CN110447690B - 一种猪腹剖切机器人系统 - Google Patents
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Abstract
一种猪腹剖切机器人系统，属于机器人领域，由工业机器人本体、机器人末端执行器、机器人底座、线体防摆动装置、胴体靠背支架、旋转编码器及连接件、激光传感器及支架、接近开关及支架等组成。机器人末端执行器用于完成各项切割任务；机器人底座为机器人提供稳定支撑的平台；线体防摆动装置和胴体靠背支架是为了防止猪胴体在切割的过程中发生摆动；旋转编码器用来测量生产线的运行速度；激光传感器用于获取胴体的尺寸和位置信息；接近开关可检测胴体是否到达生产线的指定位置。该装置可针对屠宰生产线上的猪胴体实现劈开耻骨、剖切猪腹操作，在实现猪腹剖切自动化的基础上，保证了猪肉制品质量的一致性并有效提高了产品的安全性。
Description
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种机器人系统，尤其涉及一种猪腹剖切机器人系统。
背景技术
工业机器人是现代装备制造业的重要组成部分，被广泛地应用于装配、喷涂、码垛、搬运、焊接等生产环节，有效地提高了生产效率和产品质量。而随着国内劳动力成本的日益提高，劳动密集型的肉制品生产企业亟需通过提高车间的自动化水平以取代部分人工操作，从而在降低成本的同时有效地保证产品质量的一致性。在这个自动化升级改造的过程中，工业机器人无疑在其中扮演着重要的角色。
猪肉屠宰生产车间的空气湿度相对较高，现场的操作人员往往身穿洁净服头戴安全帽脚着胶靴进行着繁重、枯燥、重复性的工作。这种工作形式和内容一方面会对操作人员的健康带来威胁，比如肌骨失常等疾病，另一方面也意味着劳动力成本的逐年增长以及从业人员的日益紧缺。而这种工作情况正好与工业机器人的使用特点相吻合，采用机器人进行作业不仅可以使操作人员从繁重的工作中解脱出来，而且能够创造出一些具有激发性和创新性的全新工作岗位。
发明内容
本发明提供一种猪腹剖切机器人系统装置，该装置可针对屠宰生产线上的猪胴体实现劈开耻骨、剖切猪腹操作，同时可对屠宰刀具进行杀菌消毒处理，在实现猪腹剖切自动化的基础上，保证了猪肉制品规格和品质的一致性，使得产品加工趋于标准化、规模化和精益化，并有效提高了猪肉制品的安全性。
为了实现上述功能，本发明的技术方案如下：
一种猪腹剖切机器人系统，包括工业机器人本体1、机器人末端执行器2、机器人底座3、线体防摆动装置4、胴体靠背支架5、旋转编码器组件6、消毒装置7、激光传感器8、接近开关A901和接近开关B902。工业机器人本体1通过螺栓固连在机器人底座3上，且正对生产线上的猪胴体放置，机器人底座3通过化学锚栓固定在地面上。机器人末端执行器2通过螺栓连接在工业机器人本体1末端的法兰盘上。线体防摆动装置4焊接在生产线的顶梁上，且处在猪腹剖切工位附近。胴体靠背支架5安装在猪胴体背部的地面上。旋转编码器组件6通过连接件与生产线驱动转盘相连接。激光传感器8固定在纵向支架的合适高度处，且正对生产线的猪胴体放置，所述纵向支架与地面固连。两个接近开关A901、B902通过支架固连在线体防摆动装置4上，位于生产线的适当位置处，接近开关A901用于触发激光传感器、B902用于启动工业机器人本体。
所述的机器人末端执行器2包括两个刀具组及刀具组固定组件，所述的刀具组包括圆锯片201、耻骨刀202、圆锯保护罩208、伺服电机206、减速器205、笔型气缸210，刀具组固定组件包括双刀安装板204、长轴213、外部防护罩211、摆动气缸207、转接法兰215。所述伺服电机206的转轴接入减速器205的输入端，减速器205的输出轴通过连接件与圆锯片201固连，从而可通过伺服电机206带动圆锯片201旋转；所述伺服电机206和减速器205整体固定在双刀安装板204上。所述笔型气缸210的一端通过旋转关节209固定在双刀安装板204上，另一端通过旋转关节固定在圆锯保护罩208上，圆锯保护罩208的末端设计成一金属弯钩203，耻骨刀202固连在圆锯保护罩208的侧面；圆锯保护罩208通过与中空的回转轴固连可实现绕其中轴线的旋转运动，由此可通过笔型气缸210活塞杆的伸出与缩回实现圆锯保护罩208的绕轴旋转，从而带动其上的金属弯钩203和耻骨刀202实现位置的转换。