畜体切割方法和设备的制作方法
【专利摘要】自动肉类加工方法包括连续加工方法，其中，畜体在第一机器加工站被切割成较大部分，并且在机器加工子站被切割成较小部分。在一种加工方法中，畜体部分由机械臂获取、被成像、然后进行切割而无需转移。在另一种加工方法中，通过使畜体部分旋转经过多个加工站执行第一系列加工步骤，并且在畜体部分沿着线性输送机前进时执行第二系列加工步骤。在另一个加工方法中，使用多个夹钳以在皮瓣切割期间使脊肉部分保持稳定。在另一种加工方法中，使用分离销来定位脊肉部分，以进行椎骨切割。在另一种方法中，通过在脊髓的一端施加加压流体流和在脊髓的另一端施加抽吸来去除脊髓。
【专利说明】畜体切割方法和设备
[0001]本申请是 申请人:机器人技术有限公司的申请日为2010年4月I日、国家申请号为201080020754.3 (国际申请号为PCT / NZ2010 / 000062)、发明名称为“畜体切割方法和设备”的专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及切割动物畜体的自动化方法及其设备。
【背景技术】
[0003]通常需要使将动物畜体加工成所需切块的过程自动化。人工屠宰动物畜体在操作肉和工具时需要技巧和判断。对于熟练的操作人员来说，人工屠宰方法能够获得较高标准的屠宰肉类产品。然而，这些方法是耗时的，并且需要大量培训以实现好的效果。此外，屠宰工的技巧和判断会不稳定，从而导致并非准确屠宰的肉类产品和产量减少或者对屠宰工造成伤害。人与畜体接触也增大了细菌污染肉类产品的风险。人工加工的成本也高，并且工作时间不灵活。
[0004]因此，一直努力使动物畜体的屠宰自动化，特别是在大规模商业宰杀/屠宰操作中。自动化畜体切割方法减少了屠宰时间和对屠宰工的伤害。然而，这种系统是昂贵的，并且通常只能进行有限数量的所需加工操作，需要在人工处理和自动处理之间进行转换，并且通常不适于将不同动物畜体之间的差异考虑进来。这种系统还会产生加工瓶颈，尤其是在人工处理不能以自动化处理的速率进行的情况下。
[0005]妨碍动物畜体切割操作的全自动化的重要问题是缺少能够执行所有主要加工切割的流控(end to end)系统。现有的系统未能真正整合成使产品和信息随加工流动。尽管已经使用了 X射线和视觉系统，但它们未整合到流控系统中。
[0006]本发明的目的是提供克服至少一部分这些缺点的肉类加工方法和设备或者至少给公众提供有用的选择。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种加工畜体的一部分的方法，包括以下步骤:
[0008]a.保持住畜体的一部分；
[0009]b.在畜体部分被保持的同时对畜体部分进行成像；
[0010]c.基于所述成像确定一个或多个切割路径；以及
[0011]d.使所述畜体相对于切割工具移动，以便沿着所述一个或多个切割路径切割所述畜体。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种畜体切割设备，包括:
[0013]a.用于夹紧畜体的一部分的夹紧装置；
[0014]b.成像系统，所述成像系统用于在畜体的所述一部分被所述夹紧装置保持时对畜体的所述一部分进行成像；[0015]C.控制系统，所述控制系统用于基于来自所述成像系统的图像确定一个或多个切割路径；以及
[0016]d.切割工具，所述切割工具用于在所述夹紧装置使畜体部分相对于所述切割工具移动时切割所述畜体部分，从而沿着所述一个或多个切割路径切割所述畜体。
[0017]根据本发明的另一方面，提供了一种畜体切割设备，包括:
[0018]a.机械臂，所述机械臂具有用于夹紧畜体的一部分的夹紧装置；
