CN114747605B - 一种猪半胴体智能化自动分割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种猪半胴体智能化自动分割方法，该方法采用的自动分割系统包括PLC控制系统、胴体固定装置、图像采集及数据分析装置、五花肉分割装置、胴体三段分割装置及分割肉输送装置，该方法的具体步骤为：图像采集及数据分析装置进行胴体图像采集分析及切割路径规划；五花肉分割装置按照五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹依次完成五花肉轮廓切割、五花肉骨肉分割；升降式的胴体三段分割装置按照胴体三段分割轨迹进行三段剪切分割。本发明的方法实现了智能化猪半胴体五花肉分割及三段分割且无需人工辅助，巧妙使用弹簧刀结构解决了五花肉骨肉分割中肋骨曲度复杂的问题，实现了五花肉的智能化自动分割。

Description

一种猪半胴体智能化自动分割方法

技术领域

本发明属于猪胴体分割技术领域，具体地说是一种猪半胴体智能化自动分割方法。

背景技术

猪胴体分割是胴体批发零售中的重点工作，高效合理的分割方式有助于提高加工效率和零售价值。畜禽屠宰与分割加工是典型的劳动密集型加工行业，主要为人工辅助流水线作业状态，工作环境恶劣，劳动强度大，肉品卫生安全可控性差。实现分割加工的智能化能够规范生产管理，保持产品质量一致性，降低劳动强度，提高生产效率和分割生产线自动化作业程度。

在常规的生猪半胴体分割工艺中，常采用三段式分割，即分别从第4-5根肋骨间和腰荐结合处下刀，将胴体分为三段。随后将中段肉进一步分割为五花肉，肋排和脊排。三段分割多采用圆盘锯分割，存在一定损耗，且容易产生碎骨影响肉质，因此迫切需要寻找到其他更优方法替代。其次，五花肉分别与背脊，前腿，后腿和肋排相接，其中与肋排连接面积最大，曲度复杂且个体差异较大，是五花肉智能分割过程中的难点和关键步骤。目前发达国家胴体分割智能化较高，但相关设备多采用硬分割模式。而国内饮食习惯则更需要精细、遇骨避让的软分割，因此进口设备难以充分适应国内需求。此外，国外分割设备多为针对加工中不同步骤设计，需配套组合为完整生产线后才能工作，成本高，占地面积大，且存在功能单一，难以自由结合的问题。

胴体智能分割现有技术中，基于机器学习的生猪胴体分割方法及系统（申请号：202110994442.2）通过断层扫描技术构建生猪胴体的三维模型，人工设计分割路径，通过神经网络算法进行机器学习后得到可以根据骨骼、肌肉、脂肪的特征参数自动生成分割路径的模型。此方法构建胴体三维模型，工作量大、采集效率低且计算复杂。同时，在生产中仍需人工输入胴体信息，降低了生产效率。在另一技术中，羊胴体机器人自主分割方法及系统（申请号：202010074636.6）提出一种通过采集羊胴体的深度图像拟合胴体立体三维模型，获取初始分割轨迹后模拟分割立体图像模型并结合模拟分割后的产品等级对初始分割轨迹进行调整，最后输出最优的分割轨迹并控制分割机器人按该轨迹分割羊胴体。但这种技术同样需胴体图像辅助建模，再制定切割模型，以匹配生产中胴体的深度图像。

发明内容

本发明的目的是针对胴体分割现存技术问题以及产业升级方向，提供一种猪半胴体智能化自动分割方法，该自动分割方法能够实现对猪半胴体的智能化自动切割，提高生产效率、降低生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：该方法采用的自动分割系统包括PLC控制系统、胴体固定装置、图像采集及数据分析装置、五花肉分割装置、胴体三段分割装置及分割肉输送装置，该方法的具体步骤为：

A、倒挂猪半胴体由轨道输送到达五花肉分割位点并由胴体固定装置固定；

B、由图像采集及数据分析装置采集猪半胴体图像并分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹输送至PLC控制系统；

C、由PLC控制系统控制五花肉分割装置按照五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹依次完成五花肉轮廓切割、五花肉骨肉分割，由分割肉输送装置运出五花肉；

