CN111096350A - 一种家畜胴体去腿装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于屠宰分割技术领域，涉及一种家畜胴体去腿装置，所述装置包括：安装架、上料机构、回转机架、分割机构、胴体夹具、四肢夹持机构、机器视觉装置和上位机。通过本发明，实现了：从完整的家畜胴体上分割四肢，且在分割的过程中，精准扫描切割部位，具有切削力小、分割快速和精准的优点，以适应国内生产线的集成要求，既提高了分割四肢的效率，又减少了分割过程中的肉损耗。

Description

一种家畜胴体去腿装置

技术领域

本发明属于屠宰分割技术领域，具体涉及一种家畜胴体去腿装置。

背景技术

胴体羊肉四肢的分割是羊肉加工不可或缺的技术环节，国内企业通常按照以下步骤从胴体上切下四肢：将胴体羊肉从其后腿吊挂在运输线上运送至切割工位，人工切除后腿，人工举起胴体将其挂回运输线，人工切除前腿。工人在切除四肢时，在一手拉拽和分开羊腿的同时，用另一手持刀切割。该方法存在如下问题：首先，羊体并不是完全稳定的，因此手工去腿的速度、质量都受其影响。其次，工人在操作刀具和挂钩等利器时容易受伤，因此影响工人的身心健康和食品安全。此外，人力成本也在逐年增长。上述问题使得羊肉屠宰生产的整体效率和生产品质难以进一步提升。

因此，人们一直在致力于发明创造家畜胴体快速、精准分割的设备。例如，由工业机器人驱动锯或力反馈刀具，按特定轨迹从前1/4胴体切除家畜前腿或从臀部切除家畜后腿。公开号为：WO2003096814A1的专利公开了一种从羊后1/4胴体(hindquarter)上切下后腿的设备，该设备主要包括：支撑装置、分离杆装置、机器臂、分割刀具、切削力传感器。支撑装置从腹腔支撑夹紧羊后1/4胴体；分离杆装置将两后腿分开使其互相不交叉重叠，并且，通过分离杆装置测量羊后1/4胴体的尺寸；使用机器臂驱动其末端安装的分割刀具从骨盆上切下后腿；在切下后腿的过程中，测量刀具所受的切削力和分开两后腿所需的力，以实时调整机器臂的运动轨迹。分割杆在切割过程中向外张开从而拉拽后腿使其从后1/4胴体上分离。但是，该方法不能夹持完整胴体和分割前腿，所述测量后1/4胴体大小尺寸的方法容易受工人摆放和羊胴体肌肉组织变形的干扰，影响测量的准确性，因此影响切削效率和肉损耗率。

发明内容

为克服上述设备所存在的缺陷以及我国羊肉分割效率低和损耗多等问题，本发明提供一种家畜胴体去腿装置，用于：从完整的家畜胴体上分割其四肢；在分割的过程中，精准扫描切割部位，切削力小、分割快速、精准，且可自主作业，以提高分割效率，减少分割过程中的肉损耗。具体技术方案如下：

一种家畜胴体去腿装置，包括安装架1、上料机构3、回转机架4、分割机构5、胴体夹具6、四肢夹持机构7、机器视觉装置8和上位机。

所述安装架1安装在回转机架4上，在回转机架4带动下安装架1转动至两个工位：上下料工位A和切割工位B，安装架1的正面在上下料工位A时朝向胴体吊挂运输线2和操作员，操作员进行上料或转挂动作，安装架1的正面在切割工位B时朝向分割机构5。安装架1的顶部向前伸出与上料机构3连接，上料机构3作用于胴体的耻骨前沿，限制胴体纵向移动并带动胴体靠近或远离安装架1的前部。

所述胴体夹具6包括：支撑板61、若干真空吸盘装置62和引导夹板机构63，支撑板61和引导夹板机构63固定在安装架1的前部，引导夹板机构63布置在支撑板61的两侧，从胴体侧面将其夹紧，支撑板61上均匀地设置有真空吸盘装置62，所述真空吸盘装置62从背部支撑并吸附住胴体，驱动气路分别和引导夹板机构63和每个真空吸盘装置62相连；真空吸盘装置62的驱动气路的数字式控制阀与上位机通讯连接。

所述四肢夹持机构7包括：两个上侧的抓臂：抓臂一17和抓臂二18，用于夹持后腿；两个下侧的抓臂：抓臂三19和抓臂四20，用于夹持前腿；每个抓臂的末端安装一个抓夹机构71，抓夹机构71合拢时将胴体的四肢与同侧的抓臂固定；两个上侧的抓臂对称安装在安装架1的前端中部，两个下侧的抓臂对称安装在安装架1的前端下部，抓臂可展开和绕安装架1转动。

