CN104225939B - 一种u型真空腔体干燥机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种U型真空腔体干燥机器人，由一个U型腔体的真空干燥仓，多个移动干燥盘，运动机械臂，布料机械臂，卸料机械臂以及无线数据采集控制系统组成，能够通过网络对多台干燥机器人进行控制，同等干燥面积下设备体积小，能耗低，效率高。

Description

一种U型真空腔体干燥机器人

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，尤其涉及一种U型真空腔体干燥机器人。

背景技术

在食品、药品、保健品等领域，对热敏或高粘性液体物料在真空环境下直接进行干燥是普遍采用的方法，目前国内常用的设备主要有间歇厢式真空干燥设备，生产效率低，容易产生二次污染，自动化程度不高。近年来，出现了一种带式真空连续干燥装置，它包括一个圆筒腔体的干燥仓，一层或多层物料传送带，固定加热系统，喷射泵抽气系统，布料器和卸料器等。这种设备实现了液体物料的连续干燥，提高了工作效率，也符合食品安全生产规范要求，但是它的缺点，一是体积庞大，能耗高。筒形干燥仓长度一般在几米甚至十几米，直径1——2米，由于传送带回转，因而占用了很大的空间；庞大的干燥仓热量损耗大，而且保持适宜的真空度难度很大，设备费用高；二是由于加热系统是固定不动的，以传导或辐射的方式向移动的物料传递热量，造成物料在干燥初期阶段对热能的吸收速率受到影响；同时物料的不断移动使其温度不能精确控制。三是对液体物料的固体物含量要求严格，一般50％以上，对低含量的几乎不能干燥。还有一种盘式真空连续干燥装置，由圆柱形干燥仓组成，物料在运动的刮板作用下从上层盘体向下层盘体下落干燥，但是只能适合固体湿物料，而不适应液体或膏体的物料。中国农业大学陈振华《连续式真空冷冻干燥设备及食品冻干过程工艺参数的研究》(2006.5)提出了采用圆筒形真空仓和升降盘梯托盘传送装置实现连续干燥，但是这种装置只能适用于冷冻升华干燥，而不能将液体物料直接输送到真空仓内进行干燥，且将液体物料冷冻到结晶点以下 再进行升华干燥所消耗的能量远比其直接干燥大。

发明内容

本发明的目的是提供一种U型真空腔体干燥机器人，适用于任意固体物含量的液体物料的直接干燥，可编程控制，相同的干燥面积其设备体积小，能耗低，智能化。

本发明所述的干燥机器人：采用一个U型真空腔体的壳体作为干燥仓，在腔体内设置有运动机械臂，多个移动干燥盘安装于运动机械臂的导轨上，由布料机械臂进行布料，由卸料机械臂将干燥好的物料粉碎卸出，循环往复，由计算机及其软硬件组成的显示控制系统，对干燥过程进行控制，并设置有网络数据接口，可以对多台干燥机器人实现联网控制。

作为干燥机器人壳体的干燥仓，是在方形和/或圆柱形金属壳体内，从该金属壳体内部的上部中间位置开始设置一隔板，并使之与腔体底部保持适当距离，即在该金属壳体的内部形成一个U型的腔体结构，其作用是形成两个水蒸气流动通道，使水蒸气向安装于腔体底部中心位置的捕水器移动的距离最短且互不影响。在隔板上部适当位置开口并设置一个可以开闭的挡板，以使移动干燥盘能从U型腔体的一侧运动到另一侧。

移动干燥盘上设置有物料盘，加热板，无线温度采集控制模块，对物料盘内承载的液体物料进行加热干燥。

运动机械臂由至少4个自由度的直线滑台，矩形导轨，电极引线组成，推动移动干燥盘作间歇式位置移动，即实现布料-干燥-卸料-再布料的循环。

布料机械臂由至少3个自由度的直线滑台和安装于滑台上的物料喷嘴组成，根据液体物料的固体物含量和需要干燥的时间，通过程序设定布料的厚度、次数及几何形状。

卸料机械臂由至少4个自由度的直线滑台组成并安装有切碎器和刮板，其 作用是按照程序设定的颗粒细度，将干燥好的物料进行粉碎并刮出。

显示控制平台由计算机及其软硬件，无线温度、湿度、压力、流量、水分传感器网络，机械臂驱动系统，指令执行系统组成，对无线数据信号进行接收存储、分析处理、发送执行指令，实现对整个干燥过程的智能化控制。

本发明的优越性在于：一是由于移动干燥盘具有自动加热功能，占用空间小，因此干燥仓体积比带式真空连续干燥机减小50％以上；二是移动干燥盘的加热板与物料盘紧密接触且同时移动，提高了热能传递效率，有效缩短了物料干燥初期阶段的时间；同时可以实现对物料温度的精确控制，节约能源；三是能够干燥任意固体物含量的物料；四是可以实现设备生产的标准化、模块化，进行多台设备之间的网络控制，实现大规模干燥生产。