所述摆动气缸207的输出轴通过连接件固连在双刀安装板204上，从而可通过摆动气缸207带动双刀安装板204及其上的所有组件一同绕其输出轴旋转；摆动气缸207的本体通过气缸座214连接到转接法兰215上，转接法兰215直接与机器人末端的法兰盘相固连，长轴213的一端固定在双刀安装板204上，另一端支撑在轴承座212中。所述轴承座212连接在外部防护罩211的一侧，防护罩211的另一侧固定在转接法兰盘215上。刀具组在双刀安装板204的两端各安装一套，可通过摆动气缸207的带动交替伸出外部防护罩211从而进行猪腹剖切作业。
所述的线体防摆动装置4包括固定导向支架401、活动导向支架402、导向横梁403、导条404、端部导条405、弹簧406。所述固定导向支架401焊接在生产线的顶梁上，活动导向支架402的凹槽内开设有竖直方向的条形槽孔，两种导向支架通过螺栓连接固连。所述活动导向支架402的底部安装导向横梁403，导向横梁403上固定导条404。正对猪腹一侧的导向横梁403与活动导向支架402之间安装有弹簧406，背对猪腹一侧的导向横梁403则直接固连在活动导向支架402上，由此可对两个导条404之间的夹持力进行调节。所述导向横梁403的端部安装有端部导条405，用于引导悬挂猪胴体的挂钩以正确的姿态进入到两个导条中间一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的胴体靠背支架包括固定支架和靠背横管。
所述的胴体靠背支架5包括固定支架501和靠背横管502。所述固定支架501固定在地面上，靠背横管502通过其伸出梁上的通孔与固定支架501的条形槽孔采用螺栓相连接，由此可防止猪胴体在执行猪腹剖切操作的过程中发生前后方向的窜动。
所述的旋转编码器组件6包括连接圆盘601、齿轮一602、齿轮二603、齿轮轴606、齿轮支架605、旋转编码器604。所述连接圆盘601与生产线的驱动转盘直接固定，其上固定安装齿轮一602。齿轮二603通过连接件承托在齿轮支架605上，且可以绕其中心的齿轮轴606旋转，齿轮一602与齿轮二603保持正常的啮合关系。齿轮轴606的端部与旋转编码器604直接连接。
所述的消毒装置7包括固定安装支架701、杀菌喷嘴702以及金属软管703。所述固定支架701连接在机器人末端执行器外部防护罩211的后侧外表面上，固定安装支架701的中间位置两端面分别设有两个螺纹孔，一个螺纹孔与杀菌喷嘴702连接，且正对圆锯片201和耻骨刀202所在的位置，另一个螺纹孔与金属软管703相连接，用于将生产现场提供的高温蒸汽引入到防护罩211内。
本发明的使用过程为：
生产线启动，旋转编码器实时检测当前生产线的运行速度，并将速度值反馈给控制系统。当生产线上的猪胴体从左至右匀速运动到接近开关A901所在的位置时，接近开关A901接收到胴体到来的信号并将该信号反馈给控制系统，控制系统命令激光传感器进行胴体扫描，由此获得胴体中心线的尺寸信息。当猪胴体继续运动至接近开关B902所在的位置时，接近开关B902同样接收到胴体到来的信号并将该信号反馈给控制系统，控制系统命令机器人开始执行劈开趾骨和猪腹剖切操作。完成猪腹剖切操作后，换刀系统执行换刀操作，由另一个刀具组进行下一轮劈开趾骨和猪腹剖切操作，同时消毒系统对位于防护罩内的刀具组进行消毒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
所设计的猪腹剖切机器人系统装置较为完善地实现了屠宰加工中猪腹剖切工序的自动化操作。机器人末端执行器同时集成了劈开耻骨、剖切猪腹以及刀具消毒三方面功能，其所包含的两套刀具组，当其中一套正在执行猪腹剖切任务时，另一套刀具在设备内部进行杀菌处理，极大地提高了生产效率和食品安全性。线体防摆动装置和胴体靠背支架有效地避免了猪腹剖切过程中胴体的摆动，同时保证了胴体沿生产线方向的匀速运动。安装的旋转编码器可精确检测当前生产线的运行速度，从而为机器人执行任务过程中的随动运动提供速度值。
