基于机器视觉的家禽净膛机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种家禽屠宰设备，尤其是涉及一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统。该机器人系统，包括禽体运送装置、机器视觉装置、计算机、电气控制柜、双直角坐标式机械臂、禽体夹持装置和净膛末端执行器；采用机器视觉装置在线采集家禽胴体外形轮廓图像与膛口图像，通过图像处理技术计算出家禽外形轮廓质心坐标与膛口中心坐标，将坐标信息实时传输到计算机中，计算机根据坐标信息实时控制双直角坐标式机械臂上相应机械臂的动作，准确完成净膛工作，有效保证净膛后内脏的完整性；计算机能够根据机器视觉装置采集到坐标信息对相应步进电机进行有效控制，实现在线净膛；禽体夹持装置能够根据禽体大小体型调整夹持空间。

A robot system based on machine vision

The present invention relates to a poultry slaughtering equipment, in particular to a poultry - chamber robot system based on machine vision. The robot system, including bird body carrying apparatus, machine vision device, computer, electric control cabinet, double rectangular coordinate manipulator, bird body clamping actuator and eviscerated end; using machine vision device online collection of poultry carcasses contour image and muzzle image, using the image processing technology to calculate the contour of fowls the centroid coordinates and the coordinates of the center bore, the coordinate information real-time transmission to the computer, the computer according to the coordinate information of real-time control of double rectangular coordinate type manipulator corresponding mechanical arm action, complete the eviscerated work accurately and effectively guarantee the integrity of the eviscerated visceral; computer machine vision device according to the collected information on the corresponding coordinates stepper motor control, the realization of online net chamber; bird holding device according to the avian body size shape adjustment of holding space.

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的家禽净膛机器人系统
本专利技术涉及一种家禽屠宰设备，尤其是涉及一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统。
技术介绍
禽肉是千家万户日常生活中必不可少的主要食品。在国内城市逐步取消活禽交易市场后，家禽集中屠宰已是大势所趋。大型家禽屠宰加工企业主要采用全自动化联合作业和人工辅助流水线作业两种生产方式进行家禽集中屠宰及后续加工，由于国内家禽屠宰加工的规模及加工工艺的限制，大多数中小型企业仍采用人工辅助流水线的工作方式，而此方式存在劳动强度大、工作效率低、作业环境差等问题。家禽屠宰加工是一个系统工程，工序之间高度关联，其加工工序大致分为：活禽装卸，宰杀沥血、浸烫脱毛、掏膛、内脏及副产品加工、预冷、分割包装、速冻、换装冷藏等工艺区段。其中掏膛工序是家禽屠宰加工工艺重要工序之一，也是最难实现机械化和自动化的一道工序。如专利CN201846725U与CN202999192U分别公开了“一种禽类自动取内脏机”与“一种家禽自动掏膛机”。它们基本上实现了自动取内脏的功能，但对家禽个体大小一致性要求较高，当家禽体型大小有较大差别时，完成掏膛工作后，内脏破损率、内脏残留率以及掏膛失误率会有较为显著的变化，需后续人工再加工，无法完全满足国内家禽屠宰净膛工作的生产需求。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种结构紧凑、抓取灵活的基于机器视觉的家禽净膛机器人系统，该机器人系统，掏膛定位准确、对家禽体型大小一致性要求较低，且自动化程度高的特点，能保证净膛后内脏的完整性。