病死雞移除末端執行器研究進展

摘 要：規模化養殖過程中，病死雞存在疫病傳播和細菌滋生等問題，及時發現并移除病死雞對養殖過程尤為重要。開發病死雞自動移除末端執行器可以極大減少養殖過程中人工移除病死雞的勞動量，降低疫病傳播風險，提高養殖智能化水平。本文通過對現有死雞自動移除末端執行器進行總結分析并結合不同作業對象末端執行器的研究方法，將可應用于病死雞移除末端執行器分為散養式、籠養式，并對其進行結構分析，為規模化籠養雞末端執行器的發展與應用提供參考。

關鍵詞：規模化養殖；籠養雞；病死雞移除；末端執行器

中圖分類號：S817.3 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1085（2024）12-0061-05

近年來，隨著人民生活水平的提高，家禽產品的市場需求量逐年增加，家禽規模化養殖已成為主流的養殖模式，為應對家禽規模化養殖帶來的工作量增加和勞動力減少等問題，家禽規模化養殖場景下相關的自動化設施設備也得到了快速發展[1]。

在家禽養殖規模化的發展過程中，養殖單體規模逐漸增大，病死個體的發現與移除成為規模養殖過程中勞動需求量最大的工作環節，近年來隨著機器視覺和神經網絡的發展，病死雞的鑒別已經取得了很大的突破，但是對病死雞的移除研究較少，特別是在規模化籠養過程中，因為籠具的隔離，病死雞的自動化移除成為一大難題 [2-3]。在病死雞自動移除研究中，病死雞自動抓取末端執行器是關鍵，研究適用于規模化養殖環境中病死雞移除末端執行器可以降低人工勞動強度，減少疫病傳播風險，降低移除過程中對健康雞只的應激，極大提高規模化養殖的智能化程度。因此，隨著養殖裝備的發展和人工成本逐漸提高，病死雞移除末端執行器將成為家禽養殖智能化的重要方向之一。研究適合規模化養殖環境中病死雞移除末端執行器對家禽智能化養殖裝備的發展具有重要的意義。本文分類綜述了現有病死雞移除末端執行器以及現階段較為成熟的其他作業對象末端執行器，以期為后續發展提供技術路線參考。

1" 平養雞

規模化養殖場景中，平養雞主要為網上平養或地面飼養，在這種養殖環境中，設備的作業空間較為寬裕，沒有籠門的阻隔，病死雞移除末端執行器的作業空間和作業難度相對較低，目前的研究主要分為養殖平面作業式和機械手式。

1.1" 養殖平面作業式

養殖平面作業式病死雞移除裝置主要應用于地面飼養場景下，因其作業場景相對開闊，作業面負載承受力大，相關裝置的體積和質量一般相對較大，末端執行器與裝置整體并無明顯區分。

Liu等[4]設計的地面飼養場景下的病死雞移除裝置，如圖1所示。該裝置主要由末端捕獲裝置、傳送裝置和收集裝置組成，其中末端捕獲裝置主要由兩塊可在水平方向進行旋轉的擋板組成，當發現病死雞個體時，兩側擋板同時旋轉將雞只推入傳送裝置，而后傳送裝置將雞只運送到收集裝置中。

1.2" 機械手式

多層網養場的作業空間相對較窄，負載相對于地面飼養較小，因此地面飼養病死雞移除設備于網養場景下不大適用。為減少設備的重量和體積，在網養場景下的收集裝置和傳送裝置會與末端執行器分隔開，作為唯一與作業對象接觸的裝置，末端執行器的設計決定了整個作業過程的穩定性和流暢性。

Li等[5]設計的病死雞移除裝置，由兩個手指夾持器、機械臂和引導攝像頭組成，機械臂可以固定在網養籠具的單側，利用攝像頭進行識別定位，手指夾持器作為末端執行器對病死雞進行夾持作業，如圖2所示。在作業過程中，該末端執行器主要通過夾持雞的腳部以完成對雞只的固定和提升作業，夾持成功率和定位容錯率較高，可滿足網養場景下的病死雞移除工作。

2" 籠養雞

籠養作為國內蛋雞和肉雞規模化養殖的重要方式，相關的智能設備近幾年得到了長足的發展。其中病死雞移除作為養殖過程中人工需求量較大的工作，成為養殖智能化過程中亟待解決的問題。雞只籠養場景下，因內部作業空間較為狹窄，籠門阻隔，所以對籠養雞移除末端執行器的要求較高。近年來相關末端執行器的研究主要集中在兩種方式，一是類機械手式，二是夾持式。

2.1" 類機械手式

類機械手式末端執行器（圖3）根據機械手外觀結構特點，通過優化機械結構的組合方式，將機械手常用的多電機驅動改為單電機驅動，減少了控制難度。該末端執行器操作邏輯簡單，且技術較為成熟，在相關自動化設備應用上具有較好的前景，尤其在籠養雞病死個體移除場景下有較多的應用。

胡子康等[6]利用ADAMS建立類機械手和肉雞的仿真模型，并根據相關函數變量對機械指進行結構優化，最后對3～7周齡的肉雞個體進行抓取試驗，結果顯示相關結構傳動平穩，具有較高的抓取成功率。陳長喜等[7]設計的籠養死亡肉雞抓取裝置采用單電機控制三個機械指對雞只進行固定抓取作業，具有結構簡單、作業過程控制性強的優點。

