本發(fā)明涉及家禽自動(dòng)取內(nèi)臟
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種掏膛機(jī)械手、臂以及方法。
背景技術(shù)：
：機(jī)械手是一種能夠模仿人的手操作，通過(guò)可重復(fù)的編程，來(lái)實(shí)現(xiàn)其在三維空間完成各種任務(wù)和作業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備，一般用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的輔助生產(chǎn)工具，能大大的降低人的勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。機(jī)械手一般由機(jī)械手機(jī)械本體、控制核心、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、傳感裝置等重要部分組成。機(jī)械手的分類方式有很多，一般可以按機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)、機(jī)械手的控制方式、機(jī)械手的信息輸入方式以及機(jī)械手在不同領(lǐng)域中的用途來(lái)分。其中最常用分類方法是根據(jù)機(jī)械手的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)分，機(jī)械手的機(jī)械部分之間的安裝方式有多種，基于配置的形式的不同，最常見的形式是通過(guò)其坐標(biāo)特性來(lái)表達(dá)的。按照機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式，可以將機(jī)械手分為關(guān)節(jié)型機(jī)械手和非關(guān)節(jié)型機(jī)械手，關(guān)節(jié)型機(jī)械手一般是由移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行不同形式的組合而組成的，不同的組合就決定了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和機(jī)械手在空間運(yùn)動(dòng)的范圍，一般可以分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、開鏈連桿式關(guān)節(jié)型。其中最常用的機(jī)械手就是直角坐標(biāo)型和開鏈連桿式關(guān)節(jié)型。(1)、直角坐標(biāo)型機(jī)械手：三維空間直角坐標(biāo)系下的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)是由x，y，z三個(gè)方向上的直線運(yùn)動(dòng)組成的，各臂部分別沿著自身所在坐標(biāo)軸方向上做前進(jìn)、升降和伸縮運(yùn)動(dòng)，在空間的運(yùn)動(dòng)范圍一般是個(gè)長(zhǎng)方體，由于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以在編寫程序方面相對(duì)簡(jiǎn)單，而且設(shè)備成本相對(duì)較低。(2)、開鏈連桿式關(guān)節(jié)型機(jī)械手：開鏈連桿式關(guān)節(jié)型機(jī)械手又叫串聯(lián)機(jī)械手，該機(jī)械手模仿人的手臂結(jié)構(gòu)和形式來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，各個(gè)機(jī)械部件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副首尾連接起來(lái)，一般由三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度組成，臂部可以分為大臂和小臂，小臂與大臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為肘關(guān)節(jié)，大臂與底座之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為肩關(guān)節(jié)，手臂的運(yùn)動(dòng)是由臂部之間的旋轉(zhuǎn)和底座在水平面的旋轉(zhuǎn)來(lái)決定的，該機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的靈活性比較大，開發(fā)一套完整的算法相對(duì)直角坐標(biāo)系下的機(jī)械臂難的多，而且設(shè)備比較昂貴。當(dāng)前，人工凈膛或者國(guó)外機(jī)械手凈膛過(guò)程中，存在內(nèi)臟易破損和易殘留的弊端。如何有效解決內(nèi)臟取出的同時(shí)、減少對(duì)內(nèi)臟的損壞；以及機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)只需要前進(jìn)、升降和伸縮就可以達(dá)到掏膛的目的、節(jié)約成本，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種掏膛機(jī)械手、臂以及方法，采用裝在機(jī)械手末端上的傳感器來(lái)感知壓力大小，從而控制抓取的壓力，來(lái)降低其破損率；同時(shí)采用空間直角坐標(biāo)系下步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)時(shí)只需要前進(jìn)、升降和伸縮就可以達(dá)到掏膛的目的，節(jié)約成本。