摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)家禽屠宰凈膛作業(yè)中自動(dòng)化程度低、設(shè)備配套性差、凈膛破損率較高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套小型智能化家禽低內(nèi)臟破損率凈膛流水線系統(tǒng)。系統(tǒng)由家禽凈膛流水線裝置、夾取式凈膛機(jī)械手、觸覺(jué)系統(tǒng)、光電傳感器和PLC控制器組成，可實(shí)現(xiàn)家禽屠宰過(guò)程中的自動(dòng)化凈膛。以光電傳感器的觸發(fā)信號(hào)作為家禽的到位信號(hào)，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的高速脈沖信號(hào)控制凈膛流水線的運(yùn)動(dòng)和精確定位、機(jī)械手爪的張合以及機(jī)械臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；利用EM235模塊將實(shí)時(shí)采集到的機(jī)械手爪內(nèi)壁壓力傳感器上的壓力信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，一旦壓力值達(dá)到壓力閾值8.22N時(shí)，機(jī)械手爪即反轉(zhuǎn)一定角度后再掏膛，從而降低內(nèi)臟破損率。試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)蝹€(gè)機(jī)械手的凈膛效率約為100只/h；平均凈膛率為86.95%，內(nèi)臟平均破損率為20%。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化地低內(nèi)臟破損率家禽凈膛，且性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單。

　　關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)分析；智能控制；壓力傳感器；家禽凈膛；流水線；PLC

　　在中國(guó)，禽肉類(lèi)產(chǎn)品深受居民的喜愛(ài)，其消費(fèi)量占總?cè)忸?lèi)消費(fèi)量的25%以上。中國(guó)家禽業(yè)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已逐漸由傳統(tǒng)的農(nóng)戶散養(yǎng)、活禽交易模式過(guò)渡到規(guī)?；B(yǎng)殖、集中定點(diǎn)屠宰模式。這種轉(zhuǎn)變既能降低家禽食品安全隱患，為市場(chǎng)提供高質(zhì)量產(chǎn)品，也有利于集中監(jiān)管，從而保障家禽業(yè)健康持續(xù)的發(fā)展。但與此同時(shí)這也對(duì)中國(guó)家禽屠宰加工提出了更高的要求，家禽屠宰取內(nèi)臟作業(yè)作為家禽屠宰生產(chǎn)線中一道關(guān)鍵的工序，也是目前中國(guó)家禽屠宰加工生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與機(jī)械化程度最低的工序之一。國(guó)外早在20世紀(jì)初就開(kāi)始進(jìn)行家禽屠宰加工裝備的研究，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，自動(dòng)掏膛技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)日漸完善，并逐漸應(yīng)用于禽類(lèi)的屠宰加工生產(chǎn)中，取代了人工作業(yè)。而中國(guó)由于起步較晚，屠宰加工取內(nèi)臟作業(yè)還處于研究階段，目前仍依靠人工輔助流水線完成，效率低、工作環(huán)境差且人工成本高。僅有少數(shù)企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)成套設(shè)備，投資大，設(shè)備維護(hù)昂貴，且由于國(guó)內(nèi)外對(duì)家禽內(nèi)臟飲食習(xí)慣的差異，進(jìn)口的掏膛設(shè)備并不能完全適用于國(guó)內(nèi)家禽屠宰加工當(dāng)中。因此，隨著家禽規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)的普及，中國(guó)家禽屠宰加工裝備亟需形成相應(yīng)規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)鏈。

　　規(guī)?；B(yǎng)殖為家禽提供了標(biāo)準(zhǔn)的飼養(yǎng)模式，使得同一批次同一品種的禽體長(zhǎng)成后的大小基本均勻一致，這為家禽自動(dòng)掏膛作業(yè)提供了有利的條件。挖取式、扒取式和夾取式這3種是目前研究較多的應(yīng)用于家禽屠宰掏膛中的機(jī)械手。本文提出并設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)的智能家禽凈膛流水線控制系統(tǒng)，以PLC為控制器，以光電傳感器的觸發(fā)信號(hào)作為家禽到達(dá)指定凈膛位置的到位信號(hào)，以壓力傳感器構(gòu)成觸覺(jué)感知系統(tǒng)，根據(jù)家禽內(nèi)臟大小，實(shí)時(shí)控制凈膛力度，降低凈膛過(guò)程中內(nèi)臟的破損率，從而達(dá)到智能化自動(dòng)掏取家禽內(nèi)臟作業(yè)的目的。

