基于自動(dòng)控制系統(tǒng)的金屬智能分類機(jī)器人探究與分析

何琪瀟，王得宏＊

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

1 禽蛋分級(jí)檢測中的主要問題

在近幾年的研究中，對(duì)禽蛋檢測這一部分的的投入也越來越多，對(duì)檢測設(shè)備的要求也隨之提升。存在的問題主要有以下幾方面：

（1）檢測設(shè)備對(duì)破損的、未達(dá)標(biāo)的禽蛋的剔除比較粗糙，在這方面的認(rèn)識(shí)和研究比較少，導(dǎo)致檢測設(shè)備的工作效率比較低，自動(dòng)化程度低下[1]。

（2）在光照箱內(nèi)攝像頭采集信息時(shí)，主要針對(duì)禽蛋在靜態(tài)時(shí)的情況，當(dāng)禽蛋在快速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，采集裝置也會(huì)降低信息的可靠度，勢必影響到其檢測效率[2]。

（3）對(duì)禽蛋外表面的和內(nèi)部特征檢測的準(zhǔn)確度還待進(jìn)一步提升。

2 禽蛋包裝作業(yè)中存在的問題

與國外的包裝工業(yè)相比較我國起步較晚，總體而言在技術(shù)的成熟度和生產(chǎn)能上還是比較低下，不過在最近幾年的發(fā)展中，由于受到國外包裝業(yè)的影響，我國在食品包裝和藥品包裝方面取得很大的成就，但是存在一些問題，具體包括以下兩個(gè)方面：

（1）在國際上有專門針對(duì)包裝行業(yè)所設(shè)計(jì)的金屬智能機(jī)器人，但是考慮到其成本太高，所以，我國一些中小型的禽蛋企業(yè)還沒有廣泛應(yīng)用，只能使用國內(nèi)生產(chǎn)的一些簡單包裝設(shè)備。

（2）我國研究的包裝機(jī)器人大部分都是單一針對(duì)包裝行業(yè)的，并沒有將檢測這一部分的功能融合進(jìn)去，所以在檢測方面仍然受到一定的限制。

3 禽蛋檢測分級(jí)的方法

（1）人工分級(jí)：就是利用人力對(duì)禽蛋進(jìn)行分級(jí)，利用人的眼睛對(duì)各種禽蛋的顏色、尺寸、色澤和形狀等外部特征的判斷來分級(jí)。

（2）光電技術(shù)：利用光電原理對(duì)禽蛋的外殼進(jìn)行檢測，通過觀察光的反射能力來判斷禽蛋的質(zhì)量檢測與分級(jí)。

（3）機(jī)器分級(jí)：機(jī)器分級(jí)不僅可以對(duì)禽蛋的大小、重量進(jìn)行檢測，而且采用光學(xué)處理的方法對(duì)禽蛋的色澤和表面裂紋等外部特征等進(jìn)行檢測、分類包裝[3]。

4 包裝金屬裝置的整體設(shè)計(jì)

4.1 禽蛋分級(jí)檢測裝備的設(shè)計(jì)

依據(jù)禽蛋檢測的要求，配合檢測裝備的視覺分級(jí)技術(shù)，如下圖1是禽蛋檢測分級(jí)裝置的總體結(jié)構(gòu)，大致是由禽蛋輸送系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、分級(jí)執(zhí)行裝置、PC機(jī)、PLC等幾部分組成。

禽蛋檢測分級(jí)裝置的工作原理如圖2所示，結(jié)合圖1和圖2可以得到禽蛋檢測分級(jí)裝置的工作原理。

圖1 禽蛋檢測分級(jí)裝置

禽蛋進(jìn)入傳送裝置，禽蛋隨著傳送鏈的帶動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入到視覺檢測裝置時(shí)，光照箱下方的摩擦板與禽蛋輥筒相接觸，禽蛋在摩擦力的作用下一邊滾動(dòng)一邊移動(dòng)，裝在光照箱上的攝像頭在禽蛋的滾動(dòng)中拍攝表面圖像，并將這些表面圖像傳送到PC機(jī)中，通過PC機(jī)中的圖像處理軟件的分析和檢測來判斷禽蛋的品質(zhì)，未能達(dá)標(biāo)禽蛋的信息通過PC機(jī)將此信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，PLC驅(qū)動(dòng)分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在出口剔除，完成禽蛋的分級(jí)作業(yè)。

4.2 禽蛋包裝裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各部分的工作原理

禽蛋自動(dòng)拾取包裝系統(tǒng)主要的組成有三部分，分別為禽蛋運(yùn)輸裝置、震動(dòng)矯正裝置以及禽蛋拾取執(zhí)行裝置，禽蛋運(yùn)輸裝置主要執(zhí)行禽蛋的運(yùn)輸和收集；震動(dòng)矯正裝置主要執(zhí)行傳送帶上禽蛋的順序規(guī)律，可以將禽蛋從無序狀態(tài)變?yōu)橛行驙顟B(tài)；禽蛋拾取執(zhí)行裝置主要用來執(zhí)行禽蛋的抓取和存放，如圖2所示。

