CN105269559A - 自适应禽蛋快速拾放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应禽蛋快速拾放装置。包括机架、固定在机架上的定平台、中心对称地固定在定平台上四个方向上的四组电机组件、分别与四组电机组件连接的四组控制臂、位于定平台下方并由四组控制臂连接控制的动平台、固定在动平台下面的末端拾放机构以及安装在禽蛋拾取位置前方的机器视觉组件。本发明装置可四自由度地来控制末端拾放机构对禽蛋阵列的位置定位，可大大减小拾放机构的惯性，对末端拾放机构实现了任意角度的定位，禽蛋位置移动更加灵活，能更好地适应流水线中对禽蛋的操作，并且也避免禽蛋阵列缺蛋情况不能对禽蛋拾取的情况。

Description

自适应禽蛋快速拾放装置

技术领域

本发明属于农产品加工机械技术领域，尤其是涉及了一种自适应禽蛋快速拾放装置在禽蛋，可是用于分选、包装、孵化流水线。

背景技术

禽蛋以其丰富的营养价值和较为广泛的来源，已经成为餐桌上最为常见的菜肴之一。我国禽蛋产业的现状是产量大，出口少，生产过剩。以2012年为例，我国禽蛋总产量为2830万吨，禽蛋出口量不足10万吨，不足中国禽蛋生产总量的0.5％，原因是我国对禽蛋加工机械化水平还比较低。而在禽蛋的机械化加工过程中，无论是分选、包装还是孵化流水线均需要对禽蛋进行拾放操作。目前，在禽蛋加工企业中被广泛使用的禽蛋拾放装置中，运用摆杆循环摆动或凸轮转动来实现不同位置间禽蛋的拾放操作，美国申请专利号：US3929234和US4079845分别为典型代表，这两种机构均有较大的惯性，导致拾放速度较慢，并且均无法实现任意角度放置禽蛋的功能。而市面上现有的禽蛋末端拾放机构，不能均匀改变吸盘列距，使得禽蛋拾放时不能适应所有禽蛋列距的流水线，并且吸盘往往采用连通控制，这使得禽蛋阵列有缺蛋的情况下不能对禽蛋完成拾取操作。

发明内容

本发明的目的是为解决目前禽蛋拾放装置中拾放效率比较低、对禽蛋阵列不能以呈任意角度拾放、在拾放操作中不能改变禽蛋列距以及针在禽蛋缺蛋情况下不能完整吸取禽蛋阵列的问题提出了一种自适应禽蛋快速拾放装置。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：

本发明包括机架、定平台、四组电机组件、四组控制臂、动平台、末端拾放机构以及机器视觉组件；定平台固定在机架上，四组电机组件中心对称地固定在定平台上四个方向上，四组电机组件均经各自的控制臂组件与动平台的四角固定连接，末端拾放机构固定在动平台下面，末端拾放机构用于对禽蛋阵列进行拾放操作，机器视觉组件安装在禽蛋拾取位置前方。

所述的定平台包括上下安装的定平台盖和定平台板，四个电机组件及各自连接的控制臂组件的一部分安装在定平台盖和定平台板之间，定平台盖顶部固定连接机架，控制臂组件包括沿定平台板径向安装的大臂和从动臂组件，大臂的一端铰接安装到定平台板上，另一端与从动臂组件一端铰接，从动臂组件另一端连接到动平台，电机组件连接到大臂驱动大臂转动。

所述的电机组件包括电机、电机轴、辅轴和电机轴端盖，电机连接到机器视觉组件，所述大臂上装有摆杆、曲柄和滑块，球铰管水平套装在大臂的另一端，球铰管与摆杆垂直，一对球体分别连接在球铰管两端，滑块活动套在大臂中，滑块的两侧分别连接两个曲柄的一端并通过电机轴端盖定位，其中一侧的曲柄另一端与电机的电机轴同轴连接，另一侧的曲柄另一端与辅轴同轴连接。