　　凈膛流水線系統(tǒng)整體如圖1所示。該系統(tǒng)包括家禽凈膛流水線裝置、試驗(yàn)臺(tái)、機(jī)械臂、機(jī)械手爪、觸覺(jué)系統(tǒng)、光電傳感器以及由計(jì)算機(jī)和PLC組成的控制系統(tǒng)。其中觸覺(jué)系統(tǒng)由安裝在機(jī)械手指內(nèi)壁的壓力傳感器及相應(yīng)的采集電路組成。

　　上位機(jī)通過(guò)USB轉(zhuǎn)RS485通信電纜將相應(yīng)控制指令發(fā)送給PLC，PLC根據(jù)接收到的指令控制各機(jī)械結(jié)構(gòu)的既定運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)流水線的精確運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)械臂、機(jī)械手爪的凈膛動(dòng)作控制，并在凈膛過(guò)程中實(shí)時(shí)采集凈膛壓力值，控制凈膛力度，實(shí)現(xiàn)家禽凈膛的自動(dòng)化。

　　1.2.1  家禽凈膛流水線的設(shè)計(jì)

　　凈膛流水線整體設(shè)計(jì)為環(huán)型，由支架支撐，傳動(dòng)方式為同步帶傳送，由步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)、直線導(dǎo)軌、圓弧導(dǎo)軌、底板、同步帶主動(dòng)輪、同步帶從動(dòng)輪、同步帶、滑臺(tái)、家禽固定裝置和支架組成。步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與減速機(jī)固定通過(guò)聯(lián)軸器與同步帶主動(dòng)輪連接，直線導(dǎo)軌和圓弧導(dǎo)軌拼接后通過(guò)螺栓固定在環(huán)形底板，滑臺(tái)與同步帶之間通過(guò)卡槽固定，家禽固定裝置與滑臺(tái)之間通過(guò)螺栓連接。整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1  家禽凈膛流水線系統(tǒng)裝置圖

　　凈膛流水線圓弧導(dǎo)軌直徑為400mm，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪中心距為800mm，考慮到家禽的體型，流水線上等間距設(shè)計(jì)了6個(gè)滑臺(tái)（每2個(gè)滑臺(tái)間距為476mm）。同步帶設(shè)計(jì)為雙面齒同步帶，一面與帶輪上的齒嚙合，一面與滑臺(tái)嚙合，家禽采用倒掛的方式固定在家禽固定裝置上。系統(tǒng)啟動(dòng)后，凈膛流水線同步帶帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)滑臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)行，使得家禽也能隨之在環(huán)型導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，形成流水線。

　　1.2.2  凈膛機(jī)械手的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的機(jī)械臂與機(jī)械手爪共同構(gòu)成家禽的凈膛機(jī)械手裝置。機(jī)械臂設(shè)計(jì)為三維空間下直角坐標(biāo)型機(jī)械臂，運(yùn)動(dòng)軌跡為空間直角坐標(biāo)系下X軸、Y軸、Z軸方向上的直線運(yùn)動(dòng)，各軸運(yùn)動(dòng)最大行程分別為300、600、400mm；凈膛機(jī)械手爪設(shè)計(jì)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，4根機(jī)械手指兩兩對(duì)稱(chēng)，形成一定的包容空間。凈膛機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3  機(jī)械手爪和機(jī)械臂結(jié)構(gòu)圖

　　機(jī)械手爪通過(guò)螺栓固定后安裝在機(jī)械臂X軸方向的滑臺(tái)上，設(shè)置好機(jī)械臂各軸以及機(jī)械手爪的行程參數(shù)和初始位置。系統(tǒng)工作時(shí)，機(jī)械臂Y軸帶動(dòng)機(jī)械手爪前后運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手爪通過(guò)機(jī)械手指張開(kāi)或抓緊，實(shí)現(xiàn)家禽凈膛。