本专利技术采用的技术方案是：一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统，其特征在于：包括用于悬挂输送家禽胴体的禽体运送装置和用于采集禽体图像坐标的机器视觉装置，及计算机、电气控制柜和双直角坐标式机械臂，以及设置在双直角坐标式机械臂上的禽体夹持装置和净膛末端执行器；所述双直角坐标式机械臂包括机械臂支架、设置在机械臂支架上部横向运动的第一机械臂和设置在第一机械臂上纵向运动的第三机械臂，及设置在机械臂支架下部横向运动的第二机械臂和设置在第二机械臂上纵向运动的第四机械臂，以及设置在第四机械臂上竖直运动的第五机械臂；所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和第五机械臂的运动或启停均通过计算机和电气控制柜控制，所述禽体夹持装置设置在第三机械臂上，所述第三机械臂上设有用于检测禽体运送装置上禽体位置的接近开关，所述净膛末端执行器设置在第五机械臂上；所述净膛末端执行器包括净膛机械手、用于固定净膛机械手的固定装置、驱动净膛机械手指节弯曲的弯曲机构和驱动净膛机械手开合的分合机构，所述净膛机械手包括若干根手指，每根所述手指均包括依次设置的远指节、中指节、近指节和基座，所述远指节一端和中指节一端通过铰接轴铰接在一起，所述中指节另一端和近指节一端通过铰接轴铰接在一起，所述近指节另一端和基座一端通过铰接轴铰接在一起，所述基座的另一端与分合机构连接，所述铰接轴上均设有扭簧；所述分合机构安装在固定装置上，所述分合机构运动带动手指转动；所述弯曲机构运动带动远指节、中指节和近指节绕着对应的铰接轴转动弯曲。作为优选，所述禽体运送装置包括输送支架、环形设置输送支架上部的链条、均匀设置在链条上的若干挂钩和用于驱动链条运动固定安装在输送支架上的输送电机，所述输送支架上与挂钩相对位置处设有挂钩检测传感器，所述机械臂支架设置在输送支架内侧，所述挂钩与禽体夹持装置的位置相对应。作为优选，所述禽体夹持装置包括固定安装在第三机械臂上的底板、对称设置在底板上的两块夹板支架、分别铰接在夹板支架上的两块夹板和驱动夹板运动的气缸，所述气缸尾座通过铰座设置在底板上，所述气缸活塞杆铰接在夹板上，所述活塞杆运动带动两块夹板夹持或松开禽体。作为优选，所述输送支架上设有用于检测禽体输送速度的第一旋转编码器，所述机械臂支架上设有用于检测第一机械臂移动速度的第二选择编码器。作为优选，所述弯曲机构包括提供动力的步进电机、与步进电机输出轴连接的绕线轮和缠绕在绕线轮上的腱绳，所述腱绳一端缠绕在绕线轮上，另一端与远指节固定连接。作为优选，所述固定装置包括上固定板和与上固定板平行设置的下固定板，所述分合机构包括提供动力的舵机、与舵机输出轴连接的主动轴和与主动轴配合的从动轴，所述主动轴和从动轴均穿过上固定板和下固定板，且均通过轴承安装在上固定板和下固定板上，所述主动轴上设有主动齿轮，所述从动轴上设有与主动齿轮配合的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮设置在上固定板和下固定板之间，所述主动轴和从动轴上均设有与对应基座连接的上固定块和下固定块，所述上固定块设置在上固定板外侧，所述下固定块设置在下固定板外侧；所述下固定板外侧垂直设有与净膛设备连接的第五机械臂，所述舵机通过舵机支架固定在第五机械臂上。作为优选，所述机械手指包括三根手指，所述中间一根手指的基座与上固定板和下固定板固定连接，一侧一根所述手指的基座与主动轴上的上固定块和下固定块固定连接，另一侧一根所述手指的基座与从动轴上的上固定块和下固定块固定连接。作为优选，所述远指节、中指节、近指节和基座相邻连接面之间均设有向内凹陷的V型凹槽。作为优选，所述腱绳外套设有线管，所述线管穿过上固定块和下固定块固定在中指节、近指节和基座上。作为优选，所述舵机和步进电机外均设有防护罩，所述防护罩固定在舵机支架上，用于保护舵机和步进电机。本专利技术取得的有益效果是：采用机器视觉装置在线采集家禽胴体外形轮廓图像与膛口图像，通过图像处理技术计算出家禽外形轮廓质心坐标与膛口中心坐标，将坐标信息实时传输到计算机中，计算机根据坐标信息实时控制双直角坐标式机械臂上相应机械臂的动作，准确完成净膛工作，有效保证净膛后内脏的完整性；进行净膛工作时，悬挂于禽体运送装置的挂钩上的禽体一直往禽体输送方向运动，计算机能够根据机器视觉装置采集到坐标信息对相应步进电机进行有效控制，保证净膛工作能够在运动状态下进行，实现在线净膛；禽体夹持装置能够根据禽体大小体型调整夹持空间，对净膛工作的家禽对象一致性要求不高；净膛末端执行器保证手指能够在合拢状态下以较小的空间从家禽开肛膛口伸入家禽胴体，在分开状态下弯曲手指各关节，以较大的空间包裹家禽内脏并实现抓取动作。本专利技术结构合理，视觉定位准确，对净膛对象品种、大小、体型一致性要求低，且具有净膛率较高，内脏破损率较低，运行可靠，维护方便等特点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为禽体运送装置的结构示意图；图3为双直角坐标式机械臂的结构示意图；图4为禽体夹持装置的结构示意图；图5为禽体夹持装置夹紧时的状态图；图6为净膛末端执行器的结构示意图；图7为图6去掉防护罩后的侧视图；图8为图7中A处的局部放大图；图9为单根手指的结构示意图；图10为机械手指与弯曲机构的连接结构示意图；图11为分合机构结构示意图；图12为机械手指抓取时的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，本专利技术的一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统，包括禽体运送装置1、双直角坐标式机械臂2、禽体夹持装置3、净膛末端执行器4、机器视觉装置5、计算机6和电气控制柜7，禽体运送装置1用于悬挂输送家禽胴体，禽体夹持装置3和净膛末端执行器4均安装在双直角坐标式机械臂2上，双直角坐标式机械臂2设置在禽体运送装置1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统，其特征在于：包括用于悬挂输送家禽胴体的禽体运送装置(1)和用于采集禽体图像坐标的机器视觉装置(5)，及计算机(6)、电气控制柜(7)和双直角坐标式机械