附图说明

图1：U型真空腔体干燥机器人结构示意图

A1-U型腔体干燥仓 A2-卸料机械臂 A3-运动机械臂 A4-出料口 A5-捕水器A6-流量计 A7-进料口 A8-布料机械臂 A9-移动干燥盘 A10-显示控制平台 A11-抽气口 A12-排水口

图2：U型真空腔体干燥仓示意图

U1-外壳 U2-左室 U3-螺旋推进器 U4-制冷剂进口 U5-制冷剂出口 U6-挡板 U7-右室 U8-隔板

图3：移动干燥盘示意图

P1-轴承支架 P2-温度控制和无线温度采集传输模块 P3-导轨轴承 P4-电极滑块 P5加热板温度传感器 P6-物料温度传感器 P7-物料盘 P8-加热板 P9-加热电路

图4：运动机械臂示意图

D1-直线滑台 D2-绝缘体支架 D3-矩形导轨 D4-光轴电极 D5-引线 D6-移动干燥盘

图5：布料机械臂示意图

B1-直线滑台1 B2-直线滑台2 B3-物料喷嘴 B4-伸缩电机 B5-接口 B3-1-丝杆 B3-2-进料孔 B3-3-壳体 B3-4-隔板 B3-5-喷口

图6：卸料机械臂示意图

XI-直线滑台1 X2-刮板伸缩电机 X3-切碎器伸缩电机 X4-刮板 X5-切碎器X6-直线滑台2 X5-1-丝杆 X5-2-切刀

图7：显示控制平台原理示意图

S1-无线温度采集控制模块 S2-无线温度传感器 S3-无线湿度传感器 S4-无线压力传感器 S5-无线流量传感器 S6-运动机械臂驱动模块 S7-布料机械臂驱动模块S8-卸料机械臂驱动模块 S9-无线数据接收主站 S10-计算机 S11-运动控制模块

本发明的具体实施方式

如图1所示，A1为金属干燥仓，保持密闭状态；A3为运动机械臂，A9为移动干燥盘，安装于运动机械臂的导轨上，在运动机械臂滑台的驱动下作间歇式循环移动；A8为布料机械臂，通过接口与流量计A6连接，再通过进料口A7与外部的物料容器连接组成进料系统，当空的的移动干燥盘运动到布料位置后，布料机械臂自行启动向移动干燥盘上的物料盘布料，布料结束，运动机械臂启动推动移动干燥盘向下一个位置运动，并自动加热干燥；A2为卸料机械臂，将干燥好的物料切碎并刮出物料盘落入螺旋推进器所在空间内，螺旋推进器再将其推到出料口A4的圆筒中，通过出料口排出，即完成一次干燥过程；A5是捕水器，设置在U型腔体的底部中间位置，并与抽气系统相连接，用于捕集水蒸 气并将不凝结的水蒸气抽出，以保持干燥仓的真空度；A10为显示控制平台，通过运行程序控制干燥机器人进行干燥。

图2所示为U型腔体干燥仓，U1为方形/和或圆拄形金属外壳，中间的隔板U8将腔体隔成左室U2和右室U7两部分，形成U型的腔体结构，这种结构能够形成两个水蒸气流动通道(图中箭头所示)，使水蒸气向捕水器移动的距离最短；挡板U6的作用是打开时候使卸完料的移动干燥盘通过，之后迅速关闭，保持布料端的水蒸气不向卸料端扩散而影响已经干燥好的物料。U3是螺旋推进器，将落入的干燥物料推到物料出口的圆筒内。U4捕水器制冷剂的入口，U5为出口。

图3移动干燥盘，P1为轴承支架，其高度确定两个移动干燥盘之间的距离即层间高度；P3为导轨轴承，与运动机械臂的导轨配合；P4为电极滑块，与运动机械臂导轨上的光轴电极(图4中D4)紧密接触，导轨上电极引线(D5)与交流/和或直流电源连接(移动干燥盘两端的支架、轴承、电极滑块相同)，形成供电电路；P7为物料盘，与加热板P8、托板P9固定为一体；P2为无线温度采集控制模块，通过加热板温度传感器P5和物料温度传感器P6采集加热板和物料的温度，控制加热电路P10的通断，并将这两个温度值信号发送给无线数据接收主站(图7中S9)，同时也能接收主站发送的控制指令信号。加热板的加热时段、温度范围和物料的加热温度由计算机(S10)软件设定，例如当移动干燥盘处于布料位置时，物料盘必须保持一个特定的温度，当开始布料时加热板必须增大加热功率满足此刻物料水分蒸发的热量需要，当移动干燥盘运动到卸料位置时加热板停止加热。在真空环境下，液体物料干燥的初始时刻吸收的热量最大，由于物料盘与加热板是做成一体的，因此提高了热量传递速率，比带式干燥有效地缩短了干燥时间。不同含水量的液体物料其干燥的时间是不同的，经 过试验即可确定一个合适的值，也就是物料在干燥仓内停留的时间。根据这个时间值再计算出每一个移动干燥盘从布料位置运动到卸料位置的每一步所需要的时间。

