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禽蛋自动捡拾系统结构设计及机械手运动方式分析

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   摘要:我国禽蛋拾取系统目前并未完全实现自动化,禽蛋生产企业在工作效率方面较低,无法满足企业发展需求.本文设计的禽蛋拾取装置为禽蛋运输装置及震动矫正装置联合建立的自动拾取系统,这种系统能实现禽蛋自传送带到装盘的流程,并确定机械手引力及吸盘参数,从而优化机械手工作效率,对机械手工作运动方式进行规划,并追踪放蛋结果,对捡蛋成功率进行分析,从而确定优化方案.本次实践表明,此套设计方案,具有简单、便捷特点,有利于快速定位,能够满足企业发展需求,具有应用价值.
   关键词:禽蛋;自动拾取系统;机械手;运动方式
  中图分类号:S24;TP241.3  文献标识码:A  文章编号:1673-260X(2019)05-0077-03
   禽蛋作为我国农副产品的重要组成部分,在人们生活中体现出较大价值,禽蛋产业也是农业的支柱性产业.我国禽类养殖场多为中小型,且养殖区域较为分散,无法形成大规模的模式.我国在1980年以后,禽蛋产业发展进入新的时期,产业出现聚集现象,自动化要求不断提升.国际中的禽蛋生产多数为量产,具有大规模、大生产的特点,利用自动化拾取系统,将禽蛋集中后转移到托辊上,对禽蛋进行清洗及包装,此套工作流程完全实现自动化,对人力的要求较低,使企业工作效率提升.而我国在此方面发展较为迟缓,虽然引进国外设备,但由于投资成本限制,自动化水平依旧无法提升.因此,本次实践针对国内自动集蛋系统现状,设计新型自动拾取系统,从而满足企业发展需求,推动我国禽蛋产业的发展.
  1 系统设计方案
   我国禽蛋生产企业多数为中小型企业,对此考虑我国现状,并对我国的禽蛋生产模式进行分析,从而观察到禽蛋通过托辊进行转移,达到设定地点后进行封装,因此,禽蛋设计系统应当将传送带禽蛋输送于托盘,使装盘的能力改善,实现自动化.禽蛋转移过程中,不能完全依赖一个硅胶槽或者多个必须装满的硅胶槽,若直接将禽蛋转移至托盘,托盘将无法放满,需要进行人工填充,因此在设计系统过程中,需思考无序传送变为有序传送,利用机械手将硅胶中的禽蛋拾取,从而系统可分辨硅胶槽放满.若硅胶槽中有一定量的禽蛋,结合传送带运行速度,对禽蛋位置进行测算,从而控制機械手跟踪禽蛋,将禽蛋抓取后,按照设定线路进行摆放.
  1.1 系统框架
   禽蛋自动识别系统利用禽蛋运输设备及震动矫正设备等构成,主要开展禽蛋运输及收集、存放工作,震动矫正装置能够将传送带的禽蛋无序摆放变为有序摆放,禽蛋拾取装置则是复杂装盘.在禽蛋运输装置中,对托辊滚动成本进行分析,可选择加硅胶条的运输方式.禽蛋运输装置可利用硅胶槽传送带及光电编码器等设备能力,组建自动化运输系统.集蛋槽传输带表面为硅胶材质,根据传送表面可形成多个矩形槽,不同矩形槽底部为圆弧状,在宽度方向自由弧状结构中分割,长度防线利用直线结构进行分行,不同格子中集蛋槽深度为蛋宽的一半,槽宽方向设定一个开缝,防止传送过程中硅胶出现拉断问题.集蛋槽传送带套设定在编码器驱动上,从而实现禽蛋的有效传送,保持运行的均匀性.传送带压紧装置放置在集蛋槽中段,其中涉及多个滚轮,防止传送出现震动问题.传送带压紧设备划分两个区域,即为矫正区及捡蛋区,矫正区能够将禽蛋填充至矩形穴格,捡蛋区则是将禽蛋拾取于托盘.
   在震动矫正装置中,涉及弹簧及脉冲电磁铁、敲打部件等,震动矫正装置安装于集蛋槽传送带下方,并采取等距安放方式.敲打部件下方则是安装弹簧及脉冲磁铁,上部设定齿状物,能够将禽蛋输送于底部,为防止禽蛋运输过程出现破损,齿状物选择橡胶材质,脉冲电磁则是根据频率展开工作,敲打部件敲打集蛋槽底部,使集蛋槽上的禽蛋随机分布,矫正后进入集蛋槽.
