CN114176104B - 一种畜类胴体剔骨分割装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种畜类胴体剔骨分割装置和方法，该装置包括：工作台，安装在往复平移机构上，并在所述往复平移机构的带动下分别位于一扫描位置和一切割位置；骨骼扫描机构，对应于所述扫描位置设置在所述工作台的一端；分割剔骨机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的一侧，用于将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离；以及辅助抓取机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的另一侧，用于在分割所述待分割畜类胴体时，抓住所述待分割畜类胴体的一端以固定或变换所述待分割畜类胴体的姿态，配合所述分割剔骨机器人作业。本发明还提供了畜类胴体剔骨分割方法。本发明可减轻劳动强度，提高分割效率和精准度，减少肉品损耗，确保肉品质量安全。

Description

一种畜类胴体剔骨分割装置和方法

技术领域

本发明涉及畜类胴体剔骨分割技术，特别是一种用于完成畜类胴体剔骨和分割的畜类胴体剔骨分割装置和方法。

背景技术

现有技术中畜类肉品分割行业突出难题主要表现为：一是畜类胴体分割劳动强度大、技能要求高、分割效率低；二是畜类胴体结构复杂，肉品损耗多，残次品数量巨大；三是畜类肉品分割工艺时间长，易造成肉品二次污染。这些因素表明现有畜类肉品加工行业必须进行升级改造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种畜类胴体剔骨分割装置和方法，用于完成畜类胴体剔骨和分割，主要剔骨分割对象为畜类胴体前腿、中段及后腿。

为了实现上述目的，本发明提供了一种畜类胴体剔骨分割装置，其中，包括：

工作台，安装在往复平移机构上，并在所述往复平移机构的带动下分别位于一扫描位置和一切割位置；

骨骼扫描机构，对应于所述扫描位置设置在所述工作台的一端；

分割剔骨机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的一侧，用于将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离；以及

辅助抓取机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的另一侧，用于在分割所述待分割畜类胴体时，抓住所述待分割畜类胴体的一端以固定或变换所述待分割畜类胴体的姿态，配合所述分割剔骨机器人作业。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，还包括刀库，所述刀库包括刀架和安装在所述刀架上的刀具室和消毒室，所述刀具室位于所述刀架的顶端，所述消毒室位于所述刀具室下方，所述刀具室用于存放完成剔骨和切割的各类刀具，所述消毒室用于清洗使用过的刀具。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述骨骼扫描机构包括铅房和设置在所述铅房内的骨骼扫描仪，所述骨骼扫描仪包括X光机、平板探测器和图像处理模块，所述X光机用于拍摄待分割畜类胴体的骨骼照片，所述骨骼照片经所述平板探测器识别，获得当前待分割畜类胴体的骨骼数据，所述骨骼数据与标准骨骼模型对比，得到实际骨骼和标准骨骼的偏差值，所述偏差值用于修正所述分割剔骨机器人预设的剔骨路径和运动轨迹。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述骨骼数据包括当前待分割畜类胴体的骨骼尺寸、骨骼位置和骨骼直径。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述分割剔骨机器人包括第一六自由度机器人、六维力觉传感器、快换夹具和刀具，所述六维力觉传感器安装在所述第一六自由度机器人的机器手腕末端，并与所述快换夹具的固定端连接，用于实时获取所述刀具和肌肉纤维之间的接触力；所述快换夹具的活动端与所述刀具连接，所述快换夹具的固定端和活动端之间通过真空、电磁或连接机构连接，用于根据作业任务快速自动换刀；所述第一六自由度机器人根据设定的剔骨路径和运动轨迹将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，当所述刀具与待分割畜类胴体的骨骼接触时，所述六维力觉传感器检测到的接触力异常增大，所述第一六自由度机器人修正所述刀具运行轨迹以使所述刀具与所述待分割畜类胴体的骨骼脱离。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述工作台包括支架和安装在所述支架上的回转台和回转电机，所述回转台上安装有卡具，所述回转台用于放置待分割畜类胴体，所述卡具用于固定所述待分割畜类胴体；所述回转台与所述回转电机连接，所述回转电机带动所述回转台绕转轴回转。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述往复平移机构包括固定座、滑台和驱动电机，所述滑台通过传动机构与所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述滑台在所述切割位置和扫描位置之间运动和定位，所述支架安装在所述滑台上并随所述滑台移动。