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：掏膛機(jī)械手，包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺桿、滑塊、機(jī)械手指，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與螺桿相連，螺桿和滑塊之間為絲桿傳動(dòng)，滑塊與機(jī)械手指之間通過(guò)連桿連接，機(jī)械手指的內(nèi)側(cè)安裝有壓阻式薄膜傳感器。所述掏膛機(jī)械手為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)機(jī)械手指，每一個(gè)機(jī)械手指連接一個(gè)連桿，滑塊同時(shí)推動(dòng)多個(gè)連桿。所述機(jī)械手指為與家禽內(nèi)臟直接接觸的部分，多個(gè)相同的機(jī)械手指形成一定的包絡(luò)空間，與家禽腹腔輪廓曲線匹配。所述螺桿為螺距為1mm的螺桿，即螺桿旋轉(zhuǎn)一圈，滑塊就移動(dòng)1mm。所述螺桿、機(jī)械手指裝配在底座上，底座通過(guò)支桿連接用于安裝步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的固定架。所述壓阻式薄膜傳感器用來(lái)感受內(nèi)臟壓力，壓阻式薄膜傳感器通過(guò)壓力/電壓轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。掏膛機(jī)械臂，包括x軸向機(jī)械臂、y軸向機(jī)械臂、z軸向機(jī)械臂，每一個(gè)機(jī)械臂均包括步進(jìn)電機(jī)、滑臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)固定在固定板上，步進(jìn)電機(jī)輸出軸穿過(guò)固定板，步進(jìn)電機(jī)輸出軸與絲桿一端連接，滑臺(tái)與絲桿之間采用絲桿傳動(dòng)，絲桿的另外一端與相應(yīng)的軸承進(jìn)行固定，軸承安裝在軸承座上，絲桿旋轉(zhuǎn)使滑臺(tái)在直線導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)。x軸向機(jī)械臂安裝在y軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上，y軸向機(jī)械臂安裝在z軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上，掏膛機(jī)械手安裝在x軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上。x、y、z軸上，在掏膛機(jī)械手靠近機(jī)械臂機(jī)械部分的末端的極限位置上，掏膛機(jī)械手和極限位置都留有20-30毫米的安全距離。一種家禽掏膛方法，掏膛機(jī)械手從初始位置o點(diǎn)開始，首先，x軸向機(jī)械臂a上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向靠近x軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即x軸的負(fù)方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離。到達(dá)a點(diǎn)后，然后y軸方向上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向靠近y軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即y軸的負(fù)方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離，即到達(dá)b點(diǎn)后；最后，z軸方向上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向遠(yuǎn)離z軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即z軸的正方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離，即到達(dá)c點(diǎn)后；在c點(diǎn)掏膛機(jī)械手開始閉合，通過(guò)壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力大小，將掏膛機(jī)械手確定一個(gè)合適的抓取力度，這個(gè)力度既沒(méi)有達(dá)到內(nèi)臟的壓力極限，也不至于沒(méi)抓緊內(nèi)臟而脫落，完成這一掏膛動(dòng)作后，掏膛機(jī)械手原路返回到初始位置o點(diǎn)，此時(shí)掏膛機(jī)械手張開，在重力的作用下內(nèi)臟掉落。