所述分割机构5包括力传感器51、分割刀具52、六轴工业机器人53和立柱54；所述力传感器51与上位机通讯，用于采集切削力信息，力传感器51的两端分别与分割刀具52和六轴工业机器人53的一端连接，六轴工业机器人53的另一端与立柱54的一端连接，立柱54的另一端固定于地面上；所述上位机与六轴工业机器人53的控制柜通讯连接。

所述机器视觉装置8安装于六轴工业机器人53的前部，与上位机通讯连接，用于采集胴体的三维点云以及处理图像。

在上述方案的基础上，所述支撑板61上均匀地设置有固定真空吸盘装置62的孔位，真空吸盘装置62安装于支撑板61的所述孔位中，支撑板61的两侧翻折成侧板；所述引导夹板机构63包括：两个夹板632、两个直驱电机631和两个柔性块一633。直驱电机631内部的控制器与上位机通讯连接；两个直驱电机631对称固定在安装架1的前部并位于支撑板61的后面，每个直驱电机631分别与一夹板632的后部连接，夹板632对称布置在支撑板的两侧，每个夹板632的前部与柔性块一633连接，柔性块一633的形状根据胴体胸廓的形状设计并且其头部斜切，在引导夹板机构夹紧的时候柔性块一633发生弹性变形，从而以完全贴合羊胴体的胸廓侧面轮廓的方式将其夹紧。

在上述方案的基础上，每个真空吸盘装置62包括导气杆621和导气杆头部的圆形吸盘622，导气杆621穿过支撑板61上的孔位，并固定在支撑板61上；圆形吸盘622的材料为食品硅胶，圆形吸盘622为三个，圆形吸盘622直径为65mm～70mm，圆形吸盘622的间距为80mm～100mm；支撑板61倾斜角度为15°～20，引导夹板机构63完全张开时两个夹板632的距离小于400mm、大于360mm。

在上述方案的基础上，所述上料机构3包括：直线模组31和吊钩32，直线模组31的壳体和安装架1连接，直线模组31的滑台和吊钩32连接，吊钩32作用于胴体的耻骨前沿，限制胴体纵向移动。直线模组31经由吊钩32带动胴体靠近或远离安装架1的前部，所述直线模组31的行程为300-500mm。支撑板61上沿与吊钩32底端的竖直距离为150mm～200mm；上位机与直线模组31内部的控制器通讯连接。

在上述方案的基础上，所述分割刀具52包括：压板521、刀架523和刀片522；所述刀片522的前部形状为标准的屠宰刀具，后部设有数个定位槽，并通过定位槽固定在刀架523上。刀架523和力传感器51连接。刀架523的前部为平板，后部为法兰，法兰上设有通孔，平板上设有数个定位销。平板与刀片522后部的一侧贴合，定位销和定位槽配合，压板521和刀片522后部的另一侧贴合，通过螺栓将压板521紧固在刀架523上，从而夹紧刀片522。力传感器51为圆柱状的工业六维力传感器，在力传感器51的两端设有螺纹孔。螺栓穿过所述法兰上的通孔将刀架523安装在力传感器51的一端。六轴工业机器人53的底部设置有安装法兰，末端设置有执行器法兰；力传感器51的另一端与力传感器连接法兰55的一端通过螺钉固定连接，力传感器连接法兰55的另一端安装在六轴工业机器人53的末端执行器法兰上。沿所述六轴工业机器人53安装法兰的圆周均布若干安装孔；所述立柱54的上端设有法兰二，在法兰二上设置有与六轴工业机器人53安装法兰对应的通孔；通过螺栓穿过安装法兰和法兰二上的通孔，将六轴工业机器人53安装于立柱54上；在所述立柱54的底面设有法兰三，在所述法兰三上设有若干沿圆周均布的通孔，相应的地面上设有若干沿圆周均布的螺纹孔，采用地脚螺栓穿过所述法兰三上的通孔，与所述螺纹孔相连，使所述立柱54固定于地面。

在上述方案的基础上，所述每个抓臂包括：连杆一72、连杆二73、关节电机一74、关节电机二75和连接件76；关节电机二75的壳体通过连接件76固定在安装架1上；关节电机二75的转轴与连杆一72的首端固定连接；关节电机一74的壳体固定安装在连杆一72的末端；关节电机一74的转轴与连杆二73的首端固定连接；关节电机二75带动连杆一72相对于底座转动，从而摆动抓臂；关节电机一74带动连杆二73相对于连杆一72转动，从而展开抓臂；所述关节电机一74和关节电机二75均通过CAN通信接口与上位机连接。

