張 浩，熊利榮，戴 鵬，鮑秀蘭

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070)

肉類(lèi)是人類(lèi)飲食的重要組成部分，而羊肉作為高蛋白、低脂肪類(lèi)的健康食品，在我國(guó)的肉類(lèi)生產(chǎn)和消費(fèi)中占有舉足輕重的地位[1-2]。2019年，我國(guó)羊肉產(chǎn)量達(dá)到了488萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)2.6%。人均羊肉消費(fèi)量由2016年的3.48 kg上升到2019年的3.76 kg，年均增長(zhǎng)2.6%[2-4]?？梢?jiàn)，羊肉產(chǎn)品市場(chǎng)的有很大的發(fā)展空間，我國(guó)消費(fèi)者對(duì)羊肉產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。

盡管我國(guó)羊肉需求日益增長(zhǎng)，但由于與屠宰相關(guān)的機(jī)械化設(shè)備發(fā)展較晚，直到20世紀(jì)90年代初，我國(guó)屠宰設(shè)備制造企業(yè)才開(kāi)始進(jìn)行家畜屠宰自動(dòng)化設(shè)備的研究[5]，其中羊屠宰設(shè)備的研究最為滯后，直至現(xiàn)在我國(guó)大型羊肉加工企業(yè)中進(jìn)行羊屠宰的方式仍是以人工為主，機(jī)械設(shè)備僅起輔助作用，如內(nèi)蒙古美洋洋食品有限公司的生產(chǎn)線(xiàn)，需要人工全程參與。此外，相關(guān)企業(yè)大多數(shù)為小型企業(yè)，加工規(guī)模小，加工環(huán)節(jié)多為對(duì)羊肉的初加工，產(chǎn)品的精深加工水平低，品質(zhì)參差不齊，產(chǎn)業(yè)鏈條松散，覆蓋整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的大型企業(yè)數(shù)量少，且對(duì)屠宰技術(shù)方面缺少研究[6-7]，使得目前我國(guó)市場(chǎng)上的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)羊肉非常少，在國(guó)際上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，影響了我國(guó)羊業(yè)市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益[8]。

放眼國(guó)際，國(guó)外一些養(yǎng)羊業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)研發(fā)出了能夠自動(dòng)分割整羊的機(jī)械設(shè)備，并且順利應(yīng)用在了屠宰生產(chǎn)線(xiàn)上[9-10]。如新西蘭SCOTT公司研發(fā)的全自動(dòng)羊胴體分割流水線(xiàn)，運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，采用多機(jī)械手協(xié)作的方式夾持羊胴體進(jìn)行自動(dòng)化分割。但國(guó)外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，如果沒(méi)有掌握核心生產(chǎn)技術(shù)，純粹從國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，將會(huì)大大提高生產(chǎn)成本[11]。此外，國(guó)內(nèi)外羊消費(fèi)習(xí)慣的巨大差異，也導(dǎo)致了國(guó)外設(shè)備無(wú)法直接應(yīng)用于國(guó)內(nèi)企業(yè)。

因此，基于目前國(guó)內(nèi)羊胴體分割流水線(xiàn)自動(dòng)化程度低且分割質(zhì)量差，國(guó)外設(shè)備價(jià)格昂貴，適應(yīng)性差的現(xiàn)狀，本研究針對(duì)自動(dòng)分割過(guò)程中，羊胴體難以靈活?yuàn)A持的難題，設(shè)計(jì)了一套專(zhuān)用夾具，并結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)，研發(fā)出一套自動(dòng)分割羊胴體系統(tǒng)，提高羊胴體分割的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在該領(lǐng)域研究零的突破。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由電動(dòng)推拉裝置、夾具、控制柜、工業(yè)機(jī)器人、電主軸、主軸夾具及胴體運(yùn)輸線(xiàn)等組成。

圖1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)Figure 1 Overall structure diagram of the system

