CN113942002B - 上甑机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种上甑机器人及其控制方法。该机器人包括：机械臂；铲状器具，铲状器具由多个外壁围设而成并具有敞口端，铲状器具的外壁与机械臂连接；输料装置，输料装置设于铲状器具的内部，且位于铲状器具的外壁的底部；打散装置，打散装置设于敞口端。该控制方法包括：获取甑锅内预铺料区域；依据甑锅内部预铺料区域的物料最大厚度和最小厚度的差值，确定预铺厚度；依据预铺厚度确定机械臂、输料装置和打散装置的控制参数。本发明可模仿人工抖动簸箕上甑，降低了人力成本，提高了自动化水平，其具有结构简单、易清洁、不易堵料，且具有动作灵活、出料面积大、出料效率高、出料均匀且出料厚度薄的优点，可以代替人工操作，满足上甑的工艺要求。

Description

上甑机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及酒品酿造设备技术领域，尤其涉及一种上甑机器人及其控制方法。

背景技术

上甑是白酒酿造过程中一道重要工艺，原粮经过发酵后需要通过上甑蒸馏才能生产出原酒。上甑工艺有着严格的要求：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，要使甑内穿汽均匀，严禁起堆塌汽等。目前各大白酒厂均采用人工簸箕上甑方法，因为簸箕前浅后深、敞口式外形，配合工人手臂和腰部的抛洒动作，簸箕内的料可以在极短时间内被簸箕抛洒向甑锅特定区域内，人工簸箕上甑具有动作灵活、出料效率高、出料面积大，出料均匀且薄的优点，非常适合上甑的“轻松匀薄准平，探汽上甑”工艺要求。

机器人上甑，指的是机器人替代人工进行上甑。虽然机器人上甑具有降低人力成本，自动化程度高，有利于流水化作业等优点，但是由于机器人控制抛洒料的难度和不确定性非常大，目前已有的机器人上甑均采用下料斗布料的方式进行机器人上甑。例如专利申请号为201810753131.5和202010490820.9的中国发明专利均采用料斗水平方向做摆动布料，专利申请号为202010166635.4的中国发明专利采用料斗皮带输送布料。无论是水平摆动还是皮带布料，均是从出料口往下漏料，出料面积小、出料较厚且均匀度较差，甑锅内的料面呈垄状和堆状，中间料面高周围料面低，而且机器人不能根据甑锅内料面不平度来调整布料轨迹和参数，机器人只能按照固定路径机械式布料。因此目前的机器人上甑装置均不能实现人工簸箕“轻松匀薄准平，探汽上甑”的工艺水准。

发明内容

本发明提供一种上甑机器人及其控制方法，用以解决现有技术中机器人出料面积小、出料较厚且均匀度较差，不能满足上甑工艺要求的缺陷。

本发明提供一种上甑机器人，包括：

机械臂；

铲状器具，所述铲状器具由多个外壁围设而成并具有敞口端，所述铲状器具的外壁与所述机械臂连接；

输料装置，所述输料装置设于所述铲状器具的内部，且位于所述铲状器具的外壁的底部；

打散装置，所述打散装置设于所述敞口端。

根据本发明提供的一种上甑机器人，所述输料装置包括第一滚筒、第二滚筒和皮带，所述第一滚筒和所述第二滚筒均设置于所述铲状器具的外壁的底部，所述皮带张紧连接于所述第一滚筒与所述第二滚筒之间。

根据本发明提供的一种上甑机器人，所述第一滚筒和所述第二滚筒的外壳包胶，所述皮带的内表面和外表面均具有防滑纹路。

根据本发明提供的一种上甑机器人，所述打散装置包括安装架、第三滚筒和钉齿，所述安装架固定于所述铲状器具的敞口端，所述第三滚筒转动设于所述安装架上，所述钉齿设置于所述第三滚筒的外侧。

根据本发明提供的一种上甑机器人，在所述安装架上沿高度方向设有多个第一通孔，在所述第三滚筒的端部设有第一安装板，所述第一安装板与任意所述第一通孔连接。

根据本发明提供的一种上甑机器人，所述打散装置还包括刮板，在所述安装架上沿高度方向设有多个第二通孔，在所述刮板的端部设有第三通孔，所述第三通孔与任意所述第二通孔匹配连接，所述刮板上设有与所述钉齿适配的条形孔。