D、解除胴体固定，由轨道将剩余猪半胴体输送到达三段分割位点；

E、由PLC控制系统控制胴体三段分割装置按照胴体三段分割轨迹进行三段分割，由分割肉输送装置依序运出胴体前段和胴体中段；

F、胴体后段由轨道输送至脱钩位点进行脱钩。

所述步骤A中的五花肉分割位点的猪半胴体由胴体固定装置固定在黑色尼龙板上。

所述步骤A中的胴体固定装置将猪半胴体的臀部和肩部分别按压固定在黑色尼龙板上。

所述步骤B中的图像采集及数据分析装置包括工业相机、图像分析系统和轨迹规划系统，由工业相机分别采集猪半胴体外皮侧图像和背侧图像，由图像分析系统对猪半胴体外皮侧图像和背侧图像进行处理并获得胴体尺寸信息，由轨迹规划系统根据胴体尺寸信息分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹并输送至PLC控制系统。

所述的五花肉分割装置包括位于同一高度且具有一定间距的水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具、以及位于水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具之间且位于两者上方的五花肉骨肉分割刀具，水平轮廓切割刀具、竖直轮廓切割刀具、五花肉骨肉分割刀具的刀柄末端分别与对应刀架中的压缩弹簧相连接，且安装水平轮廓切割刀具、竖直轮廓切割刀具、五花肉骨肉分割刀具的刀架皆安装在三轴机械臂运动装置的输出末端上。

所述步骤C中的五花肉轮廓切割的具体步骤为：

C11、按照五花肉轮廓切割轨迹的要求将五花肉分割装置中的水平轮廓切割刀具的位置及角度由初始状态调整至切割起点位置与切割起始角度；

C12、将水平轮廓切割刀具插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体脊骨向胴体腹部水平切割至竖直轮廓切割刀具处于切割起点位置，此时水平轮廓切割刀具在猪半胴体边缘外，退出水平轮廓切割刀具；

C13、将竖直轮廓切割刀具插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体尾椎向胴体胸椎沿脊骨竖直切割至切割终点，退出竖直轮廓切割刀具；

C14、水平轮廓切割刀具旋转180°后插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体胸部向胴体脊骨水平切割至切割终点，退出水平轮廓切割刀具，完成五花肉轮廓切割。

所述步骤C中的五花肉骨肉分割的具体步骤为：

C21、将五花肉骨肉分割刀具由猪半胴体的五花肉轮廓处水平插入五花肉与肋排之间且此时五花肉骨肉分割刀具对应的压缩弹簧调整至压缩状态；

C22、五花肉骨肉分割刀具上下往复运动的同时由猪半胴体的胴体脊骨向胴体胸部水平运动至胴体边缘，完成五花肉骨肉分割；

C23、分割下来的五花肉落入下方的分割肉输送装置上并运出。

所述的胴体三段分割装置包括升降装置、驱动装置和液压剪，升降装置的升降末端上固定安装驱动装置、驱动装置用于控制液压剪的开合。

所述步骤E中的三段分割的具体步骤为：

E1、胴体三段分割装置中的驱动装置控制液压剪的刀口张开且胴体三段分割装置中的升降装置调整液压剪高度至胴体前段与胴体中段的分割位点；

E2、待剩余猪半胴体到达指定的三段分割位点，驱动装置控制液压剪进行一次剪切，分割胴体前段且胴体前段落入对应的分割肉输送装置上运出；

E3、升降装置调整液压剪高度至胴体中段与胴体后段的分割位点；

E4、驱动装置控制液压剪进行二次剪切，分割胴体中段且胴体中段落入对应的分割肉输送装置上运出，完成胴体三段分割；

E5、升降装置调整液压剪高度至初始状态。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的自动分割方法采用的自动分割系统集成了PLC控制系统、胴体固定装置、图像采集及数据分析装置、五花肉分割装置、胴体三段分割装置及分割肉输送装置，能够实现猪半胴体的自动定位，采用机器视觉技术实现了切割轨迹的自动规划、智能化猪半胴体五花肉分割及三段分割，无需任何人工辅助；采用的集成式分割工作站切割精准、功能全面、占地面积小，在国内外均具有极高的创新性和先进性；同时也符合国内猪肉分割加工要求和产业智能化升级方向，填补国内市场空白，打破技术壁垒，解放生产力，具有深远的意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。并未刻意按照最终流程和设备结构绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