[0019]b.成像系统，所述成像系统用于在畜体的所述一部分被所述机械臂保持时对畜体的所述一部分进行成像；
[0020]c.控制系统，所述控制系统用于基于来自所述成像系统的图像确定一个或多个切割路径；以及
[0021]d.切割工具，所述切割工具用于在所述机械臂使畜体部分相对于所述切割工具移动时切割所述畜体部分，从而沿着所述一个或多个切割路径切割所述畜体。
[0022]根据本发明的另一方面，提供了一种用于从畜体部分去除脊髓的方法，其中，在所述畜体部分中，已经在每端对所述脊髓进行了切割，所述方法包括以下步骤:
[0023]a.对所述脊髓的一端施加加压流体流；以及
[0024]b.在所述脊髓的另一端施加抽吸。
[0025]根据本发明的另一方面，提供了一种沿畜体的脊肉部分进行纵向切割的方法，包括以下步骤:
[0026]a.将所述脊肉部分的脊骨定位在支架之间:
[0027]b.将销定位在脊柱的任一端中；以及
[0028]c.弓丨导所述脊肉部分经过切割工具以纵向穿过所述脊柱进行切割，从而将所述脊肉部分切成两半。
[0029]根据本发明的另一方面，提供了一种切割畜体的脊肉部分的方法，包括以下步骤:
[0030]a.将所述脊肉部分支撑在支架上；
[0031]b.通过多个夹具夹紧所述脊肉部分的肋骨，以将所述肋骨夹紧在所述夹具和所述支架之间；以及
[0032]c.在所述畜体被夹紧的同时对所述畜体进行切割。
[0033]根据本发明的另一方面，提供了一种加工畜体的方法，包括以下步骤:
[0034]a.在第一机器加工站将畜体切割成较大部分；以及
[0035]b.将所述较大部分输送至多个机器加工子站，所述主要部分在所述机器加工子站处被加工成较小部分。
[0036]根据本发明的另一方面，提供了一种加工畜体部分的方法，包括:
[0037]a.将畜体部分装载到旋转式圆盘传送器上；
[0038]b.使所述畜体部分旋转经过多个站，每个畜体部分在所述多个站处被加工；以及
[0039]c.将所述畜体部分转移至线性输送机，用于进一步的加工。
[0040]根据本发明的另一方面，提供了一种肉类加工系统，包括:
[0041]a.具有多个畜体支撑臂的旋转式传送器，所述支撑臂能够旋转经过多个加工站，在所述加工站处进行畜体加工；以及[0042]b.线性输送机，所述线性输送机对畜体部分进行转移，用于在一个或多个进一步加工站进行进一步的加工。
[0043]根据本发明的另一方面，提供了一种利用计算机控制的切割设备对畜体进行多个顺次的切割的方法，包括以下步骤:
[0044]a.对所述畜体进行成像以获得图像信息；
[0045]b.基于成像信息确定用于所述畜体的切割坐标；以及
[0046]c.保持所述畜体与切割设备之间的几何参照，以基于成像信息进行顺次的切割。【专利附图】
【附图说明】
[0047]结合在说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同上文给出的本发明的一般描述以及下文给出的【具体实施方式】的详细描述一起用来解释本发明的本质。
[0048]图1示出了包括初步切割站以及前躯肉块和脊肉切割站的肉类加工系统的平面图。
[0049]图2示出了前躯肉块切割站的立体图，其具有获取前躯肉块部分的机械臂。
[0050]图3示出了前躯肉块切割站的立体图，其中，前躯肉块部分正在被成像。
[0051]图4示出了前躯肉块切割站的立体图，其中，正在切割前躯肉块部分。
[0052]图5示出了脊肉切割站的立体图。
[0053]图6示出了用于去除脊髓的系统的示意图。
[0054]图7示出了图5所示的脊肉切割站的放大图，其正在进行横切
[0055](cross cut)。
[0056]图8示出了图5所示的脊肉切割站的放大图，其正在进行皮瓣切割(flap cut)。