根据本发明提供的一种上甑机器人，还包括挡料板，所述挡料板设于所述铲状器具的敞口端与所述打散装置之间，在所述挡料板上沿高度方向设有多个第四通孔，在所述铲状器具的外壁内侧设有第二安装板，所述第二安装板与任意所述第四通孔连接。

根据本发明提供的一种上甑机器人，所述机械臂为六轴机械臂，所述铲状器具的外壁与所述六轴机械臂的第六轴的法兰盘连接。

根据本发明提供的一种上甑机器人，还包括激光测距传感器和控制器，所述激光测距传感器设于所述铲状器具上，用于监测所述铲状器具内部的物料厚度，所述控制器分别与所述机械臂、所述输料装置、所述打散装置和用于监测甑锅内物料厚度的传感器电连接，用于依据所述铲状器具内部的物料厚度控制所述机械臂进行接料，并依据所述甑锅内的物料最大厚度和最小厚度的差值控制所述机械臂、所述输料装置和所述打散装置。

本发明还提供一种上甑机器人的控制方法，包括：

获取甑锅内物料表面三维坐标，并且计算出甑锅内当前物料的洼地区域，所述洼地区域确定为预铺料区域；

依据甑锅内部的所述预铺料区域的物料最大厚度和最小厚度的差值，确定预铺厚度；

依据所述预铺厚度确定机械臂、输料装置和打散装置的控制参数。

本发明提供的一种上甑机器人，通过机械臂带动铲状器具运动，利用铲状器具底部的输料装置输送物料排出，并利用打散装置将位于铲状器具敞口端的物料打散拨出，通过机械臂运动惯性、输料装置传送和打散装置打散拨出的共同作用，从而实现出料均匀且薄；利用上甑机器人模仿人工抖动簸箕上甑，降低了人力成本，提高了自动化水平，其具有结构简单、易清洁、不易堵料，且具有人工上甑的动作灵活、出料面积大、出料效率高、出料均匀且出料厚度薄的优点，可以完全代替人工操作，实现机器人模仿传统簸箕上甑，满足上甑的工艺要求。

进一步地，本发明还提供一种上甑机器人的控制方法，根据甑锅内部的物料堆积的不平整度，确定机械臂、输料装置和打散装置的控制参数，从而实现上甑机器人的自动控制铺料，可以完全代替人工操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的上甑机器人的结构示意图；

图2是本发明提供的铲状器具、输料装置和打散装置的结构示意图；

图3是本发明提供的输料装置的结构示意图；

图4是本发明提供的打散装置的结构示意图；

图5是本发明提供的铲状器具及挡料板的安装示意图；

图6是本发明提供的激光测距传感器的侧视安装示意图；

图7是本发明提供的上甑机器人的控制方法的流程示意图。

附图标记：

1：机械臂； 2：铲状器具； 3：输料装置；

4：打散装置； 5：挡料板； 6：激光测距传感器；

301：第一滚筒； 302：第二滚筒； 303：支撑板；

304：皮带；

401：安装架； 402：第三滚筒； 403：钉齿；

404：第一通孔； 405：第一安装板； 406：刮板；

407：第二通孔； 408：第三通孔； 409：条形孔；

501：第四通孔； 502：第二安装板；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图6描述本发明的一种上甑机器人。该上甑机器人包括：机械臂1、铲状器具2、输料装置3、打散装置4和控制器等。

其中，机械臂1为工业六轴机械臂1，铲状器具2的外壁与六轴机械臂1的第六轴的法兰盘连接，通过机械臂1的第四轴、第五轴和第六轴的旋转，调整铲状器具2的倾角和姿态，通过机械臂1末端的运动带动铲状器具2在甑锅内的撒料路径上移动，实现机器人自动撒料上甑。

