程志浩 王民華 牛孜儒 張敏 喬林通 劉亞輝 朱旭

摘要：全自動(dòng)的基于籠式養(yǎng)殖的托盤清理機(jī)器，對(duì)集體籠式養(yǎng)殖所產(chǎn)生的不衛(wèi)生托盤進(jìn)行清理。在添加一套供電設(shè)備，即可投入使用，無需對(duì)籠體進(jìn)行改造，對(duì)現(xiàn)有的養(yǎng)殖戶友好。為降低人工雇傭的成本，可以采取以機(jī)械化清理代替人工清理的方法。同時(shí)，保證籠體的潔凈衛(wèi)生，降低集體密集養(yǎng)殖的患病傳染風(fēng)險(xiǎn)，保證養(yǎng)殖物的健康成長(zhǎng)。其機(jī)器適用于密集養(yǎng)殖的籠式養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的養(yǎng)殖方式有極大的幫助，可以將人從其機(jī)械化的工作中解放，有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：籠式養(yǎng)殖;清潔;自動(dòng)化;機(jī)械化

引言

籠養(yǎng)是養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)用最普遍的一種立體飼養(yǎng)方式，也是離地飼養(yǎng)的主要形式。以籠養(yǎng)雞為例，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有80%以上蛋雞實(shí)施籠養(yǎng)，國(guó)內(nèi)近年來采用籠養(yǎng)的形式逐漸普及，并取得了較好的效果。?隨著雞籠材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，不論是商品蛋雞、雛雞、育成雞還是種雞和肉用仔雞，籠養(yǎng)是今后的發(fā)展方向。所謂籠式養(yǎng)殖法，就是用籠子來養(yǎng)殖的一種方法。由于動(dòng)物被固定在籠子里，沒有選擇環(huán)境條件的可能，完全靠人工為其提供各種生存、生產(chǎn)條件，所以籠式養(yǎng)殖要求更髙的飼養(yǎng)管理技術(shù)。這是一款全自動(dòng)的基于籠式養(yǎng)殖的托盤清理機(jī)器，對(duì)集體籠式養(yǎng)殖所產(chǎn)生的不衛(wèi)生托盤進(jìn)行清理。以機(jī)械化清理代替人工清理，降低人工的雇傭成本。同時(shí)，保證籠體的潔凈衛(wèi)生，降低集體密集養(yǎng)殖的患病傳染風(fēng)險(xiǎn)，保證養(yǎng)殖物的健康成長(zhǎng)。其機(jī)器適用于密集養(yǎng)殖的籠式養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的養(yǎng)殖方式有極大的幫助，可以將人從其機(jī)械化的工作中解放，有廣闊的應(yīng)用前景。

一、工作原理設(shè)計(jì)

1.研究背景

（1）籠養(yǎng)具有平養(yǎng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：①飼養(yǎng)密度大，在相同面積的雞舍內(nèi)比平養(yǎng)多養(yǎng)3～5倍的雞只，因而節(jié)省房舍和土地。②雞在籠內(nèi)飼養(yǎng)，便于防疫。③管理方便，省工，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。?④環(huán)境條件容易控制，雞群生長(zhǎng)均勻，產(chǎn)蛋率高而穩(wěn)定。⑤容易觀察雞群和淘汰不良雞只，確保雞群健康高產(chǎn)。⑥雞只不與地面接觸，患寄生蟲病少，可節(jié)省用藥費(fèi)用。⑦舍內(nèi)不必鋪設(shè)墊料，可節(jié)省墊料開支。⑧雞舍干凈，環(huán)境衛(wèi)生，雞蛋不受糞便污染，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。⑨雞的活動(dòng)受到限制，飼料消耗少，轉(zhuǎn)化率高，經(jīng)濟(jì)效益好。 ⑩雞糞便于收集，發(fā)酵后是豬、魚的良好飼料。

