本實(shí)用新型涉及到自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種釀酒上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)一直都是酒類消費(fèi)大國(guó)，白酒，啤酒，飲料等在居民的日常消費(fèi)中占了很大比重，因此，全國(guó)各地酒廠林立，日夜不停地釀酒，以保證居民的消費(fèi)需求。全國(guó)有許多有名的酒類，如國(guó)酒茅臺(tái)，勁酒，四川瀘州老窖等?？v觀全國(guó)各地的各大酒廠，絕大多數(shù)仍然采用許多年前的傳統(tǒng)釀酒工藝，釀出的酒品質(zhì)很好，但是絕大多數(shù)的酒廠在生產(chǎn)中仍然采用人工上料的方式：有的酒廠工人用鐵鍬一次次的頻繁向鍋內(nèi)撒料，自動(dòng)化程度非常的低；有的酒廠雖然實(shí)現(xiàn)機(jī)器上料，但平整度沒法保證，需要人工在旁邊不斷調(diào)整。這些都屬于機(jī)械式的重復(fù)勞動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，每個(gè)酒廠有很多車間，每天有很多鍋要生產(chǎn)，工廠需要雇傭很多工人，不僅人力成本非常的高，而且生產(chǎn)效率沒法保證。很多酒廠車間設(shè)備陳舊，酒甑架在很高的臺(tái)子上，空間狹小，工作環(huán)境較差，操作既麻煩又危險(xiǎn)。在當(dāng)今國(guó)人對(duì)酒類的消費(fèi)需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)酒的品質(zhì)要求越來越高的現(xiàn)狀下，如何降低生產(chǎn)成本，人力成本，改善生產(chǎn)環(huán)境，提升自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率，成為各大酒廠亟待解決的問題。

在科技發(fā)達(dá)與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)需求，利用機(jī)器人自動(dòng)上甑的方式成為了各大酒廠不約而同的選擇。目前的國(guó)際趨勢(shì)是采用基于機(jī)器視覺的檢測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用圖像處理、分析及識(shí)別技術(shù)判斷上料過程中料面的溫度，再結(jié)合人工生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，利用上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，控制上料的位置，出料量大小，以滿足上料過程中對(duì)蒸汽量大小及平整度的要求，最重要的是滿足對(duì)生產(chǎn)工藝的要求，保證生產(chǎn)酒的品質(zhì)與產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型是針對(duì)目前釀酒行業(yè)基本全人工上甑所存在的工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高，效率低下，品質(zhì)得不到保證等問題，提出了一種釀酒上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)裝置，該裝置自動(dòng)化程度高，檢測(cè)可靠。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：

一種釀酒上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，包括輸送裝置，下料引導(dǎo)裝置，出料裝置，雙目紅外相機(jī)構(gòu)成的拍攝跟蹤機(jī)構(gòu)，圖像處理與控制單元。

所述輸送裝置包括儲(chǔ)料斗，提升輸送傳送帶，水平輸送傳送帶，其中，儲(chǔ)料斗與提升輸送傳送帶與水平輸送傳送帶依次無縫連接，實(shí)現(xiàn)將蒸酒用料輸送到高臺(tái)下料引導(dǎo)裝置處。

所述下料引導(dǎo)裝置包含兩個(gè)水平相連的、內(nèi)含絞龍的機(jī)械臂，即L1臂與L2臂，以及一個(gè)豎直的、可繞中心軸360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂L3臂，上有電機(jī)控制，用于將料引導(dǎo)輸送至出料裝置處。

所述出料裝置包括在豎直機(jī)械臂L3下方與其相連的水平傳送帶，可隨L3一起轉(zhuǎn)動(dòng)，上連有控制電機(jī)，用于將料水平拋出到鍋內(nèi)，完成上料。

所述拍攝跟蹤機(jī)構(gòu)包括與L2臂相互垂直、對(duì)稱安裝于L2末端的兩個(gè)紅外相機(jī)，與機(jī)械臂同時(shí)移動(dòng)，配合完成對(duì)鍋內(nèi)料面的拍攝。

所述圖像處理與控制單元的主控制器為工控機(jī)和PLC處理器。PLC處理器負(fù)責(zé)電氣部分的底層控制，包括控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、接收觸發(fā)相機(jī)拍照和超聲波測(cè)距反饋信號(hào)和伺服驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)等。

所述圖像處理單元是將拍攝機(jī)構(gòu)通過通信網(wǎng)線與交換機(jī)相連，交換機(jī)一端與工控機(jī)相連，另一端與PLC處理器相連。另外，為方便修改參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察上料情況，在配電柜上增加了顯示器。

作為改進(jìn)，還包括在兩個(gè)紅外相機(jī)外面加的密封保護(hù)殼，用于適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)的高溫高濕環(huán)境。