該系統(tǒng)共有兩套電動(dòng)推拉裝置。其一端為胴體裝夾工位，另一端為胴體分割工位。在羊胴體輸送線(xiàn)將胴體運(yùn)輸至裝夾工位時(shí)，兩套電動(dòng)推拉裝置的推拉動(dòng)作交替進(jìn)行，完成胴體的裝夾與分割。工業(yè)機(jī)器人完成一只胴體的分割后，旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行下一只胴體的分割，從而使得分割操作不間斷進(jìn)行。由于夾具在分割工位的停留位置固定，因此工業(yè)機(jī)器人的分割軌跡也是固定的，在系統(tǒng)運(yùn)行前將機(jī)器人的分割軌跡做好軌跡規(guī)劃， 之后機(jī)器人只需按程序重復(fù)分割動(dòng)作便可完成分割操作。

2 硬件及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)研究對(duì)象為去腿剝皮后的羊胴體，羊齡6個(gè)月，品種為小寒尾羊。通過(guò)前期調(diào)研了解到，國(guó)內(nèi)的規(guī)?；蛲涝坠緦?duì)活羊的來(lái)源有較為嚴(yán)格的把控，羊齡控制在6～7個(gè)月，且多數(shù)公司僅針對(duì)單一品種的羊進(jìn)行加工，其中又以小寒尾羊最為典型。再加上羊群普遍采用規(guī)?；B(yǎng)殖，使得羊個(gè)體大小的差異很小，為本系統(tǒng)中專(zhuān)用夾具的通用性奠定了良好的基礎(chǔ)。

為確保夾具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，使用三維激光掃描儀對(duì)羊胴體進(jìn)行掃描后，在SolidWorks軟件中進(jìn)行了胴體的1∶1建模，胴體模型如圖2所示。

圖2 羊胴體模型示意圖Figure 2 Schematic diagram of sheep carcass model

夾具設(shè)計(jì)采用仿形內(nèi)模與外部弧形夾板共同配合夾緊的工作方式，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 夾具結(jié)構(gòu)Figure 3 Fixture structure diagram

進(jìn)行羊胴體裝夾時(shí)，先將羊胴體由前方套入仿形內(nèi)模2，然后扳動(dòng)氣動(dòng)開(kāi)關(guān)，氣缸3活塞彈出，帶動(dòng)弧形夾板5轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊羊胴體；氣缸6活塞彈出，夾緊羊尾椎；羊頸夾緊機(jī)構(gòu)9在彈簧作用下夾緊羊頸，羊胴體夾緊完成。

其中，仿形內(nèi)模為核心組件，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 仿形內(nèi)模結(jié)構(gòu)Figure 4 Structural drawing of profiling internal mold

仿形內(nèi)模呈棱臺(tái)狀，其上開(kāi)有5道縱向分割槽與一道橫向分割槽，分別對(duì)應(yīng)分割軌跡規(guī)劃中除羊頸分割外的6次走刀路徑（羊頸伸出夾具體外，分割路徑對(duì)應(yīng)弧形夾板上的鏤空槽）。內(nèi)模形狀仿照羊胴體胸腔內(nèi)部的曲線(xiàn)參數(shù)設(shè)計(jì)，可以在夾緊時(shí)保證與羊胴體胸腔有較大的貼合度，用于從內(nèi)部撐起胴體的脊椎、兩肋和前胸；內(nèi)模后端設(shè)計(jì)有一處羊角狀凹槽，利用胴體的尾椎進(jìn)行裝夾時(shí)的定位[12-13]。

弧形左夾板和弧形右?jiàn)A板安裝在仿形內(nèi)模兩側(cè)，受氣缸驅(qū)動(dòng)相對(duì)仿形內(nèi)模進(jìn)行張開(kāi)、夾緊動(dòng)作，其上設(shè)有鏤空槽，位置與仿形內(nèi)模上的分割槽相對(duì)應(yīng)；兩塊夾板在內(nèi)模后端側(cè)面分別通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與迷你氣缸連接，通過(guò)氣缸的伸縮對(duì)弧形夾板施加靠近或遠(yuǎn)離仿形內(nèi)模的扭矩。氣缸的尾部由擺尾支架固定，在伸縮的同時(shí)會(huì)在支架上進(jìn)行擺動(dòng)，以滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)的自由度要求。仿形內(nèi)模后端安裝尾椎鎖緊組件，受圖3中氣缸6的驅(qū)動(dòng)將羊胴體的尾椎壓緊在夾具上?；⌒巫髪A板、弧形右?jiàn)A板前端均安裝有羊頸自動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)，在弧形夾板夾緊羊胴體時(shí)該機(jī)構(gòu)的壓緊卡爪受羊頸擠壓向外撐出，在彈簧彈力作用下將羊頸壓緊，防止分割時(shí)發(fā)生晃動(dòng)及分割完成后掉落。圖5為羊頸壓緊機(jī)構(gòu)局部放大圖。