图4为运行机械臂，4个直线滑台(如D1)与运动机械臂控制模块(图7中S6)进行电连接，绝缘体支架(D2)使导轨(D3)、光轴电极(D4)、引线(D5)绝缘；引线(D5)与市电/和或直流电源连接，组成供电电路。两组运动机械臂组件对称安装，使移动干燥盘(A9)能够安装于两组组件的导轨之间。在显示控制平台计算机的控制下，两组运动机械臂驱动移动干燥盘(A9)作间隙式循环运动，使之处于布料-干燥-卸料-再布料的位置。

图5为布料机械臂，直线滑台(B1、B2)和伸缩电机(B4)与布料机械臂驱动模块(图7中S7)进行电连接，物料喷嘴(B3)通过接口(B5)与流量计(图1中A6)相连组成进料系统，在显示控制平台计算机的控制下，布料机械臂带动物料喷嘴向物料盘(图3中P7)进行自动布料。根据液体物料的固体物含量的不同，通过计算机软件设定布料的厚度、次数及几何形状，使干燥的时间最短，效果最好。

图6为卸料机械臂，直线滑台1(X1)、直线滑台2(X6)、刮板伸缩电机(X2)、切碎器伸缩电机(X3)组成运动系统与布料机械臂驱动模块(图7中S8)进行电连接，在显示控制平台计算机的控制下，机械臂带动切碎器(X5)和刮板(X4)，将干燥好物料依次切碎并刮出物料盘，落到螺旋推进器(图2中U3)上，再由螺旋推进器推到出料口(A4)的园筒内。物料被粉碎的细度，由卸料机械臂运动的自由度、力度、路径确定。

图7为显示控制平台，S1为无线温度采集控制模块，安装于移动干燥盘上；无线湿度、温度、压力、流量传感器(S2、S3、S4、S5)安装于U型真空腔体 内的适当位置，它们与无线数据接收主站(S8)组成无线数据网络系统，对每个移动干燥盘的加热板温度及物料温度以及U型腔体内的湿度、温度、压力、流量参数进行实时采集传输，以实现精确控制；运动机械臂驱动模块(S6)，布料机械臂驱动模块(S7)，卸料机械臂驱动模块(S8)及运动控制模块(S11)分别与相应的步进电机相连接组成指令执行系统，实现自动化操作；计算机(S10)及其软硬件系统对数据信号进行接收存储、分析处理、发送执行指令，实现对干燥机器人的智能控制；RJ45为网络数据接口，实现对多个干燥机器人的网络控制。

值得说明的是，本发明所述的干燥机器人，将布料机械臂和卸料机械臂以及物料盘做适当改进，并将干燥仓的进料口和出料口设计成多用途模块接口之后，就可以适用于固体物料的干燥，也可以作为连续真空冷冻干燥机使用。

Claims (1)

1.一种U型真空腔体干燥机器人，采用一个U型真空腔体的壳体作为干燥仓，在腔体内设置有运动机械臂，多个移动干燥盘安装于运动机械臂的导轨上，由布料机械臂进行布料，由卸料机械臂将干燥好的物料粉碎卸出，循环往复，由计算机及其软硬件组成的显示控制系统，对干燥过程进行控制，并设置有网络数据接口，可以对多台干燥机器人实现联网控制，其特征是：

作为干燥机器人壳体的干燥仓，是在方形和/或圆柱形金属壳体内，从该金属壳体内部的上部中间位置开始设置一隔板，并使之与腔体底部保持适当距离，即在该金属壳体的内部形成一个U型的腔体结构，其作用是形成两个水蒸气流动通道，使水蒸气向安装于腔体底部中心位置的捕水器移动的距离最短且互不影响；在隔板上部适当位置开口并设置一个可以开闭的挡板，以使移动干燥盘能从U型腔体的一侧运动到另一侧；

移动干燥盘上设置有物料盘，加热板，无线温度采集控制模块，对物料盘内承载的液体物料进行加热干燥；

运动机械臂由至少4个自由度的直线滑台，矩形导轨，电极引线组成，推动移动干燥盘作间歇式位置移动，即实现布料-干燥-卸料-再布料的循环；

布料机械臂由至少3个自由度的直线滑台和安装于滑台上的物料喷嘴组成，根据液体物料的固体物含量和需要干燥的时间，通过程序设定布料的厚度、次数及几何形状；

卸料机械臂由至少4个自由度的直线滑台组成并安装有切碎器和刮板，其作用是按照程序设定的颗粒细度，将干燥好的物料进行粉碎并刮出；

显示控制平台由计算机及其软硬件，无线温度、湿度、压力、流量、水分传感器网络，机械臂驱动系统，指令执行系统组成，对无线数据信号进行接收存储、分析处理、发送执行指令，实现对整个干燥过程的智能化控制。