CN105925419A - 一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，包括麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、甄桶、红外相机、桶盖吊装装置、冷凝器以及电控柜，麦皮输送机和酒醅输送机的出料口均连接到酒醅提升输送带的进料口，酒醅提升输送带的出料口连接柔性撒料机器人的进料斗；在柔性撒料机器人的工作区域间隔安装有甄桶，甄桶下方安装有加热装置。本发明输送可精准控制，能够实现洒料薄、柔、匀，提升出酒率。达到轻撒薄铺、见气洒料、洒料点准确、醋面要平以形成松散均匀的微孔结构。

Description

一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统

技术领域

本发明属于白酒制造领域，涉及酿酒设备，尤其是一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统。

背景技术

白酒酿造产业是中国特有的制造行业，白酒是以粮食为主要原料，需要经过固态发酵、蒸桶蒸馏等工序，传统的制造方法主要依靠人工完成，对于人工的经验依赖性强，需要大量人力才能完成，劳动力成本很高，整体生产效率较低。

在装甑步骤中，现有的自动装甑设备通常是采用订购ABB机器人抓取及抛洒酒醅，主要存在以下缺陷：1、现有的酒醅输送方式通常是敞开式输送，再由装甑机器人抓取，送料计量、速度以及连续性较差。2、酒醅直接从甄桶上方抛洒进入甄桶，会造成下层已有酒醅被压实，影响后续的蒸酒效果。3、在装甑过程中，顺序铺撒或通过传感器探测甑内的酒醅厚度进行铺撒，在这个过程中，下方酒醅蒸出的蒸汽是非均匀跑冒的，蒸汽会从敞开的甄桶上方逸散，较为浪费。

经过检索，发现以下较为接近的现有包装系统有关的专利文献。

全自动装甑机器人系统(CN203781376U)，包括给料机构、布料机构、装甑机器人和甑桶，所述给料机构包括给料斗及与其顶部进料口相接的上料装置，所述给料斗底部的卸料口开闭通过气缸控制；所述布料机构包括扇形结构的布料斗及设于其底部的扇形输送装置、摊平装置；所述装甑机器人包括驱动系统、机架及转动连接于机架上的旋转臂Ⅰ，布料机构安装在旋转臂Ⅰ上，布料斗的进料口与布料口分别移位衔接给料斗的卸料口和甑桶进料口，所述装甑机器人的驱动系统信号连接上料装置的驱动电机和气缸的驱动装置。本发明完全取代了原始的人工装甑工作，装甑快速、均匀，突破酿酒全自动机械化发展的瓶颈。

经过对比，本专利申请所要求保护的技术内容与现有技术区别较大，实际解决的技术问题也有较大区别，本专利申请技术内容具有较强的创新性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种以酿酒产业的重大需求为核心，采用虚拟样机设计与物理原型样机开发相结合的方式，研发一种基于传统酿造工艺的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：包括麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、甄桶、红外相机、桶盖吊装装置、冷凝器以及电控 柜，麦皮输送机和酒醅输送机的出料口均连接到酒醅提升输送带的进料口，酒醅提升输送带的出料口连接柔性撒料机器人的进料斗；在柔性撒料机器人的工作区域间隔安装有甄桶，甄桶下方安装有加热装置；

在甄桶上方安装有固定框架并在固定框架上安装有红外相机；在甄桶的径向一侧均安装有一个冷凝器，在冷凝器与甄桶之间均安装有一桶盖吊装装置，在桶盖顶端安装有一蒸汽导管，该蒸汽导管连接在冷凝器的输入口，冷凝器一侧设置有原酒出口；

本系统安装有电控柜，该电控柜通过数据导线分别连接麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、红外相机、桶盖吊装装置以及冷凝器。