圖5 羊頸壓緊機(jī)構(gòu)局部Figure 5 Partial drawing of ram neck pressing mechanism

2.2 流水線(xiàn)電動(dòng)推拉裝置的設(shè)計(jì)

分割流水線(xiàn)的設(shè)計(jì)以當(dāng)前工廠中普遍使用的運(yùn)輸線(xiàn)為基礎(chǔ)，在其上增設(shè)兩套電動(dòng)推拉裝置，從而大大提高本系統(tǒng)在后期推廣中的適應(yīng)性。電動(dòng)推拉裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 電動(dòng)推拉裝置結(jié)構(gòu)Figure 6 Structure drawing of electric push-pull device

電動(dòng)推拉裝置由底架、電動(dòng)推桿、夾具連接盤(pán)、滑塊、薄型氣缸和導(dǎo)軌等組成，2條導(dǎo)軌間隔400 mm，每條導(dǎo)軌上設(shè)有2個(gè)滑塊，4個(gè)滑塊通過(guò)螺栓連接在夾具連接盤(pán)4個(gè)角，電動(dòng)推桿的頂部與夾具連接盤(pán)的一側(cè)通過(guò)螺母固定，使得夾具可以在電動(dòng)推桿的帶動(dòng)下在導(dǎo)軌上來(lái)回滑動(dòng)。電動(dòng)推桿推出時(shí)，工人進(jìn)行羊胴體的裝卸；電動(dòng)推桿拉回時(shí)，機(jī)械手帶動(dòng)刀具進(jìn)行胴體的分割。夾具被拉回到指定位置時(shí)，推拉裝置底架上兩個(gè)薄型氣缸的活塞頂起，桿頭伸進(jìn)夾具連接盤(pán)的孔中，對(duì)夾具進(jìn)行固定，保證分割過(guò)程中夾具不發(fā)生位置變化。

2.2.1 電動(dòng)推桿及導(dǎo)軌滑塊的選型 本研究中設(shè)計(jì)的專(zhuān)用夾具重量約為60 kg，羊胴體每只重量（12±2）kg，設(shè)計(jì)中采用雙導(dǎo)軌傳送的方式，在保證承重能力的前提下，充分考慮分割過(guò)程中機(jī)械臂對(duì)夾具體產(chǎn)生的壓力，選用型號(hào)為HGH35CA的直線(xiàn)導(dǎo)軌，并配套安裝4個(gè)滑塊。

電動(dòng)推桿的選型應(yīng)從行程、推力、進(jìn)給速度和穩(wěn)定性等方面綜合考慮。工業(yè)機(jī)器人放置于羊胴體輸送線(xiàn)的側(cè)方，距離輸送線(xiàn)約500 mm，考慮到輸送線(xiàn)的寬度以及機(jī)器人本體的寬度，為保證夾具在導(dǎo)軌上有足夠的移動(dòng)距離，電動(dòng)推桿的行程應(yīng)在600 mm以上；通過(guò)計(jì)算摩擦力F選取合適的電機(jī)，摩擦力計(jì)算公式如下

式中F為摩擦力，N；μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù)；N為正壓力，N。

其中滑塊與導(dǎo)軌間摩擦系數(shù)理論值一般為0.003左右，但受加工、裝配和防塵件等因素影響,實(shí)際在0.02～0.05左右[14]。由于試驗(yàn)中采用雙導(dǎo)軌傳送，受導(dǎo)軌安裝平行度影響，實(shí)際摩擦系數(shù)將有所增大，因此μ取0.15，由此計(jì)算得出每個(gè)滑塊與導(dǎo)軌的摩擦力為102.9～108.78 N，即總摩擦力為411.6～35.12 N。為充分滿(mǎn)足工作需求，選用86電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，最大推力為900 N。同時(shí)，為防止夾具在導(dǎo)軌上急停時(shí)的慣性沖擊對(duì)電動(dòng)推桿造成損傷，在保證效率的前提下，應(yīng)選取較小的步進(jìn)速度。綜上，選用了參數(shù)如表1所示的電動(dòng)推桿用于本研究。

