一种基于机器人的包子分装线系统的制作方法

本发明涉及嵌入式计算机控制技术领域，具体涉及一种基于机器人的包子分装线系统。

背景技术：

当前面点生产企业中包子生产线中的生包挤出成形阶段普遍采用工人进行生包分拣整理，采用工人分拣需要工人连续不停歇高速运作，并且无法避免人为因素对食品的安全、卫生、分装质量带来的影响，虽然当前存在相关自动化设备采用专用设备去进行包子的分拣工作，但是这种方式灵活性差，一旦遇到包子的形状规格调整时就无法适应新的规格的包子的分拣操作，且分拣速度较慢，无法适应高速的包子挤出线的生产需要。

现有技术存在如下缺点：

1)、采用专机的形式进行分拣操作，灵活性很差，不能随着产品的规格尺寸的变更而做快速的响应变换；

2)、分拣的速度较低，目前生包线的出料速度在100个/分钟，对于现有的分拣自动化设备较为受限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对当前面点生产企业中包子生产线中的生包挤出成形阶段出现的普遍采用工人进行生包分拣整理的工艺进行自动化改造，提出一种基于机器人的包子分装线系统，将工人从连续不停歇高速运作的生产线上解放出来的同时避免人为因素对食品的安全、卫生、分装质量带来的影响。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种基于机器人的包子分装线系统，包括：

生包挤出机，用于通过生包挤压头将未经发酵的面团按照所需的生包大小规格挤出；

生包传输机，用于通过传送带将挤出的生包步进式往前输送；

视觉子系统，用于监测传送带上的来料，当生包进入到分拣机械手的工作空间内时，将来料信号发送至控制子系统；

控制子系统，用于当接收到来料信号时驱动机器人去跟随抓取生包；

机器人，用于通过分拣机械手末端的柔性伺服手爪去跟随抓取生包；

存料托盘，用于阵列式存放机器人跟随抓取的生包；

夹紧气缸，用于侧向夹紧固定存料托盘；

气缸控制器，用于每摆放一行生包时控制夹紧气缸带着存料托盘沿着传输方向移动步进距离，当存料托盘装满时，控制夹紧气缸松开，并返回初始零位，夹紧下一个存料托盘；

托盘输送机，用于将装满的存料托盘输送至回收工位；

传感器，用于扫描回收工位上的存料托盘，当存料托盘进入到回收工位上时，将扫描信号发生至提示器；

提示器，用于当接收到扫描信号时提示工人收料。

进一步地，所述控制子系统，包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、机器人、编码器连接；

所述双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间进行数据通讯；

所述第一处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和外围控制；

所述第二处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制；

所述上位机用于用户操作选择控制子系统的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式；

所述网络通讯模块用于实现上位机与控制子系统子节点的高效通讯；

所述数据存储模块用于存储各种数据；

所述监控模块用于检测控制子系统的温度、电压以及电流；

所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；

所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；

所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；

所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；

所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；

所述伺服电机用于驱动机器人做出相应的机械动作；

所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。

进一步地，所述第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器。

进一步地，所述网络通讯模块通过以太网实现上位机与控制子系统子节点的高效通讯，所述网络通讯伺服驱动器根据接收的以太网信号驱动伺服电机。

进一步地，所述机器人控制子系统还包括与双核处理器连接的串口模块，所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制子系统与外部设备相连接。

进一步地，所述机器人控制子系统还包括与双核处理器连接的显示模块，所述显示模块用于显示反映控制子系统的状态数据。

进一步地，所述机器人控制子系统还包括与双核处理器连接的扩展IO模块，所述扩展IO模块用于控制子系统与外部设备进行数据分析或交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、本发明采用DELTA机器人作为分拣执行，分拣效率高，柔性化程度也较高，配合底部托盘的自动进给传输线可以使效率极大提高释放工人的劳动力；

2)、柔性化程度高，可以根据所抓取的生包的规格尺寸，快速调整末端执行器上的分拣手爪的开合尺寸适应分拣任务要求；

3)、本发明采用ARM作为外围控制及检测，DSP完成系统动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制子系统，同时性价比大幅度提高；