而且，在柔性撒料机器人的工作区域外安装有防护围栏。

而且，柔性撒料机器人包括基座、立架、升降架、一级送料臂、二级送料臂、竖直送料臂以及缓冲送料臂，在基座上端竖直转动安装里有立架，立架上驱动安装有一升降架，该升降架由升降驱动装置驱动沿立架上下移动；在升降架内水平悬臂式安装有一级送料臂，该一级送料臂的悬臂端水平转动安装有二级送料臂的一端，二级送料臂的另一端下方封闭安装有竖直送料臂的上端，该竖直送料臂为中空的筒形结构，竖直送料臂下端安装有缓冲送料臂的一端，缓冲送料臂的另一端安装有撒料出口。

而且，所述一级送料臂和二级送料臂均为中空圆筒形结构，一级送料臂上端固装有一进料斗；在一级送料臂内同轴安装有螺旋送料杆，螺旋送料杆的一端伸出一级送料臂的后端并同轴安装有送料电机，螺旋送料杆的另一端下方的一级送料臂上制有送料通道，该送料通道下端连通二级送料臂，二级送料臂内同轴安装有另一螺旋送料杆以及送料电机。

而且，在竖直送料臂下端出口对应的缓冲送料臂内安装有一水平设置的承载平台，该承载平台的前后两侧分别安装有两个辊轴并且在该两个辊轴上驱动安装有一传送带。

本系统的工作方法为：

⑴系统启动，电控柜发出指令设定待撒料的甄桶，柔性撒料机器人自动调节位置，配合甄桶位置调节送料高度和角度；同时，红外相机移动到达待撒料的甄桶上方，对甄桶进行拍摄；

⑵麦皮输送机和酒醅输送机将制备好的酒醅送至酒醅提升输送带，酒醅提升输送带将酒醅项柔性撒料机器人的进料口输送；

⑶柔性撒料机器人向甄桶内进行撒料；

同时，红外相机检测系统实时检测甄桶内的蒸汽漏气位置，柔性撒料机器人优先补充酒醅的抛洒，防止漏气；

⑷升降架向上移动，重复步骤⑶，层层铺撒酒醅，直至装满甄桶；

⑸桶盖吊装装置将桶盖移动扣装在甄桶上，桶盖下沿与甄桶密封配合，甄桶下方安装有 加热装置进行加热；

⑸甄桶内产生蒸汽，通过桶盖上的蒸汽导管输入冷凝器，从而冷却得到原酒，原酒由冷凝器一侧的原酒出口输出。

而且，所述步骤⑶的具体步骤为：

①酒醅通过进料斗进入一级送料臂，一级送料臂内的送料电机驱动螺旋送料杆转动，定向推送将一级送料臂内的酒醅向前推送；

②酒醅通过一级送料臂前端的送料通道下落进入二级送料臂，二级送料臂内的螺旋送料杆驱动酒醅向前推送；

③酒醅落入竖直送料臂，自由下落到缓冲送料臂内，

④缓冲送料臂内由承载平台缓冲后有传送带水平送出撒料出口，平缓的洒在甄桶内。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明可以全自动化进行原料的输送及播撒，为不破坏酒醅物理特性，独创的手臂内双螺杆推进送料机构，结构紧凑，可实现连续洒料，保证酒醅传送安全稳定以及卫生性，有效控制送料速度和剂量，模拟人手进行抛洒酒醅的“轻、薄、准、松、平、匀”的要求，无待料等候时间，提高效率。

2、本机器人通过红外相机完成视觉数据采集，并且红外视觉图像处理技术指挥撒料位置，由于蒸汽与酒醅的温度存在温度差，一旦有微小的蒸汽漏出，都可以通过红外相机进行捕捉，从而为控制系统提供定位信息，从而驱动机器人运动到漏气位置，进行酒醅的抛洒，从而覆盖漏气点，准确度高，快速补铺漏气点，避免漏气，蒸馏效果好，完全实现智能生产，提升效率，并且提升加工质量。