表1 往復(fù)式步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)推桿參數(shù)Table 1 Parameters of electric push rod

2.2.2 氣缸的選型 本套裝置中所用的不同型號(hào)的氣缸共有3種，其中迷你氣缸2種，薄型氣缸一種，選型時(shí)從推力、行程和活塞速度等方面綜合考慮。3種型號(hào)氣缸的各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 氣缸參數(shù)Table 2 Cylinder parameter table

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-200系列PLC作為控制器，PLC在電動(dòng)推拉裝置中起到核心控制作用[15]。其與外部設(shè)備電路接線(xiàn)示意圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)電路接線(xiàn)示意圖Figure 7 System circuit wiring diagram

控制系統(tǒng)流程圖如圖8所示。

圖8 控制系統(tǒng)流程圖Figure 8 Control system flow chart

該系統(tǒng)工作流程如下：電動(dòng)推拉裝置上電并按下啟動(dòng)鍵后，PLC發(fā)出指令通過(guò)EM253模塊控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，裝有羊胴體的夾具在導(dǎo)軌上由裝夾工位向分割工位移動(dòng)，到達(dá)指定位置后觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，夾具停止移動(dòng)；隨后PLC中的定時(shí)計(jì)數(shù)器I開(kāi)始工作，定時(shí)期間機(jī)械手控制刀具進(jìn)行分割作業(yè)。計(jì)時(shí)結(jié)束后PLC向EM253模塊發(fā)送指令控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾具由分割工位向裝夾工位移動(dòng)，觸發(fā)終點(diǎn)處的限位開(kāi)關(guān)后移動(dòng)停止，PLC中定時(shí)計(jì)數(shù)器II開(kāi)始工作，期間進(jìn)行羊胴體的裝卸操作。計(jì)時(shí)結(jié)束后電機(jī)正轉(zhuǎn)，進(jìn)入下一循環(huán)。

2.4 機(jī)器人末端執(zhí)行器夾具的設(shè)計(jì)

本研究中，機(jī)器人末端執(zhí)行器選用電主軸，通過(guò)電主軸上刀具的高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行羊胴體的分割，由機(jī)械手的移動(dòng)控制刀具進(jìn)給，進(jìn)行既定軌跡的走刀。研究選用華中數(shù)控公司的HSR-620L型六自由度機(jī)器人，工作空間半徑1.6 m。電主軸安裝于機(jī)器人末端時(shí)，與法蘭盤(pán)之間的角度不同，進(jìn)行軌跡規(guī)劃所形成的路徑也將完全不同，本研究?jī)H采用2種具有代表性的角度（0°與90°）進(jìn)行設(shè)計(jì)，即電主軸平行于法蘭盤(pán)與電主軸垂直于法蘭盤(pán)兩種夾具方案。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮走刀時(shí)機(jī)器人5軸的旋轉(zhuǎn)角度，防止夾具或刀具在分割過(guò)程中與機(jī)械臂發(fā)生干涉，其結(jié)構(gòu)如圖9和圖10所示。經(jīng)過(guò)RobotStudio軟件的運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證，2種方案的分割路徑均滿(mǎn)足機(jī)器人的工作范圍要求，但電主軸平行于法蘭盤(pán)的夾具方案在軌跡規(guī)劃中切割軌跡間的過(guò)渡軌跡較短，效率更高，因此最終試驗(yàn)采用電主軸平行于法蘭盤(pán)的夾具方案進(jìn)行分割。

圖9 電主軸平行于法蘭盤(pán)夾具方案Figure 9 Fixture scheme of motor spindle parallel to flange

圖10 電主軸垂直于法蘭盤(pán)夾具方案Figure 10 Fixture scheme of motor spindle perpendicular to flange

表3 SDQ65-0.8F-24K電主軸參數(shù)Table 3 Motor spindle parameter table

電主軸是保證羊胴體分割順利進(jìn)行的核心設(shè)備，已知所購(gòu)買(mǎi)工業(yè)機(jī)器人末端負(fù)載為20 kg，考慮到電主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)以及分割時(shí)所受阻力，電主軸的重量應(yīng)盡量??；同時(shí)，為保證分割效率，在刀具足夠鋒利的前提下，電主軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量高。綜合考慮以上因素，本系統(tǒng)選用型號(hào)為SDQ65-0.8F-24K的電主軸，其參數(shù)如下表所示。