附图说明
图1是本发明实例中猪腹剖切机器人系统装置的整体布置图。
图2是本发明实例中机器人末端执行器的内部结构图。
图3是本发明实例中线体防摆动装置的结构图。
图4是本发明实例中胴体靠背支架的结构图。
图5是本发明实例中旋转编码器连接件的结构图。
图6是本发明实例中消毒装置的结构图。
图中，工业机器人本体1、机器人末端执行器2、机器人底座3、线体防摆动装置4、胴体靠背支架5、旋转编码器组件6、消毒装置7、激光传感器8、接近开关A901、接近开关B902；
圆锯片201、耻骨刀202、金属弯钩203、双刀安装板204、减速器205、伺服电机206、摆动气缸207、圆锯保护罩208、旋转关节209、笔型气缸210、外部保护罩211、轴承座212、长轴213、气缸座214、转接法兰215；
固定导向支架401、活动导向支架402、导向横梁403、导条404、端部导条405、弹簧406；
固定支架501、靠背横管502；
连接圆盘601、齿轮一602、齿轮二603、旋转编码器604、齿轮支架605、齿轮轴606；
固定安装支架701、杀菌喷嘴702、金属软管703。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种猪腹剖切机器人系统，主要包括工业机器人本体1、机器人末端执行器2、机器人底座3、线体防摆动装置4、胴体靠背支架5、旋转编码器及连接件6、消毒装置7、激光传感器及支架8、接近开关及支架901和902等。工业机器人本体1通过螺栓固连在机器人底座3上，且正对生产线上的猪胴体放置。机器人底座3通过化学锚栓固定在地面上。机器人末端执行器2通过螺栓连接在机器人末端的法兰盘上。线体防摆动装置4焊接在生产线的顶梁上，且处在猪腹剖切工位附近。胴体靠背支架5安装在猪胴体背部的地面上。旋转编码器604通过连接件与生产线驱动转盘相连接。激光传感器固定在其支架的合适高度处，且正对生产线的猪胴体放置，该支架与地面固连。接近开关通过其支架固连在生产线的适当位置处。
当生产线上的猪胴体从左至右匀速运动到接近开关A901所在的位置时，接近开关A901接收到胴体到来的信号并将该信号反馈给控制系统，控制系统命令激光传感器进行胴体扫描，胴体中心线的尺寸信息由此获得。当猪胴体继续运动至接近开关B902所在的位置时，接近开关B902同样接收到胴体到来的信号并将该信号反馈给控制系统，控制系统命令工业机器人开始执行猪腹剖切操作。旋转编码器604可实时检测当前生产线的运行速度，并将速度值反馈给控制系统。
如图2所示，一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的机器人末端执行器2包括圆锯片201、耻骨刀202、圆锯保护罩208、伺服电机206、减速器205、摆动气缸207、笔型气缸210、双刀安装板204、长轴213、外部防护罩211、转接法兰215等。伺服电机206的转轴接入减速器205的输入端，减速器205的输出轴通过连接件与圆锯片201固连，从而可通过伺服电机206带动圆锯片201旋转，伺服电机206和减速器205整体固定在双刀安装板204上。笔型气缸210的一端通过旋转关节209固定在双刀安装板204上，另一端通过旋转关节固定在圆锯保护罩208上，圆锯保护罩208的末端设计成一金属弯钩203，耻骨刀202固连在圆锯保护罩208的侧面，圆锯保护罩208通过与中空的回转轴固连可实现绕其中轴线的旋转运动，由此可通过笔型气缸210活塞杆的伸出与缩回实现圆锯保护罩208的绕轴旋转，从而带动其上的金属弯钩203和耻骨刀202实现位置的转换。摆动气缸207的输出轴通过连接件固连在双刀安装板204上，从而可通过摆动气缸207带动双刀安装板204及其上的所有组件一同绕其输出轴旋转。摆动气缸207的本体通过气缸座214连接到转接法兰215上，转接法兰215直接与机器人末端的法兰盘相固连。长轴213的一端固定在双刀安装板204上，另一端支撑在轴承座212中，轴承座212连接在外部防护罩211的一侧，防护罩211的另一侧固定在转接法兰盘215上。由圆锯片201、耻骨刀202、圆锯保护罩208、伺服电机206、减速器205、笔型气缸210等构成的刀具组在双刀安装板204的两端各安装一套，可通过摆动气缸207的带动交替伸出外部防护罩211从而进行猪腹剖切作业。
