一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其工作方法；禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人包括禽蛋運(yùn)輸裝置、震動(dòng)矯正裝置、禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人、禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)。所述的禽蛋運(yùn)輸裝置用于收集、存放和傳送禽蛋；所述的震動(dòng)矯正裝置用于使傳送帶上的禽蛋由無(wú)序布置狀態(tài)變成有序布置狀態(tài)；所述的禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人用于禽蛋的撿拾及裝盤；所述的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)用于禽蛋坐標(biāo)的定位控制及并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)作的控制。本發(fā)明采用具有定位功能的禽蛋傳送帶和具有禽蛋撿拾、旋轉(zhuǎn)和定點(diǎn)放置功能的并聯(lián)機(jī)器人及其末端執(zhí)行器，保證定位精度的同時(shí)降低了成本，實(shí)現(xiàn)了禽類養(yǎng)殖場(chǎng)自動(dòng)集蛋裝盤包裝的操作。
【專利說(shuō)明】一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其工作方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其工作方法，尤其是涉及一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其控制方法，屬于禽蛋收集包裝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著農(nóng)業(yè)高新科技的應(yīng)用和推廣，農(nóng)業(yè)機(jī)器人已逐步進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。禽蛋是人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，?guó)內(nèi)中小型養(yǎng)雞場(chǎng)大多是人工撿蛋，人工包裝以便運(yùn)輸，這樣既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)勞動(dòng)力；大型養(yǎng)雞場(chǎng)配備有流水線式的自動(dòng)集蛋設(shè)備，但是自動(dòng)集蛋設(shè)備也只是實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化。并聯(lián)機(jī)器人以精度高、運(yùn)動(dòng)加速度大，動(dòng)作周期短著稱，并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用于禽蛋自動(dòng)包裝流水線能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低人工成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于并聯(lián)機(jī)器人需要確定撿拾目標(biāo)的位置信息，一般需要使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)用于包裝產(chǎn)品的定位，所以成本較高，控制較為復(fù)雜，既增加了機(jī)器視覺(jué)的成本，也加重了控制器的負(fù)荷，提高了控制系統(tǒng)的成本，致使整機(jī)成本高昂，影響了其推廣應(yīng)用。因此需要發(fā)明一種低成本的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人，既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)集蛋裝盤，又能具有較低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人及其工作方法。
[0004]一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人，包括禽蛋運(yùn)輸裝置、震動(dòng)矯正裝置、禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人和禽蛋自動(dòng)包 裝機(jī)器人控制系統(tǒng)。所述的禽蛋運(yùn)輸裝置用于收集、存放和傳送禽蛋；所述的震動(dòng)矯正裝置用于使傳送帶上的禽蛋由無(wú)序布置狀態(tài)變成有序布置狀態(tài)；所述的禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人用于禽蛋的撿拾及裝盤；所述的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)用于禽蛋坐標(biāo)的定位控制及并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)作的控制。