所述的从动臂组件包括一对从动臂杆，一对弹簧和两对球铰外壳，一对从动臂杆平行并排安装，在两根从动臂杆两端的端部之间通过弹簧弹性连接，弹簧被拉伸将两根从动臂杆距离拉近，每根从动臂杆的端部均连接有球铰外壳，位于从动臂杆上端的两个球铰外壳分别连接大臂端部的两个球体形成球铰副，位于从动臂杆下端的两个球铰外壳分别连接动平台形成球铰副。

本发明由定平台、四组电机组件、四组控制臂、动平台构成了四自由度并联机构，四自由度并联机构通过曲柄连接在电机的轴端，大臂上套有与曲柄连接的滑块，曲柄带动滑块控制大臂的上下摆动从而实现四自由度的运动。

所述的动平台包括两块相对称安装的连接板和连接在两块连接板之间的中心板，两块连接板通过导轨机构和齿轮结构与中心板连接，连接板具有一个内侧部和两个与内侧部成45度夹角的外侧部；连接板外侧部水平装有球铰管，一对球体分别连接在球铰管两端，一对球体与从动臂组件上的球铰外壳连接形成球铰副；连接板内侧部的上下面均设有动平台导轨，连接板内侧部的侧壁设有齿条，中心板两侧侧面开有水平凹槽，水平凹槽的上下面均固定有用于嵌入动平台导轨配合的滑块，中心板通过滑块与两侧连接板的动平台导轨连接滑动形成滑动副；中心板中部中空并装有可转动的齿轮，齿轮与两侧连接板上的齿条啮合；滑块由两个金属滑块和两个金属滑块之间的U型板固连组成。U型板可采用非金属件以减轻重量，本发明装置除了螺栓螺钉等连接部件之外的整体均可采用塑料等非金属材料，可有效减轻重量负荷。

所述的连接板呈L形结构并在L形两边相接处切角形成，切角边处作为内侧部，L形两边的端部作为外侧部。

所述的末端拾放机构包括两条平行并排放置的吸盘导轨和两条吸盘导轨之间的气缸，两条吸盘导轨的导轨架和气缸的顶面固定连接到动平台的底面，两条吸盘导轨下方通过伸缩机构安装有多个用于吸取禽蛋盒上各个禽蛋的吸盘，吸盘经各自的电磁阀后与气缸一起连接机器视觉组件，气缸的输出杆与传递杆的中部固定连接，传递杆垂直于气缸的输出杆，传递杆两端连接到伸缩机构驱动其运动。

末端拾放机构的两根导轨分别与四自由度并联机构的两块动平台板连接，末端拾放机构的气缸与四自由度并联机构的动平台中心板连接，使得在四自由度并联机构的动平台沿中心板滑移时末端拾放机构不发生转动。

所述的伸缩机构包括两个多铰式伸缩钳和平行并排连接的多个吸盘安装条，每条吸盘安装条的底面沿长度方向通过螺钉间隔均布有多个吸盘，吸盘安装条的两端部各固定安装有一连接滑块，吸盘安装条垂直于吸盘导轨安装，两端的连接滑块顶部分别套在两条吸盘导轨上并滑动；两个多铰式伸缩钳中间的节点通过螺钉分别与连接到两条吸盘导轨上的各个连接滑块顶面固定连接，多铰式伸缩钳中间的其中任意一节点通过螺钉固定到吸盘导轨的导轨架上，多铰式伸缩钳中间的其中任意另一节点与传递杆的端部固定连接。

所述的机器视觉组件包括摄像头、计算机和控制器，摄像头朝向正下方在禽蛋拾取位置前方的禽蛋阵列，用于拍摄拾取位置禽蛋阵列俯视图，摄像头连接计算机将图像数据传送给计算机，计算机通过图片分析出拾取位置禽蛋盒中禽蛋阵列的列距以及缺蛋的位置和数量，每个气缸和每个吸盘均分别由单个电磁阀通过控制器驱动。

本发明的末端拾放机构位于动平台底部，以此实现通过电机的伺服控制改变禽蛋吸取与释放的位置，通过电磁阀控制气缸伸缩改变禽蛋阵列的列距，每个吸盘都有一个电磁阀单独控制气流的通断来完成禽蛋的吸取与释放。