（2）目前畜禽糞污的清理方式有很多種，一是人工清糞：人工清糞費(fèi)用高，清理不徹底、不及時(shí)，而且人員不好找。二是刮糞板：由于刮糞板清理不干凈，易造成疾病的二次感染。三是發(fā)酵床：發(fā)酵床對(duì)溫度、濕度控制要求高，也需要養(yǎng)殖戶懂得發(fā)酵床的原理?，F(xiàn)在也面臨原材料收集難度越來越大的情況，所以，實(shí)際操作難度大，相對(duì)成本高，易死床。四是PP傳糞帶，這種清糞設(shè)備在六年前非常流行，但是由于PP傳送帶易跑偏，易斷裂，使用時(shí)限短，所以，很快被淘汰了。五是PVC傳送帶，是在PP傳糞帶的基礎(chǔ)上改進(jìn)的另一種傳糞帶，其特點(diǎn)是防跑偏，不易斷裂，使用年限長(zhǎng)。

（3）糞便的處理方式：一是直接還田。二是做有機(jī)肥，通過對(duì)糞便進(jìn)行堆肥腐熟發(fā)酵的方式，生產(chǎn)有機(jī)肥。三是通過化糞池與沼氣池進(jìn)行處理。對(duì)于沼氣池需要說的一點(diǎn)是混凝土沼氣池造價(jià)成本比較高，且不易修理，使用時(shí)，只能是壞一口造一口。

眾所周知，糞便管理最大的難點(diǎn)是含水率，含水率越高糞污處理的成本越大，所以，生產(chǎn)中，我們要降低糞便的含水率。

（4）對(duì)于養(yǎng)鴨場(chǎng)，為了降低糞便中的含水率可在飲水一側(cè)做網(wǎng)格欄板，避免鴨在飲水過程中漏掉多余的水，這就避免了漏掉的水流到糞便中，從而降低糞便中的含水率。另外，在飲水線下面還設(shè)有一條清水溝，用于收集污水。對(duì)于種雞、蛋雞而言，要及時(shí)清理舍內(nèi)糞便，糞便盡可能不在舍內(nèi)折騰（是為了避免病原菌的散播），這是很重要的原則。同時(shí)，舍內(nèi)糞便盡量保持干燥，要防止水線漏水，加強(qiáng)舍內(nèi)通風(fēng)。有的養(yǎng)殖場(chǎng)在刮糞時(shí)，由于糞便難清理干凈，而加水刮糞，這種做法是不可取的。

（5）對(duì)蛋雞糞的處理，認(rèn)為可采用“三段式”管理。第一階段，舍內(nèi)雞糞的清理與收集?？赏ㄟ^傳送帶進(jìn)行清理與收集。第二階段，雞糞從清出舍外至無害化處理場(chǎng)之間的運(yùn)輸與貯存。在運(yùn)輸與貯存的過程中，可能會(huì)改變糞便特性，還可能增加運(yùn)輸過程的污染風(fēng)險(xiǎn)、公共衛(wèi)生、投訴等，建議運(yùn)輸前在糞便 中添加碳源性輔料來處理。第三階段，蛋雞糞的無害化處理與資源化利用技術(shù)。目前有四種處理方式： —是無處理，直接出售或施用;二是半處理（半發(fā)酵）后出售或施用;三是生產(chǎn)有機(jī)肥后出售;四是全自動(dòng)飼養(yǎng)管理的養(yǎng)殖場(chǎng)直接出售。還有其他的處理方式如制取沼氣、水產(chǎn)養(yǎng)殖、培育生物等。此外，對(duì)于雞糞生產(chǎn)有機(jī)肥應(yīng)用到田間，我認(rèn)為還需要解決三大問題：一是改變過去將糞便當(dāng)作問題而去處理的概念，而是一開始就應(yīng)該從有機(jī)肥產(chǎn)品市場(chǎng)上如何運(yùn)營(yíng)盈利作為頂層設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，主動(dòng)利用畜禽糞便作為有機(jī)肥產(chǎn)品的原料;二要從市場(chǎng)和機(jī)制上獲得創(chuàng)新，確保市場(chǎng)對(duì)有機(jī)肥或基質(zhì)的需求，確保使用有機(jī)肥和基質(zhì)有利可圖，這樣自然拉動(dòng)大宗畜禽糞便原料的需求;三是有機(jī)肥質(zhì)量參差不齊，市場(chǎng)監(jiān)管不足。