3、本机器人基于刚柔动力学、柔性撒料机器人动态仿真、空间动态测量及系统刚度研究、非线性控制策略的研究等内容。根据跟定末端给定轨迹，求取构件名义构型变量，然后将该构型变量作为已知，构建机械手的逆动力学模型，并借助离散傅立叶变换采用数值法求解了关节驱动力矩，并在时域下通过直接数值积分，求解了机械手的弹性构型变量。

4、本机器人安装的柔性送料送料端承载平台，承载平台高度可控制，有效保证酒醅平缓的洒落在甄桶内，从而使铺撒的酒醅保持疏松，提升后期蒸馏的加工效果；而且，承载平台可以自转，在甄桶内无死角洒料运行。

5、本发明输送可精准控制，能够实现洒料薄、柔、匀，提升出酒率。达到轻撒薄铺、见气洒料、洒料点准确、醋面要平以形成松散均匀的微孔结构。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为柔性撒料机器人的结构主视图；

图3为图2的左视图；

图4为图3中A-A向剖视图；

图5为图4中的B部放大图；

图6为柔性撒料机器人另一工作状态的立体结构示意图。

附图标记表示：1桶盖吊装装置，2红外相机，3酒醅提升输送带，4麦皮输送机，5酒醅输送机，6柔性撒料机器人，7甄桶，8电控柜，9冷凝器；

601立架,602进料斗，603升降架，604一级送料臂，605驱动电机，606齿轮组，607二级送料臂，608竖直送料臂，609缓冲送料臂，610撒料出口，611基座，612升降驱动装置，613送料通道,614螺旋送料杆，615送料电机,616传送带，617承载平台，618辊轴。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，包括麦皮输送机4、酒醅输送机5、酒醅提升输送带3、柔性撒料机器人6、甄桶7、红外相机2、桶盖吊装装置1、冷凝器9以及电控柜8，麦皮输送机和酒醅输送机的出料口均连接到酒醅提升输送带的进料口，酒醅提升输送带的出料口连接柔性撒料机器人6的进料斗；在柔性撒料机器人的工作区域间隔安装有两个甄桶3，柔性撒料机器人用于向甄桶内撒入酒醅，甄桶下方安装有加热装置(图中未标注)；

在甄桶上方安装有固定框架并在固定框架上安装有红外相机2，该红外相机可沿固定框架移动，到达待装料的甄桶正上方；工作时红外相机的同时采集甄桶内全部范围的图像；由于蒸汽与酒醅的温度存在温度差，一旦有微小的蒸汽漏出，都可以通过红外相机进行捕捉，从而为控制系统提供定位信息，从而驱动机器人运动到漏气位置，进行酒醅的抛洒，从而快速覆盖漏气点。

在每个甄桶的径向一侧均安装有一个冷凝器8，在冷凝器与甄桶之间均安装有一桶盖吊装装置1，该桶盖吊装装置用于移动吊装甄桶的桶盖便于加料，完成撒料后，桶盖吊装装置将桶盖扣装在甄桶上，桶盖与甄桶密封配合组成的蒸锅；在桶盖顶端安装有一蒸汽导管，该蒸汽导管连接在冷凝器的输入口，冷凝器一侧设置有原酒出口；

为了保证工作安全，在柔性撒料机器人的工作区域外安装有防护围栏。

在防护围栏外安装有电控柜8，该电控柜通过数据导线分别连接麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、红外相机、桶盖吊装装置以及冷凝器，本专利申请对于电控系统不作详细描述。

柔性撒料机器人的具体结构参见附图2至附图5所示，包括基座611、立架601、升降架 603、一级送料臂604、二级送料臂607、竖直送料臂608以及缓冲送料臂609，