附图1为本发明的猪半胴体智能化自动分割方法的流程图；

附图2为本发明的猪半胴体智能化自动分割方法所采用的自动分割系统布局图；

附图3为本发明的五花肉分割装置布置在机架上的结构示意图；

附图4为本发明的胴体三段分割装置的结构示意图。

其中：1—轨道；2—PLC控制系统；3—胴体固定装置；31—按压板；4—图像采集及数据分析装置；5—五花肉分割装置；51—水平轮廓切割刀具；52—竖直轮廓切割刀具；53—五花肉骨肉分割刀具；6—胴体三段分割装置；61—升降装置；62—驱动装置；63—液压剪；7—分割肉输送装置。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图1-4，对本发明实施例中的技术方案进行说明。以下描述的实施例仅仅是本发明的一个实例、而不是全部实例。因此，以下对附图1-4中提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图2-4所示：一种猪半胴体智能化自动分割方法，该方法采用的自动分割系统包括轨道1、PLC控制系统2、胴体固定装置3、图像采集及数据分析装置4、五花肉分割装置5、胴体三段分割装置6、分割肉输送装置7以及相应的机架。工厂中用于将猪半胴体吊挂在轨道1上的设备可根据情况选用单钩或扁担钩。其中胴体固定装置3包括分别将猪半胴体的臀部和肩部分别按压固定在黑色尼龙板上的按压板，能够实现双电按压的按压板可采用气缸驱动。图像采集及数据分析装置4包括工业相机、图像分析系统和轨迹规划系统，由工业相机分别采集猪半胴体外皮侧图像和背侧图像，由图像分析系统对猪半胴体外皮侧图像和背侧图像进行处理并获得胴体尺寸信息，由轨迹规划系统根据胴体尺寸信息分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹并输送至PLC控制系统。五花肉分割装置5包括三轴机械臂运动装置，例如作为输出末端的Z轴安装在Y轴的输出端上、Y轴安装在X轴的输出端上，作为执行机构的各刀具分别通过对应的刀架安装在Z轴的输出端上；该五花肉分割装置5的执行机构主要包括水平轮廓切割刀具51、竖直轮廓切割刀具52和五花肉骨肉分割刀具53，其中水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52处于同一高度且相距400mm，水平轮廓切割刀具51靠近猪半胴体的胴体腹部一侧、竖直轮廓切割刀具52靠近猪半胴体的胴体背部一侧，水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52的单侧开刃、刀刃与刀柄有135°夹角且刀刃位于夹角外侧角；水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52对应的刀架中分别装有压缩弹簧且压缩弹簧与对应的刀柄末端连接，水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52的刀架末端装有电控旋转装置，电控旋转装置能够控制刀架以任意角度旋转；五花肉骨肉分割刀具53位于水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52之间，五花肉骨肉分割刀具53的刀架高于水平轮廓切割刀具51和竖直轮廓切割刀具52约130mm，刀尖向下；五花肉骨肉分割刀具53的尺寸为200mm*100mm，短边向上且朝向猪半胴体的胴体背部侧长边与五花肉骨肉分割刀具53的刀架相连、对侧开刃且刃口有一定曲度，五花肉骨肉分割刀具53的刀架中装有压缩弹簧上下往复运动装置以实现小幅度滑切，五花肉骨肉分割刀具53的直角支架末端装有扭转弹簧，与刀具末端连接刀柄末端与压缩弹簧连接。胴体三段分割装置6包括升降装置61、驱动装置62和液压剪63，升降装置61的升降末端上固定安装驱动装置62、驱动装置62用于控制液压剪63的开合；液压剪63的剪切长度480mm、刀口末端具有向内曲度，防止剪切过程中胴体滑出；升降装置61能够精准控制液压剪63的高度。

上述的自动分割系统根据工厂需要选择单台设备或两台设备对称使用。

如图1所示的猪半胴体智能化自动分割方法的流程图，主要包括图像采集及数据分析、五花肉自动切割和三段自动分割三部分，整体包括以下步骤：

（1）、倒挂猪半胴体由轨道1输送到达五花肉分割位点，由胴体固定装置将猪半胴体固定于黑色尼龙板上，且猪半胴体与输送的轨道1仍通过扁担钩相连；

（2）、由工业相机分别采集猪半胴体外皮侧图像和背侧图像；

（3）、由图像分析系统对猪半胴体外皮侧图像和背侧图像进行处理并获得胴体尺寸信息；

（4）、由轨迹规划系统根据胴体尺寸信息分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹并输送至PLC控制系统2，并由PLC控制系统2控制完成后续操作；

