基于笼式多层养殖的清洁机器
程志浩 王民华 牛孜儒 张敏 乔林通 刘亚辉 朱旭
摘要：全自动的基于笼式养殖的托盘清理机器，对集体笼式养殖所产生的不卫生托盘进行清理。在添加一套供电设备，即可投入使用，无需对笼体进行改造，对现有的养殖户友好。为降低人工雇佣的成本，可以采取以机械化清理代替人工清理的方法。同时，保证笼体的洁净卫生，降低集体密集养殖的患病传染风险，保证养殖物的健康成长。其机器适用于密集养殖的笼式养殖结构，对我国现有的养殖方式有极大的帮助，可以将人从其机械化的工作中解放，有广阔的应用前景。
关键词：笼式养殖;清洁;自动化;机械化
引言
笼养是养殖生产中应用最普遍的一种立体饲养方式，也是离地饲养的主要形式。以笼养鸡为例，国外发达国家有80%以上蛋鸡实施笼养，国内近年来采用笼养的形式逐渐普及，并取得了较好的效果。 随着鸡笼材料和结构的改进，不论是商品蛋鸡、雏鸡、育成鸡还是种鸡和肉用仔鸡，笼养是今后的发展方向。所谓笼式养殖法，就是用笼子来养殖的一种方法。由于动物被固定在笼子里，没有选择环境条件的可能，完全靠人工为其提供各种生存、生产条件，所以笼式养殖要求更髙的饲养管理技术。这是一款全自动的基于笼式养殖的托盘清理机器，对集体笼式养殖所产生的不卫生托盘进行清理。以机械化清理代替人工清理，降低人工的雇佣成本。同时，保证笼体的洁净卫生，降低集体密集养殖的患病传染风险，保证养殖物的健康成长。其机器适用于密集养殖的笼式养殖结构，对我国现有的养殖方式有极大的帮助，可以将人从其机械化的工作中解放，有广阔的应用前景。
一、工作原理设计
1.研究背景
（1）笼养具有平养无法比拟的优点：①饲养密度大，在相同面积的鸡舍内比平养多养3～5倍的鸡只，因而节省房舍和土地。②鸡在笼内饲养，便于防疫。③管理方便，省工，劳动生产率高。 ④环境条件容易控制，鸡群生长均匀，产蛋率高而稳定。⑤容易观察鸡群和淘汰不良鸡只，确保鸡群健康高产。⑥鸡只不与地面接触，患寄生虫病少，可节省用药费用。⑦舍内不必铺设垫料，可节省垫料开支。⑧鸡舍干净，环境卫生，鸡蛋不受粪便污染，提高了产品质量。⑨鸡的活动受到限制，饲料消耗少，转化率高，经济效益好。
⑩鸡粪便于收集，发酵后是猪、鱼的良好饲料。
（2）目前畜禽粪污的清理方式有很多种，一是人工清粪：人工清粪费用高，清理不彻底、不及时，而且人员不好找。二是刮粪板：由于刮粪板清理不干净，易造成疾病的二次感染。三是发酵床：发酵床对温度、湿度控制要求高，也需要养殖户懂得发酵床的原理。现在也面临原材料收集难度越来越大的情况，所以，实际操作难度大，相对成本高，易死床。四是PP传粪带，这种清粪设备在六年前非常流行，但是由于PP传送带易跑偏，易断裂，使用时限短，所以，很快被淘汰了。五是PVC传送带，是在PP传粪带的基础上改进的另一种传粪带，其特点是防跑偏，不易断裂，使用年限长。
（3）粪便的处理方式：一是直接还田。二是做有机肥，通过对粪便进行堆肥腐熟发酵的方式，生产有机肥。三是通过化粪池与沼气池进行处理。对于沼气池需要说的一点是混凝土沼气池造价成本比较高，且不易修理，使用时，只能是坏一口造一口。
众所周知，粪便管理最大的难点是含水率，含水率越高粪污处理的成本越大，所以，生产中，我们要降低粪便的含水率。