2.研究方向

（1）節(jié)約成本：投入養(yǎng)殖場(chǎng)時(shí)，僅需增加一套供電設(shè)備，不需要對(duì)已建成的養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模的改造。同時(shí)可以減少對(duì)清潔人員的雇用，進(jìn)一步降低人工養(yǎng)殖的成本，提高養(yǎng)殖所賺取的利潤(rùn)。

（2）提高效率：機(jī)器相對(duì)于人工來說，需要進(jìn)行休息的時(shí)間更少?？梢允骨鍧嵟c托盤換取同時(shí)進(jìn)行，極大的縮短了清潔的時(shí)間。

（3）提高養(yǎng)殖物成活率：減少了在換取托盤時(shí)，上層養(yǎng)殖物排泄等行為對(duì)下層養(yǎng)殖物的危害，降低了養(yǎng)殖物發(fā)生細(xì)菌感染或疾病傳染的概率。相比于直接改造籠體用水沖洗來清潔的方式，對(duì)托盤進(jìn)行清潔換取更干燥，降低了養(yǎng)殖環(huán)境的濕度。使養(yǎng)殖的生物（兔子、豚鼠等哺乳類）因在籠子內(nèi)踩籠絲，而造成爪子發(fā)炎、潰爛的可能降低。并且機(jī)器還帶有紅外檢測(cè)攝像頭，可以充當(dāng)巡邏，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖物的一些異常并及時(shí)向監(jiān)控總端報(bào)告。

二、工作思路設(shè)計(jì)

1.一種自清潔兔子養(yǎng)殖籠

對(duì)籠體進(jìn)行改造，清潔籠體時(shí)由下部用高壓水槍進(jìn)行沖擊。例如圖二，包括籠體、供水管，所述的供水管豎直設(shè)置于籠體一側(cè)，所述的籠體包括有防水板、養(yǎng)殖單元、支撐桿，所述的防水板傾斜設(shè)置，所述的養(yǎng)殖單元設(shè)置在防水板下部位置，所述防水板的兩邊設(shè)置有擋水板，所述的養(yǎng)殖單元安裝于支撐桿上，所述的籠體下部設(shè)置有底部防水板;

所述的供水管一側(cè)安裝有噴淋頭，所述的噴淋頭安裝位置與防水板相對(duì)應(yīng)，所述的供水管底部設(shè)置有電控閥門、所述的電控閥門通過電源線連接有定時(shí)控制器 ，所述籠體較低一側(cè)底部設(shè)置有集水槽。所述的防水板在籠體的較低一側(cè)向外部延伸5～15厘米。所述的防水板傾斜角度為5～15度

本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果：

其一是養(yǎng)殖籠的養(yǎng)殖單元頂板設(shè)計(jì)成水槽狀隔水板，并且每層養(yǎng)殖單元的一端比另一端高形成一個(gè)斜坡，最后通過在籠體較高一端設(shè)置的供水管和噴淋頭，可以把上層落下的糞便、飼料殘?jiān)蜑⒙涞娘嬘盟S水流沖到籠體較低一端下方設(shè)置的集水槽中。其二是，在供水管下方設(shè)置有電控開關(guān)和定時(shí)控制器，可以實(shí)現(xiàn)噴淋頭間歇性工作，即可以達(dá)到清潔的目的同時(shí)又盡可能的節(jié)約水資源。

2.一種清潔型多層雞籠

對(duì)籠體進(jìn)行改造，對(duì)養(yǎng)殖籠進(jìn)行一體化清潔，例如圖三，包括在上下方向上設(shè)有多層養(yǎng)殖空間的雞籠主體，主體一側(cè)設(shè)有分別對(duì)應(yīng)每層養(yǎng)殖空間的飲食窗口和食槽，食槽包括沿水平方向并排設(shè)置的飲水槽與飼料槽，兩槽中飼料槽靠近飲食窗口。