如图3所示，一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的线体防摆动装置4包括固定导向支架401、活动导向支架402、导向横梁403、导条404、端部导条405、弹簧406等。固定导向支架401焊接在生产线的顶梁上，活动导向支架402的凹槽内开设有竖直方向的条形槽孔，两种导向支架通过螺栓连接固连。活动导向支架402的底部安装导向横梁403，导向横梁403上固定导条404。正对猪腹一侧的导向横梁403与活动导向支架402之间安装有弹簧406，背对猪腹一侧的导向横梁403则直接固连在活动导向支架402上，由此可对两个导条404之间的夹持力进行调节。导向横梁403的端部安装有端部导条405，用于引导悬挂猪胴体的挂钩以正确的姿态进入到两个导条中间。
如图4所示，一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的胴体靠背支架5包括固定支架501和靠背横管502。固定支架501固定在地面上，靠背横管502通过其伸出梁上的通孔与固定支架501的条形槽孔采用螺栓相连接。由此可防止猪胴体在执行猪腹剖切操作的过程中发生前后方向的窜动。
如图5所示，一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的旋转编码器及连接件6包括连接圆盘601、齿轮一602、齿轮二603、齿轮轴606、齿轮支架605、旋转编码器604等。连接圆盘601与生产线的驱动转盘直接固定，其上固定安装齿轮一602。齿轮二603通过连接件承托在齿轮支架605上，且可以绕其中心的齿轮轴606旋转。齿轮轴606的一端与旋转编码器604直接连接。齿轮一602与齿轮二603保持正常的啮合关系。
如图6所示，一种猪腹剖切机器人系统装置，其中的消毒装置7包括固定安装支架701、杀菌喷嘴702以及金属软管703等。固定支架701连接在机器人末端执行器外部防护罩211的后侧外表面上，固定安装支架701的中间位置两端分别设有两个螺纹孔，一个螺纹孔与杀菌喷嘴702连接，且正对圆锯片201和耻骨刀202所在的位置，另一个螺纹孔与金属软管703相连接，用于将生产现场提供的高温蒸汽引入到防护罩211内。
虽然上文中已经结合附图和实例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明范围的情况下，可对其进行各种改进，且可以用等效物替换其中的部件。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。
Claims (4)
1.一种猪腹剖切机器人系统，其特征在于，所述的猪腹剖切机器人系统包括工业机器人本体(1)、机器人末端执行器(2)、机器人底座(3)、线体防摆动装置(4)、胴体靠背支架(5)、旋转编码器组件(6)、消毒装置(7)、激光传感器(8)、接近开关A(901)和接近开关B(902)；
所述的工业机器人本体(1)固连在机器人底座(3)上，且正对生产线上的猪胴体放置，机器人底座(3)固定在地面上；机器人末端执行器(2)连接在工业机器人本体(1)末端的法兰盘上；线体防摆动装置(4)固定在生产线的顶梁上，且处在猪腹剖切工位附近；胴体靠背支架(5)安装在猪胴体背部的地面上；旋转编码器组件(6)通过连接件与生产线驱动转盘相连接；激光传感器(8)固定在纵向支架的合适高度处，且正对生产线的猪胴体放置，所述纵向支架与地面固连；两个接近开关A(901)、B(902)通过支架固连在线体防摆动装置(4)上，位于生产线的适当位置处，接近开关A(901)用于触发激光传感器、接近开关B(902)用于启动工业机器人本体；所述的消毒装置(7)连接在机器人末端执行器的外部防护罩(211)的后侧外表面上；
