一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统及方法

技术特征：
1.一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统装置，机器人系统主要包括：糖液自动对接灌装机器人分系统(1)、自动叉车配送分系统(2)、立体库位缓存分系统(3)、糖液自动对接卸料机器人分系统(4)、料罐自动清洗机器人分系统(5)和主控调度系统，其特征在于，所述糖液自动对接灌装机器人分系统(1)设置有六个灌装工位，立体库位缓存分系统(3)设置有双层库位，料罐设置有可与机器人自动对接的罐塞(61)和罐盖(64)，料框内料上的信息，以通用编码器数据格式存储在立库管理系统中，主控调度系统与立库管理系统采用通用通信协议实现数据交换，自动叉车配送分系统(2)主控调度系统之间通过无线局域网连接，叉车在预设路径上自动导航配送，货叉设置有物料信息读取设备，非接触读取料框对应的编码信息，叉车为激光导航叉车，叉车四周有安全壁障传感器，货叉设置有rfid读卡器；所述糖液自动对接灌装机器人分系统(1)主要包括：视觉识别定位相机(17)、多关节机械臂(16)、末端夹爪(161)、自动称重地秤(11)、灌装管路(15)和管接头(151)，视觉识别定位相机(17)采用3d机器视觉相机，视觉相机固定安装在料框(12)的上方，相机视野范围覆盖全部料框(12)，通过3d视觉相机对料罐中的罐塞(61)和罐盖(64)的类型进行识别，获取罐塞(61)和罐盖(64)位置姿态，为多关节机械臂(16)作业提供位姿的信息输入；所述自动称重地秤(11)固定安装在灌装工位地面上，地秤底面架空高度大于自动叉车的货叉高度，地秤台面尺寸大于料框投影尺寸，称重范围大于料框、料罐及糖液重量总和，地秤设置有数据控制接口，地秤与料框接触面设置有rfid信息写入设备。2.根据权利要求1所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述料罐由罐体(60)、罐盖(64)和罐塞(61)组成，罐体(60)设置有一个灌装罐口(66)、一个卸料罐口(67)和两个暂存罐口(65)，末端夹爪(161)采用气动二指夹爪，气动电磁阀为编程可控，固定安装在多关节机械臂(16)的末端，二指夹爪的夹口与管接头(151)圆柱面形状匹配，罐塞(61)和罐盖(64)顶部设置有与末端夹爪(161)配合的夹持位，夹持位与管接头圆柱面形状相同，末端夹爪(161)可以实现对管接头(151)、罐塞(61)和罐盖(64)的夹持，罐塞(61)和罐盖(64)端面设置有软磁片(63)，罐口端面与软磁片(63)吸合密封，软磁片(63)同时具备密封的效果，罐体(60)底面和顶面设置为锥面，卸料罐口(67)直通连接吸料管(68)，吸料管(68)尾部弯曲至罐体(60)的锥底。3.根据权利要求2所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述罐体(60)外圆周设置有凸环(62)，与气动抱夹的夹持面凹槽配合，灌装管路(15)的一端连接糖液配制设备，另一端通过管接头(151)与料罐罐口(66)配合，罐口(66)与管接头(151)采用锥面定位，罐口端面由铁磁性材质制成，管接头(151)端面设置有电磁线圈(152)，控制电路设置有电流实时检测与分析模块，(152)线圈通断励磁为编程可控，管接头(151)颈部设置有卡槽，门架(14)上的固定工装(13)与卡槽对接定位。4.根据权利要求1所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述糖液自动对接卸料机器人分系统(4)主要包括：视觉识别定位相机(17)、多关节机械臂(16)、末端夹爪(161)、自动称重地秤(11)、卸料管路(41)和加压管路(42)，加压管接头、卸料管接头和灌装管接头采用相同的组成结构。5.根据权利要求1所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述料罐自动清洗机器人分系统(5)主要包括：视觉识别定位相机(17)、取盖机械臂(56)、取罐机械臂(50)、暂存工作台(52)、高压蒸汽清洗装置(53)、气流加热烘干装置(54)和气流