所述抓夹机构71包括：电动夹爪711和片状的骨架712。电动夹爪711固定在连杆二73的末端，骨架712分别固定在电动夹爪711的两个手指上。骨架712的内侧设有柔性块二713；所述柔性块二713的材料可以是硅胶；柔性块二713的前部切成斜面，中部切出圆形的槽，槽面上具有防滑纹。电动夹爪711的控制器与上位机通过串行通信接口连接，当电动夹爪711张开时，操作员可将羊四肢通过柔性块二713的斜面卡入圆形槽中，当电动夹爪711合拢时，柔性块二713发生变形，以完全贴合羊腿末端轮廓的方式将其夹紧。

在上述方案的基础上，所述回转机架4包括回转减速机41和固定机架42。固定机架42的上平面与回转减速机41的壳体连接，安装架设在回转减速机41的转台上，安装架1在回转减速机41的带动下绕固定机架42转动。所述回转减速机41由步进电机驱动。固定机架42通过地脚螺栓与地面固定，上位机通过向所述步进电机的控制器发送控制指令，驱动回转减速机41转至预设的角度，从而使安装架1正面朝向上下料工位或分割工位。

在上述方案的基础上，所述安装架1为型材搭建的框架结构，在安装架1的顶部设置横梁11、横梁11向前伸出并设有直线模组31的安装通孔，在安装架1的正面设置有上抓臂安装杆12、支撑板安装杆13、下抓臂安装杆14和引导夹板机构安装杆15，其上均开有定位通孔。上抓臂安装杆12和上侧抓臂连接，支撑板安装杆13和支撑板上端连接，下抓臂安装杆14和支撑板下端以及下侧抓臂连接，引导夹板机构安装杆15和引导夹板机构63连接。安装架的底部设有安装架固定座16。

在上述方案的基础上，所述机器视觉装置8包括：RGB-D相机81、防污挡板82和相机连接板83；相机连接板83为翻折成90°的不锈钢板，其中一个面为相机安装面，与之垂直的为固定法兰面；RGB-D相机81的外壳上设有安装螺纹孔，相应的在所述相机安装面上设有通孔，通过螺钉穿过所述通孔将RGB-D相机81的外壳固定连接在相机连接板83上。相机安装面的前端设有折弯的防污挡板82。相机连接板83的固定法兰面上开有通孔，将固定法兰面设置在六轴工业机器人末端执行器法兰和力传感器连接法兰55之间，螺栓依次穿过力传感器连接法兰55的通孔和相机连接板83固定法兰面上的通孔，将力传感器连接法兰55和相机连接板83固定安装在六轴工业机器人末端执行器法兰上。

在上述方案的基础上，所述去腿装置，还包括上料开关。当操作员按下时向上位机输出高电平；当操作员松开时，上料开关在自身弹簧作用下复位，向上位机输出低电平。

本发明具有以下有益技术效果：

回转机架使分割和上料在两个不同的工位进行，因此分离了分割机构和操作员，提高了操作的安全性。

在上料和抓挂时直线模组带动吊钩向前伸出，便于操作员上料。挂钩带动胴体后收的同时，胴体侧面和夹板的前部接触，夹板的前部向外侧翻折成一定的角度，从而引导胴体的背部和支撑板接触。夹板的中部安装有柔性块一，柔性块一的形状设计成和胴体胸廓侧面形状一致，且可发生弹性形变，因此在分割过程中可保证胴体的稳定。支撑板以倾斜的方式安装，侧面翻折成侧板，保证胴体的背部和圆形硅胶吸盘充分接触，真空吸盘装置从背部吸附住胴体，由于采用真空吸盘装置，因此可以适应不同羊胴体背部形状的差异性，同时以不损坏胴体表面的方式将其吸附住。

当电动夹爪张开时，操作员可将羊四肢通过柔性块二的斜面卡入圆形槽中，当电动夹爪合拢时，柔性块二发生变形，以完全贴合羊腿末端轮廓的方式将其夹紧；

在分割机构上安装机器视觉装置，机器视觉装置可以采集待分割的家畜胴体的三维点云，经上位机根据家畜胴体的三维点云规划并设定分割机构的切削轨迹。在分割机构工作的同时，抓臂带动四肢向胴体外侧打开，从而使受切割的四肢容易与胴体分离，在切割后腿髋关节的肌肉时，抓臂展开使后腿的股骨头从髋关节槽中脱落。

由于切削力被输入到上位机，经过算法处理，以调节六轴工业机器人的运动，因此胴体分割刀具的切削运动平顺而轻快，既提高了分割效率，切削力也较小；同时，由于切削力较小，又减少了分割过程中肉的损耗。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是本发明所述家畜胴体去腿装置的结构示意图，A和B分别代表上下料工位和切割工位；