上述的畜类胴体剔骨分割装置，其中，所述辅助抓取机器人包括第二六自由度机器人、机器手爪和3D相机，所述3D相机和所述机器手爪安装在所述第二六自由度机器人的机器臂末端，所述第二六自由度机器人与3D相机之间及所述第二六自由度机器人与机器手爪之间分别标定以确定相互位置关系，所述3D相机用于获取所述待分割畜类胴体的目标坐标系与机器人坐标系的变换关系，以确定所述第二六自由度机器人的抓取位姿，并引导所述第二六自由度机器人进行抓取。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种畜类胴体剔骨分割方法，其中，包括如下步骤：

S100、将待分割畜类胴体放置到工作台，所述工作台的卡具启动将所述待分割畜类胴体夹紧；

S200、将工作台移动至扫描位置，对所述待分割畜类胴体进行X射线扫描，并提取所述待分割畜类胴体的骨骼形状位置信息；

S300、所述工作台移动至切割位置，辅助抓取机器人启动抓住所述待分割畜类胴体的骨骼辅助定位；

S400、分割剔骨机器人根据扫描获取的骨骼信息自主修正分割及剔骨路径，完成整个分割及剔骨过程；以及

S500、完成所述待分割畜类胴体的骨肉分离后，所述辅助抓取机器人将所述待分割畜类胴体的骨骼和剔完骨骼的胴体分别放入料筐。

本发明的技术效果在于：

本发明可减轻劳动强度，提高分割效率和精准度，减少肉品损耗，确保肉品质量安全。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明一实施例的装置结构示意图；

图1B为图1A的俯视图；

图2为本发明一实施例的分割剔骨机器人结构示意图；

图3为本发明一实施例的刀库结构示意图；

图4为本发明一实施例的工作台结构示意图；

图5为本发明一实施例的往复平移机构结构示意图；

图6为本发明一实施例的辅助抓取机器人结构示意图。

其中，附图标记

1 骨骼扫描机构

2 分割剔骨机器人

21 六维力觉传感器

22 快换夹具

23 刀具

24 第一六自由度机器人

3 刀库

31 刀架

32 刀具室

33 消毒室

4 工作台

41 支架

42 回转台

43 卡具

44 回转电机

5 往复平移机构

51 固定座

52 滑台

6 辅助抓取机器人

61 机器手爪

62 第二六自由度机器人

63 3D相机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1A，图1B，图1A为本发明一实施例的装置结构示意图，图1B为图1A的俯视图。本发明的畜类胴体剔骨分割装置，包括：工作台4，安装在往复平移机构5上，并在所述往复平移机构5的带动下分别位于一扫描位置和一切割位置；骨骼扫描机构1，对应于所述扫描位置设置在所述工作台4的一端；分割剔骨机器人2，对应于所述切割位置设置在所述工作台4的一侧，用于将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离；以及辅助抓取机器人6，对应于所述切割位置设置在所述工作台4的另一侧，用于在肉品上下料、分割所述待分割畜类胴体时，抓住所述待分割畜类胴体的一端以固定或变换所述待分割畜类胴体的姿态，配合所述分割剔骨机器人2作业。