   禽蛋拾取执行装置,需思考硅胶传送带是否均需要有蛋,体现为禽蛋在硅胶槽中位置存在一定问题,需要进行改善与调整,若利用机器视觉技术,需要增加工业相机及光源,从而使设备成本增加.在本次实践过程中,利用低成本的光电设计方案,若槽内存在禽蛋,根据传送带速度,能够对禽蛋位置进行跟踪,系统控制机械手将禽蛋吸取,据设定的线路放蛋.禽蛋拾取执行装置,利用并联系统控制结构,并联系统中利用三自由度并联装置,从而实现摆臂.拾取机械手由旋转设备及提升设备、真空吸盘组成.真空吸盘的作用在于抽气将禽蛋拾取.旋转设备能够控制水平位移,从而满足捡蛋需求,提升设备在真空吸盘的作用下,将禽蛋送入托盘.
  1.2 禽蛋拾取系统控制结构
   禽蛋拾取控制结构中,由PC控制器及控制卡、闭环控制器、驱动器扥组成.PC控制器相当于该结构的灵魂,能够准确计算机实施监控,控制卡则是与闭环控制器及驱动器结合,从而对主动臂运动进行控制,单片机控制舵机及继电器行为.旋转设备对机械手水平活动范围进行控制,从而保障舵机能够有效控制机械手完成旋转动作,接近传感器能感应禽蛋,继电器控制二位三通阀变位,该设备连接气泵及抽气孔,从而有效将禽蛋吸取及安放.
  1.3 系统运作流程
   禽蛋自动拾取系统在工作中,养殖场每排禽类笼子中,网面设置集蛋带,将禽蛋收集后拉出,将禽蛋冲洗后,使纳入禽蛋能够整合于传送带中,禽蛋运输过程中设置矫正区及捡蛋区,将禽蛋震动装置矫正,使禽蛋能够进入传送带硅胶槽中,使禽蛋摆放变得有序.禽蛋进入捡蛋区后,接近传感器会感应禽蛋序列,单片机将信号传导与串口PC控制器,将信号接收后计算禽蛋位置.PC控制卡利用闭环控制器对驱动电机进行控制,移动主动臂,将机械手末端的禽蛋吸取,等待PC控制器发出信号,从而使舵机真空吸盘旋转90°后,将禽蛋竖直放下,机械手将禽蛋转移至托盘上时,继控器停止行为,二位三通阀变位及气泵与大气导通后,禽蛋进入托盘中,从而实现整体的自动流程.
  2 自动拾取系统相关参数
   拾取机械手是禽蛋自动拾取系统的关键,能够对工作效率及成功率产生影响.舵机输出能力及吸盘压力是保障机械手开展工作的重要指标,需要对相关参数进行探讨,从而使拾取机械手及抽气泵选择具有参考依据.   2.1 舵机输出力矩
  3 拾取机械手的运动路径
  3.1 系统布局及坐标的关系
   禽蛋拾取系统在布局过程中,外侧接近开关原点,并建立三维坐标,传送带据y轴向中心c过渡,距离为55mm,蛋托选择纸质蛋托,规格为5*6,相邻的单孔距离为45mm,传送带传送的持续速度为V0,据此建立机械手吸盘坐标(x0,y0,z0),蛋托左上角蛋孔指标为x1y1,从而能够建立坐标(x1,y1,0).传送带还需设定不同的行数,从而使禽蛋有序排列,计算开关感应禽蛋计算时间,能够确定禽蛋下落的行数.
  3.2 拾取系统机械手的活动路径
   本次系统为并联系统,机械手能够开展各自的活动,在一次完整的禽蛋拾取过程中,顺序为A-B-C-B-A-D-E-A-D-A.实现一次完整的动作,活动过程中,需要在B及D两处停顿,从而使路径长度改变,保障末端的运行速度.本次实践过程中,采取圆拱门路径方式,禽蛋拾取过程中,采取A-B-C-A方式,从而使整个活动过程更加顺利,保障拾取效率及成功率.
  3.3 拾取机械手活动线路评估
   机械手在拾取禽蛋过程中,需要首先对目标进行识别,从而选择适当的坐标,调节运行线路,获得抓取目标.在大量禽蛋通过时,自动拾取系统对禽蛋进行顺序摆放,从而运动的总路程及花费的时间存在差异,对禽蛋拾取系统工作效率产生一定影响.与相关研究人员的机器人栽苗方式较为类似,传送带不同起始点,利用蛇形走位进行禽蛋拾取,能够在左右抓取过程中,拾取一列列禽蛋,禽蛋拾取方法较为多样,能够获取64枚禽蛋,禽蛋保持定量运动,坐标产生变化时,禽蛋放蛋方案确定存在一定困难,需利用试验方式进行优化.
  4 结束语
   本次实践设计一套禽蛋自动拾取系统,操作方式较为简单,坐标定位能力强,能够实现禽蛋自传送带至蛋托的装盘流程,从而为自动化禽蛋生产提供一定的依据.在本次实践过程中,优化机械手活动路径,从而捡蛋成功率在98%以上,能够满足企业生产需求.在自动取蛋系统优化中,利用遠程传送方式,对禽蛋急性有序摆放,本次实践结果较为理想,但在未来的规划中,还需不断深化,涉及禽蛋保鲜问题,调整驱动机功率,保障机械手的工作效率.
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