自动化鱼类疫苗注射装备关键技术与机理研究.pdfVIP

摘要

疫苗接种是预防鱼类得病的重要手段。注射免疫可以同时预防多种疾病，与其

他免疫方式相比具有抗原利用率高、免疫效果稳定等特点。当前疫苗注射以手工注

射为主，效率低、注射质量不稳定、操作工人易受伤，亟需一套自动化鱼类疫苗注

射装备。本文以长度为100~170mm的草鱼为研究对象，基于液桥现象设计鱼体翻

身机构，建立鱼苗形态参数与注射位置之间的回归模型，利用机器视觉技术确定注

射位置，设计鱼类疫苗自动注射装置及多通道自动化鱼类疫苗注射系统。主要研究

内容与结论如下：

1）研究鱼体翻身机理，优化翻身机构参数。研究了鱼苗的弯曲和摩擦特性，

分析了在液桥力作用下鱼苗翻身时的受力情况，发现了影响鱼体翻身成功率的因

素为液桥液体的表面张力、接触面积、接触周长、滚筒转动线速度、滚筒半径和传

送装置倾角；通过正交试验确定了鱼体翻身机构最佳参数，翻身成功率可以达到

99.5%。

2）基于机器视觉技术预测疫苗注射点位置。测量了鱼苗长度L、宽度W和厚

度T与注射位置X、Y，进行单因素和多因素回归分析后选出了最佳注射位置预测

模型为X=0.41241L+0.05939W+4.56778(R²=0.982,n=90)以及Y=0.94150W-1.19405

(R²=0.975,n=90)；设计了能获取小畸变、无拖影、高成像质量图片的图像采集装

置，通过图像处理技术得到了鱼苗长度L、宽度W，验证了预测模型，注射位置X、

Y预测的最大相对误差为6.22%和7.60%。

3）设计鱼类疫苗自动注射装置。设计了定位板、放行机构、注射机构和横向

定位装置；进行了坐标变换，将注射位置X、Y从以定位板为基准的坐标系O-XYZ

转换到以注射器为基准的坐标系O-XYZ，实现了将预测得到的注射位置坐标转

换为注射器移动的坐标。本装置可以实现鱼类疫苗自动注射。

4）设计多通道自动化鱼类疫苗注射系统。设计了系统结构并对控制系统硬件

进行了选型；设计了基于FreeRTOS的四任务下位机软件和基于JavaSE的上位机

软件。该系统实现了鱼苗自动翻身、侧翻、矫正、注射位置计算、多通道疫苗注射

和人机交互功能。

关键词：草鱼；疫苗；翻身机构；机器视觉；自动注射；控制系统

Abstract

Vaccinationisanimportantmeanstopreventfishfromgettingsick.Injection

immunizationcanpreventavarietyofdiseasesatthesametime.Comparedwithother

immunizationmethods,injectionimmunizationhasthecharacteristicsofhighantigen

utilizationandstableimmuneeffect.Atpresent,manualinjectionisthemainmethodof

vaccineinjection,whichhasthedisadvantagesoflowefficiency,unstableinjection

qualityandeasyinjuryofoperators,sothereisanurgentneedforautomaticfishvaccine

injectionequipment.Inthispaper,thegrasscarpwhoselengthis100~170mmistakenas

theresearchobject.Basedontheliquidbridgephenomenon,thefishbodyturning

mechanismisdesigned,theregressionmodelbetweenthemorphologicalparametersof

fishfryandtheinjectionpositionisestablished,theinjectionposition