CN206634766U - 酿酒上甑机器人视觉引导系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于酿酒的上甑机器人视觉引导系统装置。它包括输送装置，下料引导装置，出料装置，拍摄跟踪机构，图像处理与控制单元。其中拍摄跟踪机构包括与L2臂相互垂直、对称安装于水平机械臂L2末端的两个红外相机，随着机械臂一起移动。控制单元的主控制器为工控机和PLC处理器。本实用新型所述的上甑机器人视觉引导系统采用根据锅内料面温度高低判断撒料位置的方式，当温度高于某一值时判断为热点，即冒气点，然后立刻去撒料覆盖，避免了温度过高酒气外露造成浪费。满足酿造工艺要求的同时能保证产品质量，自动化程度高，能够取代人工上料，普遍适应于蒸馏式白酒酿造工艺。

Description

酿酒上甑机器人视觉引导系统

技术领域

本实用新型涉及到自动化检测技术领域，尤其涉及到一种酿酒上甑机器人视觉引导系统。

背景技术

我国一直都是酒类消费大国，白酒，啤酒，饮料等在居民的日常消费中占了很大比重，因此，全国各地酒厂林立，日夜不停地酿酒，以保证居民的消费需求。全国有许多有名的酒类，如国酒茅台，劲酒，四川泸州老窖等。纵观全国各地的各大酒厂，绝大多数仍然采用许多年前的传统酿酒工艺，酿出的酒品质很好，但是绝大多数的酒厂在生产中仍然采用人工上料的方式：有的酒厂工人用铁锹一次次的频繁向锅内撒料，自动化程度非常的低；有的酒厂虽然实现机器上料，但平整度没法保证，需要人工在旁边不断调整。这些都属于机械式的重复劳动，工人劳动强度非常大，每个酒厂有很多车间，每天有很多锅要生产，工厂需要雇佣很多工人，不仅人力成本非常的高，而且生产效率没法保证。很多酒厂车间设备陈旧，酒甑架在很高的台子上，空间狭小，工作环境较差，操作既麻烦又危险。在当今国人对酒类的消费需求不断增长，对酒的品质要求越来越高的现状下，如何降低生产成本，人力成本，改善生产环境，提升自动化程度，提高生产效率，成为各大酒厂亟待解决的问题。

在科技发达与经济飞速发展的今天，传统的人工生产已经远远不能满足消费需求，利用机器人自动上甑的方式成为了各大酒厂不约而同的选择。目前的国际趋势是采用基于机器视觉的检测系统，运用图像处理、分析及识别技术判断上料过程中料面的温度，再结合人工生产的经验，利用上甑机器人视觉引导系统，控制上料的位置，出料量大小，以满足上料过程中对蒸汽量大小及平整度的要求，最重要的是满足对生产工艺的要求，保证生产酒的品质与产量。

发明内容

本实用新型是针对目前酿酒行业基本全人工上甑所存在的工人劳动强度大，生产成本高，效率低下，品质得不到保证等问题，提出了一种酿酒上甑机器人视觉引导装置，该装置自动化程度高，检测可靠。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种酿酒上甑机器人视觉引导系统，其特征在于，包括输送装置，下料引导装置，出料装置，双目红外相机构成的拍摄跟踪机构，图像处理与控制单元。

所述输送装置包括储料斗，提升输送传送带，水平输送传送带，其中，储料斗与提升输送传送带与水平输送传送带依次无缝连接，实现将蒸酒用料输送到高台下料引导装置处。

所述下料引导装置包含两个水平相连的、内含绞龙的机械臂，即L1臂与L2臂，以及一个竖直的、可绕中心轴360度旋转的机械臂L3臂，上有电机控制，用于将料引导输送至出料装置处。

所述出料装置包括在竖直机械臂L3下方与其相连的水平传送带，可随L3一起转动，上连有控制电机，用于将料水平抛出到锅内，完成上料。

所述拍摄跟踪机构包括与L2臂相互垂直、对称安装于L2末端的两个红外相机，与机械臂同时移动，配合完成对锅内料面的拍摄。

所述图像处理与控制单元的主控制器为工控机和PLC处理器。PLC处理器负责电气部分的底层控制，包括控制电机运转、接收触发相机拍照和超声波测距反馈信号和伺服驱动器的反馈信号等。

所述图像处理单元是将拍摄机构通过通信网线与交换机相连，交换机一端与工控机相连，另一端与PLC处理器相连。另外，为方便修改参数，实时观察上料情况，在配电柜上增加了显示器。