所述的机器人末端执行器(2)包括两个刀具组及刀具组固定组件，所述的刀具组包括圆锯片(201)、耻骨刀(202)、圆锯保护罩(208)、伺服电机(206)、减速器(205)、笔型气缸(210)，刀具组固定组件包括双刀安装板(204)、长轴(213)、外部防护罩(211)、摆动气缸(207)、转接法兰(215)；所述伺服电机(206)的转轴接入减速器(205)的输入端，减速器(205)的输出轴通过连接件与圆锯片(201)固连，从而可通过伺服电机(206)带动圆锯片(201)旋转；所述伺服电机(206)和减速器(205)整体固定在双刀安装板(204)上；所述笔型气缸(210)的一端通过旋转关节(209)固定在双刀安装板(204)上，另一端通过旋转关节固定在圆锯保护罩(208)上，圆锯保护罩(208)的末端设计成一金属弯钩(203)，耻骨刀(202)固连在圆锯保护罩(208)的侧面；圆锯保护罩(208)通过与中空的回转轴固连可实现绕其中轴线的旋转运动，由此可通过笔型气缸(210)活塞杆的伸出与缩回实现圆锯保护罩(208)的绕轴旋转，从而带动其上的金属弯钩(203)和耻骨刀(202)实现位置的转换；所述摆动气缸(207)的输出轴固连在双刀安装板(204)上，通过摆动气缸(207)带动双刀安装板(204)及其上的所有组件一同绕其输出轴旋转；摆动气缸(207)的本体通过气缸座(214)连接到转接法兰(215)上，转接法兰(215)直接与工业机器人本体末端的法兰盘相固连，长轴(213)的一端固定在双刀安装板(204)上，另一端支撑在轴承座(212)中；所述轴承座(212)连接在外部防护罩(211)的一侧，外部防护罩(211)的另一侧固定在转接法兰(215)上；刀具组在双刀安装板(204)的两端各安装一套，可通过摆动气缸(207)的带动交替伸出外部防护罩(211)从而进行猪腹剖切作业；
所述的线体防摆动装置(4)包括固定导向支架(401)、活动导向支架(402)、导向横梁(403)、两个导条(404)、端部导条(405)、弹簧(406)；所述固定导向支架(401)焊接在生产线的顶梁上，活动导向支架(402)的凹槽内开设有竖直方向的条形槽孔，两种导向支架通过螺栓连接固连；所述活动导向支架(402)的底部安装导向横梁(403)，导向横梁(403)上固定导条(404)；正对猪腹一侧的导向横梁(403)与活动导向支架(402)之间安装弹簧(406)，背对猪腹一侧的导向横梁(403)固连在活动导向支架(402)上，对两个导条(404)之间的夹持力进行调节；所述导向横梁(403)的端部安装端部导条(405)，用于引导悬挂猪胴体的挂钩以正确的姿态进入到两个导条中间。
2.根据权利要求1所述的一种猪腹剖切机器人系统，其特征在于，所述的胴体靠背支架(5)包括固定支架(501)和靠背横管(502)；所述固定支架(501)固定在地面上，靠背横管(502)通过其伸出梁上的通孔与固定支架(501)的条形槽孔采用螺栓连接，防止猪胴体在执行猪腹剖切操作的过程中发生前后方向的窜动。
3.根据权利要求1所述的一种猪腹剖切机器人系统，其特征在于，所述的旋转编码器组件(6)包括连接圆盘(601)、齿轮一(602)、齿轮二(603)、齿轮轴(606)、齿轮支架(605)、旋转编码器(604)；所述连接圆盘(601)与生产线的驱动转盘直接固定，其上固定安装齿轮一(602)；齿轮二(603)通过连接件承托在齿轮支架(605)上，且可以绕其中心的齿轮轴(606)旋转，齿轮一(602)与齿轮二(603)保持正常的啮合关系；齿轮轴(606)的端部与旋转编码器(604)直接连接。
4.根据权利要求1所述的一种猪腹剖切机器人系统，其特征在于，所述的消毒装置(7)包括固定安装支架(701)、杀菌喷嘴(702)以及金属软管(703)；所述固定安装支架(701)连接在机器人末端执行器外部防护罩(211)的后侧外表面上，固定安装支架(701)的中间位置两端面分别设有螺纹孔，一个螺纹孔与杀菌喷嘴(702)连接，且正对圆锯片(201)和耻骨刀(202)所在的位置，另一个螺纹孔与金属软管(703)相连接，用于将生产现场提供的高温蒸汽引入到外部防护罩(211)内。
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