每層養(yǎng)殖空間的底部均設(shè)有用于雞只活動(dòng)并傾斜設(shè)置的底板，底板低端伸出雞籠主體構(gòu)成雞蛋收集槽，收集槽的位置設(shè)有供雞蛋滾動(dòng)的收集窗口。

底板具有多個(gè)用于供糞便向下方掉落的孔格的網(wǎng)格板，網(wǎng)格板下方設(shè)有用于承接糞便的承接板，承接板傾斜設(shè)置且低端延伸至雞籠主體一側(cè)并設(shè)有用于收集糞便的集糞槽，集糞槽的槽底設(shè)有多個(gè)用于過濾糞便并使糞便中的積水下漏的漏水孔，所述集糞槽下方設(shè)有用于承接所述漏水孔漏下的積水的集水槽。

底板與承接板的高端設(shè)有沖刷上表面的噴水組件。噴水組件包括水管以及多個(gè)噴頭。噴頭的噴水口為沿承接板延伸的長(zhǎng)條狀。

雞籠主體上與飲食窗口相對(duì)的一側(cè)設(shè)有分別與養(yǎng)殖空間一一對(duì)應(yīng)的籠門組件。籠門組件由兩個(gè)沿水平方向移動(dòng)的推拉門構(gòu)成。

雞籠主體的下端設(shè)有用于穩(wěn)定雞籠主體的底座。

三、結(jié)論

全自動(dòng)的基于籠式養(yǎng)殖的托盤清理機(jī)器適用于現(xiàn)已建造完成的多層籠式養(yǎng)殖廠、未進(jìn)行建造的養(yǎng)殖廠。對(duì)集體籠式養(yǎng)殖所產(chǎn)生的不衛(wèi)生托盤進(jìn)行清理。在添加一套供電設(shè)備，即可投入使用，無需對(duì)籠體進(jìn)行改造，對(duì)現(xiàn)有的養(yǎng)殖戶友好。以機(jī)械化清理代替人工清理，降低人工的雇傭成本。同時(shí)，保證籠體的潔凈衛(wèi)生，降低集體密集養(yǎng)殖的患病傳染風(fēng)險(xiǎn)，保證養(yǎng)殖物的健康成長(zhǎng)。其機(jī)器適用于密集養(yǎng)殖的籠式養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的養(yǎng)殖方式有極大的幫助，可以將人從其機(jī)械化的工作中解放，有廣闊的應(yīng)用前景。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)如下：

1.清潔模塊：通過紅外攝像頭對(duì)托盤位置進(jìn)行確定，機(jī)械手對(duì)托盤進(jìn)行放取。一號(hào)機(jī)械手將位于籠子底部的托盤抽出，二號(hào)機(jī)械手將已清潔干燥后的托盤推入。抽出的托盤由機(jī)械手投入到機(jī)器中部的清理倉口內(nèi)，上一個(gè)清理過的托盤被擠壓由后方排除出，落入金屬架。金屬架一側(cè)的鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，對(duì)托盤進(jìn)行風(fēng)干，等待再一次的使用。

2.殺菌模塊：由拿取托盤的機(jī)械手?jǐn)y帶噴頭、消毒水管。對(duì)已清潔的托盤和籠子底部進(jìn)行噴霧式噴灑，殺菌消毒。

3.移動(dòng)模塊：控制循跡，用紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)白紙條，傳感器會(huì)給單片機(jī)返回一個(gè)低電平，通過編程矯正小車的路線，保證能一直沿著白紙條走。為了避免小車在行走過程中撞到障礙物，我們?cè)O(shè)計(jì)了超聲波避障傳感器，一旦傳感器檢測(cè)到有障礙物，小車就會(huì)停止或者倒退，同時(shí)LED等亮，蜂鳴器響，從而避免了碰撞。

作者簡(jiǎn)介：程志浩，男，山東省濰坊市人，研究方向：機(jī)器人工程。

該項(xiàng)目由國(guó)家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目《基于籠式多層養(yǎng)殖的清潔機(jī)器》（S202113320059）支持。