（5）、按照五花肉轮廓切割轨迹的要求将水平轮廓切割刀具51、竖直轮廓切割刀具52、五花肉骨肉分割刀具53由初始位置运动至切割起点位置与切割起始角度；

（6）、将水平轮廓切割刀具51插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体脊骨向胴体腹部水平切割至竖直轮廓切割刀具52处于切割起点位置，此时水平轮廓切割刀具51在猪半胴体边缘外，退出水平轮廓切割刀具51；

（7）、将竖直轮廓切割刀具52插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体尾椎向胴体胸椎沿脊骨竖直切割至切割终点，退出竖直轮廓切割刀具52；

（8）、水平轮廓切割刀具51旋转180°后插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体胸部向胴体脊骨水平切割至切割终点，退出水平轮廓切割刀具51，完成五花肉轮廓切割；

（9）、将五花肉骨肉分割刀具53由猪半胴体的五花肉轮廓处（已完成五花肉轮廓切割处）水平插入五花肉与肋排之间且此时五花肉骨肉分割刀具53对应的压缩弹簧调整至压缩状态；

（10）、五花肉骨肉分割刀具53上下往复运动的同时由猪半胴体的胴体脊骨向胴体胸部水平运动至胴体边缘，至此完成五花肉的分割；

（11）、分割下来的五花肉落入下方的分割肉输送装置7上并运出，之后将各个刀具的位置及角度调整回初始状态；

（12）、胴体固定装置3解除剩余猪半胴体固定，驱动装置62控制液压剪63的刀口张开且升降装置61调整液压剪63高度至剩余猪半胴体的胴体前段与胴体中段的分割位点；

（13）、通过轨道1将剩余猪半胴体输送到达三段分割位点；

（14）、驱动装置62控制液压剪63进行一次剪切，分割胴体前段且胴体前段落入对应的分割肉输送装置7上运出；

（15）、升降装置61调整液压剪63高度至胴体中段与胴体后段的分割位点；

（16）、驱动装置62控制液压剪63进行二次剪切，分割胴体中段且胴体中段落入对应的分割肉输送装置7上运出，完成胴体三段分割；

（17）、胴体后段由轨道1输送至脱钩位点进行脱钩，由分割肉输送装置7运出；

（18）、升降装置61调整液压剪63高度至初始状态。

本发明的自动分割方法通过巧妙使用弹簧刀结构实现了五花肉的智能化骨肉分割，解决了五花肉骨肉分割中肋骨曲度复杂的问题。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：该方法采用的自动分割系统包括PLC控制系统、胴体固定装置、图像采集及数据分析装置、五花肉分割装置、胴体三段分割装置及分割肉输送装置，该方法的具体步骤为：

A、倒挂猪半胴体由轨道输送到达五花肉分割位点并由胴体固定装置固定在黑色尼龙板上；

B、由图像采集及数据分析装置采集猪半胴体图像并分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹输送至PLC控制系统；

C、由PLC控制系统控制五花肉分割装置按照五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹依次完成五花肉轮廓切割、五花肉骨肉分割，由分割肉输送装置运出五花肉；

