规模化蛋鸽养殖场鸽蛋自动收集系统设计

邓凯文，翁源，张子漪

[江苏开放大学（江苏城市职业学院），江苏南京 210019]

蛋鸽产蛋后鸽蛋落于笼内鸽巢上，受蛋鸽产蛋习性影响，当前鸽蛋收集以人工驱赶收集为主，常使用敲击鸽笼的方式驱赶蛋鸽露出鸽蛋，但该收集方法易使蛋鸽产生应激反应，且收集效率低下、人工劳动强度大、统一收集难度高[1-2]。同时，传统鸽蛋收集数据统计方式较为单一，仅为简单的总量统计，尚无法将鸽蛋与蛋鸽进行精准记录对应及全过程溯源，且蛋鸽的选育也常依靠人工经验，缺乏科学性数据支撑[3-4]。

目前国内针对养殖场的鸡蛋收集装置研究较多，而针对鸽蛋自动收集系统的研究鲜有报道，且蛋鸽与蛋鸡的产蛋习性不同，相关装置系统无法直接套用[5-7]。因此，笔者设计研发了一款鸽蛋自动收集系统，以实现鸽蛋自动收集、鸽蛋精准溯源和蛋鸽科学育种，从而提升蛋鸽养殖管理的智能化、规模化、集约化水平。

1 鸽蛋收集装置结构设计

1.1 总体结构设计

在鸽巢下方设置落蛋孔和滑蛋轨道，蛋鸽产蛋后，鸽蛋直接落至滑蛋轨道末端的抓钩内。每两行鸽笼中间的地面布置有可供鸽蛋收集车行驶的轨道，鸽蛋收集车从两行鸽笼中间通过，车上布置有取蛋机械臂，机械臂末端的抓钩可精准定位至相应滑蛋轨道末端的抓钩，取出鸽蛋后通过机械臂上所安装的传送带和升降机构将鸽蛋运输至下方传送带，鸽蛋落入传送带后由称重传感器识别并由分拣机构进行分拣，根据质量大小将鸽蛋放入相应的收集筐内。总体结构三维图见图1。

图1 总体结构图

1.2 鸽巢及滑蛋轨道设计

鸽笼下方设有鸽巢（图2），鸽巢中部设有滑蛋轨道（图3）。滑蛋轨道与水平成30°放置，其一端设计为弯管与鸽巢连接，另一端设计为抓钩结构，可与机械臂上的取蛋抓钩对接。

图2 鸽巢

1.3 取蛋机械臂设计

取蛋机械臂抓钩上方设置有气动闸门（图4），后部设置有传送带和转向弯管（图5）。当取蛋抓钩拾取鸽蛋后，系统发出指令，弯管后端对接机构随即做好对接，闸门和传送带随之开启，鸽蛋被运输至下一机构。

图4 机械臂抓钩与气动闸门

图5 机械臂传送带

1.4 升降传输机构设计

升降机构内安装有皮带，皮带上安装有4 个抓钩（图6），电机驱动皮带运转，带动抓钩进行上下往复运动。当机械臂接到鸽蛋后，此升降机构将抓钩对接至机械臂弯管处，随后鸽蛋将被向下运输至斜坡（图7），鸽蛋通过斜坡滚落至传送带。

图6 升降机构抓钩

图7 滑蛋斜坡

1.5 分拣机构设计

传送带将鸽蛋运输至分拣机构（又称转盘机构，图8），分拣机构四周设有4 个半圆形缺口，转盘与传送带同时运转，可将鸽蛋逐个传送至喷码口下方打上二维码，随后经过称重传感器，将鸽蛋的相关数据上传至云端系统。当鸽蛋被重新运输至传送带后，系统将根据鸽蛋质量进行分拣（图9），质量较小的鸽蛋经过时挡块运行将鸽蛋分拣入第1 个收集筐，质量较大的鸽蛋经过时挡块停止运行，鸽蛋进入第2 个收集筐。