　　1.2.3  步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器

　　根據(jù)系統(tǒng)中各凈膛機(jī)械裝置的負(fù)載需求，在節(jié)約成本的前提下選取符合要求的步進(jìn)電機(jī)?？紤]到系統(tǒng)中各步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)、額定轉(zhuǎn)矩、控制精度等要求，選擇型號(hào)為信捷DP508系列驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)中各電機(jī)具體型號(hào)及相應(yīng)參數(shù)如表1所示。

表1  步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

　　另外，凈膛流水線和步進(jìn)電機(jī)間選用型號(hào)為PX86N024S0的行星減速機(jī)，傳動(dòng)比為24：1，用來(lái)匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩。

　　機(jī)械手爪的4根手指為上下左右對(duì)稱(chēng)式分布，其中上下2根手指在抓取內(nèi)臟時(shí)由于受到重力因素的影響，測(cè)得的壓力與實(shí)際的壓力值會(huì)有差異。因此只將壓力傳感器安裝在機(jī)械手爪的左右2只手指內(nèi)壁，凈膛時(shí)，一旦左右2根手指中任意1個(gè)壓力傳感器測(cè)得的壓力值達(dá)到設(shè)定的壓力閾值，機(jī)械手會(huì)立即停止抓緊。本系統(tǒng)選取RFP系列薄膜壓力傳感器及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模塊，額定電壓為5V，量程為0～2kg。

　　實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，分別將2個(gè)壓力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)繪制成電壓-壓力圖并進(jìn)行擬合，圖4為標(biāo)定后測(cè)得的電壓-壓力擬合曲線圖，圖中實(shí)線和虛線分別代表各傳感器電壓-壓力的實(shí)際對(duì)應(yīng)曲線和擬合后的對(duì)應(yīng)曲線，擬合的多項(xiàng)式公式也如圖中所示。

　　1.4  PLC控制系統(tǒng)選型

　　PLC在整個(gè)家禽凈膛流水線系統(tǒng)中起到核心控制作用。本系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-200系列PLC（CPU226DC/DC/DC）作為控制器，再加上模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊（EM235）、定位模塊（EM253）共同構(gòu)成控制及壓力采集系統(tǒng)的硬件裝置。PLC與各模塊間通過(guò)自帶的專(zhuān)用擴(kuò)展電纜線連接?？刂葡到y(tǒng)與外部設(shè)備電路接線示意圖如圖5所示。

圖4  壓力傳感器電壓-壓力擬合曲線

　　光電傳感器的發(fā)光器可以發(fā)出光束，當(dāng)家禽通過(guò)并擋住光束時(shí)，會(huì)有部分光反射到接收器。此時(shí)光電傳感器會(huì)輸出高電平，PLC接收到上升沿后控制系統(tǒng)的下一步動(dòng)作。本系統(tǒng)選用鑫社電氣M18漫反射型光電傳感器，光電傳感器與主電路接線如圖6所示。

圖6  光電傳感器接線圖

　　經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)械手爪的中心與流水線上夾具中心的連線垂直于豎直作業(yè)面時(shí)，最有利于機(jī)械手深入家禽腹腔凈膛作業(yè)，系統(tǒng)將此位置定義為流水線的標(biāo)準(zhǔn)凈膛位置。因此試驗(yàn)前，調(diào)整好光電傳感器位置，并通過(guò)EM253模塊與光電傳感器配合確保每次凈膛時(shí)，流水線都能停在標(biāo)準(zhǔn)凈膛位置處。

