王锦坤，张秋菊

(1.江南大学机械工程学院,江苏 无锡 214122）

（2.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,江苏 无锡 214122)

作者简介：王锦坤（1994—），男，硕士研究生，主要研究方向为机电控制与检测技术，2565026345@qq.com.

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摘要：针对现有的自动上甑设备存在的机器人成本高、工作空间局限、对图像采集设备性能要求高等问题，设计了一款五自由度专用上甑机器人，实现了多工位之间的切换作业，摆头末端的三维准确定位及摆动高度差的补偿等功能，并利用MATLAB仿真验证了其工作空间。热像仪安装于可回转的铺料头上，采用多点图像采集再拼接的方法实现了甑桶料层表面温度信息采集；通过图像区域分块、阈值化处理和特征点匹配对两级筛选的方法对基于SURF算法的图像拼接方法进行优化改进，提高了图像拼接的实时性和准确性，最后用实验证明了改进方法的有效性。

关键词：自动上甑；机器人；构型设计；工作空间；图像拼接

中图分类号：TP242   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0031-06

中国白酒是世界七大蒸馏酒之一，在国内外拥有广阔的消费市场。上甑是将酒醅装入甑桶的过程，是固态蒸馏工艺技术中一个十分重要的环节。传统的人工或半自动化上甑操作工作强度大，且要求工人具有丰富的工作经验，能准确判断将要“冒汽”的待补料区域，大大增加了人工操作的难度。国内外对自动上甑设备的研究已经有了一些成果，但是，目前的上甑机器人系统大多是基于通用机器人设计的，成本相对较高，针对性不强，且一套系统一次只能完成一个甑桶的上甑工作；测温设备（热像仪）必须一次完成整个甑桶表面的温度信息采集工作，对热像仪的视场角分辨率等性能要求较高；现有的专用上甑机器人难以保证铺料头末端与物料表面保持固定的高度，因此难以控制落料的偏差。因此，研发出一套能自主识别待补料区域的智能上甑设备具有十分重要的应用价值。

1 上甑机器人构型设计

1.1上甑机器人功能需求分析

在工业酿酒领域，上甑是将发酵好的酒醅均匀铺撒到直径1.6 m、深0.8 m的甑桶中的过程。

深入调研现有的酒醅上甑设备后，结合酒厂实际上甑工艺需求，初步拟定的机器人上甑过程如下：首先，需要保证酒醅能实时进入上甑机器人的入料口，接着通过机器人内部输送机构将酒醅运送至铺料头出料口准备上甑，随后在甑桶底部均匀地铺60～90 mm（3层）酒醅，并在甑桶底部通蒸汽蒸酒。然后实时监测料层表面的温度信息，当出现温度过高（即将漏汽）的区域时需对其进行定点补料；当温度适中时，则继续均匀铺一层料。如此反复操作直到甑桶铺满，铺满后切换到另一个甑桶进行同样的作业。

根据工艺流程要求，对上甑机器人的功能需求如下：1)能实现酒醅的输送转移；2)能将酒醅铺放到甑桶内的任意空间位置；3)能实时采集甑桶内酒醅表面的温度信息；4)能实现多个工位之间的切换。

1.2上甑机器人构型

针对上述功能需求，本文设计的上甑机器人主要由立柱升降机构、大臂回转机构、铺料头组件、送料打散机构几部分组成，包括5个主自由度和2个局部自由度。上甑机器人三维模型如图2所示。