本發(fā)明一種掏膛機(jī)械手、臂以及方法，有益效果如下：1：為了模仿人手達(dá)到精確抓取物體的要求，一般的機(jī)械手設(shè)計(jì)都是根據(jù)人手的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，與人手類似，將機(jī)械手指也設(shè)計(jì)成多指節(jié)，運(yùn)用多個(gè)動(dòng)力對(duì)相應(yīng)的指節(jié)關(guān)節(jié)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)的機(jī)械手的靈活性相當(dāng)高，但從另外一方面來(lái)講，這種模仿人手設(shè)計(jì)的機(jī)械手無(wú)疑機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，零件加工和裝配都比較復(fù)雜，成本相對(duì)較昂貴，而且很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其精確的控制?；谠诒景l(fā)明中只需要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的張開和閉合的動(dòng)作，將機(jī)械手爪設(shè)計(jì)成對(duì)稱式的機(jī)械手結(jié)構(gòu)，只需要提供一個(gè)動(dòng)力源，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手爪的抓取和松開，能很好的達(dá)到掏膛要求，這樣的對(duì)稱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得該掏膛機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和緊湊，加工成本低，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。2:機(jī)械手指的指型彎曲尺寸設(shè)計(jì)是根據(jù)家禽輪廓曲線參數(shù)設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)主要是為了保證機(jī)械手爪在抓取家禽內(nèi)臟時(shí)四個(gè)機(jī)械手指與家禽內(nèi)腔輪廓吻合，這樣能保證內(nèi)臟和機(jī)械手指大面積接觸，從而避免家禽內(nèi)臟上某些位置單點(diǎn)受力致使內(nèi)臟破損。3:考慮到當(dāng)機(jī)械手爪抓取內(nèi)臟過(guò)程中，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制機(jī)械手爪步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，讓機(jī)械手爪的四個(gè)手指同時(shí)張開一定的角度，在手爪展開后，在后續(xù)將內(nèi)臟拉出的過(guò)程中，我們既要保證壓力小于設(shè)定值，也要保證內(nèi)臟不會(huì)脫離機(jī)械手爪，所以，在一定范圍內(nèi)，就要將螺桿的螺距盡量設(shè)計(jì)小些，這樣手爪的張開和閉合就更加精確。4:本發(fā)明的核心內(nèi)容就是在掏膛機(jī)械手爪的四個(gè)手指內(nèi)側(cè)安裝了壓阻式薄膜傳感器，通過(guò)該傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)械手指對(duì)家禽內(nèi)臟的壓力，從而達(dá)到控制抓取力度，減少或是避免掏膛時(shí)的內(nèi)臟破損的問(wèn)題。5:在掏膛機(jī)械手靠近機(jī)械臂機(jī)械部分的末端的極限位置上，掏膛機(jī)械手和極限位置都留有20-30毫米的距離，這個(gè)距離是通過(guò)裝在各個(gè)單向軸機(jī)械臂上的限位開關(guān)來(lái)保證的，當(dāng)機(jī)械手爪運(yùn)動(dòng)到這個(gè)設(shè)定位置時(shí)就會(huì)觸發(fā)限位開關(guān)，致使該單向軸機(jī)械臂的步進(jìn)電機(jī)失能，就像按下緊急停止開關(guān)一樣，掏膛運(yùn)動(dòng)停止，這主要是考慮到機(jī)械臂裝置的安全性。6:本發(fā)明掏膛方法的確定，實(shí)際上是軌跡規(guī)劃的問(wèn)題，主要是為了滿足掏膛動(dòng)作要求的同時(shí)，盡可能使各個(gè)單向軸機(jī)械臂之間的運(yùn)動(dòng)配合簡(jiǎn)單，也有利于stm32單片機(jī)程序的編寫，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的掏膛機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明掏膛機(jī)械手的機(jī)械手手指結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明掏膛機(jī)械手的連桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明掏膛機(jī)械手的底座結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器共陽(yáng)極接線圖。圖6為本發(fā)明傳感器的電阻-載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖。圖7為分壓式壓力采集電路圖。圖8為本發(fā)明的掏膛機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明的掏膛機(jī)械臂安裝示意圖。