病死鸡移除末端执行器研究进展

摘 要：规模化养殖过程中，病死鸡存在疫病传播和细菌滋生等问题，及时发现并移除病死鸡对养殖过程尤为重要。开发病死鸡自动移除末端执行器可以极大减少养殖过程中人工移除病死鸡的劳动量，降低疫病传播风险，提高养殖智能化水平。本文通过对现有死鸡自动移除末端执行器进行总结分析并结合不同作业对象末端执行器的研究方法，将可应用于病死鸡移除末端执行器分为散养式、笼养式，并对其进行结构分析，为规模化笼养鸡末端执行器的发展与应用提供参考。

关键词：规模化养殖；笼养鸡；病死鸡移除；末端执行器

中图分类号：S817.3 文献标识码：A 文章编号：1673-1085（2024）12-0061-05

近年来，随着人民生活水平的提高，家禽产品的市场需求量逐年增加，家禽规模化养殖已成为主流的养殖模式，为应对家禽规模化养殖带来的工作量增加和劳动力减少等问题，家禽规模化养殖场景下相关的自动化设施设备也得到了快速发展[1]。

在家禽养殖规模化的发展过程中，养殖单体规模逐渐增大，病死个体的发现与移除成为规模养殖过程中劳动需求量最大的工作环节，近年来随着机器视觉和神经网络的发展，病死鸡的鉴别已经取得了很大的突破，但是对病死鸡的移除研究较少，特别是在规模化笼养过程中，因为笼具的隔离，病死鸡的自动化移除成为一大难题 [2-3]。在病死鸡自动移除研究中，病死鸡自动抓取末端执行器是关键，研究适用于规模化养殖环境中病死鸡移除末端执行器可以降低人工劳动强度，减少疫病传播风险，降低移除过程中对健康鸡只的应激，极大提高规模化养殖的智能化程度。因此，随着养殖装备的发展和人工成本逐渐提高，病死鸡移除末端执行器将成为家禽养殖智能化的重要方向之一。研究适合规模化养殖环境中病死鸡移除末端执行器对家禽智能化养殖装备的发展具有重要的意义。本文分类综述了现有病死鸡移除末端执行器以及现阶段较为成熟的其他作业对象末端执行器，以期为后续发展提供技术路线参考。

1" 平养鸡

规模化养殖场景中，平养鸡主要为网上平养或地面饲养，在这种养殖环境中，设备的作业空间较为宽裕，没有笼门的阻隔，病死鸡移除末端执行器的作业空间和作业难度相对较低，目前的研究主要分为养殖平面作业式和机械手式。

1.1" 养殖平面作业式

养殖平面作业式病死鸡移除装置主要应用于地面饲养场景下，因其作业场景相对开阔，作业面负载承受力大，相关装置的体积和质量一般相对较大，末端执行器与装置整体并无明显区分。

Liu等[4]设计的地面饲养场景下的病死鸡移除装置，如图1所示。该装置主要由末端捕获装置、传送装置和收集装置组成，其中末端捕获装置主要由两块可在水平方向进行旋转的挡板组成，当发现病死鸡个体时，两侧挡板同时旋转将鸡只推入传送装置，而后传送装置将鸡只运送到收集装置中。

1.2" 机械手式

多层网养场的作业空间相对较窄，负载相对于地面饲养较小，因此地面饲养病死鸡移除设备于网养场景下不大适用。为减少设备的重量和体积，在网养场景下的收集装置和传送装置会与末端执行器分隔开，作为唯一与作业对象接触的装置，末端执行器的设计决定了整个作业过程的稳定性和流畅性。

Li等[5]设计的病死鸡移除装置，由两个手指夹持器、机械臂和引导摄像头组成，机械臂可以固定在网养笼具的单侧，利用摄像头进行识别定位，手指夹持器作为末端执行器对病死鸡进行夹持作业，如图2所示。在作业过程中，该末端执行器主要通过夹持鸡的脚部以完成对鸡只的固定和提升作业，夹持成功率和定位容错率较高，可满足网养场景下的病死鸡移除工作。

2" 笼养鸡

笼养作为国内蛋鸡和肉鸡规模化养殖的重要方式，相关的智能设备近几年得到了长足的发展。其中病死鸡移除作为养殖过程中人工需求量较大的工作，成为养殖智能化过程中亟待解决的问题。鸡只笼养场景下，因内部作业空间较为狭窄，笼门阻隔，所以对笼养鸡移除末端执行器的要求较高。近年来相关末端执行器的研究主要集中在两种方式，一是类机械手式，二是夹持式。