在基座611上端竖直安装里有立架601，立架上驱动安装有一升降架603，该升降架由升降驱动装置612驱动沿立架上下移动；在升降架内水平悬臂式安装有一级送料臂604，该一级送料臂的悬臂端水平转动安装有二级送料臂607的一端，二级送料臂的另一端下方封闭安装有竖直送料臂608的上端，该竖直送料臂为中空的筒形结构，竖直送料臂下端安装有缓冲送料臂609的一端，缓冲送料臂的另一端安装有撒料出口610；

一级送料臂与二级送料臂之间安装有转动控制装置，由控制系统控制二级送料臂进行水平往复摆动，具体为：一级送料臂与二级送料臂的连接通道的接口密封而且自由转动，且一级送料臂与二级送料臂之间安装有齿轮组606，该齿轮组由驱动电机605驱动进行转动，控制二级送料臂进行水平摆转；

在二级送料臂与竖直送料臂之间安装转动控制装置，由控制系统控制竖直送料臂进行自动转轴，转动速度和转动角度可控制，从而带动缓冲送料臂进行360°旋转，在甄桶内无死角撒料；

一级送料臂和二级送料臂均为中空圆筒形结构，一级送料臂上端固装有一进料斗602用于输入酒醅；在一级送料臂内同轴安装有螺旋送料杆614，螺旋送料杆的一端伸出一级送料臂的后端并同轴安装有送料电机615，螺旋送料杆的另一端下方的一级送料臂上制有送料通道613，该送料通道下端连通二级送料臂607，二级送料臂内同轴安装有另一螺旋送料杆以及送料电机；

在竖直送料臂下端出口对应的缓冲送料臂内安装有一水平设置的承载平台617，该承载平台的前后两侧分别安装有两个辊轴并且在该两个辊轴上驱动安装有一传送带616，上方落下的酒醅掉落在传送带上，由传送带驱动水平移动最终平缓地送出撒料出口。

本系统的工作方法：

⑴系统启动，电控柜发出指令设定待撒料的甄桶，柔性撒料机器人自动调节位置，配合甄桶位置调节送料高度和角度；同时，红外相机移动到达待撒料的甄桶上方，对甄桶进行拍摄；

⑵麦皮输送机和酒醅输送机将制备好的酒醅送至酒醅提升输送带，酒醅提升输送带将酒醅项柔性撒料机器人的进料口输送；

⑶柔性撒料机器人向甄桶内进行撒料；

同时，红外相机检测系统实时检测甄桶内的蒸汽漏气位置，柔性撒料机器人优先补充酒醅的抛洒，防止漏气；

①酒醅通过进料斗进入一级送料臂，一级送料臂内的送料电机驱动螺旋送料杆转动，定 向推送将一级送料臂内的酒醅向前推送；

②酒醅通过一级送料臂前端的送料通道下落进入二级送料臂，二级送料臂内的螺旋送料杆驱动酒醅向前推送；

③酒醅落入竖直送料臂，自由下落到缓冲送料臂内，

④缓冲送料臂内由承载平台缓冲后有传送带水平送出撒料出口，平缓的洒在甄桶内；

酒醅松散的铺撒在甄桶内，一级送料臂、二级送料臂以及缓冲送料臂配合转动，可以灵活地将酒醅送到甄桶内任意位置；送料电机的转动速度由控制系统智能调节控制；

⑷升降架向上移动，重复步骤⑶，层层铺撒酒醅，直至装满甄桶；

⑸桶盖吊装装置将桶盖移动扣装在甄桶上，桶盖下沿与甄桶密封配合，甄桶下方安装有加热装置进行加热；

⑸甄桶内产生蒸汽，通过桶盖上的蒸汽导管输入冷凝器，从而冷却得到原酒，原酒由冷凝器一侧的原酒出口输出。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：包括麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、甄桶、红外相机、桶盖吊装装置、冷凝器以及电控柜，麦皮输送机和酒醅输送机的出料口均连接到酒醅提升输送带的进料口，酒醅提升输送带的出料口连接柔性撒料机器人的进料斗；在柔性撒料机器人的工作区域间隔安装有甄桶，甄桶下方安装有加热装置；