[0057]图9示出了进行椎骨切割的方法。
[0058]图10示出了使用旋转式传送器和线性输送机的肉类加工系统。
[0059]图11示出了通过图10所示的肉类加工系统加工的畜体部分。
[0060]图12示出了用于进行椎骨切割的引导和锯装置。
【具体实施方式】
[0061]图1示出了在与加工间容积相匹配的多个站点进行初步切割、随后加工脊肉部分和前躯肉块的集成系统。在通过图1所示的系统进行加工之前，畜体可以利用例如W02008010732 (其内容在此引入作为参考)中描述的系统进行X射线扫描以显示畜体的内部解剖结构。通过X射线成像获得的解剖信息可以与畜体相关联并且在如下所述的后续加工中使用。
[0062]图1所示的系统包括前躯肉块初步切割站1，其可以使用如在 申请人:的早先申请GB2445277A(其内容在此引入作为参考)中描述的畜体切割机。脊肉切割站2可以使用如在 申请人:的早先申请W02006 / 135262(其内容在此引入作为参考)中描述的畜体切割机。
[0063]机械臂3将前躯肉块部分4从前躯肉块初步切割站I转移至输送机5。尽管在本实施例中示出了机械臂3和18，但更简单的为特定目的构造的传送机构也可以使用。机械臂3可以将前躯肉块部分放置成切割面朝下，使得它以公知的方位位于输送机5上。输送机5可以被指引(indexed)，使得机械臂6到9可以获取位于输送机上已知位置处的前躯肉块部分。可替代地，可以使用传感器来检测前躯肉块部分的位置并获取该位置。可替代地，前躯肉块部分可以放置在适于以期望的方位保持前躯肉块部分的输送机上的容器中。
[0064]现在参考图2，其更详细地示出了前躯肉块切割站。机械臂6具有隔开的支架10和11，支架10和11适于以脊柱位置位于它们之间的方式定位在前躯肉块部分内。夹具12和13可以朝向支架10和11驱动以将前躯肉块部分夹紧在它们之间。在使用中，机械臂6如图2所示定位，使得它可以从下方出现，以使支架10和11在内部抵靠脊柱定位，并且夹具12和13随后朝向支架10和11驱动以将前躯肉块部分夹紧到机械臂6上。
[0065]一旦前躯肉块部分牢牢地固定到机械臂6上，前躯肉块部分便被移动，以通过光学成像设备14进行成像，如图3所示。图像类型和所获取的数量取决于要进行切割的类型。对于胫骨切割而言，单个图像就足够了，而对于其它切割而言，优选获得许多图像，并且形成三维或至少假三维模型。一种优选的方法是使前躯肉块部分旋转四个90度转角，从而从四个侧面获得二维图像。这些图像和先前获得的X射线图像可以存储在控制系统17中，所述控制系统可以是集中式或分布式控制系统。由这些图像可以形成三维或至少假三维模型，控制系统17基于该模型计算切割路径。可以单独或结合光学成像使用先前获得的X射线成像信息，以确定用于特定切割的切割路径。
[0066]成像设备可以将结构光投射到前躯肉块部分上并且可以获得多个图像以形成真三维模型。为了实现这个目的，激光线可以在前躯肉块部分上进行扫描，其中图像以固定的时间间隔被捕捉，以获取每个方位的真实三维图像。
[0067]呈三个正交布置的参考点(在这种情况下为球)的数据参考装置15可以附接到机械臂6的端部上，使得由成像设备14捕捉的图像可以作为机械臂的参照。
[0068]在成像之后，机械臂6使前躯肉块部分相对于带锯16的锯条移动，以进行关节切害I]、颈部切割、胸肉切割、胫骨切割、椎骨分离或任何其它希望进行的切割中的全部或任意种类的切割。根据布置方式，带锯可以旋转90度以方便椎骨分离。
[0069]可以理解，从前躯肉块部分被机械臂6获取开始，前躯肉块部分就在成像和多个切割操作期间一直与机械臂6保持固定关系；从而避免了重新指引前躯肉块部分相对于机械臂的位置(这会在前躯肉块部分在各种操作之间转移的情况下发生)的需要。
