾落至傳送帶。

圖6 升降機構抓鉤

圖7 滑蛋斜坡

1.5 分揀機構設計

傳送帶將鴿蛋運輸至分揀機構（又稱轉盤機構，圖8），分揀機構四周設有4 個半圓形缺口，轉盤與傳送帶同時運轉，可將鴿蛋逐個傳送至噴碼口下方打上二維碼，隨后經過稱重傳感器，將鴿蛋的相關數據上傳至云端系統。當鴿蛋被重新運輸至傳送帶后，系統將根據鴿蛋質量進行分揀（圖9），質量較小的鴿蛋經過時擋塊運行將鴿蛋分揀入第1 個收集筐，質量較大的鴿蛋經過時擋塊停止運行，鴿蛋進入第2 個收集筐。

圖8 分揀機構

圖9 分揀擋塊結構

1.6 緩沖減震設計

鴿蛋的蛋殼較為脆弱，屬易碎品，而該裝置多數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。為節省鴿舍空間該裝置在設計時已盡可能小型化，傳送帶和抓鉤區域的空間較為狹小，若使用傳統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，在外部壓力下會發生塑性變形，且不會立即恢復，其優良的減震性能已被廣泛用于航空航天和醫療設備等領域，使用該材料既能節省傳送帶和抓鉤區域的空間，又能有效避免鴿蛋在滑落過程中發生破碎，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）。經測試，鴿蛋在裝置傳輸過程中不會發生磕碰破碎情況。

圖10 緩沖減震材料的具體應用

2 機電控制設計

機械臂、升降機構、傳送帶等由各型號電機驅動。鴿蛋收集裝置中安裝有各類限位開關以控制行程，軌道兩端安裝有限位開關以防止鴿蛋收集車沖出軌道，機械臂立桿和擋板均安裝限位開關以控制行程，機械臂伸縮裝置安裝限位開關以防止伸出過長發生磕碰，機械臂傳送帶后方彎管處安裝有傳感器用于識別升降機構抓鉤是否到位。系統采用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 后臺管理系統設計

配合鴿蛋自動收集裝置開發了養殖管理數據庫系統。鴿蛋自動收集裝置在取蛋時會在鴿蛋上打上二維碼，使系統可精準地記錄鴿蛋的來源及取蛋時間并將信息上傳至云端，便于后臺系統分析產蛋數據，進而實現蛋鴿的健康監測和品種選育，用戶也可從手機端、PC 端查看相關統計信息。

3.1 鴿蛋噴碼與溯源

分揀轉盤上方設一噴碼裝置，鴿蛋均被噴上二維碼，實現鴿蛋相關信息掃碼查詢。系統在收集鴿蛋時可將鴿蛋與蛋鴿一一對應，實現鴿蛋從飼養點到餐桌的信息全程精準追溯，以保證鴿蛋品質；二維碼后臺系統可記錄鴿蛋的生產信息，如飼養點、養殖周期、產蛋時間等（圖12）。使顧客在購買鴿蛋時可通過掃描二維碼查詢購買鴿蛋的詳細信息，查看鴿蛋的生產全過程信息，實現鴿蛋生產銷售的全過程追蹤與可視化。

圖12 二維碼后臺數據

3.2 蛋鴿選育分析

系統按飼養點、入籠時間、養殖周期、產蛋時間、產蛋數量統計每個鴿籠的產蛋量、產蛋明細（圖13），并根據產蛋規律及時監測蛋鴿的健康狀態。同時可根據產蛋數據篩選出高產種鴿，也可將相關數據交由專業農業團隊做進一步研究。

圖13 產蛋統計與分析

4 系統測試

鴿蛋自動收集裝置及系統在南京市溧水區進行測試，測試結果顯示系統運行良好。如表2 所示，傳統人工鴿蛋收集方式至少需要4 名工人進行操作，運用本系統后無須人工，系統自動完成鴿蛋的精準和快速收集，依靠后臺系統實現了鴿蛋的精準溯源及蛋鴿科學育種分析，系統實物圖見圖14。

表2 人工收集與鴿蛋自動收集裝置對比

圖14 系統實物圖

5 結語

本文設計的鴿蛋自動收集系統，根據蛋鴿的產蛋習性，在鴿籠中布置特殊的鴿巢和滑蛋軌道，運用軌道式鴿蛋收集車，依靠機械臂實現自動取蛋，解決了人工收蛋勞動強度大、效率低的問題。采用后臺數據庫系統以及為鴿蛋噴涂二維碼的方式實現鴿蛋與蛋鴿的精準對應，實現產蛋信息全程溯源。系統根據鴿蛋收集數據進行綜合分析，實現蛋鴿的健康監測及科學育種，解決了傳統人工經驗育種篩選缺少數據支撐的問題。鴿蛋自動收集系統適用于各類大型的蛋鴿養殖場，有助于提升蛋鴿養殖的智能化、自動化水平。