拾取位置有摄像头识别蛋托或者流水线中禽蛋的分布情况，通过图像处理将禽蛋间距和缺蛋情况反馈出来，根据反馈的结果控制末端拾放机构拾取禽蛋时吸盘阵列的列距和吸盘对禽蛋有选择性的拾放。

本发明所具有的有益效果为：

本发明装置可四自由度地来控制末端拾放机构对禽蛋阵列的位置定位，可大大减小拾放机构的惯性，也由于四自由度并联机构自身的特性，可以对末端拾放机构以任意角度定位，实现了对禽蛋更加灵活的位置移动。

本发明可多角度伸缩钳控制禽蛋列距等值改变，可以更加适应流水线中对禽蛋的操作。

本发明的每个吸盘由电磁阀单独控制，避免禽蛋阵列缺蛋情况不能对禽蛋拾取的情况；机器视觉组件可以对拾取部位禽蛋阵列进行列距和缺蛋情况分析，计算机经过图像处理后将结果反馈给末端拾放机构，通过控制器的控制可使末端拾放机构调整吸盘列距和单个吸盘通断。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明去掉机架后的爆炸图；

图3为本发明动平台爆炸图；

图4为本发明动平台结构示意图；

图5为本发明末端拾放机构的结构示意图；

图6为本发明末端拾放机构的爆炸图；

图7为本发明机器视觉组件安装示意图；

图8为实施例禽蛋拾取位置前方俯视图像示意图；

图9为本发明控制方框图。

图中：机架10；定平台20、定平台盖21、定平台板22；电机组件30、电机31、电机轴321、辅轴322、电机轴端盖331；控制臂40、大臂41、摆杆411、曲柄412、滑块413、球铰管414、球体415、球铰外壳416、从动臂组件42、从动臂杆421、弹簧422；动平台50、连接板51、中心板52、滑块53、U型板531、金属滑块532、动平台导轨54、齿条55、齿轮56；末端拾放机构60、吸盘导轨61、多铰式伸缩钳62、传递杆63、气缸64、多对连接滑块65、多个吸盘安装条66、多组吸盘67；机器视觉组件70、摄像头71、计算机72、控制器73。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括机架10、传送带、固定在机架10上的定平台20、中心对称地固定在定平台20上四个方向上的四组电机组件30、分别与四组电机组件30连接的四组控制臂40、位于定平台20下方并由四组控制臂40连接控制的动平台50、固定在动平台50下面的末端拾放机构60以及安装在传送带上方的机器视觉组件70。

如图2所示，定平台20包括上下安装的定平台盖21和定平台板22，四个电机组件30及各自连接的控制臂组件40的一部分安装在定平台盖21和定平台板22之间，定平台盖21顶部固定连接机架10，控制臂组件40包括沿定平台板22径向安装的大臂41和从动臂组件42，大臂41的一端铰接安装到定平台板22上，另一端与从动臂组件42一端铰接，从动臂组件42另一端铰接到动平台50，电机组件30连接到大臂41驱动大臂41转动。

如图2所示，电机组件30包括电机31、电机轴321、辅轴322和电机轴端盖331，电机31连接到机器视觉组件70，所述大臂41上装有摆杆411、曲柄412和滑块413，球铰管414水平套装在摆杆411另一端，球铰管414与摆杆411垂直，一对球体415分别连接在球铰管414两端，滑块413活动套在大臂41的摆杆411中，滑块413的两侧分别连接两个曲柄412的一端并通过电机轴端盖331定位，其中一侧的曲柄412另一端与电机31的电机轴321同轴连接，另一侧的曲柄412另一端与辅轴322同轴连接用以与电机轴321侧进行平衡，电机31带动其相连曲柄412旋转进而带动滑块413在大臂41上滑动使得大臂41摆动。