[0005]所述的禽蛋運(yùn)輸裝置由集蛋槽傳送帶、帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒、從動(dòng)滾筒、伺服電機(jī)和傳送帶壓緊裝置組成。所述的集蛋槽傳送帶表面由硅膠材料制成，在集蛋槽傳送帶表面的寬度和長(zhǎng)度方向分成多個(gè)矩形硅膠槽，每個(gè)矩形硅膠槽形成底部為圓弧型的空腔集蛋槽，并在寬度方向由弧狀結(jié)構(gòu)槽脊分割，在長(zhǎng)度方向由直線狀結(jié)構(gòu)槽脊分成多行，每格集蛋槽槽深為禽蛋寬度的一半，槽寬略大于禽蛋的寬度，槽長(zhǎng)略大于禽蛋的長(zhǎng)度，相鄰集蛋槽的寬度方向設(shè)有一開(kāi)縫，目的是防止傳送帶繞過(guò)驅(qū)動(dòng)滾筒時(shí)表面的硅膠槽被拉斷；集蛋槽傳送帶套在帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒上，帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合光電編碼器，保證集蛋槽傳送帶以高精度穩(wěn)定勻速運(yùn)動(dòng)。所述的傳送帶壓緊裝置安裝在集蛋槽傳送帶中段，由壓緊從動(dòng)滾筒和多個(gè)壓緊從動(dòng)輪組成；所述的壓緊從動(dòng)滾筒位于集蛋槽傳送帶下表面，其寬度稍大于集蛋槽傳送帶的寬度；多個(gè)壓緊從動(dòng)輪并排安裝在與壓緊從動(dòng)滾筒對(duì)應(yīng)的集蛋槽傳送帶上表面的直線狀結(jié)構(gòu)槽脊上；壓緊從動(dòng)滾筒與壓緊從動(dòng)輪上下對(duì)齊壓緊集蛋槽傳送帶，防止撿蛋區(qū)的傳送帶受到震動(dòng)矯正裝置的影響而震動(dòng)。所述的傳送帶壓緊裝置將禽蛋運(yùn)輸裝置分為兩個(gè)區(qū)域，即矯正區(qū)和撿蛋區(qū)。所述的矯正區(qū)用于將傳送帶上的禽蛋填入矩形穴格中；所述的撿蛋區(qū)用于撿拾禽蛋并放置到蛋托盤中。
[0006]所述的震動(dòng)矯正裝置由彈簧、敲打部件和脈沖電磁鐵組成。多個(gè)震動(dòng)矯正裝置等距安裝在所述的矯正區(qū)集蛋槽傳送帶下面。所述的敲打部件下面安裝有彈簧和脈沖電磁鐵；所述的敲打部件為鋼制材料上垂直均勻設(shè)有齒狀物組成；齒狀物為橡膠材料；齒狀物用于敲打集蛋槽傳送帶底部；脈沖電磁鐵按一定頻率吸引、釋放敲打部件，敲打部件靠彈簧向上的彈力敲打集蛋槽傳送帶底部。收集到集蛋槽傳送帶上的禽蛋呈隨機(jī)分布，經(jīng)過(guò)矯正區(qū)的震動(dòng)后，大部分禽蛋會(huì)落入集蛋槽中。禽蛋一旦落入集蛋槽中就成為最穩(wěn)定的狀態(tài)，并保持同一方向排列，由集蛋槽傳送帶運(yùn)輸至撿蛋區(qū)。
[0007]所述的禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人包括伺服電機(jī)、主動(dòng)臂、從動(dòng)臂、末端執(zhí)行器、二位三通閥和氣泵。禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人位于撿蛋區(qū)集蛋槽傳送帶內(nèi)側(cè)；所述的伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人主動(dòng)臂；所述的末端執(zhí)行器由舵機(jī)和真空吸盤組成，舵機(jī)用于控制真空吸盤，使其可以向上旋轉(zhuǎn)90度，以達(dá)到將禽蛋豎直放入禽蛋托盤的目的，而真空吸盤用于吸起禽蛋；所述的二位三通閥通過(guò)氣管分別與真空吸盤和氣泵相接，用于控制真空吸盤抽氣的通斷；所述的氣泵為真空吸盤吸起禽蛋提供動(dòng)力。
[0008]所述的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)由PC控制器、基于PC的運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電器和多個(gè)接近傳感器組成。所述的PC控制器用于接收接近傳感器傳來(lái)的信號(hào)、禽蛋坐標(biāo)的計(jì)算和執(zhí)行程序；所述的基于PC的運(yùn)動(dòng)控制卡嵌入在PC控制器中，用于控制禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度及速度；所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述的繼電器用于控制禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人二位三通閥的變位；所述的接近傳感器豎直安裝在沿集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向每列集蛋槽的正上方，接近傳感器個(gè)數(shù)與集蛋槽的列數(shù)相同，接近傳感器具體為電容式接近傳感器，用于感應(yīng)非金屬材料，本發(fā)明中用于感應(yīng)禽蛋的有無(wú)。
[0009]本發(fā)明的一種禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人禽蛋坐標(biāo)定位方法如下:
[0010]I)對(duì)進(jìn)入撿蛋區(qū)的禽蛋進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，以相對(duì)于禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人來(lái)說(shuō)最外側(cè)的接近傳感器為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，沿集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向?yàn)閄軸正方向，與集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向指向禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人一側(cè)為Y軸正方向，豎直向下為Z軸正方向。
