CN105690369A - 白酒全自动上甑机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种白酒全自动上甑机器人系统，包括甑锅、SCARA机器人、传感器模块和计算机，通过安装在甑锅上方的传感器模块检测蒸汽冒气点的三维位置，使用SCARA机器人将物料均匀铺撒于蒸汽冒气点，实现“探汽上甑”，甑锅上方的传感器模块，在蒸汽未完全溢出时即可以检测到冒气点；SCARA机器人包含两级物料传输装置，将物料从机器人顶部进料口运输到机械臂末端出料口，并通过末端的筛分打散装置后落入甑锅中。本系统模仿人工上甑过程，结构紧凑，全自动实现整个探汽上甑过程，极大地降低工人劳动强度，提高劳动生产率。
Description
技术领域
本发明涉及白酒酿造领域，特别是涉及一种白酒全自动上甑机器人系统。
背景技术
在白酒酿造行业中，“生香靠发酵，提香靠蒸馏”，发酵完成后酒醅的上甑蒸馏操作是白酒生产中最关键的一个步骤，直接影响白酒的质量与产量。此工序有严格的技术要求，如甑锅内酒醅必须疏松，加热用蒸汽必须缓慢，穿汽要匀，探汽上甑，不准跑汽，轻撒匀铺，要使甑内穿汽一致，严禁起堆塌汽等。目前该工序都是由技术熟练的烤酒师人工操作，不仅工作条件差，劳动强度高，而且过于依赖烤酒师的个人经验和现场操作，个人经验和现场操作水平直接影响成酒品质与出酒率。
为了提高产量，稳定蒸馏上甑质量，降低操作人员的劳动强度，酿酒行业一直在寻求以设备替代人工实现酒醅上甑，特别是全自动智能上甑的方法。目前市面上有一些自动上甑装置，但一般都是通过简单机械模拟人工上甑的动作和顺序，仅能完成连续性均匀下料，不能像人工操作一样根据情况(蒸汽溢出情况)选择性的撒料。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的提供了一种白酒全自动上甑机器人系统。
本发明采取的技术方案为：一种白酒全自动上甑机器人系统，包括甑锅、SCARA机器人、传感器模块和计算机；
所述甑锅并排设置在底板上；
所述SCARA机器人通过底座安装在两相邻甑锅之间的底板上，SCARA机器人包括升降臂、升降台、大臂、小臂和落料筒，所述升降臂固装在底座上，所述升降台滑动安装在升降臂上，所述大臂铰接在升降台上，升降台上安装有驱动大臂旋转的大臂驱动电机和减速器,大臂另一端通过旋转落料机构与小臂连接，大臂末端安装有驱动小臂旋转的小臂驱动电机和减速器，大臂和小臂结构相同，其包括框架、安装在框架内由调速电机驱动的输送带或绞龙，所述落料筒固装在小臂的出料端；所述传感器模块分别设置在对应的甑锅上方，传感器模块采集的图像发送至计算机，通过计算机控制SCARA机器人运动。
优选地，所述大臂进料端装置有接料斗。
优选地，所述落料筒内安装有物料打散装置。
优选地，所述传感器模块通过支架分别安装在对应的甑锅上方。
优选地，所述传感器模块采集红外图像和深度图像后传给计算机，由计算机处理图像并计算出冒气点的三维位置，并控制SCARA机器人到指定位置上料。
优选地，所述传感器模块包括红外热像仪和深度相机。
优选地，所述接料斗与大臂驱动电机和减速器同轴设置。
采用上述技术方案，本发明产生的技术效果有：甑锅上方的红外热像仪与深度相机相结合，红外热像仪用于得到冒气点的红外图像，得到温度最高点的二维图像坐标，深度相机用于获得冒气点的三维点云数据，计算机对红外图像和三维点云数据进行处理，找到对应温度最高点的二维图像坐标的三维点，完成冒气点三维坐标计算，计算机控制SCARA机器人运动到指定位置上料；SCARA机械人包含大臂和小臂，通过大臂将物料从机器人顶部进料口运输到机械臂末端出料口，并通过末端的筛分打散装置后落入甑锅中。本系统模仿人工上甑过程，结构紧凑，全自动实现整个探汽上甑过程，极大地降低工人劳动强度，提高劳动生产率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明SCARA机器人大臂和小臂结构示意图；
图3为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
如图1和图2所示，本发明白酒全自动上甑机器人系统的结构示意图，包括甑锅1、SCARA机器人2、传感器模块3和计算机4；甑锅1并排设置在底板11上；SCARA机器人2通过底座5安装在两相邻甑锅1之间的底板11上，底座5根据现场甑锅情况定制，SCARA机器人2的有效工作范围刚好可以覆盖两相邻甑锅，SCARA机器人2包括升降臂21、升降台22、大臂23、小臂24和落料筒25，升降臂21固装在底座5上，升降台22滑动安装在升降臂21上，升降台22做垂直动作，实现大臂23的高度调节，大臂23铰接在升降台22上，升降台22上安装有驱动大臂23旋转的大臂驱动电机和减速器27,大臂23另一端通过旋转落料机构6与小臂24连接，大臂23末端安装有驱动小臂24旋转的小臂驱动电机和减速器28，大臂23进料端装置有接料斗29，接料斗29与大臂驱动电机和减速器27同轴设置，大臂23和小臂24结构相同，其包括框架7、安装在框架7内由调速电机驱动的输送带8或绞龙，落料筒25固装在小臂24的出料端，落料筒25内安装有物料打散装置9，实现酒醅物料的打散；传感器模块3通过支架10分别安装在对应的甑锅1上方，传感器模块3采集的图像发送至计算机4，通过计算机4控制SCARA机器人2运动；传感器模块3采集红外图像和深度图像后传给计算机4，由计算机4处理图像并计算出冒气点的三维位置，并控制SCARA机器人2到指定位置上料；传感器模块3包括红外热像仪和深度相机。