如图2所示，从动臂组件42包括一对从动臂杆421，一对弹簧422和两对球铰外壳416，一对从动臂杆421平行并排安装，在两根从动臂杆421两端的端部之间通过弹簧422弹性连接，弹簧422被拉伸将两根从动臂杆421距离拉近，每根从动臂杆421的端部均连接有球铰外壳416，位于从动臂杆421上端的两个球铰外壳416分别连接大臂41端部的两个球体415形成球铰副，位于从动臂杆421下端的两个球铰外壳416分别连接动平台50的两个球体415形成球铰副。

如图3和图4所示，动平台50包括两块相对称安装的连接板51和连接在两块连接板51之间的中心板52，两块连接板51通过导轨机构和齿轮结构与中心板52连接，连接板51具有一个内侧部和两个与内侧部成45度夹角的外侧部；连接板51外侧部水平装有球铰管414，一对球体415分别连接在球铰管414两端，一对球体415与从动臂组件42上的球铰外壳416连接形成球铰副；连接板51内侧部的上下面均设有动平台导轨54，连接板51内侧部的侧壁设有齿条55，中心板52两侧侧面开有水平凹槽，水平凹槽的上下面均固定有用于嵌入动平台导轨54配合的滑块53，中心板52通过滑块53与两侧连接板51的动平台导轨54连接滑动形成滑动副；中心板52中部中空并装有可转动的齿轮56，齿轮56与两侧连接板51上的齿条55啮合。

本发明由定平台20、四组电机组件30、四组控制臂40和动平台50组成了四自由度并联机构，以四自由度并联机构和末端拾放机构，可以实现禽蛋阵列以任意角度放置的拾放操作。

滑块53由两个金属滑块532和两个金属滑块532之间的U型板531固连组成，U型板531可采用非金属材料这样便于减轻装置的重量。

连接板51呈L形结构并在L形两边相接处切角形成，切角边处作为内侧部，L形两边的端部作为外侧部。

如图5和6所示，末端拾放机构包括两条平行并排放置的吸盘导轨61和两条吸盘导轨61之间的气缸64，两条吸盘导轨61的导轨架和气缸64的顶面固定连接到动平台50的底面，气缸64顶面固接到动平台50的中心板52底面，使得在四自由度并联机构的动平台沿中心板滑移时末端拾放机构不发生转动。两条吸盘导轨61顶面分别固接到动平台50的连接板51底面；两条吸盘导轨61下方通过伸缩机构安装有多个用于吸取禽蛋盒上各个禽蛋的吸盘67，本发明的吸盘67的气路互不连通，吸盘67经各自的电磁阀后与气缸64一起连接机器视觉组件60，气缸和每个吸盘分别由电磁阀通过编码驱动。气缸64的伸缩杆与传递杆63的中部固定连接，传递杆63垂直于气缸64的输出杆，传递杆63两端连接到伸缩机构驱动其运动。

伸缩机构包括两个多铰式伸缩钳62和平行并排连接的多个吸盘安装条66，每条吸盘安装条66的底面沿长度方向通过螺钉间隔均布有多个吸盘67，吸盘安装条66的两端部各固定安装有一连接滑块65，吸盘安装条66垂直于吸盘导轨61安装，两端的连接滑块65顶部分别套在两条吸盘导轨61上并滑动，即所有吸盘安装条同一端的连接滑块通过一根导轨连接，连接滑块均可在导轨上滑动；两个多铰式伸缩钳62中间的节点通过螺钉分别与连接到两条吸盘导轨61上的各个连接滑块65顶面固定连接，多铰式伸缩钳62中间的其中任意一节点通过螺钉固定到吸盘导轨61的导轨架上，多铰式伸缩钳62中间的其中任意另一节点与传递杆63的端部固定连接，借此实现在气缸64的作用下通过多铰式伸缩钳62的伸缩移动带动各个吸盘安装条66间距离同步改变，改变过程中多组吸盘安装条66之间的距离始终相同。