图2(1)是分割机构的结构示意图，图2(2)是图2(1)中A处的局部放大图；

图3是四肢夹持机构、胴体夹具的结构示意图；

图4(1)是安装架的结构示意图一，图4(2)是安装架的结构示意图二；

图5(a)是后腿切割路径规划动作示意图，相机前方的两条直线代表相机的视野范围边界；

图5(b)是后腿切割动作示意图；

图5(c)是前腿切割路径规划动作示意图，相机前方的两条直线代表相机的视野范围边界；

图5(d)是前腿切割动作示意图；

图6是回转机架的结构示意图。

附图标记：

1、安装架 2、吊挂运输线 3、上料机构 4、回转机架 5、分割机构 6、胴体夹具 7、四肢夹持机构 8、机器视觉装置 11、横梁 12、上抓臂安装杆 13、支撑板安装杆 14、下抓臂安装杆 15、引导夹板机构安装杆 16、安装架固定座 17、抓臂一 18、抓臂二 19、抓臂三20、抓臂四 31、直线模组 32、吊钩 41、回转减速机 42、固定机架 51、力传感器 52、分割刀具 53、六轴工业机器人 54、立柱 55、力传感器连接法兰 522、刀片 521、压板 523、刀架61、支撑板 62、真空吸盘装置 621、导气杆 622、圆形吸盘 63、引导夹板机构 631、直驱电机 632、夹板 633、柔性块一 71、抓夹机构 72、连杆一 73、连杆二 74、关节电机一 75、关节电机二 76、连接件 711、电动夹爪 712、骨架 713、柔性块二 81、RGB-D相机 82、防污挡板 83、相机连接板

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“前方”、“侧方”、“后方”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-6所示，本发明的一种家畜胴体去腿装置，包括：安装架1、上料机构3、回转机架4、分割机构5、胴体夹具6、四肢夹持机构7、机器视觉装置8、力传感器51和上料开关；吊挂运输线2将需要去腿的羊胴体运送到上下料工位A。操作员将羊胴体的耻骨前沿与上料机构3连接，将羊胴体的四肢和四肢夹持机构7连接；操作员按下上料开关，上料机构3带动羊胴体靠近安装架1，同时胴体夹具6从背部和胸廓侧面将羊胴体夹紧，四肢夹持机构7从羊胴体四肢末端将四肢夹紧，回转机架4带动安装架从上下料工位A转动到切割工位B；机器视觉装置8完成胴体三维点云的采集及图像处理工作。分割机构5的六轴工业机器人53带动其末端的分割刀具52按照图像处理得出的分割轨迹进行去腿分割动作，在切割过程中，力传感器51实时地将切削力信息发送给上位机，由上位机依据切削力的大小调整分割的动作；在分割机构5工作的同时，四肢夹持机构7带动四肢向胴体外侧打开，并使自身展开，带动四肢与胴体分开；完成去腿分割动作后，胴体夹具6松开，四肢夹持机构7复位，回转机架4将安装架1转回上下料工位，操作员将羊的四肢放在吊挂运输线2的传送带上运输到后续工位，并且将去腿后的羊胴体从坐骨闭孔处转挂回吊挂运输线2。

所述分割机构5包括力传感器51、分割刀具52、六轴工业机器人53和立柱54。分割刀具52包括刀片522、压板521和刀架523。刀片522的前部形状为标准的屠宰刀具，后部设有数个定位槽。刀架523的前部为平板，后部为法兰，法兰上设有通孔，平板上设有数个定位销。平板与刀片522后部的一侧贴合，定位销和定位槽配合，压板521和刀片522后部的另一侧贴合，通过螺栓将压板521紧固在刀架523上，从而夹紧刀片522。力传感器51为圆柱状的工业六维力传感器，在力传感器51的两端设有螺纹孔。螺栓穿过所述法兰上的通孔将刀架523安装在力传感器51的一端。六轴工业机器人53的底部设置有安装法兰，末端设置有执行器法兰；力传感器51的另一端与力传感器连接法兰55的一端通过螺钉固定连接，力传感器连接法兰55的另一端安装在六轴工业机器人53的末端执行器法兰上。沿所述六轴工业机器人53安装法兰的圆周均布若干安装孔；所述立柱54的上端设有法兰二，在法兰二上设置有与六轴工业机器人53安装法兰对应的通孔；通过螺栓穿过安装法兰和法兰二上的通孔，将六轴工业机器人53安装于立柱54上；在所述立柱54的底面设有法兰三，在所述法兰三上设有若干沿圆周均布的通孔，相应的地面上设有若干沿圆周均布的螺纹孔，采用地脚螺栓穿过所述法兰三上的通孔，与所述螺纹孔相连，使所述立柱54固定于地面。

