本發(fā)明涉及嵌入式計算機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前面點生產(chǎn)企業(yè)中包子生產(chǎn)線中的生包擠出成形階段普遍采用工人進行生包分揀整理，采用工人分揀需要工人連續(xù)不停歇高速運作，并且無法避免人為因素對食品的安全、衛(wèi)生、分裝質(zhì)量帶來的影響，雖然當(dāng)前存在相關(guān)自動化設(shè)備采用專用設(shè)備去進行包子的分揀工作，但是這種方式靈活性差，一旦遇到包子的形狀規(guī)格調(diào)整時就無法適應(yīng)新的規(guī)格的包子的分揀操作，且分揀速度較慢，無法適應(yīng)高速的包子擠出線的生產(chǎn)需要。

現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺點：

1)、采用專機的形式進行分揀操作，靈活性很差，不能隨著產(chǎn)品的規(guī)格尺寸的變更而做快速的響應(yīng)變換；

2)、分揀的速度較低，目前生包線的出料速度在100個/分鐘，對于現(xiàn)有的分揀自動化設(shè)備較為受限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明針對當(dāng)前面點生產(chǎn)企業(yè)中包子生產(chǎn)線中的生包擠出成形階段出現(xiàn)的普遍采用工人進行生包分揀整理的工藝進行自動化改造，提出一種基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)，將工人從連續(xù)不停歇高速運作的生產(chǎn)線上解放出來的同時避免人為因素對食品的安全、衛(wèi)生、分裝質(zhì)量帶來的影響。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述問題：

一種基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)，包括：

生包擠出機，用于通過生包擠壓頭將未經(jīng)發(fā)酵的面團按照所需的生包大小規(guī)格擠出；

生包傳輸機，用于通過傳送帶將擠出的生包步進式往前輸送；

視覺子系統(tǒng)，用于監(jiān)測傳送帶上的來料，當(dāng)生包進入到分揀機械手的工作空間內(nèi)時，將來料信號發(fā)送至控制子系統(tǒng)；

控制子系統(tǒng)，用于當(dāng)接收到來料信號時驅(qū)動機器人去跟隨抓取生包；

機器人，用于通過分揀機械手末端的柔性伺服手爪去跟隨抓取生包；

存料托盤，用于陣列式存放機器人跟隨抓取的生包；

夾緊氣缸，用于側(cè)向夾緊固定存料托盤；

氣缸控制器，用于每擺放一行生包時控制夾緊氣缸帶著存料托盤沿著傳輸方向移動步進距離，當(dāng)存料托盤裝滿時，控制夾緊氣缸松開，并返回初始零位，夾緊下一個存料托盤；

托盤輸送機，用于將裝滿的存料托盤輸送至回收工位；

傳感器，用于掃描回收工位上的存料托盤，當(dāng)存料托盤進入到回收工位上時，將掃描信號發(fā)生至提示器；

提示器，用于當(dāng)接收到掃描信號時提示工人收料。

進一步地，所述控制子系統(tǒng)，包括雙核處理器，雙核處理器分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器、脈沖發(fā)生模塊、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與上位機連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動器、模擬量指令伺服驅(qū)動器、機器人、編碼器連接；

所述雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間進行數(shù)據(jù)通訊；

所述第一處理器用于負責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制；

所述第二處理器用于負責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制；

所述上位機用于用戶操作選擇控制子系統(tǒng)的控制方式，控制方式包括網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式；

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于實現(xiàn)上位機與控制子系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊；

所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)；

所述監(jiān)控模塊用于檢測控制子系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流；

所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機；

所述脈沖發(fā)生模塊用于根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令；

所述脈沖指令驅(qū)動器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機；

所述DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令；

所述模擬量指令伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機；

所述伺服電機用于驅(qū)動機器人做出相應(yīng)的機械動作；

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

進一步地，所述第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器。

進一步地，所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通過以太網(wǎng)實現(xiàn)上位機與控制子系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的以太網(wǎng)信號驅(qū)動伺服電機。

