基于分栏器的生猪自动免疫注射系统及控制方法

本发明涉及生猪养殖，尤其涉及一种基于分栏器的生猪自动免疫注射系统及控制方法。

背景技术：

1、随着生猪养殖业不断向规模化、智能化方向发展，养殖场对疫苗接种全流程可追溯管理及作业效率提升的需求日益迫切，尤其是针对存栏量大、免疫数量多的群养商品猪场景。

2、目前，已有的生猪免疫机器人方案多以轮式移动平台搭配机械臂、注射器的方案，针对限位栏母猪臀部进行疫苗注射，从而实现疫苗接种作业的自动化执行。

3、针对群养生猪的自动化免疫，已有方案首先无法系统解决群养环境下生猪的低入侵、低应激保定问题。此外，没有考虑到对不同日龄生猪在保定后注射点可靠定位问题，未充分考虑保定后生猪参与活动对注射的影响；因此，现有技术方案仍无法形成对群养生猪的疫苗连续自动化注射作业方案，从而导致群养生猪免疫接种的整体作业效率低下。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于分栏器的生猪自动免疫注射系统及控制方法，用以解决现有技术中的缺陷，实现提升群养生猪免疫接种的可追溯性与整体作业效率。

2、本发明提供一种基于分栏器的生猪自动免疫注射系统，包括：

3、分栏器、身份识别装置、视觉伺服相机、机械臂、注射器和主控计算机；

4、所述分栏器设有入口门和出口门，所述入口门与所述出口门之间形成用于容纳生猪的保定区域；

5、所述身份识别装置设置于所述分栏器上，用于读取位于所述保定区域内的生猪的身份信息；

6、所述视觉伺服相机用于采集所述保定区域内生猪的图像；

7、所述注射器安装于所述机械臂的末端，所述机械臂设置于所述分栏器上，且所述机械臂的工作范围覆盖所述保定区域；

8、所述主控计算机分别与所述入口门、所述出口门、所述身份识别装置、所述视觉伺服相机和所述机械臂通信连接；所述主控计算机用于：在生猪进入所述保定区域后，控制所述入口门和所述出口门关闭，以将生猪保定于所述保定区域内；根据所述身份信息查询免疫记录，确定被保定生猪的免疫状态；在所述免疫状态为未免疫时，根据所述图像确定被保定生猪体表的注射点位置，并控制所述机械臂驱动所述注射器移动至所述注射点位置以执行注射；在注射完成后，更新与所述身份信息关联的所述免疫记录，并控制所述出口门开启以放行生猪。

9、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射系统，所述系统还包括喷淋装置，所述喷淋装置包括转动平台以及安装于所述转动平台上的喷嘴，所述转动平台用于调整所述喷嘴的朝向；所述主控计算机还与所述喷淋装置通信连接，用于在根据所述图像确定被保定生猪的体表存在脏污时，控制所述喷淋装置对包含所述注射点位置的区域进行喷淋。

10、本发明还提供一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，应用于主控计算机，所述主控计算机分别与分栏器的入口门和出口门、身份识别装置、视觉伺服相机以及末端安装有注射器的机械臂通信连接，所述入口门与所述出口门之间形成用于容纳生猪的保定区域，所述方法包括：

11、在检测到生猪进入所述保定区域时，控制所述入口门和所述出口门处于关闭状态，以将生猪保定于所述保定区域内；

12、获取所述身份识别装置读取的被保定生猪的身份信息；

13、根据所述身份信息查询免疫记录，确定被保定生猪的免疫状态；

14、在所述免疫状态为未免疫时，获取所述视觉伺服相机采集的被保定生猪的图像，并根据所述图像确定被保定生猪体表的注射点位置；

15、控制所述机械臂驱动所述注射器移动至所述注射点位置以执行注射；

16、在注射完成后，更新与所述身份信息关联的所述免疫记录，并控制所述出口门开启以放行生猪。

17、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，所述图像包括相互对齐的彩色图像和深度图像；所述根据所述图像确定被保定生猪体表的注射点位置，包括：

18、对所述彩色图像进行实例分割，得到被保定生猪的掩膜；

19、获取所述掩膜中每行像素的水平中点，对各所述水平中点进行拟合，得到被保定生猪的背部脊线；

20、获取所述彩色图像中与所述背部脊线上的目标点处于同一水平行的所述掩膜的两侧轮廓点；

21、根据所述目标点与所述两侧轮廓点，确定位于所述背部脊线两侧的两个候选注射点；

22、结合所述深度图像中所述候选注射点对应的深度值，将两个所述候选注射点转换至机械臂基坐标系；

23、将转换后的两个所述候选注射点中与所述机械臂基坐标系的预设坐标轴之间距离最小的候选注射点，确定为所述注射点位置。

24、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，在控制所述机械臂驱动所述注射器移动至所述注射点位置以执行注射之前，还包括：