4.2.1 禽蛋運(yùn)輸裝置

該裝置的設(shè)計(jì)過程中，考慮到金屬制造成本的問題，采用在傳送帶上附上硅膠條的方法，既能節(jié)約成本，又能滿足禽蛋在輸送帶上向前運(yùn)動(dòng)的要求。禽蛋運(yùn)輸裝置主要是由5部分所組成，分別為硅膠槽傳輸帶、主動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒、傳輸帶壓緊裝置以及電機(jī)。傳輸帶禽蛋槽表面的材料采用硅膠所制，把傳送帶劃分為若干個(gè)相等體積的蛋槽，每個(gè)蛋槽底部成圓弧形設(shè)計(jì)，在傳送帶的長度方向上由直線分割，在寬度方向上由弧線分割，蛋槽的深度為禽蛋寬度的一半，槽寬和槽長都比禽蛋的實(shí)際尺寸稍大，這樣一來在更大程度上滿足禽蛋的存放和運(yùn)輸。為了防止傳送帶經(jīng)過主、從動(dòng)滾筒時(shí)表面硅膠蛋槽被破壞，在蛋槽寬度方向上有一條開縫，附有硅膠蛋槽的傳送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒的帶動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而確保了禽蛋的勻速傳輸。傳送帶金屬壓緊裝置安裝在傳送帶的中部，將傳送帶分為震動(dòng)矯正區(qū)和禽蛋拾取區(qū)，矯正區(qū)的作用是利用震動(dòng)是每個(gè)禽蛋都能填充到每一個(gè)蛋槽內(nèi)。

圖2 禽蛋自動(dòng)抓取系統(tǒng)示意圖

4.2.2 震動(dòng)矯正裝置

震動(dòng)矯正裝置主要由三部分組成，分別為彈簧、金屬敲打部件、脈沖電磁鐵。

設(shè)置若干個(gè)震動(dòng)矯正裝置在矯正區(qū)的傳送帶集蛋槽的下面，敲打部件上方設(shè)有齒狀物，為了盡可能減少禽蛋受到敲打力而產(chǎn)生的破壞，齒狀物用橡膠材料，金屬敲打部件下方設(shè)有由脈沖電磁鐵控制的彈簧，傳送帶上的禽蛋在敲打部件的作用下由隨機(jī)無序的分布變得有序，使得每個(gè)禽蛋都能落入相應(yīng)的蛋槽，完成禽蛋的矯正作業(yè)，如圖3所示。

圖3 震動(dòng)矯正裝置示意圖

4.2.3 禽蛋拾取執(zhí)行裝置

在禽蛋拾取執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)過程中，傳送帶的硅膠槽內(nèi)不一定都放慢禽蛋，這就需要有一套檢測裝置，考慮到成本的問題，采用一種光電開關(guān)對(duì)硅膠槽內(nèi)是否有禽蛋進(jìn)行檢測，如果有，那么依據(jù)傳送帶的傳送速度推算出每個(gè)禽蛋的動(dòng)態(tài)特性，PLC控制系統(tǒng)控制機(jī)械手跟蹤并在相應(yīng)的位置將禽蛋吸起，然后按照提前設(shè)定好的路線放入到托盤中，此裝置具有禽蛋位置識(shí)別功能。禽蛋拾取執(zhí)行裝置主要由并聯(lián)拾取結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，并聯(lián)拾取執(zhí)行裝置又有以下三部分組成，分別為主、從金屬動(dòng)臂和拾取金屬機(jī)械手所組成，拾取金屬機(jī)械手的組成簡易圖，如圖4所示。

圖4 拾取金屬機(jī)械手的三維圖

真空吸盤是通過氣泵的吸氣作用使其形成一定的壓強(qiáng)差而吸起禽蛋；旋轉(zhuǎn)金屬舵機(jī)用來控制末端執(zhí)行器的水平旋轉(zhuǎn)，來滿足抓放禽蛋的工作要求；提升金屬舵機(jī)用來控制真空吸盤的升降，能夠使得真空吸盤向上旋轉(zhuǎn)90°，在禽蛋放入硅膠蛋槽的時(shí)候能夠豎直的放入。

5 結(jié)語

禽蛋檢測包裝金屬智能機(jī)器人，顯而易見就是對(duì)禽蛋進(jìn)行分級(jí)和包裝兩部分。在禽蛋的分級(jí)這一塊，設(shè)計(jì)一套不僅對(duì)禽蛋的外部特征、而且用相應(yīng)的設(shè)備對(duì)禽蛋的內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行檢測，從而能夠依據(jù)檢測的結(jié)果對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分類，這些作業(yè)都是由一個(gè)關(guān)節(jié)金屬智能機(jī)器人來完成對(duì)禽蛋的檢測分級(jí)和包裝實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化作業(yè)。