進一步地，所述機器人控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的串口模塊，所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現(xiàn)控制子系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

進一步地，所述機器人控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示反映控制子系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

進一步地，所述機器人控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴展IO模塊，所述擴展IO模塊用于控制子系統(tǒng)與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析或交換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)、本發(fā)明采用DELTA機器人作為分揀執(zhí)行，分揀效率高，柔性化程度也較高，配合底部托盤的自動進給傳輸線可以使效率極大提高釋放工人的勞動力；

2)、柔性化程度高，可以根據(jù)所抓取的生包的規(guī)格尺寸，快速調(diào)整末端執(zhí)行器上的分揀手爪的開合尺寸適應(yīng)分揀任務(wù)要求；

3)、本發(fā)明采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統(tǒng)動力學(xué)運算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制子系統(tǒng)，同時性價比大幅度提高；

4)、本發(fā)明采用EhtherNet可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換及組網(wǎng)；

5)、本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4是本發(fā)明控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。需要指出的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)，包括：

生包擠出機2，用于通過生包擠壓頭將未經(jīng)發(fā)酵的面團按照所需的生包大小規(guī)格擠出；

生包傳輸機1，用于通過傳送帶將擠出的生包步進式往前輸送；

視覺子系統(tǒng)，用于監(jiān)測傳送帶上的來料，當(dāng)生包進入到分揀機械手的工作空間內(nèi)時，將來料信號發(fā)送至控制子系統(tǒng)；

控制子系統(tǒng)，用于當(dāng)接收到來料信號時驅(qū)動機器人去跟隨抓取生包；

機器人，用于通過快速分揀機械手4末端的柔性伺服手爪5去跟隨抓取生包；手爪5按照設(shè)定的擺放要求，將生包陣列式擺入存料托盤9中；

存料托盤9，用于陣列式存放機器人跟隨抓取的生包，存料托盤9為一矩形的盛料容器；

夾緊氣缸10，用于側(cè)向夾緊固定存料托盤9；

氣缸控制器，用于每擺放一行生包時控制夾緊氣缸10帶著存料托盤9沿著傳輸方向移動步進距離L，當(dāng)存料托盤9裝滿時，控制夾緊氣缸10松開，并返回初始零位，夾緊下一個存料托盤9；夾緊氣缸10的移動依靠氣缸控制器上的電機帶動同步帶8向前步進式移動，夾緊氣缸10與同步帶8通過壓塊夾緊固定。

托盤輸送機6，用于將裝滿的存料托盤輸9送至回收工位；

傳感器，用于掃描回收工位上的存料托盤9，當(dāng)存料托盤9進入到回收工位上時，將掃描信號發(fā)生至提示器；

提示器，用于當(dāng)接收到掃描信號時提示工人收料。

如圖4所示，所述控制子系統(tǒng)包括雙核處理器，雙核處理器分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器、脈沖發(fā)生模塊、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與上位機連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動器、模擬量指令伺服驅(qū)動器、機器人、編碼器連接；

所述雙核處理器采用F28M36P63C2，雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間通過IPC進行數(shù)據(jù)通訊；第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器，ARM處理器用于負責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制。

所述上位機用于用戶操作選擇控制子系統(tǒng)的控制方式，控制方式包括網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，方便用戶實時切換控制方式，控制方式比較靈活，可采用多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，通用性比較強。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機；所述脈沖發(fā)生模塊用于根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令；所述脈沖指令驅(qū)動器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機；所述DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令；電路采用DAC8871芯片實現(xiàn)±10V模擬量電壓的產(chǎn)生；所述模擬量指令伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機；根據(jù)控制方式選擇可適用于多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式時，網(wǎng)絡(luò)通訊電路單元有效，當(dāng)采用脈沖指令控制方式時，脈沖發(fā)生電路單元有效，當(dāng)采用模擬量控制方式時，DAC電路使能有效。