　　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括人機(jī)交互界面程序設(shè)計(jì)和控制器PLC的程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)工作流程如圖7所示。上位機(jī)發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)命令給控制器PLC，系統(tǒng)啟動(dòng)后，家禽凈膛流水線開(kāi)始工作并輸送家禽。當(dāng)檢測(cè)到光電傳感器觸發(fā)信號(hào)上升沿時(shí)，流水線會(huì)立即減速至低速運(yùn)行，檢測(cè)到光電傳感器信號(hào)下降沿后，表明家禽已被輸送至指定凈膛位置；PLC接收信號(hào)后，流水線即暫停運(yùn)動(dòng)。同時(shí)機(jī)械臂Y軸從原點(diǎn)前進(jìn)，當(dāng)前進(jìn)至接近家禽內(nèi)臟時(shí)，Y軸減速直至到達(dá)家禽內(nèi)臟處后停止運(yùn)動(dòng)；隨后機(jī)械手爪開(kāi)始抓取內(nèi)臟，凈膛過(guò)程中安裝在機(jī)械手爪末端的壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械手爪對(duì)內(nèi)臟施加的壓力。當(dāng)壓力值到達(dá)預(yù)設(shè)壓力閾值時(shí)，機(jī)械手爪張開(kāi)適當(dāng)角度，以減少內(nèi)臟的破損；若壓力值始終小于壓力閾值，機(jī)械手爪會(huì)執(zhí)行完初始設(shè)定步數(shù)，然后機(jī)械臂后退并掏出內(nèi)臟。機(jī)械臂Y軸接近原點(diǎn)時(shí)會(huì)減速直至回到原點(diǎn)位置；此時(shí)機(jī)械手爪張開(kāi)使內(nèi)臟脫落，同時(shí)給PLC發(fā)出一個(gè)信號(hào)，使流水線重新啟動(dòng)，重復(fù)這一凈膛流程，從而實(shí)現(xiàn)家禽凈膛的全自動(dòng)化過(guò)程。

圖7  系統(tǒng)流程圖

　　PLC程序是在STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件中通過(guò)梯形圖進(jìn)行開(kāi)發(fā)?？刂葡到y(tǒng)程序根據(jù)功能可分為機(jī)械手爪及機(jī)械臂控制模塊、凈膛流水線控制模塊以及壓力采集模塊，由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，PLC的I/O口分配如下表2所示。

表2  輸入輸出分配

　　2.1.1  機(jī)械手爪及機(jī)械臂控制模塊

　　S7-200系列PLC有2個(gè)高速脈沖發(fā)生器，執(zhí)行脈沖輸出指令（PLS指令）時(shí)可輸出高速脈沖串（PTO），實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂Y軸以及機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)控制。機(jī)械手爪和機(jī)械臂Y軸上分別安裝有手爪張開(kāi)到位、前后限位開(kāi)關(guān)，規(guī)定了系統(tǒng)的工作原點(diǎn)，其中機(jī)械臂Y軸靠近前、后限位開(kāi)關(guān)處還分別安裝有2個(gè)減速開(kāi)關(guān)，控制機(jī)械臂接近停止位置時(shí)的速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的軟停止，保護(hù)限位開(kāi)關(guān)。機(jī)械臂Y軸凈膛時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖8所示。

　　注：v 為家禽傳輸速度，t 為家禽傳輸時(shí)間。

圖8  機(jī)械臂Y 軸運(yùn)動(dòng)軌跡

　　2.1.2  凈膛流水線控制模塊

　　凈膛流水線的運(yùn)動(dòng)由西門(mén)子定位模塊EM253控制完成。將家禽的標(biāo)準(zhǔn)凈膛位置在系統(tǒng)中設(shè)置為參考點(diǎn)，調(diào)用“POSx_RSEEK”子程序，檢測(cè)到光電傳感器輸出上升沿時(shí)，流水線會(huì)立即由高速降到設(shè)置的低速運(yùn)行，當(dāng)光電傳感器輸出下降沿時(shí)，尋找參考點(diǎn)結(jié)束，流水線停在凈膛位置。EM253的尋參功能可以提高系統(tǒng)凈膛時(shí)的定位精度。尋找參考點(diǎn)軌跡如圖9所示。

圖9  尋找參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

　　2.1.3  壓力采集模塊

　　系統(tǒng)用EM235模塊的2路輸入通道（AIW0和AIW2）分別連接2個(gè)壓力轉(zhuǎn)換模塊，用來(lái)采集機(jī)械手爪左右2根手指上的電壓信號(hào)。以其中一路AIW0為例，壓力傳感器量程為0～2kg，輸出的電壓范圍為0～5V，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)值范圍為0～32000，呈線性關(guān)系，可見(jiàn)每伏特對(duì)應(yīng)的A/D值為32000/5=6400。因此，當(dāng)數(shù)字量為D時(shí)，假設(shè)壓力為V，那么AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際電壓值的計(jì)算公式為