蒸汽发生器(51)，视觉识别定位相机(17)用于识别定位料罐，取盖机械臂(56)用于取罐盖(64)和罐塞(61)，取盖机械臂(56)和取罐机械臂(50)落地安装，取罐机械臂(50)末端安装有气动抱夹(55)，抱夹的夹持面与罐体(60)配合，夹持面设置有凹槽，且凹槽与罐体外圆周凸环(62)嵌入配合，高压蒸汽清洗装置(53)主要由伺服升降模组(534)、清洗伸缩管(532)、旋转喷头(531)和清洗支架(533)组成，清洗伸缩管(532)与伺服升降模组(534)连接，旋转喷头(531)安装清洗伸缩管(532)的末端，清洗支架(533)设置有积水盘，积水盘与清洗伸缩管(532)之间设计有滑动密封(536)。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：步骤一：生产管理系统根据生产工艺要求，发布糖液需求信息；步骤二：立体库位缓存分系统查询所需糖液信息；步骤三：若立体库位有所需糖液的缓存，则主控调度系统调度叉车到糖液库位；步骤四：叉车自动读取并核对料框标签信息，配送糖液至自动卸料工位；步骤五：若立体库位没有所需糖液的缓存，则立体库位缓存分系统查询空料罐料框库位信息；步骤六：主控调度系统调度叉车到空料罐料框库位；步骤七：叉车自动读取并核对料框标签信息，配送空料罐料框至自动灌装工位；步骤八：糖液自动对接灌装机器人分系统对糖液进行灌装；步骤九：灌装结束，主控调度系统调度叉车到灌装工位；步骤十：叉车自动读取并核对料框标签信息，配送糖液至自动卸料工位；步骤十一：糖液自动对接卸料机器人分系统对糖液进行卸料；步骤十二：卸料完成，主控调度系统调度叉车到卸料工位步骤十三：叉车自动读取并核对料框标签信息，判断料罐使用时间；步骤十四：若料罐使用时间超过设定值，则叉车配送至自动清洗工位；步骤十五：清洗完成，主控调度系统调度叉车到自动清洗工位；步骤十六：叉车自动读取并核对料框标签信息，配送回立体库位缓存分系统库位；步骤十七：若料罐使用时间未超过设定值，则叉车直接配送回立体库位缓存分系统库位。7.根据权利要求1-5任一项所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述糖液自动对接灌装机器人分系统的工作方法，分以下步骤：步骤一：rfid读取并核对料框标签信息，地秤读取空料罐料框重量并清零；步骤二：视觉相机对料罐料框拍照，识别灌装罐口的罐塞，定位罐塞的空间位姿，识别定位暂存罐口位置：步骤三：机械臂从初始折叠位置运动规划到罐塞位置；步骤四：机械臂未端夹爪夹持罐塞放置到暂存罐口位置；步骤五：机械臂未端夹爪从门架上固定工装位置夹取灌装管接头；步骤六：灌装管接头与灌装罐口对接到位；步骤七：灌装管接头电磁线圈得电，灌装罐口与管接头电磁吸合；步骤八：糖液通过灌装管路输送给料罐；
步骤九：根据流量和地秤重量数据判断灌装完成，并停止灌装；步骤十：机械臂未端夹爪夹取管接头，管接头电磁线圈失电；步骤十一：机械臂运动到门架上固定工装位置放回灌装管路管接头；步骤十二：机械臂从暂存罐口位置夹取罐塞，放回灌装罐口位置；步骤十三：机械臂运动回初始折叠位置；步骤十四：通过rfid设备写入状态信息到料框标签；步骤十五：灌装完成，向主控调度系统发送状态完成信息。8.根据权利要求1-5任一项所述的一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统，其特征在于，所述料罐自动清洗机器人分系统的工作方法，分以下步骤：步骤一：视觉相机对料罐料框拍照，识别罐塞、罐盖和罐体，并定位空间位姿；步骤二：取盖机械臂根据空间位姿，分别夹取罐塞和罐盖到暂存工作台；步骤三：取罐机械臂根据空间位姿，夹持罐体并从料框中取出；步骤四：取罐机械臂将罐体旋转至罐口朝下；步骤五：取罐机械臂将罐体移动至高压蒸汽清洗装置上方；步骤六：高压清洗装置启动，上下往复对罐内壁进行清洗；步骤七：取罐机械臂将罐体移动至气流加热烘干装置上方；步骤八：气流加热烘干装置启动，上下往复对罐内壁进行烘干；步骤九：取罐机械臂将罐体放回料框；步骤十：视觉相机对料罐料框拍照，识别罐口，并定位空间位姿；步骤十一：取盖机械臂从暂存工作台上夹取罐塞和罐盖放回罐口位置；步骤十二：通过rfid设备写入料框信息标签；步骤十三：清洗完成，向主控调度系统发送状态完成信息。

技术总结
本发明涉及食品生产自动化技术领域，提供了一种自动灌装、配送及清洗糖液的机器人系统及方法，机器人系统主要包括糖液自动对接灌装机器人分系统、自动叉车配送分系统、立体库位缓存分系统、糖液自动对接卸料机器人分系统、料罐自动清洗机器人分系统和主控调度系统。本发明采用机器人系统技术方案，实现了糖液从灌装、配送到清洗全流程的自动化，提高生产了生产效率；系统可替代糖液管道输送系统，简化了生产工艺，增强了生产柔性；系统更方便对接生产管理系统，实现工厂生产的智能制造。实现工厂生产的智能制造。实现工厂生产的智能制造。


技术研发人员：金力 凌六一 王成军 夏科睿 李小龙
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/11