本实施例中，所述骨骼扫描机构1包括铅房和设置在所述铅房内的骨骼扫描仪，骨骼扫描仪安放在铅房内，防止其工作时辐射外泄。骨骼扫描仪主要用于分割前的骨骼尺寸、位置和骨骼直径检测，扫描生成的图像经图像处理后用于机器人剔骨路径规划与运动轨迹的优化。所述骨骼扫描仪包括X光机、平板探测器和图像处理模块，所述X光机用于拍摄待分割畜类胴体的骨骼照片，所述骨骼照片经所述平板探测器识别，获得当前待分割畜类胴体的骨骼数据，所述骨骼数据与标准骨骼模型对比，得到实际骨骼和标准骨骼的偏差值，所述偏差值用于修正所述分割剔骨机器人2预设的剔骨路径和运动轨迹。其中，所述骨骼数据包括当前待分割畜类胴体的骨骼尺寸、骨骼位置和骨骼直径。使用时，利用X光机拍摄，即可得到骨骼的照片，照片经识别，即可得到当前的骨骼尺寸、位置和骨骼直径等数据，这些数据与系统中的标准骨骼模型进行对比，可得到实际骨骼和标准骨骼的偏差。这些偏差值用于修正机器人利用标准骨骼预设的剔骨路径和机器人运动轨迹。

参见图2，图2为本发明一实施例的分割剔骨机器人2结构示意图。所述分割剔骨机器人2用于将胴体进行分割，将骨骼与肌肉分离。包括第一六自由度机器人24、六维力觉传感器21、快换夹具22和刀具23，所述六维力觉传感器21安装在所述第一六自由度机器人24的机器手腕末端，并与所述快换夹具22的固定端连接，用于在刀具23分割肉品时，实时获取所述刀具23和肌肉纤维之间的接触力；所述快换夹具22的活动端与所述刀具23连接，所述快换夹具22的固定端和活动端之间通过真空、电磁或机械连接机构连接，用于实现快速自动换刀功能，可根据作业任务快速自动更换不同刀具23；所述第一六自由度机器人24根据设定的剔骨路径和运动轨迹将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离。其中，剔骨过程中，当所述刀具23与待分割畜类胴体的骨骼接触时，所述六维力觉传感器21检测到的接触力异常增大，所述第一六自由度机器人24修正所述刀具23运行轨迹以使所述刀具23与所述待分割畜类胴体的骨骼脱离，避免切下碎骨。

剔骨过程中，末端六维力觉传感器21可获取接触力，接触力信号通过机器人控制器处理，产生一个位置修正向量。位置修正量与经x光扫描优化后的轨迹规划产生的参考位置相加，得到剔骨机器人位置控制命令。机器人控制器依据位置指令通过剔骨机器人的柔顺控制，实现剔骨路径的自主修正。

参见图3，图3为本发明一实施例的刀库3结构示意图。本实施例中，还包括刀库3，所述刀库3包括刀架31和安装在所述刀架31上的刀具室32和消毒室33，所述刀具室32位于所述刀架31的顶端，所述消毒室33位于所述刀具室32下方，所述刀具室32用于存放完成剔骨和切割的各类刀具23，为避免剔骨作业过程交叉污染，提高机器人剔骨效率，所述消毒室33用于清洗使用过的刀具23。刀具23消毒以实现消毒为目的，可采用蒸汽、浸泡等多种方式。

参见图4，图4为本发明一实施例的工作台4结构示意图。本实施例的所述工作台4包括支架41和安装在所述支架41上的回转台42和回转电机44，所述回转台42上安装有卡具43，所述回转台42用于放置待分割畜类胴体，所述卡具43用于固定所述待分割畜类胴体；所述回转台42与所述回转电机44连接，所述回转电机44带动所述回转台42绕转轴回转。在进行切割时转动，回转台42与辅助抓取机器人6配合，可变换胴体姿态，配合分割剔骨机器人2作业。卡具43固定胴体的一端，保持着胴体在切割时的固定。支架41固定在往复平移机构5的滑板上，随着滑板移动。回转台42在进行扫描和切割时转动。扫描时转动后固定在不同位置拍照，可得到不同角度的骨头照片，用于由图像处理系统生产骨头的三维模型。台面在切割时与辅助抓取机器人6配合，可变换胴体姿态，配合切割剔骨机器人作业。卡具43固定胴体的一端，保持着胴体在扫描和切割时的固定。