机器视觉组件包括摄像头71、计算机72和控制器73，如图7所示，摄像头71朝向正下方传送带上的禽蛋盒，用于拍摄拾取位置禽蛋阵列俯视图，摄像头71连接计算机72将图像数据传送给计算机72，如图8所示，计算机72通过图片分析出拾取位置禽蛋盒中禽蛋阵列的列距以及缺蛋的位置和数量。如图9所示，控制器73分别与连接各个控制臂的电机31以及连接气缸64和各个吸盘67的电磁阀连接，进而控制整个装置的运行。

本发明的具体实施工作过程如下：

四组电机带动曲柄412旋转，曲柄412连接滑块413进而驱动定平台20四个方向上的大臂41绕铰点摆动，大臂41带动从动臂42运动，因从动臂42铰接到动平台50，动平台50上的两块连接板51沿中心板52相对滑移，并带动动平台50的位置和角度任意变化，使得动平台50能契合任意角度摆放的禽蛋阵列，使得动平台50的吸盘能与禽蛋阵列一一对应并吸取禽蛋。

摄像头71先将即将要吸取的禽蛋阵列的图像拍摄下来传到计算机72中，计算机72通过图像处理技术将禽蛋阵列的列距和缺蛋情况反馈并记录下来，控制器73根据禽蛋阵列的列距数据编码控制气压大小来控制气缸64的伸缩量，气缸64带动传递杆63移动，传递杆63的移动带动多铰式伸缩钳62伸展，使得与多铰式伸缩钳62其余节点上连接的连接滑块65沿吸盘导轨61等距滑动，使得吸盘架66之间的距离均匀改变，使得吸盘67阵列的列间距均匀改变；控制器73根据禽蛋阵列的缺蛋数据编码控制与单个吸盘67相连接的电磁阀，将缺蛋处吸盘67对应的电磁阀设置为“关闭”，取蛋处吸盘67对应的电磁阀设置为“打开”，使得吸盘67能够将禽蛋阵列中的所有禽蛋进行吸取。

由此可见，本发明是以四自由度并联机构带动末端拾放机构，实现对禽蛋任意角度的拾放操作和提高禽蛋拾放速率，灵活有效，并且由机器视觉技术反馈的结果控制，可根据缺蛋情况控制末端拾放机构的吸盘列距，对每个吸盘实现独立控制，具有突出显著的技术效果。

Claims (9)

1.一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：包括机架(10)、定平台(20)、四组电机组件(30)、四组控制臂(40)、动平台(50)、末端拾放机构(60)以及机器视觉组件(70)；定平台(20)固定在机架(10)上，四组电机组件(30)中心对称地固定在定平台(20)上四个方向上，四组电机组件(30)均经各自的控制臂组件(40)与动平台(50)的四角固定连接，末端拾放机构(60)固定在动平台(50)下面，末端拾放机构(60)用于对禽蛋阵列进行拾放操作，机器视觉组件(70)安装在禽蛋拾取位置前方。

2.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的定平台(20)包括上下安装的定平台盖(21)和定平台板(22)，四个电机组件(30)及各自连接的控制臂组件(40)的一部分安装在定平台盖(21)和定平台板(22)之间，定平台盖(21)顶部固定连接机架(10)，控制臂组件(40)包括沿定平台板(22)径向安装的大臂(41)和从动臂组件(42)，大臂(41)的一端铰接安装到定平台板(22)上，另一端与从动臂组件(42)一端铰接，从动臂组件(42)另一端连接到动平台(50)，电机组件(30)连接到大臂(41)驱动大臂(41)转动。

3.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的电机组件(30)包括电机(31)、电机轴(321)、辅轴(322)和电机轴端盖(331)，电机(31)连接到机器视觉组件(70)，所述大臂(41)上装有摆杆(411)、曲柄(412)和滑块(413)，球铰管(414)水平套装在大臂(41)的另一端，球铰管(414)与摆杆(411)垂直，一对球体(415)分别连接在球铰管(414)两端，滑块(413)活动套在大臂(41)中，滑块(413)的两侧分别连接两个曲柄(412)的一端并通过电机轴端盖(331)定位，其中一侧的曲柄(412)另一端与电机(31)的电机轴(321)同轴连接，另一侧的曲柄(412)另一端与辅轴(322)同轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的从动臂组件(42)包括一对从动臂杆(421)，一对弹簧(422)和两对球铰外壳(416)，一对从动臂杆(421)平行并排安装，在两根从动臂杆(421)两端的端部之间通过弹簧(422)弹性连接，弹簧(422)被拉伸将两根从动臂杆(421)距离拉近，每根从动臂杆(421)的端部均连接有球铰外壳(416)，位于从动臂杆(421)上端的两个球铰外壳(416)分别连接大臂(41)端部的两个球体(415)形成球铰副，位于从动臂杆(421)下端的两个球铰外壳(416)分别连接动平台(50)形成球铰副。