所述机器视觉装置8包括：RGB-D相机81、防污挡板82、相机连接板83。

所述安装架1为型材搭建的框架结构，在安装架1的顶部设置横梁11、横梁11向前伸出并设有直线模组31的安装通孔，在安装架1的正面设置有上抓臂安装杆12、支撑板安装杆13、下抓臂安装杆14和引导夹板机构安装杆15，其上均开有定位通孔。上抓臂安装杆12和上侧抓臂连接，支撑板安装杆13和支撑板上端连接，下抓臂安装杆14和支撑板下端以及下侧抓臂连接，引导夹板机构安装杆15和引导夹板机构63连接。安装架的底部设有安装架固定座16。

所述四肢夹持机构7包括：二个上侧的抓臂一17、抓臂二18，用于夹持后腿；二个下侧的抓臂三19、抓臂四20，用于夹持前腿。每个抓臂的末端安装一个抓夹机构71。每个抓臂包括：连杆一72、连杆二73、关节电机一74、关节电机二75和连接件76；关节电机二75的壳体通过连接件76固定在安装架1上；关节电机二75的转轴与连杆一72的首端固定连接；关节电机一74的壳体固定安装在连杆一的末端；关节电机一74的转轴与连杆二的首端固定连接；关节电机二带动连杆一相对于底座转动，从而摆动抓臂；关节电机一带动连杆二相对于连杆一转动，从而展开抓臂。所述关节电机一和关节电机二均通过CAN通信接口与上位机连接，在去腿过程中接收上位机发送的控制指令，和分割机构同时工作。所述抓夹机构71包括：电动夹爪711和片状的骨架712。电动夹爪的缸体通过螺栓固定在连杆二的末端，骨架通过螺栓分别固定在电动夹爪的两个手指上。骨架的内侧通过螺栓固定有柔性块二713；柔性块二的材料可以是硅胶；柔性块二的前部切成斜面，中部切出圆形的槽，槽面上具有防滑纹。电动夹爪接收上位机发送的控制指令，在收到控制指令时合拢或张开。当电动夹爪张开时，操作员可将羊四肢通过柔性块二的斜面卡入圆形槽中，当电动夹爪合拢时，柔性块二发生变形，以完全贴合羊腿末端轮廓的方式将其夹紧。

胴体夹具6包括：支撑板61、若干真空吸盘装置62和引导夹板机构63，支撑板固定在安装架1的前部、支撑板的两侧翻折成侧板。支撑板上均匀地设置有固定真空吸盘装置62的孔位，每个真空吸盘装置62包括导气杆621和导气杆头部的圆形吸盘622。导气杆穿过支撑板上的所述孔位，并固定在支撑板上。当直线模组31使胴体靠近安装架前部时，所述真空吸盘装置从背部支撑并吸附住胴体。引导夹板机构63包括两个直驱电机631和两个夹板632，两个直驱电机631对称固定在安装架的前部并位于支撑板的后面，每个直驱电机631分别与一个夹板632的后部连接。夹板632对称布置在支撑板的两侧。每个夹板的中部与柔性块一633连接，柔性块一的形状根据胴体胸廓的形状设计，并且在引导夹板机构夹紧的时候发生弹性变形，从而以完全贴合羊胴体的胸廓侧面轮廓的方式将其夹紧，驱动气路分别和引导夹板机构63和每个真空吸盘装置62相连。

上位机向真空吸盘装置的驱动气路发送控制指令使其开启或关闭，上位机向直驱电机631发送控制指令使其正转或复位。当驱动气路开启并且直驱电机631正转时，真空吸盘装置从背部吸附住胴体，引导夹板机构从侧面夹紧胴体。当驱动气路关闭并且直驱电机复位时，真空吸盘装置松开胴体的背部，引导夹板机构张开。圆形吸盘622的材料为食品硅胶，优选的，圆形吸盘为三个，圆形吸盘直径为65mm～70mm，圆形吸盘的间距为80mm～100mm。支撑板倾斜角度为15°～20，支撑板上沿与挂钩底端的竖直距离为150mm～200mm。所述孔位的设置与支撑板倾斜的角度，使得圆形吸盘与胴体的腰部、背部接触良好；优选的，引导夹板机构完全张开时两个夹板的距离小于400mm、大于360mm。