4)、本发明采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；

5)、本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基于机器人的包子分装线系统的结构示意图；

图2是本发明基于机器人的包子分装线系统的机械结构图；

图3为图2的俯视图；

图4是本发明控制子系统的结构示意图；

图5为本发明基于机器人的包子分装线系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-3所示，本发明提供一种基于机器人的包子分装线系统，包括：

生包挤出机2，用于通过生包挤压头将未经发酵的面团按照所需的生包大小规格挤出；

生包传输机1，用于通过传送带将挤出的生包步进式往前输送；

视觉子系统，用于监测传送带上的来料，当生包进入到分拣机械手的工作空间内时，将来料信号发送至控制子系统；

控制子系统，用于当接收到来料信号时驱动机器人去跟随抓取生包；

机器人，用于通过快速分拣机械手4末端的柔性伺服手爪5去跟随抓取生包；手爪5按照设定的摆放要求，将生包阵列式摆入存料托盘9中；

存料托盘9，用于阵列式存放机器人跟随抓取的生包，存料托盘9为一矩形的盛料容器；

夹紧气缸10，用于侧向夹紧固定存料托盘9；

气缸控制器，用于每摆放一行生包时控制夹紧气缸10带着存料托盘9沿着传输方向移动步进距离L，当存料托盘9装满时，控制夹紧气缸10松开，并返回初始零位，夹紧下一个存料托盘9；夹紧气缸10的移动依靠气缸控制器上的电机带动同步带8向前步进式移动，夹紧气缸10与同步带8通过压块夹紧固定。

托盘输送机6，用于将装满的存料托盘输9送至回收工位；

传感器，用于扫描回收工位上的存料托盘9，当存料托盘9进入到回收工位上时，将扫描信号发生至提示器；

提示器，用于当接收到扫描信号时提示工人收料。

如图4所示，所述控制子系统包括双核处理器，双核处理器分别与网络通讯模块、数据存储模块、监控模块、网络通讯伺服驱动器、脉冲发生模块、DAC数模转换模块连接；网络通讯模块与上位机连接；脉冲发生模块与脉冲指令伺服驱动器连接；DAC数模转换模块与模拟量指令伺服驱动器连接；网络通讯伺服驱动器与伺服电机连接；伺服电机还分别与脉冲指令伺服驱动器、模拟量指令伺服驱动器、机器人、编码器连接；

所述双核处理器采用F28M36P63C2，双核处理器包括第一处理器、第二处理器；第一处理器与第二处理器之间通过IPC进行数据通讯；第一处理器为ARM处理器，第二处理器为DSP处理器，ARM处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和外围控制，DSP处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制。

所述上位机用于用户操作选择控制子系统的控制方式，控制方式包括网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，方便用户实时切换控制方式，控制方式比较灵活，可采用多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，通用性比较强。

所述网络通讯伺服驱动器用于根据接收的网络信号驱动伺服电机；所述脉冲发生模块用于根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令；所述脉冲指令驱动器用于根据接收的脉冲指令驱动伺服电机；所述DAC数模转换模块用于将接收的数字指令转变模拟量指令；电路采用DAC8871芯片实现±10V模拟量电压的产生；所述模拟量指令伺服驱动器用于根据接收的模拟量指令驱动伺服电机；根据控制方式选择可适用于多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，当采用网络通讯方式时，网络通讯电路单元有效，当采用脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，当采用模拟量控制方式时，DAC电路使能有效。

所述伺服电机用于驱动机器人做出相应的机械动作。

所述网络通讯模块用于实现上位机与控制子系统子节点的高效通讯，采用EtherNET总线方式，实现上位机与机器人控制子系统子节点高效通讯或者控制子系统与伺服系统的通讯，EtherNet通讯端口电路采用LAN8710和H1102网口变压器实现。

所述监控模块用于检测控制子系统的温度、电压以及电流。

所述数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数。

所述编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。安装在机器人伺服电机上的正交编码器实时将伺服电机上的运行参数反馈到控制子系统，实现闭环运算。