（4）对于养鸭场，为了降低粪便中的含水率可在饮水一侧做网格栏板，避免鸭在饮水过程中漏掉多余的水，这就避免了漏掉的水流到粪便中，从而降低粪便中的含水率。另外，在饮水线下面还设有一条清水沟，用于收集污水。对于种鸡、蛋鸡而言，要及时清理舍内粪便，粪便尽可能不在舍内折腾（是为了避免病原菌的散播），这是很重要的原则。同时，舍内粪便尽量保持干燥，要防止水线漏水，加强舍内通风。有的养殖场在刮粪时，由于粪便难清理干净，而加水刮粪，这种做法是不可取的。
（5）对蛋鸡粪的处理，认为可采用“三段式”管理。第一阶段，舍内鸡粪的清理与收集。可通过传送带进行清理与收集。第二阶段，鸡粪从清出舍外至无害化处理场之间的运输与贮存。在运输与贮存的过程中，可能会改变粪便特性，还可能增加运输过程的污染风险、公共卫生、投诉等，建议运输前在粪便 中添加碳源性辅料来处理。第三阶段，蛋鸡粪的无害化处理与资源化利用技术。目前有四种处理方式：
—是无处理，直接出售或施用;二是半处理（半发酵）后出售或施用;三是生产有机肥后出售;四是全自动饲养管理的养殖场直接出售。还有其他的处理方式如制取沼气、水产养殖、培育生物等。此外，对于鸡粪生产有机肥应用到田间，我认为还需要解决三大问题：一是改变过去将粪便当作问题而去处理的概念，而是一开始就应该从有机肥产品市场上如何运营盈利作为顶层设计的出发点，主动利用畜禽粪便作为有机肥产品的原料;二要从市场和机制上获得创新，确保市场对有机肥或基质的需求，确保使用有机肥和基质有利可图，这样自然拉动大宗畜禽粪便原料的需求;三是有机肥质量参差不齐，市场监管不足。
2.研究方向
（1）节约成本：投入养殖场时，仅需增加一套供电设备，不需要对已建成的养殖场进行大规模的改造。同时可以减少对清洁人员的雇用，进一步降低人工养殖的成本，提高养殖所赚取的利润。
（2）提高效率：机器相对于人工来说，需要进行休息的时间更少。可以使清洁与托盘换取同时进行，极大的缩短了清洁的时间。
（3）提高养殖物成活率：減少了在换取托盘时，上层养殖物排泄等行为对下层养殖物的危害，降低了养殖物发生细菌感染或疾病传染的概率。相比于直接改造笼体用水冲洗来清洁的方式，对托盘进行清洁换取更干燥，降低了养殖环境的湿度。使养殖的生物（兔子、豚鼠等哺乳类）因在笼子内踩笼丝，而造成爪子发炎、溃烂的可能降低。并且机器还带有红外检测摄像头，可以充当巡逻，发现养殖物的一些异常并及时向监控总端报告。
二、工作思路设计
1.一种自清洁兔子养殖笼
对笼体进行改造，清洁笼体时由下部用高压水枪进行冲击。例如图二，包括笼体、供水管，所述的供水管竖直设置于笼体一侧，所述的笼体包括有防水板、养殖单元、支撑杆，所述的防水板倾斜设置，所述的养殖单元设置在防水板下部位置，所述防水板的两边设置有挡水板，所述的养殖单元安装于支撑杆上，所述的笼体下部设置有底部防水板;
所述的供水管一侧安装有喷淋头，所述的喷淋头安装位置与防水板相对应，所述的供水管底部设置有电控阀门、所述的电控阀门通过电源线连接有定时控制器 ，所述笼体较低一侧底部设置有集水槽。所述的防水板在笼体的较低一侧向外部延伸5～15厘米。所述的防水板倾斜角度为5～15度
本实用新型产生的有益效果：