所述上料机构3包括：直线模组31和吊钩32，直线模组的壳体和安装架的横梁通过螺栓连接，吊钩32通过螺栓固定于直线模组的滑台上，吊钩作用于胴体的耻骨前沿，限制胴体纵向移动。直线模组经由吊钩带动胴体靠近或远离安装架的前部。所述直线模组的行程为300-500mm。

回转机架4包括回转减速机41和固定机架42，固定机架42通过地脚螺栓固定于地面，固定机架42的上平面设有通孔，螺栓穿过所述通孔与回转减速机41的壳体相连。安装架安装在回转减速机41的转台上，安装架在回转减速机41的带动下可绕固定机架42转动。所述回转减速机41由步进电机驱动，上位机通过向所述步进电机的控制器发送控制指令，驱动回转减速机41转至预设的角度，从而使安装架正面朝向上下料工位或分割工位。

当操作员按下所述上料开关时，上料开关向主控制器输出高电平，当操作员松开所述上料开关时，上料开关在自身弹簧作用下复位，向主控制器输出低电平。上料开关的输入端有两个端子，一个与高电平连接，一个与低电平连接，上料开关的输出端有一个端子，上料开关的输出端和单片机的IO口连接，单片机与上位机通讯连接。当按下上料开关的按钮时，其触点将高电平和输出端接通，向单片机输出高电平，单片机检测到高电平，通过串行通讯接口向上位机发送高电平状态消息，上位机在收到高电平状态消息时，向直线模组31内部的控制器、抓臂的关节电机一74和关节电机二75，电动夹爪711的控制器、直驱电机631内部的控制器、真空吸盘装置62的驱动气路的数字式控制阀发送控制指令，控制直线模组31，在吊钩32作用下使胴体靠近安装架1的前部，同时，控制真空吸盘装置62的驱动气路的数字式控制阀打开，圆形吸盘622从背部吸附住胴体，控制电动夹爪711合拢，控制关节电机一74和关节电机二75旋转，使抓臂展开，从而抓紧四肢。

采用上述家畜胴体去腿装置进行羊后腿的分割时依次切割臀部肌肉、髋关节肌肉和骼骨臀侧肌肉，进行羊前腿的分割时依次切割颈椎部位肌肉和胸廓部位肌肉。在切割每个部位时包括以下步骤：

S1运动规划：上位机和六轴工业机器人通讯，将六轴工业机器人的位置设为图像采集位置；当切割后腿时图像采集位置为后1/4胴体图像采集位置，RGB-D相机拍摄羊后1/4胴体腹侧的三维点云；当切割前腿时图像采集位置为前1/4胴体图像采集位置，RGB-D相机拍摄羊前1/4胴体腹侧的三维点云；将采集到的三维点云信号输入到上位机中，对三维点云进行分析处理，通过运动规划计算六轴工业机器人的运动轨迹，上位机对运动轨迹进行离散处理并通过通讯方式逐点输入到六轴工业机器人依次完成进刀动作、切割动作和复位动作，优选的，通讯的频率为20Hz～100Hz。

S2进刀动作：六轴工业机器人从后1/4胴体图像采集位置运动到分割刀具和羊胴体接触。

S3切割动作：在每个通讯周期，六轴工业机器人操作分割刀具按输入的运动轨迹点切割肌肉；同时，力传感器将切削力信号输入上位机，经过力反馈计算，调整将在下一通讯周期输入到六轴工业机器人的运动轨迹点。所述力反馈计算方法为现有技术。

S4复位动作：完成切割动作后，六轴工业机器人回到图像采集位置。

本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种家畜胴体去腿装置，其特征在于：包括安装架(1)、上料机构(3)、回转机架(4)、分割机构(5)、胴体夹具(6)、四肢夹持机构(7)、机器视觉装置(8)和上位机；

所述安装架(1)安装在回转机架(4)上，在回转机架(4)带动下安装架(1)转动至两个工位：上下料工位A和切割工位B，安装架(1)的正面在上下料工位A时朝向胴体吊挂运输线(2)和操作员，操作员进行上料或转挂动作，安装架(1)的正面在切割工位B时朝向分割机构(5)；安装架(1)的顶部向前伸出与上料机构3连接，上料机构(3)作用于胴体的耻骨前沿，限制胴体纵向移动并带动胴体靠近或远离安装架(1)的前部；

所述胴体夹具(6)包括：支撑板(61)、若干真空吸盘装置(62)和引导夹板机构(63)，支撑板(61)和引导夹板机构(63)固定在安装架(1)的前部，引导夹板机构(63)布置在支撑板(61)的两侧，从胴体侧面将其夹紧，支撑板(61)上均匀地设置有真空吸盘装置(62)，所述真空吸盘装置(62)从背部支撑并吸附住胴体，驱动气路分别和引导夹板机构(63)和每个真空吸盘装置(62)相连；真空吸盘装置(62)的驱动气路的数字式控制阀与上位机通讯连接；