本发明采用ARM+DSP控制策略，取代传统方式中工业计算机PC+运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机控制方式，ARM负责机器人的运动规划以及轨迹规划，DSP处理器则负责机器人的动力学以及运动学运算，充分利用了DSP强大的运算能力以及ARM的外围控制能力。这样的功能分配能有效的降低主控芯片的开销，将更多的资源用于控制子系统安全性和精确的控制，性价比可大幅度提高。

本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式可供用户选择，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机，方便用户实时切换控制方法，通用性比较强。

控制子系统的工作流程如下：

用户首先通过上位机选择控制子系统的控制方式，控制方式可选择网络通讯控制方式、脉冲指令控制方式、模拟量指令控制方式，网络通讯模块实现上位机与控制子系统子节点的高效通讯，双核处理器F28M36P63C2包括ARM处理器、DSP处理器，ARM处理器与DSP处理器之间通过IPC可进行数据通讯，ARM处理器用于负责机器人的运动规划、轨迹规划和外围控制，DSP处理器用于负责机器人的动力学及运动学运算和闭环控制，当选择网络通讯控制方式时，网络通讯电路单元有效，双核处理器通过EtherNET总线方式将信号发送至网络通讯伺服驱动器，网络通讯伺服驱动器根据接收的网络信号驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作；当选择脉冲指令控制方式时，脉冲发生电路单元有效，双核处理器发出脉冲发生指令到脉冲发生模块，脉冲发生模块根据接收的脉冲发生指令发出相应的脉冲指令，脉冲指令伺服驱动器根据接收的脉冲指令驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作；当选择模拟量指令控制方式时，DAC电路使能有效，双核处理器发出数字指令到DAC数模转换模块，DAC数模转换模块将接收的数字指令转变模拟量指令，模拟量指令伺服驱动器根据接收的模拟量指令驱动伺服电机带动机器人做出相应的机械动作，监控模块用于检测控制子系统的温度、电压以及电流，数据存储模块用于存储各种数据，包括监控模块检测的各种参数，编码器用于采集伺服电机上的运行参数实时反馈到双核处理器，实现闭环运算。

所述控制子系统还包括与双核处理器连接的串口模块，所述串口模块用于采用串行通信方式的扩展接口实现控制子系统与外部设备相连接。

所述控制子系统还包括与双核处理器连接的显示模块，所述显示模块用于显示反映控制子系统的状态数据。

所述控制子系统还包括与双核处理器连接的扩展IO模块，所述扩展IO模块用于控制子系统与外部设备进行数据分析或交换。

如图5所示，基于机器人的包子分装线系统的工作流程如下：

先通过传感器检测生包输出线是否启动，再通过视觉子系统跟踪扫描生包的位置，当生包落入分拣区域内，控制分拣机器人去抓取生包放入存料托盘中，每摆放一排，存料托盘就被夹紧气缸向前送入一个距离L接着下一行的摆放，当系统检测存料托盘已经摆满，则提示收料，机器人将来料摆入第二个空的存料托盘中。由于每个时刻总有两个存料托盘在机器人的工作空间内，在这个衔接过程中不会发生分拣等待或者中断的情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、本发明采用DELTA机器人作为分拣执行，分拣效率高，柔性化程度也较高，配合底部托盘的自动进给传输线可以使效率极大提高释放工人的劳动力；

2)、柔性化程度高，可以根据所抓取的生包的规格尺寸，快速调整末端执行器上的分拣手爪的开合尺寸适应分拣任务要求；

3)、本发明采用ARM作为外围控制及检测，DSP完成系统动力学运算，充分利用了各自的优势，精简了控制子系统，同时性价比大幅度提高；

4)、本发明采用EhtherNet可实现高速数据交换及组网；

5)、本发明具备EtherNet和脉冲模拟量控制方式以供选择，控制方式比较自由灵活，可适应多种控制方式的伺服驱动器及伺服电机。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。