5.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的动平台(50)包括两块相对称安装的连接板(51)和连接在两块连接板(51)之间的中心板(52)，两块连接板(51)通过导轨机构和齿轮结构与中心板(52)连接，连接板(51)具有一个内侧部和两个与内侧部成45度夹角的外侧部；连接板(51)外侧部水平装有球铰管(414)，一对球体(415)分别连接在球铰管(414)两端，一对球体(415)与从动臂组件(42)上的球铰外壳(416)连接形成球铰副；连接板(51)内侧部的上下面均设有动平台导轨(54)，连接板(51)内侧部的侧壁设有齿条(55)，中心板(52)两侧侧面开有水平凹槽，水平凹槽的上下面均固定有用于嵌入动平台导轨(54)配合的滑块(53)，中心板(52)通过滑块(53)与两侧连接板(51)的动平台导轨(54)连接滑动形成滑动副；中心板(52)中部中空并装有可转动的齿轮(56)，齿轮(56)与两侧连接板(51)上的齿条(55)啮合；滑块(53)由两个金属滑块(532)和两个金属滑块(532)之间的U型板(531)固连组成。

6.根据权利要求5所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的连接板(51)呈L形结构并在L形两边相接处切角形成，切角边处作为内侧部，L形两边的端部作为外侧部。

7.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的末端拾放机构包括两条平行并排放置的吸盘导轨(61)和两条吸盘导轨(61)之间的气缸(64)，两条吸盘导轨(61)的导轨架和气缸(64)的顶面固定连接到动平台(50)的底面，两条吸盘导轨(61)下方通过伸缩机构安装有多个用于吸取禽蛋盒上各个禽蛋的吸盘(67)，吸盘(67)经各自的电磁阀后与气缸(64)一起连接机器视觉组件(60)，气缸(64)的输出杆与传递杆(63)的中部固定连接，传递杆(63)垂直于气缸(64)的输出杆，传递杆(63)两端连接到伸缩机构驱动其运动。

8.根据权利要求7所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的伸缩机构包括两个多铰式伸缩钳(62)和平行并排连接的多个吸盘安装条(66)，每条吸盘安装条(66)的底面沿长度方向通过螺钉间隔均布有多个吸盘(67)，吸盘安装条(66)的两端部各固定安装有一连接滑块(65)，吸盘安装条(66)垂直于吸盘导轨(61)安装，两端的连接滑块(65)顶部分别套在两条吸盘导轨(61)上并滑动；两个多铰式伸缩钳(62)中间的节点通过螺钉分别与连接到两条吸盘导轨(61)上的各个连接滑块(65)顶面固定连接，多铰式伸缩钳(62)中间的其中任意一节点通过螺钉固定到吸盘导轨(61)的导轨架上，多铰式伸缩钳(62)中间的其中任意另一节点与传递杆(63)的端部固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种自适应禽蛋快速拾放装置，其特征在于：所述的机器视觉组件包括摄像头(71)、计算机(72)和控制器(73)，摄像头(71)朝向正下方在禽蛋拾取位置前方的禽蛋阵列，用于拍摄拾取位置禽蛋阵列俯视图，摄像头(71)连接计算机(72)将图像数据传送给计算机(72)，计算机(72)通过图片分析出拾取位置禽蛋盒中禽蛋阵列的列距以及缺蛋的位置和数量，通过控制器(73)控制电机(31)和电磁阀。