在甄桶上方安装有固定框架并在固定框架上安装有红外相机；在甄桶的径向一侧均安装有一个冷凝器，在冷凝器与甄桶之间均安装有一桶盖吊装装置，在桶盖顶端安装有一蒸汽导管，该蒸汽导管连接在冷凝器的输入口，冷凝器一侧设置有原酒出口；

本系统安装有电控柜，该电控柜通过数据导线分别连接麦皮输送机、酒醅输送机、酒醅提升输送带、柔性撒料机器人、红外相机、桶盖吊装装置以及冷凝器。

2.根据权利要求1所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：在柔性撒料机器人的工作区域外安装有防护围栏。

3.根据权利要求1所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：柔性撒料机器人包括基座、立架、升降架、一级送料臂、二级送料臂、竖直送料臂以及缓冲送料臂，在基座上端竖直转动安装里有立架，立架上驱动安装有一升降架，该升降架由升降驱动装置驱动沿立架上下移动；在升降架内水平悬臂式安装有一级送料臂，该一级送料臂的悬臂端水平转动安装有二级送料臂的一端，二级送料臂的另一端下方封闭安装有竖直送料臂的上端，该竖直送料臂为中空的筒形结构，竖直送料臂下端安装有缓冲送料臂的一端，缓冲送料臂的另一端安装有撒料出口。

4.根据权利要求3所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：所述一级送料臂和二级送料臂均为中空圆筒形结构，一级送料臂上端固装有一进料斗；在一级送料臂内同轴安装有螺旋送料杆，螺旋送料杆的一端伸出一级送料臂的后端并同轴安装有送料电机，螺旋送料杆的另一端下方的一级送料臂上制有送料通道，该送料通道下端连通二级送料臂，二级送料臂内同轴安装有另一螺旋送料杆以及送料电机。

5.根据权利要求3所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：在竖直送料臂下端出口对应的缓冲送料臂内安装有一水平设置的承载平台，该承载平台的前后两侧分别安装有两个辊轴并且在该两个辊轴上驱动安装有一传送带。

6.根据权利要求1所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：本系统的工作方法为：

⑴系统启动，电控柜发出指令设定待撒料的甄桶，柔性撒料机器人自动调节位置，配合甄桶位置调节送料高度和角度；同时，红外相机移动到达待撒料的甄桶上方，对甄桶进行拍摄；

⑵麦皮输送机和酒醅输送机将制备好的酒醅送至酒醅提升输送带，酒醅提升输送带将酒醅项柔性撒料机器人的进料口输送；

⑶柔性撒料机器人向甄桶内进行撒料；

同时，红外相机检测系统实时检测甄桶内的蒸汽漏气位置，柔性撒料机器人优先补充酒醅的抛洒，防止漏气；

⑷升降架向上移动，重复步骤⑶，层层铺撒酒醅，直至装满甄桶；

⑸桶盖吊装装置将桶盖移动扣装在甄桶上，桶盖下沿与甄桶密封配合，甄桶下方安装有加热装置进行加热；

⑸甄桶内产生蒸汽，通过桶盖上的蒸汽导管输入冷凝器，从而冷却得到原酒，原酒由冷凝器一侧的原酒出口输出。

7.根据权利要求6所述的基于柔性撒料机器人的全自动装甑系统，其特征在于：所述步骤⑶的具体步骤为：

①酒醅通过进料斗进入一级送料臂，一级送料臂内的送料电机驱动螺旋送料杆转动，定向推送将一级送料臂内的酒醅向前推送；

②酒醅通过一级送料臂前端的送料通道下落进入二级送料臂，二级送料臂内的螺旋送料杆驱动酒醅向前推送；

③酒醅落入竖直送料臂，自由下落到缓冲送料臂内，

④缓冲送料臂内由承载平台缓冲后有传送带水平送出撒料出口，平缓的洒在甄桶内。