　　V=D/6400      （1）

　　又根據(jù)圖4中壓力傳感器的電壓-壓力擬合公式，可以計(jì)算出機(jī)械手爪對(duì)家禽內(nèi)臟實(shí)際的壓力值，并在程序中實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　VS2013（Microsoft Visual Studio 2013）是Windows環(huán)境下廣泛采用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)的家禽自動(dòng)凈膛軟件使用VS2013基于MFC（Microsoft Foundation Class）開(kāi)發(fā)。主界面如圖10所示，主要有3部分組成，分別是通訊調(diào)試、手動(dòng)模式、自動(dòng)模式。通訊調(diào)試模塊存在兩個(gè)文本編輯框，分別是“發(fā)送輸入”和“接受顯示”，點(diǎn)擊“發(fā)送”時(shí)，可以將“發(fā)送輸入”文本框的內(nèi)容發(fā)送給PLC，通訊模塊主要用于與PLC程序聯(lián)合進(jìn)行調(diào)試使用。手動(dòng)模式則分為3部分，分別是“Y軸前進(jìn)”、“Y軸后退”，“手爪夾緊”、“手爪張開(kāi)”，“流水線正轉(zhuǎn)”、“流水線反轉(zhuǎn)”，自動(dòng)模式則是通過(guò)3個(gè)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別是“自動(dòng)啟動(dòng)”、“急停”、“復(fù)位”，其中急停按鈕也可以作為手動(dòng)模式的停止按鈕。上位機(jī)通過(guò)通信將指令發(fā)送給PLC，PLC接收到相應(yīng)的指令后，會(huì)完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖10  人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)材料選取農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)宰殺的新鮮肉雞，試驗(yàn)前，購(gòu)買(mǎi)60只肉雞，在經(jīng)過(guò)浸燙、去毛、放血等處理步驟后并完整保留內(nèi)臟，肉雞的質(zhì)量大多分布在1.20kg～1.70kg之間，將60只肉雞隨機(jī)分為3組，每組各20只，分別命名為A組、B組、C組。

　　3.2  試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)

　　試驗(yàn)所考察的指標(biāo)主要為家禽的凈膛率和掏出內(nèi)臟的破損率。其中凈膛率R公式如下：

　　式中M為掏出內(nèi)臟的質(zhì)量，g；m為殘留在家禽腹腔中的內(nèi)臟質(zhì)量，g。

　　而由于肝臟質(zhì)地脆弱，且其附在內(nèi)臟表面，凈膛時(shí)與機(jī)械手接觸面積最大。因此本試驗(yàn)將肝臟是否破損作為衡量掏出內(nèi)臟破損的指標(biāo)。掏出內(nèi)臟中肝臟出現(xiàn)破裂或表面有裂痕記為1，肝臟完整且無(wú)裂痕則記為0。

　　3.3.1  壓力閥值的確定

　　為了不破壞內(nèi)臟的可食用性，需保證家禽凈膛率的同時(shí)降低凈膛過(guò)程中內(nèi)臟的破損率。系統(tǒng)以A組為本試驗(yàn)對(duì)象，測(cè)量?jī)籼艜r(shí)機(jī)械手從原始張開(kāi)狀態(tài)到最大程度抓緊時(shí)，安裝在機(jī)械手內(nèi)壁的2個(gè)壓力傳感器中的最大值。對(duì)測(cè)得的20組壓力值取平均值，確定為本試驗(yàn)的凈膛壓力閾值Fx。如表3所示，最終壓力閾值Fx確定為8.22N。

　　3.3.2  家禽凈膛試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　以B組和C組為試驗(yàn)對(duì)象。將壓力閾值在系統(tǒng)中設(shè)置為8.22N。C組作為對(duì)照組，在手動(dòng)模式下調(diào)整好家禽的凈膛位置使之處于標(biāo)準(zhǔn)凈膛位置處后，使流水線處于靜止?fàn)顟B(tài)下試驗(yàn)。而B(niǎo)組在系統(tǒng)程序自動(dòng)模式下進(jìn)行，設(shè)單個(gè)機(jī)械手的凈膛效率為η（只/h），則