臂(2)，以及设置在双直角坐标式机械臂(2)上的禽体夹持装置(3)和净膛末端执行器(4)；所述双直角坐标式机械臂(2)包括机械臂支架(20)、设置在机械臂支架(20)上部横向运动的第一机械臂(21)和设置在第一机械臂(21)上纵向运动的第三机械臂(23)，及设置在机械臂支架(20)下部横向运动的第二机械臂(22)和设置在第二机械臂(22)上纵向运动的第四机械臂(24)，以及设置在第四机械臂(24)上竖直运动的第五机械臂(25)；所述第一机械臂(21)、第二机械臂(22)、第三机械臂(23)、第四机械臂(24)和第五机械臂(25)的运动或启停均通过计算机(6)和电气控制柜(7)控制，所述禽体夹持装置(3)设置在第三机械臂(23)上，所述第三机械臂(23)上设有用于检测禽体运送装置(1)上禽体位置的接近开关(26)，所述净膛末端执行器(4)设置在第五机械臂(25)上；所述净膛末端执行器(4)包括净膛机械手(41)、用于固定净膛机械手(41)的固定装置(42)、驱动净膛机械手(41)指节弯曲的弯曲机构(44)和驱动净膛机械手(41)开合的分合机构(43)，所述净膛机械手(41)包括若干根手指(411)，每根所述手指(411)均包括依次设置的远指节(4114)、中指节(4113)、近指节(4112)和基座(4111)，所述远指节(4114)一端和中指节(4113)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述中指节(4113)另一端和近指节(4112)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述近指节(4112)另一端和基座(4111)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述基座(4111)的另一端与分合机构(43)连接，所述铰接轴(4117)上均设有扭簧(4116)；所述分合机构(43)安装在固定装置(442)上，所述分合机构(43)运动带动手指(411)转动；所述弯曲机构(44)运动带动远指节(4114)、中指节(4113)和近指节(4112)绕着对应的铰接轴(4117)转动弯曲。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的家禽净膛机器人系统，其特征在于：包括用于悬挂输送家禽胴体的禽体运送装置(1)和用于采集禽体图像坐标的机器视觉装置(5)，及计算机(6)、电气控制柜(7)和双直角坐标式机械臂(2)，以及设置在双直角坐标式机械臂(2)上的禽体夹持装置(3)和净膛末端执行器(4)；所述双直角坐标式机械臂(2)包括机械臂支架(20)、设置在机械臂支架(20)上部横向运动的第一机械臂(21)和设置在第一机械臂(21)上纵向运动的第三机械臂(23)，及设置在机械臂支架(20)下部横向运动的第二机械臂(22)和设置在第二机械臂(22)上纵向运动的第四机械臂(24)，以及设置在第四机械臂(24)上竖直运动的第五机械臂(25)；所述第一机械臂(21)、第二机械臂(22)、第三机械臂(23)、第四机械臂(24)和第五机械臂(25)的运动或启停均通过计算机(6)和电气控制柜(7)控制，所述禽体夹持装置(3)设置在第三机械臂(23)上，所述第三机械臂(23)上设有用于检测禽体运送装置(1)上禽体位置的接近开关(26)，所述净膛末端执行器(4)设置在第五机械臂(25)上；所述净膛末端执行器(4)包括净膛机械手(41)、用于固定净膛机械手(41)的固定装置(42)、驱动净膛机械手(41)指节弯曲的弯曲机构(44)和驱动净膛机械手(41)开合的分合机构(43)，所述净膛机械手(41)包括若干根手指(411)，每根所述手指(411)均包括依次设置的远指节(4114)、中指节(4113)、近指节(4112)和基座(4111)，所述远指节(4114)一端和中指节(4113)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述中指节(4113)另一端和近指节(4112)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述近指节(4112)另一端和基座(4111)一端通过铰接轴(4117)铰接在一起，所述基座(4111)的另一端与分合机构(43)连接，所述铰接轴(4117)上均设有扭簧(4116)；所述分合机构(43)安装在固定装置(442)上，所述分合机构(43)运动带动手指(411)转动；所述弯曲机构(44)运动带动远指节(4114)、中指节(4113)和近指节(4112)绕着对应的铰接轴(4117)转动弯曲。2.根据权利要求1所述的家禽屠宰净膛机械手执行器，其特征在于：所述禽体运送装置(1)包括输送支架(11)、环形设置输送支架(11)上部的链条(12)、均匀设置在链条(12)上的若干挂钩(17)和用于驱动链条(12)运动固定安装在输送支架(11)上的输送电机(15)，所述输送支架(11)上与挂钩(17)相对位置处设有挂钩检测传感器(18)，所述机械臂支架(20)设置在输送支架(11)内侧，所述挂钩(17)与禽体夹持装置(3)的位置相对应。3.根据权利要求1或2所述的家禽屠宰净膛机械手执行器，其特征在于：所述禽体夹持装置(3)包括固定安装在第三机械臂(23)上的底板(31)、对称设置在底板(31)上的两块夹板支架(33)、分别铰接在夹板支架(33)上的两块夹板(34)和驱动夹板(34)运动的气缸(32)，所述气缸(32)尾座(321)通过铰座(36)设置在底板(31)上，所述气缸(32)活塞杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树才，陶凯，李航，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42