醅料首先由外部输送机构送至安装于机器人大臂23上的接料斗29，随即落在大臂23框架7内的传送带8或绞龙上。醅料被输送至大臂23的末端，经旋转落料机构6掉入小臂24框架7内的传送带8或绞龙上，继续向前输送。当物料到达小臂24末端掉入落料筒25，并在落料筒25出口处被物料打散装置9均匀打散成颗粒状，并落入甑锅1。
图3为本发明的实施流程图，设备安装完毕后需要先进行系统标定，首先进行双目标定，标定出红外相机与深度相机的位姿转移矩阵，然后进行深度相机与机器人的位姿标定，得到机器人与深度相机的位姿转移矩阵。标定完成后，系统可以开始运行。系统检测到开始上甑信号后，读取红外图像并处理，找到温度最高点P；根据红外相机与深度相机的位姿转移矩阵得到P点在深度相机下的三维坐标；根据机器人与深度相机的位姿转移矩阵得到P点在机器人坐标系下的三维坐标；结算机器人控制参数并控制机器人使其末端到达P点上方，大臂传送带402和小臂传送带501开始工作下料；若检测到甑锅已满，则关闭甑锅，否则继续检测温度最高点下料，直到甑锅装满。
传感器位姿标定是通过视觉标定的方法，获得红外热像仪、深度相机、SCARA机器人三者间的相对位姿。借助一块棋盘格标定板，使用经典双目立体视觉标定的方法可以标定处红外热像仪与深度相机的相对位姿以及红外热像仪与深度相机的内参矩阵MInfraredCamera，MdepthCamera。标定SCARA机器人与深度相机具体方法如下：先将一棋盘格状标定板放入机器人工作区间内，使用机器人示教方式得到棋盘格四个外角点在机器人坐标系下的三维坐标，顺时针依次记为p1,p2,p3,p4。以左上角p1为原点，向量p1p4为X正方向，向量p1p2为Y正方向确定棋盘格局部坐标系Cchessbord。依式计算出Cchessbord到机器人坐标系的转移矩阵然后，通过安装于机器人法兰盘末端的TOF相机拍摄一幅标定板图像并记录当前法兰盘姿态。在已知相机内参的情况下，可以通过视觉标定方法解出外参数，即棋盘格局部坐标系到TOF相机视觉坐标系的转移矩阵与一系列转移矩阵左乘后可再次得到如式(2)。两式联立得到
传感器信息处理模块包括冒气点检测与三维坐标计算两部。冒蒸汽的部位肯定温度比其他部位高，在红外图像中，像素亮度越高代表温度越高，因此首先对红外热像仪(红外相机)得到的红外图像进行处理，得到温度最高点的图像坐标(px,py)，完成冒气点检测。然后将深度相机获得的三维点云通过转移到红外相机下，左乘MInfraredCamera得到红外相机的一幅图像。找到对应此图像中(px,py)点的三维点，完成三维坐标计算。
SCARA机器人自动编程模块包含机器人运动学正解、逆解和差值控制模块。改造后的SCARA机器人结构如图3所示，图中3,4,5为机械臂，301为平移关节，302,405为旋转关节。机器人的正向运动学方程(根据控制量得到末端位姿)如式3。其中d为平移关节301的移动量，θ1为旋转关节302的角度，θ2为旋转关节405的角度，l1为机械臂4的长度，l2为机械臂5的长度。D为机器人末端与基座之间的固定高度差。
根据机器人末端位姿反算其控制量的逆向运动学方程如式4。
d＝pz-D
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：包括甑锅(1)、SCARA机器人(2)、传感器模块(3)和计算机(4)；
所述甑锅(1)并排设置在底板(11)上；
所述SCARA机器人(2)通过底座(5)安装在两相邻甑锅(1)之间的底板(11)上，SCARA机器人(2)包括升降臂(21)、升降台(22)、大臂(23)、小臂(24)和落料筒(25)，所述升降臂(21)固装在底座(5)上，所述升降台(22)滑动安装在升降臂(21)上，所述大臂(23)铰接在升降台(22)上，升降台(22)上安装有驱动大臂(23)旋转的大臂驱动电机和减速器(27),大臂(23)另一端通过旋转落料机构(6)与小臂(24)连接，大臂(23)末端安装有驱动小臂(24)旋转的小臂驱动电机和减速器(28)，大臂(23)和小臂(24)结构相同，其包括框架(7)、安装在框架(7)内由调速电机驱动的输送带(8)或绞龙，所述落料筒(25)固装在小臂(24)的出料端；
所述传感器模块(3)分别设置在对应的甑锅(1)上方，传感器模块(3)采集的图像发送至计算机(4)，通过计算机(4)控制SCARA机器人(2)运动。
2.根据权利要求1所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述大臂(23)进料端装置有接料斗(29)。
3.根据权利要求1所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述落料筒(25)内安装有物料打散装置(9)。
4.根据权利要求1所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述传感器模块(3)通过支架(10)分别安装在对应的甑锅(1)上方。
5.根据权利要求1或4所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述传感器模块(3)采集红外图像和深度图像后传给计算机(4)，由计算机(4)处理图像并计算出冒气点的三维位置，并控制SCARA机器人(2)到指定位置上料。
6.根据权利要求5所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述传感器模块(3)包括红外热像仪和深度相机。
7.根据权利要求2所述的白酒全自动上甑机器人系统，其特征在于：所述接料斗(29)与大臂驱动电机和减速器(27)同轴设置。
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