3 系統(tǒng)測(cè)試及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 刀具的選擇試驗(yàn)

本研究擬選用高速旋轉(zhuǎn)型刀具完成羊胴體分割，不同刀具的選用直接決定最終分割的質(zhì)量。從強(qiáng)度、硬度、耐磨性、分割效率及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，選出了直徑均為6 mm的55°三刃銑刀、60°螺旋鉸刀與玉米銑刀3種刀具，通過(guò)本試驗(yàn)對(duì)3種刀具進(jìn)行對(duì)比，選擇出最適合后期試驗(yàn)的刀具。

3.1.1 試驗(yàn)材料 取一新鮮羊胴體（羊齡6個(gè)月，品種為小寒尾羊），割取羊肋排6根，分為3組，每組2根，分別命名為A組、B組和C組。

3.1.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)時(shí)將刀具裝于電主軸上，轉(zhuǎn)速調(diào)為15 000 r·min-1，試驗(yàn)人員穿戴防護(hù)手套手持羊肋排推向刀具進(jìn)行分割，觀察分割時(shí)刀具及肋排狀態(tài)，對(duì)比分割難易程度、分割后刀具上的碎屑?xì)埩艏袄吲欧指蠲婀饣取?/p>

3.1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 表中A組使用55°三刃銑刀分割，B組使用60°螺旋鉸刀分割，C組使用玉米銑刀分割。

在單一場(chǎng)景下,不考慮缺煤以及水電和火電機(jī)組出力的扣減,結(jié)合電網(wǎng)的基本數(shù)據(jù),對(duì)電力電量平衡分析模型進(jìn)行了仿真分析,得到了以下優(yōu)化結(jié)果。

表4 刀具分割效果對(duì)比Table 4 Cutting effect comparison table

試驗(yàn)結(jié)果表明：60°螺旋鉸刀在較高的轉(zhuǎn)速下切割時(shí)在進(jìn)給方向上仍有非常大的阻力，無(wú)法完成切割，不滿(mǎn)足使用要求。玉米銑刀與55°三刃銑刀均可完成切割，但切割時(shí)會(huì)有肉屑飛出，骨頭分割面較粗糙。其中玉米銑刀分割時(shí)穩(wěn)定性最高，但是由于分割時(shí)肉屑粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，使得分割時(shí)所受阻力越來(lái)越大，因此無(wú)法進(jìn)行連續(xù)切割；55°三刃銑刀分割時(shí)阻力較小，分割后基本無(wú)碎屑?xì)埩?，不影響后續(xù)分割，分割時(shí)穩(wěn)定性也滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。經(jīng)過(guò)3種刀具分割試驗(yàn)效果對(duì)比，直徑6 mm的55°三刃銑刀切割效果最好，滿(mǎn)足后期試驗(yàn)的可能性最高。

3.2 羊胴體分割試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料選取去腿剝?nèi)夂蟮难螂伢w若干只，每只重量（12±2）kg，羊齡6個(gè)月，品種為小寒尾羊。冷凍保存，試驗(yàn)開(kāi)始前1 h從冰箱中取出，使羊胴體組織中的冰渣充分融化。

3.2.2 試驗(yàn)方法 將羊胴體裝夾于夾具上，使其在導(dǎo)軌上移動(dòng)至指定位置，通過(guò)控制工業(yè)機(jī)器人帶動(dòng)刀具執(zhí)行指定路徑的分割。分割刀具使用定做加長(zhǎng)的55°三刃銑刀，直徑6 mm，刀長(zhǎng)150 mm，刃長(zhǎng)80 mm，分割時(shí)刀具轉(zhuǎn)速為15 000 r·min-1。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖11所示。

圖11 羊胴體分割試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Figure 11 Sheep carcass segmentation test site

3.2.3 試驗(yàn)要求 按照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1564-2007《羊肉分割技術(shù)規(guī)范》[16]本系統(tǒng)將羊胴體的分割為羊頸、脊椎、尾椎、肋排和胸腹腩5部分。其中肋排與胸腹腩各2塊，即整只羊胴體共分為7塊。