圖10為本發(fā)明的機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明掏膛機(jī)械手、臂以及方法，針對(duì)人工凈膛或者國(guó)外機(jī)械手凈膛過(guò)程中內(nèi)臟易破損和易殘留的特點(diǎn)，以常見家禽(如鴨、雞等)為研究對(duì)象，在原有的機(jī)械手的基礎(chǔ)上，提供一種掏膛機(jī)械手，達(dá)到將內(nèi)臟取出的同時(shí)其破損程度較小的目的。為解決內(nèi)臟破損問(wèn)題，本發(fā)明采用裝在末端上的傳感器來(lái)感知壓力大小，從而控制抓取的壓力，來(lái)降低其破損率。同時(shí)，本發(fā)明掏膛機(jī)械臂掏膛的過(guò)程當(dāng)中，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)只需要前進(jìn)、升降和伸縮就可以達(dá)到掏膛的目的。為節(jié)約成本，選擇了空間直角坐標(biāo)系下的掏膛機(jī)械手來(lái)完成。實(shí)施例1：如圖1所示：掏膛機(jī)械手，包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、螺桿2、滑塊3、機(jī)械手指4、彈性聯(lián)軸器5、連桿6、固定架7、支桿8、底座9。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1輸出軸通過(guò)彈性聯(lián)軸器5與螺桿2相連，螺桿2和滑塊3之間為絲桿傳動(dòng)，滑塊3與機(jī)械手指4之間通過(guò)連桿6連接，機(jī)械手指4的內(nèi)側(cè)安裝有壓阻式薄膜傳感器。掏膛機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)說(shuō)明：寬度均為16mm的四根結(jié)構(gòu)和尺寸均相同的機(jī)械手指4的一端，放在底座9寬度均為17mm的四個(gè)相應(yīng)的卡槽中，通過(guò)螺栓穿過(guò)卡槽側(cè)孔和機(jī)械手指一端的側(cè)孔，將機(jī)械手指4固定在底座9上，并保證機(jī)械手指4能夠繞螺栓旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。四根機(jī)械手指的另一端放在寬度均為17mm的四根相應(yīng)的連桿6卡槽中，也通過(guò)螺栓以同樣的方式進(jìn)行固定，同樣形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。四根相同連桿6的另一端寬度均為5mm，將四根連桿6的該端放在滑塊均為6mm的四個(gè)相應(yīng)的卡槽中，也通過(guò)螺栓以同樣的方式進(jìn)行固定，同樣形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，滑塊與螺桿之間為絲桿傳動(dòng)方式，螺桿的一端與兩個(gè)內(nèi)徑為10mm的深溝球軸承進(jìn)行過(guò)盈配合，這兩個(gè)軸承分別以過(guò)盈配合的方式分別固定在底座9上，并且與兩軸承的端面與底座9的端面平齊，螺桿2與軸承固定的一端的最末端通過(guò)卡圈進(jìn)行緊固，防止螺桿軸向松動(dòng)，螺桿的另外一端通過(guò)彈性聯(lián)軸器5與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1連接，以便將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的動(dòng)力傳輸?shù)铰輻U2上實(shí)現(xiàn)滑塊上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手指的閉合和張開，即機(jī)械手爪的抓取和松開。另外，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1通過(guò)螺釘固定在固定架7上，最后，通過(guò)四根支桿8將固定架7與底座9連接起來(lái)，四根支桿的一端分別通過(guò)螺紋固定在固定架7上，四根支桿另外一端通過(guò)通孔和螺母固定在底座9上，通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)和零件之間的裝配，就形成了掏膛機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)。一：掏膛機(jī)械手的工作原理：掏膛機(jī)械手整體為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，根據(jù)家禽腹腔輪廓曲線來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械手指4，以便機(jī)械手指4在掏膛的過(guò)程中與家禽腹腔向適應(yīng)，有利于掏膛作業(yè)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1由電機(jī)固定架固定，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1輸出軸通過(guò)彈性聯(lián)軸器5與螺桿2相連，當(dāng)輸出軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿2會(huì)以電機(jī)同樣的速度旋轉(zhuǎn)，螺桿2則會(huì)推動(dòng)其上面的滑塊3運(yùn)動(dòng)，螺桿2和滑塊3之間為絲桿傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑塊3的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)滑塊3與機(jī)械手指4之間通過(guò)連桿6連接，從而將滑塊3的推力傳遞到機(jī)械手指4上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手指4的運(yùn)動(dòng)，控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的正反轉(zhuǎn)，就能控制機(jī)械手指4的張開和閉合；控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度，就可以控制機(jī)械手指4張開和閉合的速度。