作為改進(jìn)，為避免出料裝置上方的電機(jī)工作時(shí)溫度升高對(duì)拍攝跟蹤機(jī)構(gòu)探測(cè)溫度及撒料精度的影響，算法中對(duì)出料裝置的矩形區(qū)域做了屏蔽處理，即拍攝跟蹤機(jī)構(gòu)不探測(cè)該范圍內(nèi)的溫度。

作為改進(jìn)，為保證蓬松度，提高出酒率，本引導(dǎo)裝置還通過L3臂下方的水平傳送帶以一定速度輸出料，在相機(jī)支架上安裝了超聲波測(cè)距儀，使得出料口與料面的距離基本保持不變，從而保證了蓬松度，提高了出酒率。

整個(gè)系統(tǒng)是通過圖像處理與控制單元、PLC處理器以及伺服電機(jī)相互配合控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)撒料，以完成蒸酒過程的上料工作。

本實(shí)用新型所具有的有益效果為：

與人工上甑相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在：

(1)本實(shí)用新型引導(dǎo)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、由儲(chǔ)料斗經(jīng)輸送帶到出料口實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定無縫傳輸，基本避免了人工的重復(fù)機(jī)械式高強(qiáng)度勞動(dòng)；

(2)本實(shí)用新型引導(dǎo)裝置通過兩個(gè)紅外相機(jī)對(duì)整個(gè)鍋內(nèi)料面溫度的實(shí)時(shí)探測(cè)跟蹤，通過判斷溫度較高的熱點(diǎn)并做標(biāo)記，從而定位熱點(diǎn)在鍋中的實(shí)際坐標(biāo)，同時(shí)控制機(jī)械臂移動(dòng)到該坐標(biāo)并準(zhǔn)確出料，避免了上甑中因冒氣而引起的酒蒸氣流失及經(jīng)濟(jì)損失，上甑平整度好，自動(dòng)化程度高；

(3)本實(shí)用新型引導(dǎo)裝置與傳統(tǒng)裝置的不同在于：傳統(tǒng)裝置的出料都是熱點(diǎn)在哪個(gè)位置，出料就在其正上方很高的位置直接掉落，使得料面蓬松度降低，蒸汽不能充分滲透到酒醅之內(nèi)，嚴(yán)重影響出酒率。而本視覺引導(dǎo)裝置是通過L3臂下方的水平傳送帶以一定速度輸出，沿著一定的拋物線路徑撒出，且出料口與料面的距離基本保持不變，從而保證了蓬松度，提高了出酒率；

(4)本實(shí)用新型引導(dǎo)裝置可根據(jù)各個(gè)釀酒工藝的不同需求，調(diào)節(jié)溫度參數(shù)，在不同環(huán)境中設(shè)置不同的溫度閾值，改變?nèi)隽系臅r(shí)間，以適應(yīng)不同環(huán)境溫度，濕度時(shí)的上料狀況，能廣泛適用于國(guó)內(nèi)白酒生產(chǎn)的上甑過程需要。

綜上所述，本實(shí)用新型所述的上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)采用根據(jù)鍋內(nèi)料面溫度高低判斷撒料位置的方式，當(dāng)溫度高于某一值時(shí)判斷為熱點(diǎn)，即冒氣點(diǎn)，然后立刻去撒料覆蓋，避免了溫度過高酒氣外露造成浪費(fèi)。滿足釀造工藝要求的同時(shí)能保證產(chǎn)品質(zhì)量，自動(dòng)化程度高，能夠取代人工上料，普遍適應(yīng)于蒸餾式白酒釀造工藝。

附圖說明：

圖1為本實(shí)用新型提供的一種上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型提供的圖像處理與控制單元的原理圖。

圖3為本實(shí)用新型的運(yùn)行流程圖。

具體實(shí)施方式：

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施實(shí)例1:

如圖1所示為本實(shí)用新型提供的一種上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，它包括輸送裝置，下料引導(dǎo)裝置，出料裝置，雙目紅外相機(jī)構(gòu)成的拍攝跟蹤機(jī)構(gòu)，圖像處理與控制單元。

圖中標(biāo)號(hào)說明：1-儲(chǔ)料斗，2-提升輸送帶與水平輸送帶，3-下料斗，4-機(jī)械臂L1，5-機(jī)械臂L2，6-機(jī)械臂L3，7-出料裝置，8-兩個(gè)對(duì)稱安裝的紅外相機(jī)，9-超聲波測(cè)距儀，10-機(jī)械臂引導(dǎo)電機(jī)，11-出料輸送電機(jī)，12-機(jī)器人底座與支撐柱，13-鍋體。