D、解除胴体固定，由轨道将剩余猪半胴体输送到达三段分割位点；

E、由PLC控制系统控制胴体三段分割装置按照胴体三段分割轨迹进行三段分割，由分割肉输送装置依序运出胴体前段和胴体中段；

F、胴体后段由轨道输送至脱钩位点进行脱钩；

所述的五花肉分割装置包括三轴机械臂运动装置，作为输出末端的Z轴安装在Y轴的输出端上、Y轴安装在X轴的输出端上，作为执行机构的各刀具分别通过对应的刀架安装在Z轴的输出端上；该五花肉分割装置的执行机构包括水平轮廓切割刀具、竖直轮廓切割刀具和五花肉骨肉分割刀具，其中水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具处于同一高度且相距400mm，水平轮廓切割刀具靠近猪半胴体的胴体腹部一侧、竖直轮廓切割刀具靠近猪半胴体的胴体背部一侧，水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具的单侧开刃、刀刃与刀柄有135°夹角且刀刃位于夹角外侧角；水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具对应的刀架中分别装有压缩弹簧且压缩弹簧与对应的刀柄末端连接，水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具的刀架末端装有电控旋转装置，电控旋转装置能够控制对应的刀架以任意角度旋转；五花肉骨肉分割刀具位于水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具之间、且五花肉骨肉分割刀具的刀架高于水平轮廓切割刀具和竖直轮廓切割刀具，五花肉骨肉分割刀具的刀尖向下、短边向上且朝向猪半胴体的胴体背部侧长边与五花肉骨肉分割刀具的刀架相连、对侧开刃且刃口有一定曲度，五花肉骨肉分割刀具的刀架中装有压缩弹簧上下往复运动装置以实现小幅度滑切，五花肉骨肉分割刀具的直角支架末端装有扭转弹簧，与刀具末端连接刀柄末端与压缩弹簧连接；

所述步骤C中的五花肉轮廓切割的具体步骤为：

C11、按照五花肉轮廓切割轨迹的要求将五花肉分割装置中的水平轮廓切割刀具的位置及角度由初始状态调整至切割起点位置与切割起始角度；

C12、将水平轮廓切割刀具插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体脊骨向胴体腹部水平切割至竖直轮廓切割刀具处于切割起点位置，此时水平轮廓切割刀具在猪半胴体边缘外，退出水平轮廓切割刀具；

C13、将竖直轮廓切割刀具插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体尾椎向胴体胸椎沿脊骨竖直切割至切割终点，退出竖直轮廓切割刀具；

C14、水平轮廓切割刀具旋转180°后插入猪半胴体，由猪半胴体的胴体胸部向胴体脊骨水平切割至切割终点，退出水平轮廓切割刀具，完成五花肉轮廓切割；

所述步骤C中的五花肉骨肉分割的具体步骤为：

C21、将五花肉骨肉分割刀具由猪半胴体的五花肉轮廓处水平插入五花肉与肋排之间且此时五花肉骨肉分割刀具对应的压缩弹簧调整至压缩状态；

C22、五花肉骨肉分割刀具上下往复运动的同时由猪半胴体的胴体脊骨向胴体胸部水平运动至胴体边缘，完成五花肉骨肉分割；

C23、分割下来的五花肉落入下方的分割肉输送装置上并运出。

2.根据权利要求1所述的猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：所述步骤A中的胴体固定装置将猪半胴体的臀部和肩部分别按压固定在黑色尼龙板上。

3.根据权利要求1所述的猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：所述步骤B中的图像采集及数据分析装置包括工业相机、图像分析系统和轨迹规划系统，由工业相机分别采集猪半胴体外皮侧图像和背侧图像，由图像分析系统对猪半胴体外皮侧图像和背侧图像进行处理并获得胴体尺寸信息，由轨迹规划系统根据胴体尺寸信息分别规划五花肉轮廓切割轨迹、五花肉骨肉分割轨迹以及胴体三段分割轨迹并输送至PLC控制系统。

4.根据权利要求1所述的猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：所述的胴体三段分割装置包括升降装置、驱动装置和液压剪，升降装置的升降末端上固定安装驱动装置、驱动装置用于控制液压剪的开合。

5.根据权利要求1或4所述的猪半胴体智能化自动分割方法，其特征在于：所述步骤E中的三段分割的具体步骤为：

E1、胴体三段分割装置中的驱动装置控制液压剪的刀口张开且胴体三段分割装置中的升降装置调整液压剪高度至胴体前段与胴体中段的分割位点；

E2、待剩余猪半胴体到达指定的三段分割位点，驱动装置控制液压剪进行一次剪切，分割胴体前段且胴体前段落入对应的分割肉输送装置上运出；

E3、升降装置调整液压剪高度至胴体中段与胴体后段的分割位点；

E4、驱动装置控制液压剪进行二次剪切，分割胴体中段且胴体中段落入对应的分割肉输送装置上运出，完成胴体三段分割；

E5、升降装置调整液压剪高度至初始状态。