铲状器具2由多个外壁围设而成并具有敞口端，铲状器具2的外壁与机械臂1连接。铲状器具2可采用传统的簸箕，也可以采用其他盛料装置，例如料斗等，本实施例的铲状器具2至少具有由外壁围设而成的封闭端和敞口端，封闭端用于形成盛放物料的器具，物料可由敞口端进入或排出。在本实施例中采用的是簸箕，其封闭端位于后端、底部和侧部，敞口端位于顶部和前端，顶部敞口用于接收物料，前端敞口用于排出物料，排出的物料则进入到甑锅中；簸箕前端浅后端深，避免物料由敞口端自由滑落。

输料装置3设于铲状器具2的内部，且位于铲状器具2的外壁的底部，输料装置3用于将铲状器具2内部的物料输送至敞口端。输料装置3可采用传送带形式。

打散装置4设于敞口端，主要用于将移动到敞口端的物料进行打散均匀并拨出，避免物料排出堆积，使得排出的物料厚度均匀。

控制器分别与机械臂1、输料装置3和打散装置4等电连接，用于控制装置的工作状态参数，其包括工作启停、机械臂1的运动轨迹和运动速度、输料装置3的输送速度以及打散装置4的打散速度等。

综上，该上甑机器人工作时，物料在机械臂1运动惯性作用、输料装置3输送和打散装置4打散拨动的共同作用下，拨撒至甑锅内，采用了机器人操作模仿人工簸箕上甑，具有出料均匀且出料厚度薄的优点。

本发明提供的一种上甑机器人，通过机械臂1带动铲状器具2运动，利用铲状器具2底部的输料装置3输送物料排出，并利用打散装置4将位于铲状器具2敞口端的物料打散拨出，通过机械臂1运动惯性、输料装置3传送和打散装置4打散拨出的共同作用，从而实现出料均匀且薄；利用上甑机器人模仿人工抖动簸箕上甑，降低了人力成本，提高了自动化水平，其具有结构简单、易清洁、不易堵料，且具有人工上甑的动作灵活、出料面积大、出料效率高、出料均匀且出料厚度薄的优点，可以完全代替人工操作，实现机器人模仿传统簸箕上甑，满足上甑的工艺要求。

在本发明的其中一个实施例中，输料装置3包括第一滚筒301、第二滚筒302和皮带304，第一滚筒301和第二滚筒302均设置于铲状器具2的外壁的底部，皮带304张紧连接于第一滚筒301与第二滚筒302之间，在第一滚筒301和第二滚筒302之间设有支撑板303，皮带304内侧通过支撑板303支撑。具体地，第一滚筒301为主动滚筒，第二滚筒302为从动滚筒，主动滚筒在电力驱动下由控制器控制滚动，从动滚筒为无动力滚筒，主动滚筒滚动通过张紧的皮带304带动从动滚筒一同转动。应当理解的是，第一滚筒301转动越快，皮带304运输物料的速度越快；反之，第一滚筒301转动越慢，皮带304运输物料的速度越慢。本实施例的输料装置3采用了传送带输送方式，根据实际工作需要，也可以采用链板或其他输送方式，本发明不局限于此。

在本发明的其中一个实施例中，第一滚筒301和第二滚筒302的外壳包胶，皮带304的内表面和外表面均具有防滑纹路。皮带304内表面的防滑纹路与第一滚筒301、第二滚筒302的外壳包胶接触，增加滚筒与皮带304之间的摩擦力，避免打滑现象，皮带304外表面的防滑纹路与铲状器具2内的物料接触，增加皮带304的摩擦力，避免物料打滑。

在本发明的其中一个实施例中，打散装置4包括安装架401、第三滚筒402和钉齿403，安装架401固定于铲状器具2的敞口端，第三滚筒402转动设于安装架401上，钉齿403设置于第三滚筒402的外侧。在本实施例中，安装架401固定在敞口端，安装架401上设有用于安装第三滚筒402的凹槽，第三滚筒402在电力驱动下由控制器控制转动，带动其上的钉齿403转动，从而打散拨动物料。可以理解的是，第三滚筒402的转速越快，打碎拨撒的物料越多；反之，第三滚筒402的转速越慢，打碎拨撒的物料越少。

进一步地，钉齿403沿第三滚筒402的轴向设置，且在第三滚筒402的圆周方向上设置多排钉齿403，每一排钉齿403包括长度较长的长钉齿和长度较短的短钉齿，且长钉齿和短钉齿沿第三滚筒402的轴向交替设置，钉齿403的外侧可设有螺纹，通过螺栓紧固的方式将钉齿403固定在第三滚筒402的外壁上。