所述伺服電機用于驅(qū)動機器人做出相應(yīng)的機械動作。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于實現(xiàn)上位機與控制子系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，采用EtherNET總線方式，實現(xiàn)上位機與機器人控制子系統(tǒng)子節(jié)點高效通訊或者控制子系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的通訊，EtherNet通訊端口電路采用LAN8710和H1102網(wǎng)口變壓器實現(xiàn)。

所述監(jiān)控模塊用于檢測控制子系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流。

所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控模塊檢測的各種參數(shù)。

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。安裝在機器人伺服電機上的正交編碼器實時將伺服電機上的運行參數(shù)反饋到控制子系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

本發(fā)明采用ARM+DSP控制策略，取代傳統(tǒng)方式中工業(yè)計算機PC+運動控制卡+伺服驅(qū)動器+伺服電機控制方式，ARM負責(zé)機器人的運動規(guī)劃以及軌跡規(guī)劃，DSP處理器則負責(zé)機器人的動力學(xué)以及運動學(xué)運算，充分利用了DSP強大的運算能力以及ARM的外圍控制能力。這樣的功能分配能有效的降低主控芯片的開銷，將更多的資源用于控制子系統(tǒng)安全性和精確的控制，性價比可大幅度提高。

本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式可供用戶選擇，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，方便用戶實時切換控制方法，通用性比較強。

控制子系統(tǒng)的工作流程如下：

用戶首先通過上位機選擇控制子系統(tǒng)的控制方式，控制方式可選擇網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實現(xiàn)上位機與控制子系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，雙核處理器F28M36P63C2包括ARM處理器、DSP處理器，ARM處理器與DSP處理器之間通過IPC可進行數(shù)據(jù)通訊，ARM處理器用于負責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制，當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式時，網(wǎng)絡(luò)通訊電路單元有效，雙核處理器通過EtherNET總線方式將信號發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器，網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作；當(dāng)選擇脈沖指令控制方式時，脈沖發(fā)生電路單元有效，雙核處理器發(fā)出脈沖發(fā)生指令到脈沖發(fā)生模塊，脈沖發(fā)生模塊根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令，脈沖指令伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作；當(dāng)選擇模擬量指令控制方式時，DAC電路使能有效，雙核處理器發(fā)出數(shù)字指令到DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令，模擬量指令伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作，監(jiān)控模塊用于檢測控制子系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流，數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控模塊檢測的各種參數(shù)，編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

所述控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的串口模塊，所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現(xiàn)控制子系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

所述控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示反映控制子系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述控制子系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴展IO模塊，所述擴展IO模塊用于控制子系統(tǒng)與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析或交換。

如圖5所示，基于機器人的包子分裝線系統(tǒng)的工作流程如下：

先通過傳感器檢測生包輸出線是否啟動，再通過視覺子系統(tǒng)跟蹤掃描生包的位置，當(dāng)生包落入分揀區(qū)域內(nèi)，控制分揀機器人去抓取生包放入存料托盤中，每擺放一排，存料托盤就被夾緊氣缸向前送入一個距離L接著下一行的擺放，當(dāng)系統(tǒng)檢測存料托盤已經(jīng)擺滿，則提示收料，機器人將來料擺入第二個空的存料托盤中。由于每個時刻總有兩個存料托盤在機器人的工作空間內(nèi)，在這個銜接過程中不會發(fā)生分揀等待或者中斷的情況。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)、本發(fā)明采用DELTA機器人作為分揀執(zhí)行，分揀效率高，柔性化程度也較高，配合底部托盤的自動進給傳輸線可以使效率極大提高釋放工人的勞動力；

2)、柔性化程度高，可以根據(jù)所抓取的生包的規(guī)格尺寸，快速調(diào)整末端執(zhí)行器上的分揀手爪的開合尺寸適應(yīng)分揀任務(wù)要求；

3)、本發(fā)明采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統(tǒng)動力學(xué)運算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制子系統(tǒng)，同時性價比大幅度提高；

4)、本發(fā)明采用EhtherNet可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換及組網(wǎng)；

5)、本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。