基于漏網(wǎng)篩選和姿態(tài)調節(jié)的碗碟分揀設計

李安徽

（百特（福建）智能裝備科技有限公司，福建 三明 353000）

0 引 言

餐具包括杯子、碗、碟子及勺子等，酒店、食堂等公共用餐場合是使用餐具較多且重復利用最頻繁的地方，病菌極易通過餐具傳播[1]。集中式消毒餐具即用一層塑料薄膜包裝起來的杯盤盞碟為現(xiàn)在大中小型餐館的主流餐具，在一部分餐館集中式消毒餐具可供顧客自主選擇付費使用，但是在一些小型餐館僅提供消毒餐具。按照規(guī)定，一次性餐具消毒的流程至少要經(jīng)過11 道程序才符合規(guī)范要求。這些程序分別是:熱水分解浸泡、溫水粗洗、高溫90 ℃水清洗、洗消一體化高溫噴淋清洗、精洗后質檢、380 ℃遠紅外線消毒、企業(yè)自設檢驗、二次消毒無菌包裝、質檢裝箱、成品入庫、配送到餐飲單位[2]。

用餐后的餐具經(jīng)收集、轉運后到達餐具清潔廠。餐具清潔廠對餐具進行粗略去除食物殘渣后，玻璃杯子、盤子、筷子、茶杯和小碗均放入商用洗碗機進行清洗。清洗干燥消毒后的混合餐具需要按照種類進行分類以方便后續(xù)組合包裝。

目前已有一些自動餐具分揀設備與方法，例如借助磁力吸附來區(qū)分不同餐具和基于機器視覺來識別不同餐具從而對其進行分揀。對于借助于磁性吸附的設備過于依賴物理特性，靈活性較差，對餐具的材質也有一定要求，導致推廣成本過高[3]?；跈C器視覺來識別不同餐具，餐具的種類通常包括五個單品，單品的姿態(tài)各異，尤其是湯勺姿態(tài)復雜，需要建立復雜的模板庫。對于一些特殊情況，例如瓷質茶杯和小碗在某些姿態(tài)下的拍攝照片極其相似，不易區(qū)別。還有采用分離原理，將餐具的理料分解為不同種類，將理料和輸送分離，在清洗時預先將餐具分類清洗，每次包裝都是同一類[4]。對于尚未清潔的餐具，分揀難度大，作業(yè)環(huán)境惡劣。

1 關于碗碟過濾后的理料機構設計

對于上述識別方式需要解決的第一個技術問題就是：如何將堆疊的餐具平鋪在輸送線上，從而進行下一步篩選操作。從高溫烘干消毒機輸出的大量混合餐具，輸送到第一級加速輸送機，然后經(jīng)過第二級加速輸送機、第三級加速輸送機，該三級輸送機逐級加速，達到增加餐具間隔的目的，以便后續(xù)順利分揀。隨后，混合餐具進入分揀裝置，分揀裝置通過類似過濾的方式來分離碗碟與湯匙[5]。

在上述過濾方式的基礎上，增加用于過濾湯勺的過濾輸送線，為了適應湯勺的形狀同時防止其他餐具單品掉落，將單個漏孔的形狀設置成矩形，且該矩形的短邊小于玻璃杯子的直徑，從而防止玻璃杯子從該段的過濾輸送線掉落，碟子、茶杯和小碗的最小截面大于該漏孔的最大對角線，避免除湯勺以外的餐具從該段漏孔處掉落。

全自動餐具分揀包裝生產(chǎn)線的研究利用物體自動下落過程中，落地位置與重心分布相關來調整餐具單品的姿態(tài)。餐具為陶瓷制品，物體自動下落過程中與彈性輸送線接觸會多次反彈，容易造成損傷，且存在一定比例的異常情況導致物體落地姿態(tài)與預期不同。碗碟分揀過程是基于漏網(wǎng)的孔徑來篩選餐具，現(xiàn)有餐具尺寸一般如下：盤子最大，茶杯和小碗口徑相當排列第二，玻璃酒杯和味碟直徑相當排列第三，勺子為細長型排列第四?；诳讖絹砗Y選，對于直徑相差不多的餐具將無法進行區(qū)分，會在過渡輸送線的同一篩選部漏下，因此需要對同一篩選部漏下的餐具進一步分離。

以玻璃杯和味碟為例，兩種餐具單品最顯著的區(qū)別就是其高度的區(qū)別。如圖1 所示，基于高度不同的玻璃杯和味碟理料機構，輸送線的兩側設置側擋板，輸送段輸出端對應的玻璃杯和味碟輸出口設置相應的缺口槽，位于輸送線的上方固定設置流入篩選桿、導向擋桿和分隔擋桿。多個流入篩選桿相互平行間隔設置在輸送線的上方，流入篩選桿與輸送線中輸送帶之間的間隙僅允許味碟以水平姿態(tài)流過（對味碟底部在上或者在下無要求），多個導向擋桿相互平行間隔設置在輸送線的上方，導向擋桿與輸送線中輸送帶之間的間隙不足以讓味碟和玻璃杯子以任何姿態(tài)流過，流入篩選桿和導向擋桿成交錯的八字形布置，分隔擋桿連接兩個流入篩選桿的首尾用于防止已分離的味碟再次與玻璃杯子混合，分隔擋桿與輸送線中輸送帶的間隙不會讓味碟和玻璃杯子以任何姿態(tài)流過，流入篩選桿和導向擋桿將輸送線分為兩道輸送線。