25、获取所述视觉伺服相机采集的被保定生猪的连续多帧图像，对每帧图像进行分割，得到被保定生猪在每帧图像中的掩膜；

26、计算预设时间窗口内相邻帧的所述掩膜之间的交并比的均值，将所述均值作为被保定生猪的运动稳定性指数；

27、在所述运动稳定性指数达到预设稳定阈值时，执行所述控制所述机械臂驱动所述注射器移动至所述注射点位置以执行注射的步骤。

28、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，还包括：

29、基于所述连续多帧图像中提取的时序特征，预测被保定生猪在未来时段内的运动稳定性指数；

30、根据预测得到的所述运动稳定性指数，确定被保定生猪的稳定时间窗口；

31、在所述稳定时间窗口到来之前，控制所述机械臂预先移动至与所述注射点位置间隔预设距离的预备位置；

32、在进入所述稳定时间窗口后，控制所述机械臂驱动所述注射器由所述预备位置移动至所述注射点位置以执行注射。

33、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，所述控制所述机械臂驱动所述注射器移动至所述注射点位置以执行注射，包括：

34、控制所述机械臂移动至与所述注射点位置间隔第一预设距离的粗定位位置；

35、获取所述注射点位置的邻域范围内的点云数据，对所述点云数据进行平面拟合，得到所述注射点位置处生猪体表的法向量，调整所述机械臂的末端姿态，使所述注射器的轴线与所述法向量对齐；

36、控制所述注射器沿所述轴线朝向所述注射点位置直线运动，以触发注射。

37、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，还包括：

38、在调整所述末端姿态以及所述直线运动的过程中，实时预测被保定生猪在未来时段内的位移量；

39、若所述机械臂处于调整所述末端姿态的过程中，且所述位移量超过预设位移阈值，则控制所述机械臂暂停运动并保持当前姿态；

40、若所述注射器处于所述直线运动的过程中，且所述位移量超过所述预设位移阈值，则控制所述机械臂回退至与生猪体表间隔预设安全距离的位置；

41、在被保定生猪恢复稳定后，控制所述机械臂继续被中断的注射流程；在自注射流程开始起的累计时长超过预设时长时，终止本次注射。

42、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，所述机械臂的末端设有力传感器；所述方法还包括：

43、在所述直线运动的过程中，获取所述力传感器采集的沿所述注射器的轴线方向的受力值；

44、在所述受力值超过预设受力阈值时，控制所述机械臂停止所述直线运动并回退。

45、根据本发明提供的一种基于分栏器的生猪自动免疫注射控制方法，所述主控计算机还与喷淋装置通信连接；所述控制所述入口门和所述出口门处于关闭状态，以将生猪保定于所述保定区域内，包括：

46、在检测到生猪进入所述保定区域时，控制所述入口门关闭；

47、获取所述视觉伺服相机采集的所述保定区域内的图像，根据所述图像确定所述保定区域内生猪的数量；

48、若所述数量大于一，则控制所述出口门开启，并控制所述喷淋装置对所述保定区域内的生猪进行喷淋驱赶，直至所述保定区域内生猪的数量为一；

49、若所述数量为一，则控制所述出口门关闭，以将单头生猪保定于所述保定区域内；

50、所述方法还包括：

51、根据所述图像确定被保定生猪的体表状态；

52、在所述体表状态为体表脏污时，以所述注射点位置为基准确定待清洁区域，控制所述喷淋装置调整喷嘴朝向对所述待清洁区域进行喷淋，并在喷淋后控制所述出口门开启以放行生猪。

53、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

54、通过在分栏器的入口门与出口门之间形成保定区域，并在生猪进入保定区域后控制入口门与出口门关闭，从而在无需人工驱赶或强制固定的情况下实现对单头生猪的自动粗保定，降低了操作人员的劳动强度和人畜接触带来的安全风险；通过设置身份识别装置读取被保定生猪的身份信息，并根据身份信息查询免疫记录确定被保定生猪的免疫状态，从而避免了对已完成免疫接种的生猪进行重复注射，提高了疫苗使用效率并减少了不必要的应激刺激；通过在免疫状态为未免疫时利用视觉伺服相机采集的图像确定被保定生猪体表的注射点位置，从而实现了对生猪背部注射点的自动化识别与精准定位，消除了人工目视寻找注射位置导致的操作误差；通过将注射器安装于机械臂末端，并使机械臂的工作范围覆盖保定区域，控制机械臂驱动注射器移动至注射点位置以执行注射，从而以机械臂替代人工完成注射动作，避免了人工保定和人工注射过程中的操作误差以及人畜交叉感染风险；通过主控计算机分别与入口门、出口门、身份识别装置、视觉伺服相机和机械臂通信连接并统筹控制上述各部件的协同动作，从而将身份核验、注射点定位与注射执行整合为统一控制的自动化流程；通过在注射完成后更新与身份信息关联的免疫记录并控制出口门开启以放行生猪，从而将本次注射结果自动记入免疫档案并使生猪自主离开保定区域，形成了覆盖身份识别、状态判定、注射执行与数据记录的免疫管理流程，提升了群养生猪免疫接种的可追溯性与整体作业效率。