在本发明的其中一个实施例中，在安装架401上沿高度方向设有多个第一通孔404，在第三滚筒402的端部设有第一安装板405，第一安装板405与任意第一通孔404连接。具体地，第一安装板405上设有与第一通孔404相匹配的通孔，可利用螺栓插入到通孔中，实现第一安装板405与不同高度位置的第一通孔404的连接固定。在本实施例中，通过第一安装板405与不同高度位置的第一通孔404连接可以实现第三滚筒402的高度可调，通过手动调节第三滚筒402的设置高度以及控制器调节第三滚筒402的转速，从而调节撒料流量。即第三滚筒402设置高度越低，表明其越靠近铲状器具2底部，打散拨出的物料较少；反之，第三滚筒402设置高度越高，表明其越远离铲状器具2底部，打散拨出的物料较多。

在本发明的其中一个实施例中，打散装置4还包括刮板406，在安装架401上沿高度方向设有多个第二通孔407，在刮板406的端部设有第三通孔408，第三通孔408与任意第二通孔407匹配连接，刮板406上设有与钉齿403适配的条形孔409。在本实施例中，刮板406设置于第三滚筒402的上方，当钉齿403由条形孔409穿过时，刮板406可以对钉齿403上残留的物料进行刮除，由于第三滚筒402与安装架401之间的高度可调，为了保证钉齿403能够顺利通过条形孔409并实现刮除物料的功能，因此刮板406与安装架401之间的设置高度也可调。具体为，通过螺栓等紧固件将第三通孔408与不同位置的第二通孔407连接固定，实现刮板406设置高度可调，从而保证刮板406能够与钉齿403的位置相匹配。

在本发明的其中一个实施例中，该上甑机器人还包括挡料板5，挡料板5设于铲状器具2的敞口端与打散装置4之间，在挡料板5上沿高度方向设有多个第四通孔501，在铲状器具2的外壁内侧设有第二安装板502，第二安装板502与任意第四通孔501连接。在本实施例中，挡料板5设置于铲状器具2的敞口端，挡料板5的设置高度可调，也即挡料板5与底部输料装置3之间的间距可调，物料只能从挡料板5与输料装置3之间通过，用于调节排出物料的厚度。具体地，第二安装板502上设有与第四通孔501匹配的通孔，可利用螺栓紧固件插入通孔，从而实现第二安装板502与不同高度位置的第四通孔501的连接固定。

在本发明的其中一个实施例中，该上甑机器人还包括激光测距传感器6和控制器，激光测距传感器6设于铲状器具2上，用于监测铲状器具2内部的物料厚度，控制器分别与机械臂1、输料装置3、打散装置4和用于监测甑锅内物料厚度的传感器电连接，用于依据铲状器具2内部的物料厚度控制机械臂1进行接料，并依据甑锅内的物料最大厚度和最小厚度的差值控制机械臂1、输料装置3和打散装置4。在本实施例中，激光测距传感器6可以监测到铲状器具2内部的物料厚度，当物料厚度小于一定阈值时，控制器判断需要接料，则控制机械臂1移动接料。通过传感器系统感知甑锅内的物料不平度和冒汽区域，计算出物料厚度最低区域或者冒汽区域所需铺料轨迹，并依据甑锅内物料最大厚度与最小厚度的差值计算得出机械臂1、输料装置3和打散装置4的控制参数，从而保证甑锅内铺料均匀。具体地，控制器可调节的控制参数包括调节机械臂1的移动轨迹和运动速度、输料装置3的输送速度以及打散装置4的打散拨动速度。另外依据控制器计算结果，也可以手动调整挡料板5设置高度和第三滚筒402的设置高度，从而辅助调节铺料厚度。

如图7所示，本发明还提供一种上甑机器人的控制方法，上甑机器人内部的控制器可采用该控制方法对上甑机器人进行相应控制，根据甑锅内部的物料堆积不平度，确定机械臂1、输料装置3和打散装置4的控制参数，从而实现上甑机器人的自动控制铺料，可以完全代替人工操作。