表3  測(cè)定壓力閾值試驗(yàn)

　　式中t1為機(jī)械手對(duì)單只家禽的凈膛時(shí)間，約為30s/只（不同內(nèi)臟質(zhì)量的家禽，凈膛時(shí)間略有差異）；l為2個(gè)滑臺(tái)的間距；v為家禽的傳輸速度，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載與穩(wěn)定運(yùn)行的需求，將v設(shè)定為105mm/s，此時(shí)系統(tǒng)的凈膛效率約為100只h。

　　試驗(yàn)時(shí)，分別測(cè)定B組和C組中每只試驗(yàn)家禽的凈膛率，并對(duì)所得的20組凈膛率數(shù)據(jù)取平均值，記為平均凈膛率；統(tǒng)計(jì)B組和C組凈膛過(guò)程中試驗(yàn)家禽的肝臟破損情況，將肝臟破損出現(xiàn)的次數(shù)占20組數(shù)據(jù)中的比例記為內(nèi)臟的破損率。對(duì)比B組和C組中各試驗(yàn)指標(biāo)，考察流水線的運(yùn)行是否對(duì)家禽的凈膛效果以及內(nèi)臟的破損率有影響。

　　3.4  試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　流水線電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，B組平均凈膛率為86.95%，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，B組試驗(yàn)對(duì)象中，有4組肝臟出現(xiàn)破損，破損率為20%。具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4  流水線運(yùn)行狀態(tài)下凈膛試驗(yàn)

　　注：表中0表示內(nèi)臟無(wú)破損，1表示內(nèi)臟有破損，下同。

　　如下表5所示，在流水線靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)C組家禽進(jìn)行凈膛試驗(yàn)，試驗(yàn)可得平均凈膛率為88.09%，且掏出內(nèi)臟中沒(méi)有出現(xiàn)肝臟破損情況。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明：就凈膛率而言，與靜態(tài)凈膛相比，流水線運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)凈膛率僅降低了1.14個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)凈膛效果影響不大；就破損率而言，動(dòng)態(tài)凈膛時(shí)內(nèi)臟破損情況出現(xiàn)4次，高于流水線靜止?fàn)顟B(tài)下凈膛試驗(yàn)中的0次。這說(shuō)明流水線的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)內(nèi)臟的破損率有一定的影響。這是因?yàn)椋?）凈膛時(shí)，不能根據(jù)禽體內(nèi)臟的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整；2）流水線在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不是絕對(duì)平穩(wěn)；3）家禽在傳輸時(shí)內(nèi)臟會(huì)發(fā)生輕微移位，尤其是肝臟，附著在內(nèi)臟表面，更易在傳輸時(shí)受到擾動(dòng)發(fā)生位置偏移，所以凈膛時(shí)偏離了設(shè)定的凈膛位置而出現(xiàn)內(nèi)臟破損情況。

表5  流水線靜止?fàn)顟B(tài)下凈膛試驗(yàn)

　　4  結(jié)論

　　該系統(tǒng)以PLC為核心控制器，以光電傳感器的觸發(fā)信號(hào)作為家禽的到位信號(hào)，以壓力傳感器作為觸覺(jué)系統(tǒng)，并以基于MFC開(kāi)發(fā)的人機(jī)交互界面作為控制界面，設(shè)計(jì)了一套小型智能化家禽低內(nèi)臟破損率凈膛流水線系統(tǒng)。在夾取式機(jī)械手的基礎(chǔ)上，對(duì)凈膛流水線的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整體控制，且結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便。試驗(yàn)結(jié)果表明，家禽凈膛流水線穩(wěn)定工作時(shí)，單個(gè)機(jī)械手的凈膛效率約為100只/h，家禽的整體凈膛率為86.95%，整體破損率為20%，與靜態(tài)凈膛試驗(yàn)相比，凈膛率差別不大，但破損率有所上升，總體符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

　　后續(xù)研究中，可以測(cè)試家禽的肝臟在凈膛過(guò)程中的應(yīng)力—應(yīng)變結(jié)果，根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整機(jī)械手凈膛動(dòng)作，以期達(dá)到更好的凈膛效果和提高凈膛效率。