参见图5，图5为本发明一实施例的往复平移机构5结构示意图。本实施例的所述往复平移机构5包括固定座51、滑台52和驱动电机，所述滑台52通过传动机构与所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述滑台52在所述切割位置和扫描位置之间运动和定位，所述支架41安装在所述滑台52上并随所述滑台52移动。固定座51安放在地面，通过驱动电机驱动滑台52运动。通过滑台52运动，可以将工作台4和其上固定的胴体移动到X光扫描装置内的扫描位置和切割位置，从而进行扫描和剔骨切割工作。传动机构可采用齿轮齿条传动，也可以链轮链条传动，或丝杠螺母传动等。

参见图6，图6为本发明一实施例的辅助抓取机器人6结构示意图。本实施例中，所述辅助抓取机器人6包括第二六自由度机器人62、机器手爪61和3D相机63，所述3D相机63和所述机器手爪61安装在所述第二六自由度机器人62的机器臂末端，所述第二六自由度机器人62与3D相机63之间及所述第二六自由度机器人62与机器手爪61之间分别标定以确定相互位置关系，所述3D相机63及其软件系统用于检测胴体外观，判断外形和剔出的骨头的位置，并用于获取所述待分割畜类胴体的目标坐标系与机器人坐标系的变换关系，以确定所述第二六自由度机器人62的抓取位姿，并引导所述第二六自由度机器人62进行抓取。机器手爪61采用气动手指对中抓取，在断电、断气时自锁，防止肉品掉落；抓取到位感知。3D相机63用于检测胴体外观，判断外形和剔出的骨头的位置并引导机器人进行抓取。使用3D相机63对被测物拍照检测，图像经软件系统处理，建立抓取目标(胴体和骨骼)坐标系，并获取目标坐标系与机器人坐标系的变换关系，进一步确定机器人的抓取位姿，最后发送至机器人，引导机器人进行抓取。

本发明的畜类胴体剔骨分割方法，包括如下步骤：

步骤S100、上件：将待分割畜类胴体关键部位放置到工作台4，所述工作台4的卡具43启动将所述待分割畜类胴体夹紧；

步骤S200、扫描：将工作台4移动至扫描位置，对所述待分割畜类胴体进行X射线扫描，并提取所述待分割畜类胴体的骨骼形状位置信息；

步骤S300、定位：所述工作台4移动至切割位置，辅助抓取机器人6启动抓住所述待分割畜类胴体的骨骼辅助定位；

步骤S400、分割：分割剔骨机器人2根据扫描获取的骨骼信息自主修正分割及剔骨路径，完成整个分割及剔骨过程；以及

步骤S500、去骨及下件：完成所述待分割畜类胴体的骨肉分离后，所述辅助抓取机器人6将所述待分割畜类胴体的骨骼和剔完骨骼的胴体分别放入料筐。

料筐用于放置待处理的畜类胴体和分割后的肉品和骨头。用于在单元式工作站肉品存放。本发明应用于流水线作业时，可以无须料筐，可由辅助抓取机器人6通过输送线取料并将分割后成品放至输送线上。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种畜类胴体剔骨分割装置，其特征在于，包括：

工作台，安装在往复平移机构上，并在所述往复平移机构的带动下分别位于一扫描位置和一切割位置；

骨骼扫描机构，对应于所述扫描位置设置在所述工作台的一端；

分割剔骨机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的一侧，用于将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离；

辅助抓取机器人，对应于所述切割位置设置在所述工作台的另一侧，用于在分割所述待分割畜类胴体时，抓住所述待分割畜类胴体的一端以固定或变换所述待分割畜类胴体的姿态，配合所述分割剔骨机器人作业；以及

刀库，所述刀库包括刀架和安装在所述刀架上的刀具室和消毒室，所述刀具室位于所述刀架的顶端，所述消毒室位于所述刀具室下方，所述刀具室用于存放完成剔骨和切割的各类刀具，所述消毒室用于清洗使用过的刀具；