2.2" 夾持式

夾持式死雞移除末端執行器，結構較為簡單，可抓取重量相對較大，且作業過程中各機械結構移動過程較為單一，設計過程中相關參數的計算較為簡單，可極大簡化設計流程。彭宇等[8]設計的夾持式死雞移除裝置，采用可水平移動的對稱夾持板作為末端執行器，利用電動氣缸作為水平動力源，具有運動過程簡單、抓取提升質量大等特點。馬銳等[9]設計夾持式蛋雞死亡個體清除裝置，采用兩個對稱的夾持裝置作為末端執行器，可對死亡雞只進行分步抓取，即先牽引后抓取，可以極大提高抓取的穩定性，提高抓取成功率，如圖4所示。

3" 其他作業對象末端執行器

近年來，隨著農業自動化的發展，農業機器人開始大量在農業領域裝備應用，作為機器人核心部件的末端執行器，其結構功能的優劣直接關系到農業機器人的作業能否準確高效完成[10]。末端執行器的發展對于降低農業勞動強度提高農業自動化水平具有重要意義。隨著裝備技術和新材料的發展以及種養規模化標準化的發展，一批適合農產品的末端執行器開始走向田間地頭。在其研制過程中，開發者充分考慮了作業對象的理化特征、生物習性以及人工作業特點，最后結合機械、電子和材料的相關技術，研制出宜農、宜工的末端執行器。

姬江濤等[11]根據雙孢菇的理化特點以及機械手采摘過程存在的不足，設計的雙孢菇柔性仿形末端執行器，如圖5所示。該末端執行器采用柔性材料作為與雙孢菇的接觸面，同時采用氣流負壓吸附，采摘過程對雙孢菇的表面機械損傷極小，同時不會對周圍的雙孢菇產生影響。皮杰等[12]根據番茄成簇生長的特性以及現有末端執行器采摘過程對非目標番茄的干擾，設計出一種包覆式番茄采摘末端執行器。該末端執行器可以極大降低對非目標番茄的干擾，可以同時滿足對不同尺寸番茄的采摘。

4" 展望

末端執行器作為農業機器人組成中重要的執行器件，是關系到農業機器人作業效率的一個關鍵影響因素。籠養雞作為我國雞只規模化養殖的重要組成部分，在未來研究病死雞移除末端執行器時，可先從機械的角度出發，對籠門的開啟與關閉進行運動學分析，利用相關結構對籠門的運動進行控制；其次，在雞只規模化養殖過程中因場景的特殊性和動物位置的不穩定性以及易應激特性，應著重從場景特點以及雞只的生物習性出發，同時結合病死雞的理化特征，設計雞只抓取和運輸的結構，在作業過程中盡量降低對其他雞只的應激和減少對病死雞軀體的影響。

參考文獻：

[1] YANG D， CUI D， YING Y. Development and trends of chicken farming robots in chicken farming tasks： A review[J]. Comput Electron Agr， 2024， 221： 108916.

[2]" 王瓏翰，張良，高建波，等.蛋雞健康監測和行為識別及死雞移除系統研究進展[J].中國家禽，2022，44（10）：83-88.

[3]" 連京華，李惠敏，殷若新，等.家禽養殖業開啟人工智能新時代[J].家禽科學，2018 （10）：3-4.

[4]" LIU H W， CHEN C H， TSAIY C， et al. Identifying images of dead chickens with a chicken removal system integrated with a deep learning algorithm[J]. Sensors， 2021， 21（11）： 3579.

[5]" LI G， CHESSER G D， PURSWELL J L， et al. Design and development of a broiler mortality removal robot[J]. Appl Eng Agric， 2022， 38（6）： 853-863.

[6]" 胡子康，姜來，王輝，等.基于欠驅動原理死雞撿拾末端執行器設計與仿真分析[J].東北農業大學學報，2021，52（06）：78-86.

[7]" 陳長喜，于新偉.一種籠養死亡肉雞抓取系統及方法：CN202310460341.6[P].2024-05-03.

[8]" 彭宇，孫光俊，徐奎，等.一種籠養死雞抓取裝置：CN202322170703.6[P].2024-03-12.

[9]馬銳，胡清華，龍新良.一種夾持式籠養蛋雞死亡個體清除末端執行器及其方法：CN201910019131.7[P].2023-08-22.

[10]李國利，姬長英，翟力欣.果蔬采摘機器人末端執行器研究進展與分析[J].中國農機化學報，2014，35（5）：231-236+240.

[11]姬江濤，李夢松，趙凱旋，等.雙孢菇柔性仿形采摘末端執行器設計與試驗[J].農業機械學報，2023，54（1）：104-115.

[12]皮杰，孔杰，周科宏，等.包覆式番茄采摘末端執行器的研究與設計[J].農機化研究，2024，46（12）：148-155.

Research Progress of End Effectors for Removal of Dead Chickens

Abstract： In the process of large-scale breeding， sick and dead chickens have problems such as disease transmission and bacterial breeding. Timely detection and removal of sick and dead chickens is particularly important for the breeding process. The development of automatic removal of end-effector of sick and dead chickens can greatly reduce the labor amount of manual removal of sick and dead chickens in the breeding process， reduce the risk of disease transmission， and improve the intelligent level of breeding. By summarizing and analyzing the existing automatic removal of end-effectors from dead chickens and combining the research methods of end-effectors from different working objects， this paper divided the end-effectors that can be applied to sick dead chickens into free-range and caged ones， and analyzed their structures. At the same time， according to the breeding characteristics of caged chickens and combined with mature research directions of end-effectors from other working objects， To provide reference for the development and application of end-effector in large-scale cage chickens.

Keywords：" Large-scale breeding; Cage chickens; Sick dead chickens removed; End effector