图8 分拣机构

图9 分拣挡块结构

1.6 缓冲减震设计

鸽蛋的蛋壳较为脆弱，属易碎品，而该装置多数材料由钢材或铝材制作，鸽蛋在传输过程中易因磕碰而破碎。为节省鸽舍空间该装置在设计时已尽可能小型化，传送带和抓钩区域的空间较为狭小，若使用传统海绵作为缓冲材料需要较大的厚度，因此笔者选用了一款慢回弹海绵材料，其具有高压缩比和低压缩模量，在外部压力下会发生塑性变形，且不会立即恢复，其优良的减震性能已被广泛用于航空航天和医疗设备等领域，使用该材料既能节省传送带和抓钩区域的空间，又能有效避免鸽蛋在滑落过程中发生破碎，故本装置中在鸽蛋滚落边界处均粘贴了慢回弹海绵，以最大程度减小冲击力对鸽蛋造成的影响（图10）。经测试，鸽蛋在装置传输过程中不会发生磕碰破碎情况。

图10 缓冲减震材料的具体应用

2 机电控制设计

机械臂、升降机构、传送带等由各型号电机驱动。鸽蛋收集装置中安装有各类限位开关以控制行程，轨道两端安装有限位开关以防止鸽蛋收集车冲出轨道，机械臂立杆和挡板均安装限位开关以控制行程，机械臂伸缩装置安装限位开关以防止伸出过长发生磕碰，机械臂传送带后方弯管处安装有传感器用于识别升降机构抓钩是否到位。系统采用FX3U 系列三菱PLC 控制，I/O 分配表如表1 所示，PLC 功能图如图11 所示。

表1 I/O 分配表

图11 PLC 功能图

3 后台管理系统设计

配合鸽蛋自动收集装置开发了养殖管理数据库系统。鸽蛋自动收集装置在取蛋时会在鸽蛋上打上二维码，使系统可精准地记录鸽蛋的来源及取蛋时间并将信息上传至云端，便于后台系统分析产蛋数据，进而实现蛋鸽的健康监测和品种选育，用户也可从手机端、PC 端查看相关统计信息。

3.1 鸽蛋喷码与溯源

分拣转盘上方设一喷码装置，鸽蛋均被喷上二维码，实现鸽蛋相关信息扫码查询。系统在收集鸽蛋时可将鸽蛋与蛋鸽一一对应，实现鸽蛋从饲养点到餐桌的信息全程精准追溯，以保证鸽蛋品质；二维码后台系统可记录鸽蛋的生产信息，如饲养点、养殖周期、产蛋时间等（图12）。使顾客在购买鸽蛋时可通过扫描二维码查询购买鸽蛋的详细信息，查看鸽蛋的生产全过程信息，实现鸽蛋生产销售的全过程追踪与可视化。

图12 二维码后台数据

3.2 蛋鸽选育分析

系统按饲养点、入笼时间、养殖周期、产蛋时间、产蛋数量统计每个鸽笼的产蛋量、产蛋明细（图13），并根据产蛋规律及时监测蛋鸽的健康状态。同时可根据产蛋数据筛选出高产种鸽，也可将相关数据交由专业农业团队做进一步研究。

图13 产蛋统计与分析

4 系统测试

鸽蛋自动收集装置及系统在南京市溧水区进行测试，测试结果显示系统运行良好。如表2 所示，传统人工鸽蛋收集方式至少需要4 名工人进行操作，运用本系统后无须人工，系统自动完成鸽蛋的精准和快速收集，依靠后台系统实现了鸽蛋的精准溯源及蛋鸽科学育种分析，系统实物图见图14。

表2 人工收集与鸽蛋自动收集装置对比

图14 系统实物图

5 结语

本文设计的鸽蛋自动收集系统，根据蛋鸽的产蛋习性，在鸽笼中布置特殊的鸽巢和滑蛋轨道，运用轨道式鸽蛋收集车，依靠机械臂实现自动取蛋，解决了人工收蛋劳动强度大、效率低的问题。采用后台数据库系统以及为鸽蛋喷涂二维码的方式实现鸽蛋与蛋鸽的精准对应，实现产蛋信息全程溯源。系统根据鸽蛋收集数据进行综合分析，实现蛋鸽的健康监测及科学育种，解决了传统人工经验育种筛选缺少数据支撑的问题。鸽蛋自动收集系统适用于各类大型的蛋鸽养殖场，有助于提升蛋鸽养殖的智能化、自动化水平。