如圖2所示，本視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理為：先將釀酒所需用料倒在儲(chǔ)料斗中，通過PLC控制伺服電機(jī)啟動(dòng)輸送裝置傳送帶，將料沿著輸送裝置送到下料引導(dǎo)裝置機(jī)械臂L1，L2中，兩個(gè)機(jī)械臂都有螺旋絞龍，由伺服電機(jī)引導(dǎo)輸送至豎直機(jī)械臂L3，L3可繞軸360度旋轉(zhuǎn)，L3下方為由水平傳送帶組成的出料裝置，可以緩沖料從高處降落帶來的慣性，同時(shí)可使料沿著水平方向拋出，提高蓬松度。開始的時(shí)候，會(huì)有一個(gè)以螺旋方式撒料的過程，在整個(gè)鍋內(nèi)平鋪一層料。拍攝機(jī)構(gòu)以每秒20幀左右的速率獲取圖像，同時(shí)依據(jù)紅外原理將所探測(cè)的料面溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的灰度值，即當(dāng)前圖像在某一處的灰度值即對(duì)應(yīng)著在該處有相應(yīng)的溫度值。蒸酒過程會(huì)打開蒸汽，滲透到料中，在高溫高壓環(huán)境下將糧食中的酒精蒸出并冷凝液化，最后將酒接到儲(chǔ)酒桶中。依據(jù)釀酒工藝經(jīng)驗(yàn)與要求，不能讓酒氣冒出，工藝中當(dāng)酒氣冒出或即將冒出時(shí)溫度會(huì)明顯高于正常料面溫度值。因此，本視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的圖像處理單元會(huì)設(shè)置一個(gè)溫度閾值，當(dāng)溫度高于此閾值的時(shí)候即判斷為該處有熱點(diǎn)，即酒氣已經(jīng)冒出或者即將冒出。同時(shí)，圖像坐標(biāo)與實(shí)際物理坐標(biāo)之間有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖像處理單元會(huì)把圖像中是熱點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為熱點(diǎn)在鍋內(nèi)料面的實(shí)際坐標(biāo)，并將此坐標(biāo)傳給PLC處理器，通過伺服電機(jī)控制機(jī)械臂L3旋轉(zhuǎn)，將出料裝置的出料口對(duì)準(zhǔn)熱點(diǎn)方向，同時(shí)控制機(jī)械臂L1、L2使出料口運(yùn)動(dòng)到該位置附近，通過傳送帶將料水平拋出，覆蓋住熱點(diǎn)的位置，使此處不會(huì)冒氣。支架上安裝有超聲波測(cè)距儀，機(jī)械臂L1、L2、L3會(huì)同時(shí)隨著料面的高度升高而升高，保持相機(jī)高度與出料口高度與料面的垂直距離保持不變。同時(shí)在上料的過程中，蒸汽在滲透過程中的高度是大致水平上升的，若蒸汽大小適當(dāng)，熱點(diǎn)會(huì)隔很小一段時(shí)間依次在整個(gè)鍋面出現(xiàn)，這樣，一個(gè)循環(huán)過后，撒料基本能夠覆蓋到整個(gè)鍋面，保證上料平整度。

如圖3為本實(shí)用新型的詳細(xì)運(yùn)行過程：

（1）攝像機(jī)，超聲波測(cè)距儀，伺服電機(jī)，PLC，工控機(jī)等裝置通電，打開視覺引導(dǎo)系統(tǒng)軟件界面與機(jī)器人操作控制界面；

（2）將機(jī)械臂L2的末端復(fù)位移動(dòng)到鍋的中心位置正上方，進(jìn)入螺旋撒料模式，在鍋底先平鋪一層料；

（3）打開蒸汽，進(jìn)入探氣壓氣模式，當(dāng)紅外相機(jī)探測(cè)的料面溫度高于設(shè)定的閾值（如30攝氏度）時(shí)，即判定為該位置處有熱點(diǎn)，并用小紅點(diǎn)標(biāo)記該處位置的圖像坐標(biāo)，圖像處理單元會(huì)將熱點(diǎn)的圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為其在鍋內(nèi)熱點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)，并通過工控機(jī)經(jīng)交換機(jī)傳給PLC處理器；

（4）接收到坐標(biāo)信息后，PLC處理器會(huì)控制伺服電機(jī)將機(jī)械臂L3旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度，使出料口對(duì)準(zhǔn)熱點(diǎn)方向，并同時(shí)通過移動(dòng)機(jī)械臂L1、L2將出料口移動(dòng)到熱點(diǎn)位置附近（出料口與熱點(diǎn)之間的水平距離根據(jù)出料口與料面的垂直距離以及傳送帶設(shè)定的出料速度計(jì)算得出），啟動(dòng)出料裝置的傳送帶，將料沿著指定的方向水平拋出，覆蓋住熱點(diǎn)，使其不冒氣；

（5）當(dāng)整個(gè)鍋內(nèi)料面溫度都低于設(shè)定溫度閾值時(shí)，機(jī)械臂會(huì)在水平方向沿鍋直徑方向來回巡視，以搜索熱點(diǎn)，直至下一個(gè)熱點(diǎn)出現(xiàn)，重復(fù)3-4的過程；

（6）上料中重復(fù)探氣壓氣模式，連續(xù)覆蓋熱點(diǎn)，直至料面高度與鍋上邊沿持平時(shí)，停止運(yùn)作機(jī)械臂，完成上料工作。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種上甑機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本實(shí)用新型中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施個(gè)例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。