另外，采用的是螺距為1mm的螺桿2，即螺桿2旋轉(zhuǎn)一圈，滑塊3就移動(dòng)1mm，這樣使得機(jī)械手整體得到了精確的控制。二、掏膛機(jī)械手的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1選型：同樣考慮步進(jìn)電機(jī)的類型和各自的特點(diǎn)，與掏膛機(jī)械臂一樣，選擇混合式二相步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)械手爪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，基于掏膛機(jī)械手整體為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，滑塊3同時(shí)推動(dòng)四個(gè)連桿6，所以選擇的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩稍大些，最終確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為j-5718hb3401，具體參數(shù)如下表1所示：表1機(jī)械手爪步進(jìn)電機(jī)參數(shù)三、掏膛機(jī)械手主要尺寸設(shè)計(jì)：3.1、機(jī)械手指4：機(jī)械手指4為與家禽內(nèi)臟直接接觸的部分，采取夾取式的方式，通過(guò)四個(gè)相同的機(jī)械手指4形成一定的包絡(luò)空間，將內(nèi)臟加緊后，機(jī)械臂后退，直接將內(nèi)臟帶出，機(jī)械手指4圖如圖2所示。3.2、連桿：連桿6用于將滑塊3上的力傳遞到機(jī)械手指4上，連桿6的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。3.3、機(jī)械手爪底座：底座7作為一個(gè)依附零件，用于安裝螺桿2、機(jī)械手指4，底座7的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。四、掏膛機(jī)械手控制系統(tǒng)：4.1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)：基于掏膛機(jī)械手上均采用57二相混合式步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，本發(fā)明采用tb6600型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，這是一款專業(yè)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，通過(guò)3位撥碼開關(guān)選擇7檔細(xì)分控制(1，2/a，2/b，4，8,16，32)，通過(guò)3位撥碼開關(guān)選擇8檔電流控制(0.5a，1a，1.5a，2a，2.5a，2.8a，3a，3.5a)，接口采用高速光耦隔離，抗高頻干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。4.1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電氣參數(shù)，tb6600型號(hào)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電氣參數(shù)如下表2所示：表2tb6600驅(qū)動(dòng)器電氣參數(shù)輸入電壓dc9-40v輸入電流推薦使用開關(guān)電源功率5a輸出電流0.5-4.0a最大功耗160w細(xì)分1，2/a，2/b，4，8,16，32重量0.2千克4.3、驅(qū)動(dòng)器輸入端接線說(shuō)明：驅(qū)動(dòng)器上輸入信號(hào)共有三路，分別是步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)pul+，pul-、方向電平信號(hào)dir+,dir-、脫機(jī)信號(hào)en+,en-。輸入信號(hào)有兩種接法，分別是共陰極和共陽(yáng)極接法。共陽(yáng)極接法：分別將pul+,dir+,en+連接到控制系統(tǒng)的電源上，電源是+5v則可以直接接入，如果電源大于+5v，則必須外接限流電阻，保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供8-15ma的驅(qū)動(dòng)電流。脈沖輸入信號(hào)通過(guò)pul-接入，方向信號(hào)通過(guò)dir-接入，使能信號(hào)通過(guò)en-接入。共陰極接法：分別將pul-,dir-,en-連接到控制系統(tǒng)的地端，脈沖輸入信號(hào)通過(guò)pul+接入，方向信號(hào)通過(guò)dir+接入，使能信號(hào)通過(guò)en+接入。