作为改进，还包括在两个红外相机外面加的密封保护壳，用于适应于现场的高温高湿环境。

作为改进，为避免出料装置上方的电机工作时温度升高对拍摄跟踪机构探测温度及撒料精度的影响，算法中对出料装置的矩形区域做了屏蔽处理，即拍摄跟踪机构不探测该范围内的温度。

作为改进，为保证蓬松度，提高出酒率，本引导装置还通过L3臂下方的水平传送带以一定速度输出料，在相机支架上安装了超声波测距仪，使得出料口与料面的距离基本保持不变，从而保证了蓬松度，提高了出酒率。

整个系统是通过图像处理与控制单元、PLC处理器以及伺服电机相互配合控制机械臂运动撒料，以完成蒸酒过程的上料工作。

本实用新型所具有的有益效果为：

与人工上甑相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型引导装置结构简单、由储料斗经输送带到出料口实现连续稳定无缝传输，基本避免了人工的重复机械式高强度劳动；

(2)本实用新型引导装置通过两个红外相机对整个锅内料面温度的实时探测跟踪，通过判断温度较高的热点并做标记，从而定位热点在锅中的实际坐标，同时控制机械臂移动到该坐标并准确出料，避免了上甑中因冒气而引起的酒蒸气流失及经济损失，上甑平整度好，自动化程度高；

(3)本实用新型引导装置与传统装置的不同在于：传统装置的出料都是热点在哪个位置，出料就在其正上方很高的位置直接掉落，使得料面蓬松度降低，蒸汽不能充分渗透到酒醅之内，严重影响出酒率。而本视觉引导装置是通过L3臂下方的水平传送带以一定速度输出，沿着一定的抛物线路径撒出，且出料口与料面的距离基本保持不变，从而保证了蓬松度，提高了出酒率；

(4)本实用新型引导装置可根据各个酿酒工艺的不同需求，调节温度参数，在不同环境中设置不同的温度阈值，改变撒料的时间，以适应不同环境温度，湿度时的上料状况，能广泛适用于国内白酒生产的上甑过程需要。

综上所述，本实用新型所述的上甑机器人视觉引导系统采用根据锅内料面温度高低判断撒料位置的方式，当温度高于某一值时判断为热点，即冒气点，然后立刻去撒料覆盖，避免了温度过高酒气外露造成浪费。满足酿造工艺要求的同时能保证产品质量，自动化程度高，能够取代人工上料，普遍适应于蒸馏式白酒酿造工艺。

附图说明：

图1为本实用新型提供的一种上甑机器人视觉引导系统的侧视结构示意图。

图2为本实用新型提供的图像处理与控制单元的原理图。

图3为本实用新型的运行流程图。

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

实施实例1:

如图1所示为本实用新型提供的一种上甑机器人视觉引导系统的侧视结构示意图，它包括输送装置，下料引导装置，出料装置，双目红外相机构成的拍摄跟踪机构，图像处理与控制单元。

图中标号说明：1-储料斗，2-提升输送带与水平输送带，3-下料斗，4-机械臂L1，5-机械臂L2，6-机械臂L3，7-出料装置，8-两个对称安装的红外相机，9-超声波测距仪，10-机械臂引导电机，11-出料输送电机，12-机器人底座与支撑柱，13-锅体。

如图2所示，本视觉引导系统的工作原理为：先将酿酒所需用料倒在储料斗中，通过PLC控制伺服电机启动输送装置传送带，将料沿着输送装置送到下料引导装置机械臂L1，L2中，两个机械臂都有螺旋绞龙，由伺服电机引导输送至竖直机械臂L3，L3可绕轴360度旋转，L3下方为由水平传送带组成的出料装置，可以缓冲料从高处降落带来的惯性，同时可使料沿着水平方向抛出，提高蓬松度。开始的时候，会有一个以螺旋方式撒料的过程，在整个锅内平铺一层料。拍摄机构以每秒20帧左右的速率获取图像，同时依据红外原理将所探测的料面温度转换为相应的灰度值，即当前图像在某一处的灰度值即对应着在该处有相应的温度值。蒸酒过程会打开蒸汽，渗透到料中，在高温高压环境下将粮食中的酒精蒸出并冷凝液化，最后将酒接到储酒桶中。依据酿酒工艺经验与要求，不能让酒气冒出，工艺中当酒气冒出或即将冒出时温度会明显高于正常料面温度值。因此，本视觉引导系统的图像处理单元会设置一个温度阈值，当温度高于此阈值的时候即判断为该处有热点，即酒气已经冒出或者即将冒出。同时，图像坐标与实际物理坐标之间有一个对应关系，图像处理单元会把图像中是热点的坐标转换为热点在锅内料面的实际坐标，并将此坐标传给PLC处理器，通过伺服电机控制机械臂L3旋转，将出料装置的出料口对准热点方向，同时控制机械臂L1、L2使出料口运动到该位置附近，通过传送带将料水平抛出，覆盖住热点的位置，使此处不会冒气。支架上安装有超声波测距仪，机械臂L1、L2、L3会同时随着料面的高度升高而升高，保持相机高度与出料口高度与料面的垂直距离保持不变。同时在上料的过程中，蒸汽在渗透过程中的高度是大致水平上升的，若蒸汽大小适当，热点会隔很小一段时间依次在整个锅面出现，这样，一个循环过后，撒料基本能够覆盖到整个锅面，保证上料平整度。