[0011]2)當(dāng)接近傳感器感應(yīng)到首排進(jìn)入撿蛋區(qū)的禽蛋時(shí)，分別開(kāi)始計(jì)時(shí)tj，再分別記錄
傳感器感應(yīng)到禽蛋經(jīng)過(guò)的時(shí)間<，j代表集蛋槽的行數(shù)，從外到內(nèi)(以禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人所在位置為內(nèi)側(cè))依次為槽1-槽4。傳送帶由配有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)，可以保證傳送帶的速度V為定值。因此，首排禽蛋的平均坐標(biāo)七=- 0.,
[0012]3)每格集蛋槽與沿垂直于傳送帶前進(jìn)方向相鄰槽的槽中心間距為1，每格槽槽長(zhǎng)為a。禽蛋大小不同，禽蛋頂點(diǎn)離傳感器的距離也會(huì)有些許差距，但差距不大，取禽蛋頂點(diǎn)z坐標(biāo)平均值為定值h，由于并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器采用多層硅膠真空吸盤，可將大小不同的禽蛋吸起。由于禽蛋基本占據(jù)一格槽的空間，禽蛋中心坐標(biāo)可以近似作為每格槽的中心坐標(biāo)。
[0013]4)建立四維矩陣，矩陣每個(gè)元素值對(duì)應(yīng)每格槽是否有禽蛋，傳感器感應(yīng)到有禽蛋值為1，沒(méi)有禽蛋值為O。這樣每格槽禽蛋頂點(diǎn)坐標(biāo)都可得到:
【權(quán)利要求】
1.一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人，其特征在于包括禽蛋運(yùn)輸裝置、震動(dòng)矯正裝置、禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人和禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)；所述的禽蛋運(yùn)輸裝置用于收集、存放和傳送禽蛋；所述的震動(dòng)矯正裝置用于使傳送帶上的禽蛋由無(wú)序布置狀態(tài)變成有序布置狀態(tài)；所述的禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人用于禽蛋的撿拾及裝盤；所述的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)用于禽蛋坐標(biāo)的定位控制及并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)作的控制； 所述的禽蛋運(yùn)輸裝置包括集蛋槽傳送帶、帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒、從動(dòng)滾筒、伺服電機(jī)和傳送帶壓緊裝置；所述的集蛋槽傳送帶表面由硅膠材料制成，在集蛋槽傳送帶表面的寬度和長(zhǎng)度方向分成多個(gè)矩形硅膠槽，每個(gè)矩形硅膠槽形成底部為圓弧型的空腔集蛋槽，并在寬度方向由弧狀結(jié)構(gòu)槽脊分割，在長(zhǎng)度方向由直線狀結(jié)構(gòu)槽脊分成多行，每格集蛋槽槽深為禽蛋寬度的一半，槽寬略大于禽蛋的寬度，槽長(zhǎng)略大于禽蛋的長(zhǎng)度；集蛋槽傳送帶套在帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒上，帶有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述的傳送帶壓緊裝置安裝在集蛋槽傳送帶中段，由壓緊從動(dòng)滾筒和多個(gè)壓緊從動(dòng)輪組成；所述的壓緊從動(dòng)滾筒位于集蛋槽傳送帶下表面，其寬度稍大于集蛋槽傳送帶的寬度；多個(gè)壓緊從動(dòng)輪并排安裝在與壓緊從動(dòng)滾筒對(duì)應(yīng)的集蛋槽傳送帶上表面的直線狀結(jié)構(gòu)槽脊上；壓緊從動(dòng)滾筒與壓緊從動(dòng)輪上下對(duì)齊壓緊集蛋槽傳送帶，防止撿蛋區(qū)的傳送帶受到震動(dòng)矯正裝置的影響而震動(dòng)；所述的傳送帶壓緊裝置將禽蛋運(yùn)輸裝置分為兩個(gè)區(qū)域，即矯正區(qū)和撿蛋區(qū)；所述的矯正區(qū)用于將傳送帶上的禽蛋填入矩形穴格中；所述的撿蛋區(qū)用于撿拾禽蛋并放置到蛋托盤中； 所述的震動(dòng)矯正裝置包括彈簧、敲打部件和脈沖電磁鐵；多個(gè)震動(dòng)矯正裝置等距安裝在所述的矯正區(qū)集蛋槽傳送帶下面；所述的敲打部件下面安裝有彈簧和脈沖電磁鐵；所述的敲打部件為鋼制材料上垂直均勻設(shè)有齒狀物組成；齒狀物為橡膠材料；齒狀物用于敲打集蛋槽傳送帶底部；脈沖電磁鐵按一定頻率吸引、釋放敲打部件，敲打部件靠彈簧向上的彈力敲打集蛋槽傳送帶底部； 所述的禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人包括伺服電機(jī)、主動(dòng)臂、從動(dòng)臂、末端執(zhí)行器、二位三通閥和氣泵；所述禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人位于撿蛋區(qū)集蛋槽傳送帶一側(cè)；所述的伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人主動(dòng)臂；所述的末端執(zhí)行器由舵機(jī)和真空吸盤組成，舵機(jī)用于控制真空吸盤上下90度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到將禽蛋豎直放入禽蛋托盤的目的，而真空吸盤用于吸起禽蛋；所述的二位三通閥通過(guò)氣管分別與真空吸盤和氣泵相接，用于控制真空吸盤抽氣的通斷；所述的氣泵為真空吸盤吸起禽蛋提供動(dòng)力； 