若需限流，其接法與共陽(yáng)極接法一致。系統(tǒng)接線：下面以共陽(yáng)極接法為例，假設(shè)控制系統(tǒng)的電源為5v,則不需要外接限流電阻，驅(qū)動(dòng)器與控制器、步進(jìn)電機(jī)、電源的接線如圖5所示。五、壓力采集系統(tǒng)：5.1、壓阻式薄膜傳感器：本發(fā)明壓力采集系統(tǒng)中采用的是rfp-6系列601型號(hào)薄膜傳感器，該傳感器可以對(duì)物體之間的壓力、接觸力、觸覺(jué)力進(jìn)行感應(yīng)測(cè)試，可以用于多種應(yīng)用環(huán)境和場(chǎng)景，該傳感器為壓阻式傳感器，當(dāng)感應(yīng)的力大小發(fā)生變化時(shí)，傳感器的電阻也隨之發(fā)生變化，當(dāng)壓力變大時(shí)，電阻值變小；當(dāng)壓力變小時(shí)，電阻值會(huì)變大，該傳感器的電阻-載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線如圖6所示，該關(guān)系曲線是在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的壓力標(biāo)定測(cè)試所得到的。該壓阻式薄膜傳感器具有獨(dú)特的超薄、超軟、超輕、超低功耗等特點(diǎn)，該傳感器緊貼在機(jī)械手指4內(nèi)側(cè)，能適應(yīng)彎曲的情況，該傳感器的主要性能如下表3所示。表3rfp-6系列601型號(hào)薄膜壓力傳感器主要參數(shù)：5.2、壓力采集電路設(shè)計(jì)：根據(jù)rfp-6系列601型號(hào)薄膜傳感器的原理可知，本質(zhì)上該傳感器相當(dāng)于一個(gè)不同壓力下改變電阻值的滑動(dòng)變阻器，由于單片機(jī)能接受的是電信號(hào)，不能直接采集該傳感器的阻值，故需要設(shè)計(jì)采集電路，將該傳感器的阻值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，然后送入單片機(jī)，該采集電路由傳感器與rg＝10kω定值電阻串聯(lián)而成，傳感器的另一端接+5v的vcc，定值電阻的另一端接gnd地端，壓力采集電路設(shè)計(jì)如圖7所示。這樣壓力跟電阻有固定的關(guān)系，電阻跟電壓的關(guān)系又由采集電路確定，所以可以間接得到壓力與電壓的關(guān)系。設(shè)在量程范圍內(nèi)的一定壓力下，傳感器的電阻值為rs，定值電阻的阻值為rg，單片機(jī)采集的電壓為vout，根據(jù)串聯(lián)電阻分壓原理，則有關(guān)系rs＝(vcc/vout-1)rg，由該關(guān)系式可以得到傳感器一定壓力下的電阻值rs，然后，由601型號(hào)傳感器的電阻-載荷的函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)＝16.15x-0.693可以得到壓力f＝16.15rs-0.693。實(shí)施例2：掏膛機(jī)械臂，包括x軸向機(jī)械臂、y軸向機(jī)械臂、z軸向機(jī)械臂。每一個(gè)機(jī)械臂均包括步進(jìn)電機(jī)10、固定板11、底板12、聯(lián)軸器13、絲桿14、滑臺(tái)15、直線導(dǎo)軌16、導(dǎo)軌墊板17、固定架18、肋板19、擋板20、防塵蓋21?；_(tái)15與絲桿14裝配，絲桿14通過(guò)聯(lián)軸器13連接步進(jìn)電機(jī)10，步進(jìn)電機(jī)10驅(qū)動(dòng)絲桿14的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑臺(tái)15向前或向后運(yùn)動(dòng)。掏膛機(jī)械臂由x軸向機(jī)械臂、y軸向機(jī)械臂、z軸向機(jī)械臂三部分組成，這三軸向機(jī)械臂的構(gòu)成完全類似，只是因?yàn)樾谐淘O(shè)計(jì)不同，而致使各軸向機(jī)械臂的同一零部件在長(zhǎng)度上有略微的變化，故這里只以三軸向機(jī)械臂中的x軸向機(jī)械臂為例，對(duì)單軸向的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。步進(jìn)電機(jī)10通過(guò)螺釘固定在固定板11上，步進(jìn)電機(jī)10輸出軸穿過(guò)固定板11上的圓孔，固定板11通過(guò)螺釘固定在底板12上，伸出的步進(jìn)電機(jī)10輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器13與絲桿14一端連接，滑臺(tái)15與絲桿14之間采用絲桿傳動(dòng)，絲桿14的另外一端與相應(yīng)的軸承進(jìn)行固定，軸承安裝在軸承座上，軸承座固定在底板12上，絲桿14旋轉(zhuǎn)使滑臺(tái)15在直線導(dǎo)軌16上實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)，直線導(dǎo)軌16固定在導(dǎo)軌墊板17上，導(dǎo)軌墊板17又固定在底板12上，為了防止絲桿14傳動(dòng)受到外界雜質(zhì)的干擾影響零件的使用，在固定板11與滑臺(tái)的一邊、以及滑臺(tái)15另一邊與擋板20之間特地的安裝了防塵蓋21，以免其受到干擾，影響機(jī)械臂的使用和壽命。