所述四肢夹持机构(7)包括：两个上侧的抓臂：抓臂一(17)和抓臂二(18)，用于夹持后腿；两个下侧的抓臂：抓臂三(19)和抓臂四(20)，用于夹持前腿；每个抓臂的末端安装一个抓夹机构(71)，抓夹机构(71)合拢时将胴体的四肢与同侧的抓臂固定；两个上侧的抓臂对称安装在安装架(1)的前端中部，两个下侧的抓臂对称安装在安装架(1)的前端下部，抓臂可展开和绕安装架(1)转动；

所述分割机构(5)包括力传感器(51)、分割刀具(52)、六轴工业机器人(53)和立柱(54)；所述力传感器(51)与上位机通讯，用于采集切削力信息，力传感器(51)的两端分别与分割刀具(52)和六轴工业机器人(53)的一端连接，六轴工业机器人(53)的另一端与立柱(54)的一端连接，立柱(54)的另一端固定于地面上；所述上位机与六轴工业机器人(53)的控制柜通讯连接；

所述机器视觉装置(8)安装于六轴工业机器人(53)的前部，与上位机通讯连接，用于采集胴体的三维点云以及处理图像。

2.如权利要求1所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述支撑板(61)上均匀地设置有固定真空吸盘装置(62)的孔位，真空吸盘装置(62)安装于支撑板(61)的所述孔位中，支撑板(61)的两侧翻折成侧板；所述引导夹板机构(63)包括：两个夹板(632)、两个直驱电机(631)和两个柔性块一(633)；直驱电机(631)内部的控制器与上位机通讯连接；两个直驱电机(631)对称固定在安装架(1)的前部并位于支撑板(61)的后面，每个直驱电机(631)分别与一夹板(632)的后部连接，夹板(632)对称布置在支撑板的两侧，每个夹板(632)的前部与柔性块一(633)连接，柔性块一(633)的形状根据胴体胸廓的形状设计并且头部斜切，在引导夹板机构夹紧的时候柔性块一(633)发生弹性变形，从而以完全贴合羊胴体的胸廓侧面轮廓的方式将其夹紧。

3.如权利要求2所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：每个真空吸盘装置(62)包括导气杆(621)和导气杆头部的圆形吸盘(622)，导气杆(621)穿过支撑板(61)上的孔位，并固定在支撑板(61)上；圆形吸盘(622)的材料为食品硅胶，圆形吸盘(622)为三个，圆形吸盘(622)直径为65mm～70mm，圆形吸盘(622)的间距为80mm～100mm；支撑板(61)倾斜角度为15°～20，引导夹板机构(63)完全张开时两个夹板(632)的距离小于400mm、大于360mm。

4.如权利要求1所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述上料机构(3)包括：直线模组(31)和吊钩(32)，直线模组(31)的壳体和安装架(1)连接，直线模组(31)的滑台和吊钩(32)连接，吊钩(32)作用于胴体的耻骨前沿，限制胴体纵向移动；直线模组(31)经由吊钩(32)带动胴体靠近或远离安装架(1)的前部，所述直线模组(31)的行程为300-500mm；支撑板(61)上沿与吊钩(32)底端的竖直距离为150mm～200mm；上位机与直线模组(31)内部的控制器通讯连接。

5.如权利要求1所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述分割刀具(52)包括：压板(521)、刀架(523)和刀片(522)；所述刀片(522)的前部形状为标准的屠宰刀具，后部设有数个定位槽，并通过定位槽固定在刀架(523)上；刀架(523)和力传感器(51)连接，刀架(523)的前部为平板，后部为法兰，法兰上设有通孔，平板上设有数个定位销，平板与刀片(522)后部的一侧贴合，定位销和定位槽配合，压板(521)和刀片(522)后部的另一侧贴合，通过螺栓将压板(521)紧固在刀架(523)上，从而夹紧刀片(522)；力传感器(51)为圆柱状的工业六维力传感器，在力传感器(51)的两端设有螺纹孔，螺栓穿过所述法兰上的通孔将刀架(523)安装在力传感器(51)的一端，六轴工业机器人(53)的底部设置有安装法兰，末端设置有执行器法兰；力传感器(51)的另一端与力传感器连接法兰(55)的一端通过螺钉固定连接，力传感器连接法兰(55)的另一端安装在六轴工业机器人(53)的末端执行器法兰上，沿所述六轴工业机器人(53)安装法兰的圆周均布若干安装孔；所述立柱(54)的上端设有法兰二，在法兰二上设置有与六轴工业机器人(53)安装法兰对应的通孔；通过螺栓穿过安装法兰和法兰二上的通孔，将六轴工业机器人(53)安装于立柱(54)上；在所述立柱(54)的底面设有法兰三，在所述法兰三上设有若干沿圆周均布的通孔，相应的地面上设有若干沿圆周均布的螺纹孔，采用地脚螺栓穿过所述法兰三上的通孔，与所述螺纹孔相连，使所述立柱(54)固定于地面。