其中，所述骨骼扫描机构包括铅房和设置在所述铅房内的骨骼扫描仪，所述骨骼扫描仪包括X光机、平板探测器和图像处理模块，所述X光机用于拍摄待分割畜类胴体的骨骼照片，所述骨骼照片经所述平板探测器识别，获得当前待分割畜类胴体的骨骼数据，所述骨骼数据与标准骨骼模型对比，得到实际骨骼和标准骨骼的偏差值，所述偏差值用于修正所述分割剔骨机器人预设的剔骨路径和运动轨迹；

所述分割剔骨机器人包括第一六自由度机器人、六维力觉传感器、快换夹具和刀具，所述六维力觉传感器安装在所述第一六自由度机器人的机器手腕末端，并与所述快换夹具的固定端连接，用于实时获取所述刀具和肌肉纤维之间的接触力；所述快换夹具的活动端与所述刀具连接，所述快换夹具的固定端和活动端之间通过真空、电磁或连接机构连接，用于根据作业任务快速自动换刀；所述第一六自由度机器人根据设定的剔骨路径和运动轨迹将待分割畜类胴体的骨骼与肌肉分离；

所述工作台包括支架和安装在所述支架上的回转台和回转电机，所述回转台上安装有卡具，所述回转台用于放置待分割畜类胴体，所述卡具用于固定所述待分割畜类胴体；所述回转台与所述回转电机连接，所述回转电机带动所述回转台绕转轴回转；所述回转台在进行扫描和切割时转动，扫描时转动后固定在不同位置拍照，得到不同角度的骨头照片；在进行切割时转动，所述回转台与所述辅助抓取机器人配合，变换胴体姿态，配合所述分割剔骨机器人作业。

2.如权利要求1所述的畜类胴体剔骨分割装置，其特征在于，所述骨骼数据包括当前待分割畜类胴体的骨骼尺寸、骨骼位置和骨骼直径。

3.如权利要求1所述的畜类胴体剔骨分割装置，其特征在于，当所述刀具与待分割畜类胴体的骨骼接触时，所述六维力觉传感器检测到的接触力异常增大，所述第一六自由度机器人修正所述刀具运行轨迹以使所述刀具与所述待分割畜类胴体的骨骼脱离。

4.如权利要求1所述的畜类胴体剔骨分割装置，其特征在于，所述往复平移机构包括固定座、滑台和驱动电机，所述滑台通过传动机构与所述驱动电机连接，所述驱动电机驱动所述滑台在所述切割位置和扫描位置之间运动和定位，所述支架安装在所述滑台上并随所述滑台移动。

5.如权利要求1或2所述的畜类胴体剔骨分割装置，其特征在于，所述辅助抓取机器人包括第二六自由度机器人、机器手爪和3D相机，所述3D相机和所述机器手爪安装在所述第二六自由度机器人的机器臂末端，所述第二六自由度机器人与3D相机之间及所述第二六自由度机器人与机器手爪之间分别标定以确定相互位置关系，所述3D相机用于获取所述待分割畜类胴体的目标坐标系与机器人坐标系的变换关系，以确定所述第二六自由度机器人的抓取位姿，并引导所述第二六自由度机器人进行抓取。

6.一种畜类胴体剔骨分割方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的畜类胴体剔骨分割装置进行畜类胴体剔骨分割，包括如下步骤：

S100、将待分割畜类胴体放置到工作台，所述工作台的卡具启动将所述待分割畜类胴体夹紧；

S200、将工作台移动至扫描位置，对所述待分割畜类胴体进行X射线扫描，并提取所述待分割畜类胴体的骨骼形状位置信息；

S300、所述工作台移动至切割位置，辅助抓取机器人启动抓住所述待分割畜类胴体的骨骼辅助定位；

S400、分割剔骨机器人根据扫描获取的骨骼信息自主修正分割及剔骨路径，完成整个分割及剔骨过程；以及

S500、完成所述待分割畜类胴体的骨肉分离后，所述辅助抓取机器人将所述待分割畜类胴体的骨骼和剔完骨骼的胴体分别放入料筐。

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