2.1" 类机械手式

类机械手式末端执行器（图3）根据机械手外观结构特点，通过优化机械结构的组合方式，将机械手常用的多电机驱动改为单电机驱动，减少了控制难度。该末端执行器操作逻辑简单，且技术较为成熟，在相关自动化设备应用上具有较好的前景，尤其在笼养鸡病死个体移除场景下有较多的应用。

胡子康等[6]利用ADAMS建立类机械手和肉鸡的仿真模型，并根据相关函数变量对机械指进行结构优化，最后对3～7周龄的肉鸡个体进行抓取试验，结果显示相关结构传动平稳，具有较高的抓取成功率。陈长喜等[7]设计的笼养死亡肉鸡抓取装置采用单电机控制三个机械指对鸡只进行固定抓取作业，具有结构简单、作业过程控制性强的优点。

2.2" 夹持式

夹持式死鸡移除末端执行器，结构较为简单，可抓取重量相对较大，且作业过程中各机械结构移动过程较为单一，设计过程中相关参数的计算较为简单，可极大简化设计流程。彭宇等[8]设计的夹持式死鸡移除装置，采用可水平移动的对称夹持板作为末端执行器，利用电动气缸作为水平动力源，具有运动过程简单、抓取提升质量大等特点。马锐等[9]设计夹持式蛋鸡死亡个体清除装置，采用两个对称的夹持装置作为末端执行器，可对死亡鸡只进行分步抓取，即先牵引后抓取，可以极大提高抓取的稳定性，提高抓取成功率，如图4所示。

3" 其他作业对象末端执行器

近年来，随着农业自动化的发展，农业机器人开始大量在农业领域装备应用，作为机器人核心部件的末端执行器，其结构功能的优劣直接关系到农业机器人的作业能否准确高效完成[10]。末端执行器的发展对于降低农业劳动强度提高农业自动化水平具有重要意义。随着装备技术和新材料的发展以及种养规模化标准化的发展，一批适合农产品的末端执行器开始走向田间地头。在其研制过程中，开发者充分考虑了作业对象的理化特征、生物习性以及人工作业特点，最后结合机械、电子和材料的相关技术，研制出宜农、宜工的末端执行器。

姬江涛等[11]根据双孢菇的理化特点以及机械手采摘过程存在的不足，设计的双孢菇柔性仿形末端执行器，如图5所示。该末端执行器采用柔性材料作为与双孢菇的接触面，同时采用气流负压吸附，采摘过程对双孢菇的表面机械损伤极小，同时不会对周围的双孢菇产生影响。皮杰等[12]根据番茄成簇生长的特性以及现有末端执行器采摘过程对非目标番茄的干扰，设计出一种包覆式番茄采摘末端执行器。该末端执行器可以极大降低对非目标番茄的干扰，可以同时满足对不同尺寸番茄的采摘。

4" 展望

末端执行器作为农业机器人组成中重要的执行器件，是关系到农业机器人作业效率的一个关键影响因素。笼养鸡作为我国鸡只规模化养殖的重要组成部分，在未来研究病死鸡移除末端执行器时，可先从机械的角度出发，对笼门的开启与关闭进行运动学分析，利用相关结构对笼门的运动进行控制；其次，在鸡只规模化养殖过程中因场景的特殊性和动物位置的不稳定性以及易应激特性，应着重从场景特点以及鸡只的生物习性出发，同时结合病死鸡的理化特征，设计鸡只抓取和运输的结构，在作业过程中尽量降低对其他鸡只的应激和减少对病死鸡躯体的影响。

参考文献：

[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.

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[3]" 连京华，李惠敏，殷若新，等.家禽养殖业开启人工智能新时代[J].家禽科学，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.

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[6]" 胡子康，姜来，王辉，等.基于欠驱动原理死鸡捡拾末端执行器设计与仿真分析[J].东北农业大学学报，2021，52（06）：78-86.

[7]" 陈长喜，于新伟.一种笼养死亡肉鸡抓取系统及方法：CN202310460341.6[P].2024-05-03.

[8]" 彭宇，孙光俊，徐奎，等.一种笼养死鸡抓取装置：CN202322170703.6[P].2024-03-12.

[9]马锐，胡清华，龙新良.一种夹持式笼养蛋鸡死亡个体清除末端执行器及其方法：CN201910019131.7[P].2023-08-22.

[10]李国利，姬长英，翟力欣.果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析[J].中国农机化学报，2014，35（5）：231-236+240.

[11]姬江涛，李梦松，赵凯旋，等.双孢菇柔性仿形采摘末端执行器设计与试验[J].农业机械学报，2023，54（1）：104-115.

[12]皮杰，孔杰，周科宏，等.包覆式番茄采摘末端执行器的研究与设计[J].农机化研究，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