该上甑机器人的控制方法包括：

S1、利用三维传感器或其他图像传感器获取甑锅内物料表面三维坐标，并且计算出甑锅内当前物料的洼地区域，该洼地区域即为预铺料区域；

S2、依据甑锅内部预铺料区域的物料最大厚度和最小厚度的差值，可以确定甑锅内部的物料堆积不平度，从而确定预铺厚度；

S3、依据确定的预铺厚度确定机械臂1、输料装置3和打散装置4的控制参数。上述控制参数主要包括机械臂1的的运动轨迹和速度、输料装置3的输送速度和打散装置4的打散拨动速度，保证在甑锅内物料厚度较小的区域进行着重铺料。

另外，还可以通过调节挡料板5的设置高度(即挡料板5与输料装置3之间的距离)和第三滚筒402的设置高度，从而调节铺料厚度。

可以利用以下公式进行控制调节：

式中，Z_max为甑锅内部的物料最大厚度，Z_min为甑锅内部的物料最小厚度，h为挡料板5距皮带304的高度，V_b为皮带304输送速度，V_r为机械臂1运动速度，K为比例常数。

而皮带304输送速度与第三滚筒402的转动速度互成正比关系，即可用公式表达：

V_b＝K₁*V_C

式中，V_C为第三滚筒402的转动速度，K₁为比例常数。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种上甑机器人，其特征在于，包括：

机械臂；

铲状器具，所述铲状器具由多个外壁围设而成并具有敞口端，所述铲状器具的外壁与所述机械臂连接；

输料装置，所述输料装置设于所述铲状器具的内部，且位于所述铲状器具的外壁的底部；

打散装置，所述打散装置设于所述敞口端；

还包括挡料板，所述挡料板设于所述铲状器具的敞口端与所述打散装置之间，在所述挡料板上沿高度方向设有多个第四通孔，在所述铲状器具的外壁内侧设有第二安装板，所述第二安装板与任意所述第四通孔连接；

所述打散装置包括安装架、第三滚筒和钉齿，所述安装架固定于所述铲状器具的敞口端，所述第三滚筒转动设于所述安装架上，所述钉齿设置于所述第三滚筒的外侧；

在所述安装架上沿高度方向设有多个第一通孔，在所述第三滚筒的端部设有第一安装板，所述第一安装板与任意所述第一通孔连接；

还包括激光测距传感器和控制器，所述激光测距传感器设于所述铲状器具上，用于监测所述铲状器具内部的物料厚度，所述控制器分别与所述机械臂、所述输料装置、所述打散装置和用于监测甑锅内物料厚度的传感器电连接，用于依据所述铲状器具内部的物料厚度控制所述机械臂进行接料，并依据所述甑锅内的物料最大厚度和最小厚度的差值控制所述机械臂、所述输料装置和所述打散装置；

所述打散装置还包括刮板，在所述安装架上沿高度方向设有多个第二通孔，在所述刮板的端部设有第三通孔，所述第三通孔与任意所述第二通孔匹配连接，所述刮板上设有与所述钉齿适配的条形孔；

所述上甑机器人的控制方法，包括：

获取甑锅内物料表面三维坐标，并且计算出甑锅内当前物料的洼地区域，所述洼地区域确定为预铺料区域；

依据甑锅内部的所述预铺料区域的物料最大厚度和最小厚度的差值，确定预铺厚度；

依据所述预铺厚度确定机械臂、输料装置和打散装置的控制参数。

2.根据权利要求1所述的上甑机器人，其特征在于，所述输料装置包括第一滚筒、第二滚筒和皮带，所述第一滚筒和所述第二滚筒均设置于所述铲状器具的外壁的底部，所述皮带张紧连接于所述第一滚筒与所述第二滚筒之间。

3.根据权利要求2所述的上甑机器人，其特征在于，所述第一滚筒和所述第二滚筒的外壳包胶，所述皮带的内表面和外表面均具有防滑纹路。

4.根据权利要求1所述的上甑机器人，其特征在于，所述机械臂为六轴机械臂，所述铲状器具的外壁与所述六轴机械臂的第六轴的法兰盘连接。

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