6.如权利要求1所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述每个抓臂包括：连杆一(72)、连杆二(73)、关节电机一(74)、关节电机二(75)和连接件(76)；关节电机二(75)的壳体通过连接件(76)固定在安装架(1)上；关节电机二(75)的转轴与连杆一(72)的首端固定连接；关节电机一(74)的壳体固定安装在连杆一(72)的末端；关节电机一(74)的转轴与连杆二(73)的首端固定连接；关节电机二(75)带动连杆一(72)相对于底座转动，从而摆动抓臂；关节电机一(74)带动连杆二(73)相对于连杆一(72)转动，从而展开抓臂；所述关节电机一(74)和关节电机二(75)均通过CAN通信接口与上位机连接；

所述抓夹机构(71)包括：电动夹爪(711)和片状的骨架(712)；电动夹爪(711)固定在连杆二(73)的末端，骨架(712)分别固定在电动夹爪(711)的两个手指上，骨架(712)的内侧设有柔性块二(713)；所述柔性块二(713)的材料为硅胶；柔性块二(713)的前部切成斜面，中部切出圆形的槽，槽面上具有防滑纹；电动夹爪(711)的控制器与上位机通过串行通信接口连接，当电动夹爪(711)张开时，操作员可将羊四肢通过柔性块二(713)的斜面卡入圆形槽中，当电动夹爪(711)合拢时，柔性块二(713)发生变形，以完全贴合羊腿末端轮廓的方式将羊腿夹紧。

7.如权利要求1所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述回转机架(4)包括回转减速机(41)和固定机架(42)；固定机架(42)的上平面与回转减速机(41)的壳体连接，安装架(1)设在回转减速机(41)的转台上，安装架(1)在回转减速机(41)的带动下绕固定机架(42)转动，所述回转减速机(41)由步进电机驱动，固定机架(42)通过地脚螺栓与地面固定，上位机通过向所述步进电机的控制器发送控制指令，驱动回转减速机(41)转至预设的角度，从而使安装架(1)正面朝向上下料工位或分割工位。

8.如权利要求4所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述安装架(1)为型材搭建的框架结构，在安装架(1)的顶部设置横梁(11)、横梁(11)向前伸出并设有直线模组(31)的安装通孔，在安装架(1)的正面设置有上抓臂安装杆(12)、支撑板安装杆(13)、下抓臂安装杆(14)和引导夹板机构安装杆(15)，上抓臂安装杆(12)、支撑板安装杆(13)、下抓臂安装杆(14)和引导夹板机构安装杆(15)上均开有定位通孔；上抓臂安装杆(12)和上侧抓臂连接，支撑板安装杆(13)和支撑板(61)上端连接，下抓臂安装杆(14)和支撑板(61)下端以及下侧抓臂连接，引导夹板机构安装杆(15)和引导夹板机构(63)连接，安装架的底部设有安装架固定座(16)。

9.如权利要求5所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述机器视觉装置(8)包括：RGB-D相机(81)、防污挡板(82)和相机连接板(83)；相机连接板(83)为翻折成90°的不锈钢板，其中一个面为相机安装面，与之垂直的为固定法兰面；RGB-D相机(81)的外壳上设有安装螺纹孔，相应的在所述相机安装面上设有通孔，通过螺钉穿过所述通孔将RGB-D相机(81)的外壳固定连接在相机连接板(83)上，相机安装面的前端设有折弯的防污挡板(82)，相机连接板(83)的固定法兰面上开有通孔，将固定法兰面设置在六轴工业机器人末端执行器法兰和力传感器连接法兰(55)之间，螺栓依次穿过力传感器连接法兰(55)的通孔和相机连接板(83)固定法兰面上的通孔，将力传感器连接法兰(55)和相机连接板(83)固定安装在六轴工业机器人末端执行器法兰上。

10.如权利要求1-9任一权利要求所述的家畜胴体去腿装置，其特征在于：所述去腿装置，还包括上料开关，当操作员按下时向上位机输出高电平；当操作员松开时，上料开关在自身弹簧作用下复位，向上位机输出低电平。

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