所述的禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人控制系統(tǒng)包括PC控制器、基于PC的運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電器和多個(gè)接近傳感器；所述的PC控制器用于接收接近傳感器傳來(lái)的信號(hào)、禽蛋坐標(biāo)的計(jì)算和執(zhí)行程序；所述的基于PC的運(yùn)動(dòng)控制卡嵌入在PC控制器中，用于控制禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度及速度；所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述的繼電器用于控制禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人二位三通閥的變位；所述的接近傳感器豎直安裝在沿集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向每列集蛋槽的正上方，接近傳感器個(gè)數(shù)與集蛋槽的列數(shù)相同，接近傳感器具體為電容式接近傳感器。
2.一種禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人禽蛋坐標(biāo)定位方法，其特征在于包括如下步驟: 1)對(duì)進(jìn)入撿蛋區(qū)的禽蛋進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，以相對(duì)于禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人來(lái)說(shuō)最外側(cè)的接近傳感器為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，沿集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向?yàn)閄軸正方向，與集蛋槽傳送帶前進(jìn)方向指向禽蛋包裝并聯(lián)機(jī)器人一側(cè)為Y軸正方向，豎直向下為Z軸正方向； .2)當(dāng)接近傳感器感應(yīng)到首排進(jìn)入撿蛋區(qū)的禽蛋時(shí)，分別開(kāi)始計(jì)時(shí)tj;再分別記錄傳感器感應(yīng)到禽蛋經(jīng)過(guò)的時(shí)間(，j代表集蛋槽的行數(shù)，從外到內(nèi)(以禽蛋自動(dòng)包裝機(jī)器人所在位置為內(nèi)側(cè))依次為槽1-槽j ;傳送帶由配有光電編碼器的驅(qū)動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)，保證傳送帶的速度V為定值；因此，首排禽蛋的平均坐標(biāo)X1 = ν?~-0.5νζ: .3)每格集蛋槽與沿垂直于傳送帶前進(jìn)方向相鄰槽的槽中心間距為1，每格槽槽長(zhǎng)為a;因禽蛋頂點(diǎn)離傳感器的距離差距不大，取禽蛋頂點(diǎn)z坐標(biāo)平均值為定值h，由于并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器采用多層硅膠真空吸盤，將大小不同的禽蛋吸起；由于禽蛋基本占據(jù)一格槽的空間，禽蛋中心坐標(biāo)近似作為每格槽的中心坐標(biāo)； .4)建立四維矩陣，矩陣每個(gè)元素值對(duì)應(yīng)每格槽是否有禽蛋，傳感器感應(yīng)到有禽蛋值為1，沒(méi)有禽蛋值為O ;這樣每格槽禽蛋頂點(diǎn)坐標(biāo)都得到:
3.一種禽蛋運(yùn)輸自動(dòng)定位和包裝機(jī)器人的工作方法，其特征在于包括如下步驟: .1)在養(yǎng)殖場(chǎng)每排籠子的集蛋槽上面鋪設(shè)普通傳送帶，傳送帶將禽蛋收集并拉出，經(jīng)過(guò)沖洗，然后將所有的禽蛋整合到集蛋槽傳送帶上； . 2)禽蛋運(yùn)輸裝置分為矯正區(qū)和撿蛋區(qū)，矯正區(qū)的傳送帶下面安裝若干震動(dòng)矯正裝置，目的是讓禽蛋落入集蛋槽傳送帶上面的硅膠槽中，使禽蛋由無(wú)序變?yōu)橛行颍? .3)撿蛋區(qū)之前有傳送帶壓緊裝置，目的是防止矯正震動(dòng)時(shí)對(duì)撿蛋區(qū)傳送帶的影響； .4)進(jìn)入撿蛋區(qū)后，接近傳感器會(huì)感應(yīng)到傳送帶上的禽蛋陣列，PC控制器接收信號(hào)并計(jì)算出每個(gè)禽蛋實(shí)時(shí)坐標(biāo)；基于PC的運(yùn)動(dòng)控制卡控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并聯(lián)機(jī)器人末端真空吸盤便會(huì)追蹤禽蛋并最終吸起；同時(shí)舵機(jī)控制真空吸盤向上旋轉(zhuǎn)90度，使禽蛋豎直；并聯(lián)機(jī)器人將禽蛋轉(zhuǎn)移到禽蛋托盤上空時(shí)，繼電器動(dòng)作，二位三通閥變位，氣泵與大氣導(dǎo)通，禽蛋落入禽蛋托盤，從而實(shí)現(xiàn)禽蛋生產(chǎn)到裝盤包裝的自動(dòng)化過(guò)程。
【文檔編號(hào)】B65B23/08GK103921971SQ201410174011
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】苑進(jìn), 劉雪美, 何林飛, 劉成良 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)