放在工作臺(tái)上的單向軸機(jī)械臂為z軸向機(jī)械臂，豎直方向的單向軸機(jī)械臂為y軸向機(jī)械臂，y軸向機(jī)械臂通過(guò)l型的固定架與z軸向機(jī)械臂連接，l型固定架的底面通過(guò)螺釘固定在z軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上，y軸向機(jī)械臂的底板通過(guò)螺釘固定在l型固定板的側(cè)面，為了防止l型固定板受力過(guò)大，而導(dǎo)致固定板位置形變，在l型固定板的中間通過(guò)電焊焊上一塊肋板，x軸向機(jī)械臂以水平方向通過(guò)螺釘將其底板固定在y軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上，這樣，一個(gè)完整的直角坐標(biāo)系下的掏膛機(jī)械臂就形成。將前面所述的整個(gè)機(jī)械手爪部分中的步進(jìn)電機(jī)固定架通過(guò)螺釘固定在上面所述的整個(gè)掏膛機(jī)械臂部分中的x軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上，就構(gòu)成了整套完整的掏膛機(jī)械手，該掏膛機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。(一)、掏膛機(jī)械臂的行程設(shè)計(jì)：為了描述的方便，本發(fā)明規(guī)定在垂直平面上，掏膛機(jī)械臂機(jī)械部分橫著的方向?yàn)榭臻g直角坐標(biāo)系的x方向，豎著的方向?yàn)榭臻g直角坐標(biāo)系的y方向，與垂直面垂直的水平面上的機(jī)械部分為z方向。在掏膛過(guò)程中，垂直平面上的x和y軸兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)只是為了確定家禽所在位置，故滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的行程可以相對(duì)短些，水平面上的z軸方向，實(shí)現(xiàn)的是前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，掏膛機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。由于要將內(nèi)臟直接拉出來(lái)，故有效行程要相對(duì)長(zhǎng)些，考慮到如圖1所示掏膛機(jī)械手進(jìn)行掏膛時(shí)的實(shí)際作業(yè)情況，在掏膛機(jī)械臂尺寸上的設(shè)計(jì)規(guī)格如表4所示：表4機(jī)械臂三軸方向上的有效行程(二)、掏膛機(jī)械臂的傳動(dòng)方式：本發(fā)明中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，機(jī)械臂的各個(gè)機(jī)械部分上的滑臺(tái)15為直線運(yùn)動(dòng)，這就需要將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑臺(tái)15的直線運(yùn)動(dòng)，基于機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)形式，采用絲桿14傳動(dòng)最為方便合適。絲桿14的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑臺(tái)15向前或向后運(yùn)動(dòng)，絲桿14所轉(zhuǎn)的圈數(shù)與滑臺(tái)15移動(dòng)的距離成正比關(guān)系，另外，絲桿14的傳動(dòng)比與絲桿14的螺距有關(guān)，螺距越小，那么傳動(dòng)比越高，在低負(fù)載的情況下可以與步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接相連，可以達(dá)到很好的減速效果，絲桿14傳動(dòng)具有摩擦阻力小、定位精度高且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，本發(fā)明中掏膛機(jī)械臂中采用的絲桿14的螺距為5mm。(三)、機(jī)械手掏膛過(guò)程的實(shí)現(xiàn)：3.1、機(jī)械臂三軸正方向的規(guī)定原則：前面在介紹掏膛機(jī)械臂行程的設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)定了機(jī)械臂x，y，z三軸的方向，為了更好的描述機(jī)械臂和機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)，即整套掏膛機(jī)械臂掏膛的運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明需要再次規(guī)定機(jī)械臂x，y，z三軸的正方向，各軸正方向的規(guī)定原則為：各軸機(jī)械部分上的滑臺(tái)遠(yuǎn)離步進(jìn)電機(jī)的方向，為該軸方向上的正方向。3.2、掏膛機(jī)械手初始位置的確定：在本發(fā)明所用的掏膛機(jī)械臂中，掏膛機(jī)械手是垂直安裝在x軸向機(jī)械臂的滑臺(tái)上。在機(jī)械手進(jìn)行掏膛任務(wù)之前，應(yīng)該確定機(jī)械手爪的初始位置，方便后續(xù)實(shí)現(xiàn)掏膛動(dòng)作的程序開發(fā)。