如图3为本实用新型的详细运行过程：

（1）摄像机，超声波测距仪，伺服电机，PLC，工控机等装置通电，打开视觉引导系统软件界面与机器人操作控制界面；

（2）将机械臂L2的末端复位移动到锅的中心位置正上方，进入螺旋撒料模式，在锅底先平铺一层料；

（3）打开蒸汽，进入探气压气模式，当红外相机探测的料面温度高于设定的阈值（如30摄氏度）时，即判定为该位置处有热点，并用小红点标记该处位置的图像坐标，图像处理单元会将热点的图像坐标转化为其在锅内热点的实际物理坐标，并通过工控机经交换机传给PLC处理器；

（4）接收到坐标信息后，PLC处理器会控制伺服电机将机械臂L3旋转到相应的角度，使出料口对准热点方向，并同时通过移动机械臂L1、L2将出料口移动到热点位置附近（出料口与热点之间的水平距离根据出料口与料面的垂直距离以及传送带设定的出料速度计算得出），启动出料装置的传送带，将料沿着指定的方向水平抛出，覆盖住热点，使其不冒气；

（5）当整个锅内料面温度都低于设定温度阈值时，机械臂会在水平方向沿锅直径方向来回巡视，以搜索热点，直至下一个热点出现，重复3-4的过程；

（6）上料中重复探气压气模式，连续覆盖热点，直至料面高度与锅上边沿持平时，停止运作机械臂，完成上料工作。

以上对本实用新型所提供的一种上甑机器人视觉引导系统装置进行了详细介绍。本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施个例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种酿酒上甑机器人视觉引导系统，包括输送装置、跟踪拍摄机构、图像处理与控制单元。输送装置包括储料斗、提升输送传送带、水平输送传送带、下料装置、L1、L2和L3三段机械臂、出料装置，其中：储料斗与提升输送传送带与水平输送传送带依次无缝连接，实现将蒸酒用料输送到高台下料引导装置处；下料装置包含两个水平相连的、内含绞龙的机械臂，即L1臂与L2臂，以及一个竖直的机械臂L3臂，上有电机控制，用于将料引导输送至出料装置处；出料装置包括在竖直机械臂下方与其相连的水平传送带，上连有控制电机，用于将料水平抛出到锅内，完成上料，跟踪拍摄机构为安装位置与L2臂相互垂直、对称安装于L2末端的两个红外相机，与机械臂同时移动，配合完成对锅内料面温度的拍摄。图像处理与控制单元的主控制器为工控机和PLC处理器。

2.根据权利要求1所述的酿酒上甑机器人视觉引导系统，其特征在于：还包括在两个红外相机外面加的密封保护壳，用于适应于现场的高温高湿环境。

3.根据权利要求1所述的酿酒上甑机器人视觉引导系统，其特征在于：为避免出料装置上方的电机工作时温度升高对拍摄跟踪机构探测温度及撒料精度的影响，算法中对出料装置的矩形区域做了屏蔽处理，即拍摄跟踪机构不探测该范围内的温度。

4.根据权利要求1所述的酿酒上甑机器人视觉引导系统，其特征在于：所述图像处理单元是将拍摄机构通过通信网线与交换机相连，交换机一端与工控机相连，另一端与PLC处理器相连，在相机支架上安装了超声波测距仪。

5.根据权利要求1所述的酿酒上甑机器人视觉引导系统，其特征在于：整个系统是通过图像处理与控制单元、PLC处理器以及伺服电机相互配合控制机械臂运动撒料，以完成蒸酒过程的上料工作。