圖12 分割技術(shù)規(guī)范Figure 12 Segmentation specification

為了實(shí)現(xiàn)這一分割要求，在夾具設(shè)計(jì)中已在仿形內(nèi)模與弧形夾板上留出了寬25 mm的分割槽，進(jìn)行羊胴體分割時(shí)刀具循分割槽位置進(jìn)行分割。在進(jìn)行分割路徑規(guī)劃時(shí)遵循過(guò)渡路徑盡量短的原則，以減少分割時(shí)間，保證分割效率。試驗(yàn)中所采用的分割路徑如圖13所示，其中各路徑作用如下：路徑1將胴體腹部切開(kāi)；路徑2與路徑7將兩扇肋骨分割為肋排與胸腹腩；路徑3切下羊頸；路徑4與路徑6切下羊脊椎；路徑5切下羊尾椎。

圖13 羊胴體分割路徑規(guī)劃Figure 13 Sheep carcass cutting path planning

3.2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析 （1）試驗(yàn)共進(jìn)行了7刀的分割，各路徑分割所用時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)如下表所示。

由表5可知，7條路徑的有效分割時(shí)長(zhǎng)共100.6 s，又測(cè)得七條分割路徑總長(zhǎng)度為2 006 mm，可知刀具的平均進(jìn)給速度為19.9 mm·s-1。分割過(guò)程中各路徑間的過(guò)渡路徑共用時(shí)30.6 s，即完成1只羊的分割總用時(shí)131.2 s。機(jī)器人完成1次分割后移動(dòng)至下一胴體所用時(shí)長(zhǎng)為23.4 s，可知在刀具轉(zhuǎn)速15 000 r·min-1、進(jìn)給速度19.9 mm·s-1的情況下，此流水線(xiàn)上完成一輪分割循環(huán)（2只羊的分割）總用時(shí)309.2 s，即分割每只羊所用時(shí)間為154.6 s。

表5 胴體分割時(shí)長(zhǎng)Table 5 Carcass cutting time table

圖14 分割斷面示意圖Figure 14 Cutting section diagram

由圖可知，胴體的分割斷面較為粗糙，此為刀具通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分割的工作方式造成，會(huì)對(duì)分割路徑上約6 mm寬度的骨、肉造成浪費(fèi)，但不會(huì)影響羊胴體的食用價(jià)值。

（3）胴體分割后的各部位如圖15所示。

圖15 胴體各部位示意圖Figure 15 Schematic diagram of each part of the carcass

4 討論與結(jié)論

該系統(tǒng)以多自由度工業(yè)機(jī)器人為操作主體，以高速旋轉(zhuǎn)的銑刀為執(zhí)行器，以電動(dòng)推拉裝置構(gòu)成循環(huán)流水線(xiàn)，探索設(shè)計(jì)出了一套自動(dòng)化羊胴體分割裝置，有效解決了家畜類(lèi)胴體難以靈活?yuàn)A持的難題，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域研究的空白。本研究對(duì)羊胴體專(zhuān)用夾具及循環(huán)流水線(xiàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)思與設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)指定位置的羊胴體進(jìn)行分割路徑規(guī)劃，在工業(yè)機(jī)器人與電動(dòng)推拉裝置2套獨(dú)立控制系統(tǒng)的相互配合下，完成整只羊胴體的分割操作，運(yùn)行穩(wěn)定，且操作便捷。試驗(yàn)結(jié)果表明，專(zhuān)用夾具能夠很好的完成對(duì)羊胴體的夾緊，循環(huán)流水線(xiàn)能夠順利完成對(duì)多只羊胴體的輸送，工業(yè)機(jī)器人能夠成功完成對(duì)羊胴體全部路徑的分割，分割每只羊所用時(shí)間為154.6 s，總體上滿(mǎn)足項(xiàng)目預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

后續(xù)研究中，可以在羊胴體位置識(shí)別中加入機(jī)器視覺(jué)，從而在分割中依據(jù)羊胴體大小的不同實(shí)現(xiàn)分割路徑及分割深度的實(shí)時(shí)規(guī)劃，以提高本套設(shè)備的通用性，并達(dá)成更為智能化的羊胴體自動(dòng)分割。