本發(fā)明中將機(jī)械手爪的初始位置設(shè)定為：在x軸方向上遠(yuǎn)離x軸步進(jìn)電機(jī)，在y方向上遠(yuǎn)離y軸步進(jìn)電機(jī)，在z軸方向上靠近z軸步進(jìn)電機(jī)，即機(jī)械手爪的初始位置設(shè)置在如圖10所示的o點(diǎn)處，需要說(shuō)明的是，各軸上在機(jī)械手靠近機(jī)械部分的末端的位置上，機(jī)械手和極限位置都留有一定的安全距離，這個(gè)安全距離大約設(shè)定為20-30毫米之間。3.3、掏膛機(jī)械手爪運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃：掏膛機(jī)械手從初始位置o點(diǎn)開始，首先，x軸向機(jī)械臂上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向靠近x軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即x軸的負(fù)方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離；到達(dá)a點(diǎn)后，然后y軸方向上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向靠近y軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即y軸的負(fù)方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離，即到達(dá)b點(diǎn)后；最后，z軸方向上的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使掏膛機(jī)械手向遠(yuǎn)離z軸步進(jìn)電機(jī)的方向直線運(yùn)動(dòng)，即z軸的正方向，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的距離，即到達(dá)c點(diǎn)后；在c點(diǎn)掏膛機(jī)械手開始閉合，通過(guò)壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力大小，將掏膛機(jī)械手確定一個(gè)合適的抓取力度，這個(gè)力度既沒(méi)有達(dá)到內(nèi)臟的壓力極限，也不至于沒(méi)抓緊內(nèi)臟而脫落，完成這一掏膛動(dòng)作后，掏膛機(jī)械手原路返回到初始位置o點(diǎn)，此時(shí)掏膛機(jī)械手張開，在重力的作用下內(nèi)臟掉落到指定的容器中，機(jī)械手爪的整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10所示。(四)、機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)裝置：步進(jìn)電機(jī)的選型：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，步進(jìn)電機(jī)可以分為激磁式、反應(yīng)式、永磁式和混合式。其中混合式步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式和永磁式兩種形式，具有響應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩大、步距角小、過(guò)載能力強(qiáng)，運(yùn)行的頻率較高的優(yōu)點(diǎn)，混合式步進(jìn)電機(jī)按相數(shù)可以分為二相步進(jìn)電機(jī)、三相步進(jìn)電機(jī)、四相步進(jìn)電機(jī)等。因此本發(fā)明中采用混合式二相步進(jìn)電機(jī)作為掏膛機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置，該步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為57bygh056，步距角為1.8°，相電流為3a，保持力矩為0.9n.m。(五)、掏膛機(jī)械手控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)：該控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)的a/d采集模塊、算法中數(shù)據(jù)比較模塊、單片機(jī)產(chǎn)生pwm信號(hào)控制機(jī)械手模塊組成。采用壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力，通過(guò)壓力與電壓的轉(zhuǎn)換電路將壓力變?yōu)殡妷盒盘?hào)送入單片機(jī)。將單片機(jī)采集的電壓信號(hào)與算法中設(shè)定的壓力值分析比較，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的掏膛機(jī)械手反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。待掏膛機(jī)械手反轉(zhuǎn)信號(hào)結(jié)束，跳出中斷服務(wù)函數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行主函數(shù)，產(chǎn)生掏膛機(jī)械臂各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)x、y、z軸上步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)前第1頁(yè)12