圖1 基于高度不同的玻璃杯子和味碟理料機構

如圖2 所示，小碗和茶杯的穩(wěn)定狀態(tài)有兩種[6]，碗口朝上或者碗口朝下，機器視覺常規(guī)拍照角度為被檢測物料的俯視照片或者仰視照片，如圖2 下方所示，小碗和茶杯的碗底和碗口的照片相似度較高，機器視覺無法識別。如圖2 上方所示，小碗和茶杯的側視圖差異明顯，從小碗和茶杯輸送線的側面拍照，檢測拍攝的物料為小碗還是茶杯，根據(jù)物料的種類將其推送到相應的輸送線。小碗和茶杯碗口朝上為組裝所需姿態(tài)，對檢測姿態(tài)為碗口朝下的小碗和茶杯進行翻轉至碗口朝上姿態(tài)。

圖2 基于機器視覺的小碗和茶杯理料機構

2 餐具單品姿態(tài)調整機構

2.1 玻璃杯子的姿態(tài)調整

組裝時玻璃杯子豎直放置在盤子上，對于玻璃杯子的杯口朝上或者朝下沒有要求，為調整玻璃杯子姿態(tài)統(tǒng)一，如圖3 所示，在高度不同的兩段玻璃杯子輸送線的連接處設置V 型過渡槽和正對V 型過渡槽設置側擋板，V 型過渡槽連接兩段玻璃杯子輸送線，玻璃杯子的兩種狀態(tài)分別為軸線水平或者豎直。在玻璃杯子輸送線的前端設置傾倒機構，傾倒機構下端面與玻璃杯子輸送線中輸送帶之間的距離略大于玻璃杯子軸線水平時的高度。玻璃杯子進入V型過渡槽，V 型過渡槽的槽口與水平面傾斜45°設置。玻璃杯子從V 型過渡槽滑落后軸線豎直落入后段玻璃杯子輸送線。

圖3 杯子姿態(tài)調整機構

2.2 盤子的姿態(tài)調整機構

盤子為扁平狀，組裝時要求盤子上底部在下，置物口在上放置到盤子上，因此需要調整盤子的姿態(tài)統(tǒng)一。盤子不適宜夾持，對其進行拾取時宜采取吸取式，如果采用吸取式進行拾取，翻轉后如何將其平穩(wěn)放置在輸送線上成為難點。如圖4 所示，在盤子輸送線的端部和兩側分別設置定位阻擋機構、推送機構和盤子姿態(tài)調整機構。利用盤子置物口朝下和置物口朝上時其最外緣的高度不同，設置坡度和轉向不同的第一滑道和第二滑道，第一滑道和第二滑道連接兩段盤子輸送線，第一滑道的始端位于第二滑道始端的上方，第一滑道近似斜坡與水平面傾斜約45°設置，置物口朝上的盤子最外緣的高度略高于第一滑道始端的高度，推送機構將置物口朝上的盤子推送到第一滑道上，盤子經(jīng)第一滑道保持原姿態(tài)輸送到下一段盤子輸送線。第二滑道近似1/4 圓弧，置物口朝下的盤子的最外緣高度略高于第二滑道的始端高度，第二滑道的始端切線水平，第二滑道的終端切線豎直，置物口朝下的盤子外邊緣位于第二滑道與第一滑道之間，推送機構將盤子推送到第二滑道上，置物口朝下的盤子沿第二滑道滑動，盤子底端與盤子輸送線接觸，盤子另一端繞其底端翻轉90°至置物口朝上狀態(tài)，或者將此處的盤子輸送線分隔成輸送方向相反的兩段，置物口朝下的盤子經(jīng)第二滑道回流進入下一次理料循環(huán)，置物口朝上的盤子經(jīng)第一滑道進入組裝輸送線。利用第一滑道和第二滑道之間的高度差與盤子自身的形狀特點，實現(xiàn)不同姿態(tài)的盤子分流，該設計適應多種碟狀物料，不受碟狀物料尺寸和形狀的限制。

圖4 盤子姿態(tài)調整機構

3 結 語

因為餐具單品，包括筷、勺、碗、碟在幾何尺寸的部分重疊，導致過濾篩選不能將餐具單品完全分離，針對口徑相同的玻璃杯子和味碟利用兩者之間的高度不同進行再次分離，該結構設計適應于高度差異明顯且口徑相近的其他餐具單品進行分離；針對小碗和茶碗口徑高度差異較小，局部投影視圖差異也較小的餐具，選用特定視角的投影視圖，利用機器視覺對其姿態(tài)進行檢測，根據(jù)檢測結構進行姿態(tài)調整；針對圓柱狀餐具，例如玻璃杯子，利用斜槽對其進行扶正使得玻璃杯子豎直放置，豎直姿態(tài)的玻璃杯子與軸線水平的玻璃杯子相比，姿態(tài)和位置均穩(wěn)定，方便后續(xù)搬運機械手對其進行抓?。会槍Ρ馄綘畈途?，基于餐具不同姿態(tài)的高度差異利用不同滑道實現(xiàn)姿態(tài)翻轉或者回流入下一循環(huán)。利用機械機構結合餐具的特點，對高度和口徑不同的餐具進行理料，實現(xiàn)了餐具的精細分離、姿態(tài)調整，相較于其他設備具有更好的適應性，且可以與通用包裝機匹配連接，經(jīng)濟性較好。為餐具自動化組裝提供了技術支持，不需要人工分揀組裝，避免了消毒之后的二次污染，極大地提高了餐具品質。