其一是养殖笼的养殖单元顶板设计成水槽状隔水板，并且每层养殖单元的一端比另一端高形成一个斜坡，最后通过在笼体较高一端设置的供水管和喷淋头，可以把上层落下的粪便、饲料残渣和洒落的饮用水，随水流冲到笼体较低一端下方设置的集水槽中。其二是，在供水管下方设置有电控开关和定时控制器，可以实现喷淋头间歇性工作，即可以达到清洁的目的同时又尽可能的节约水资源。
2.一种清洁型多层鸡笼
对笼体进行改造，对养殖笼进行一体化清洁，例如图三，包括在上下方向上设有多层养殖空间的鸡笼主体，主体一侧设有分别对应每层养殖空间的饮食窗口和食槽，食槽包括沿水平方向并排设置的饮水槽与饲料槽，两槽中饲料槽靠近饮食窗口。
每层养殖空间的底部均设有用于鸡只活动并倾斜设置的底板，底板低端伸出鸡笼主体构成鸡蛋收集槽，收集槽的位置设有供鸡蛋滚动的收集窗口。
底板具有多个用于供粪便向下方掉落的孔格的网格板，网格板下方设有用于承接粪便的承接板，承接板倾斜设置且低端延伸至鸡笼主体一侧并设有用于收集粪便的集粪槽，集粪槽的槽底设有多个用于过滤粪便并使粪便中的积水下漏的漏水孔，所述集粪槽下方设有用于承接所述漏水孔漏下的积水的集水槽。
底板与承接板的高端设有冲刷上表面的喷水组件。喷水组件包括水管以及多个喷头。喷头的喷水口为沿承接板延伸的长条状。
鸡笼主体上与饮食窗口相对的一侧设有分别与养殖空间一一对应的笼门组件。笼门组件由两个沿水平方向移动的推拉门构成。
鸡笼主体的下端设有用于稳定鸡笼主体的底座。
三、结论
全自动的基于笼式养殖的托盘清理机器适用于现已建造完成的多层笼式养殖厂、未进行建造的养殖厂。对集体笼式养殖所产生的不卫生托盘进行清理。在添加一套供电设备，即可投入使用，无需对笼体进行改造，对现有的养殖户友好。以机械化清理代替人工清理，降低人工的雇佣成本。同时，保证笼体的洁净卫生，降低集体密集养殖的患病传染风险，保证养殖物的健康成长。其机器适用于密集养殖的笼式养殖结构，对我国现有的养殖方式有极大的帮助，可以将人从其机械化的工作中解放，有广阔的应用前景。本次设计实现的主要任务如下：
1.清洁模块：通过红外摄像头对托盘位置进行确定，機械手对托盘进行放取。一号机械手将位于笼子底部的托盘抽出，二号机械手将已清洁干燥后的托盘推入。抽出的托盘由机械手投入到机器中部的清理仓口内，上一个清理过的托盘被挤压由后方排除出，落入金属架。金属架一侧的鼓风机启动，对托盘进行风干，等待再一次的使用。
2.杀菌模块：由拿取托盘的机械手携带喷头、消毒水管。对已清洁的托盘和笼子底部进行喷雾式喷洒，杀菌消毒。
3.移动模块：控制循迹，用红外对管传感器检测白纸条，传感器会给单片机返回一个低电平，通过编程矫正小车的路线，保证能一直沿着白纸条走。为了避免小车在行走过程中撞到障碍物，我们设计了超声波避障传感器，一旦传感器检测到有障碍物，小车就会停止或者倒退，同时LED等亮，蜂鸣器响，从而避免了碰撞。
作者简介：程志浩，男，山东省潍坊市人，研究方向：机器人工程。
该项目由国家级创新创业训练项目《基于笼式多层养殖的清洁机器》（S202113320059）支持。
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