[0070]现在参考图1和5，示出了脊肉切割站。机械传送臂18将脊肉部分从脊肉初步站2转移到支架19。支架19具有隔开的杆20和21，以将脊柱支撑在其间。多个这样的支架19沿着轨道22前进以供应相应的脊肉切割站23到26。当支架前进时，脊肉部分的每个端部被照相机27和28成像并且图像被提供给控制系统17。
[0071]在成像之后，去除脊髓，如图6示意性地示出的那样。探针29被插入到脊肉部分31的脊柱30中并且将加压流体供给到脊柱中，以沿着脊柱推动脊髓。杯子32被放置在脊柱的另一端的上方并且施加真空以吸出脊髓。已经发现，无需切割脊柱，一端的加压流体与另一端的抽吸的组合作用对于去除脊髓是有效的。
[0072]探针29和杯子32可以根据用于特定物种的标准解剖定位进行定位，其中，杆20和21使脊柱以可接受的公差居中地定位，或者可替代地，杆20和21可以利用来自照相机27和28的图像信息和适当的定位机构进行定位。
[0073]—旦脊柱去除，支架19便前进到脊肉切割站，在这种情况下，如图7所示，脊肉切割站为站23。脊肉部分31随后被推动装置35从导轨20和21转移到导轨33和34，所述推动装置从后面将脊肉部分31推动到进行横切所需的位置。横切可以基于X射线信息进行计算，从而根据骨头的位置使肋排肉和腰肉在最佳位置分离。
[0074]当脊肉部分31处于期望的位置时，它可以通过由液压或气压柱塞42至48致动的多个夹紧装置36至41进行固定，所述夹紧装置保持脊肉部分31的肋骨抵靠杆49，从而在横切和皮瓣切割期间牢牢地保持住脊肉部分31。在相对侧上设置有类似的夹紧装置。已经发现，使用多个夹紧装置来保持皮瓣的肋骨比使用单个夹紧装置更有效。如图7所示，通过使附接到机械臂51上的切割刀片50横向于脊肉部分31移动来进行横切。脊肉部分已经通过推动装置35根据在加工之前获得的X射线信息放置在用于切割的正确位置。随后，如图8所示，通过根据切割路径经由机械臂51将切割刀片50操纵到期望高度来进行皮瓣切害I]，所述切割路径通过根据由照相机27和28获得的图像定位眼肉来确定。
[0075]最后，通过将具有尖叉52和53的开口销插入脊肉小段59中(在横切和皮瓣切割之后)并且降低定位器54和55以竖向定位羽骨56来进行椎骨切割，如图5和9所示。类似的开口销插入在另一端中。开口销和定位器随后前进以拉动脊肉小段59通过带锯60，其中，刀片在尖叉52和53 (和位于另一端的一对尖叉)以及定位器54和55之间经过。这样，可以沿着脊柱的中间精确切割脊肉小段。
[0076]现在将参考图10和11描述一种使用旋转式传送器61和线性输送机62的肉类加工系统。图11以虚线轮廓示出了置于图10所示系统之上的畜体部分，以示出所述系统的操作。旋转式传送器61具有四个支撑臂63至66，每个支撑臂具有一对隔开的成对的支撑导轨67和68。如图9所示，畜体部分的脊骨位于支撑导轨之间以使畜体部分定位在期望的方向和位置。圆盘传送器61在加工操作之间逆时针旋转90度，使得每个支撑臂移动到下一个加工站。
[0077]在图10中，支撑臂63不出为处于第一加工站；在第一加工站，通过位于畜体任一端处的照相机69和70对畜体81进行成像。可以进行来自不同视角的进一步成像(包括X射线成像)，以辅助切割路径计算。该信息被提供给控制器80并且在后续加工中使用。切割规格(例如，皮瓣切割高度等)可以由用户输入到控制器80中，对于不同的畜体可以使用不同的切割和切割规范。畜体部分82已经被成像，并且根据提供给控制器80的成像信息对脊髓去除装置71和72进行定位。这些装置通常以参考图6所描述的方式进行操作。通过位于第三站的圆形切割刀片73和74将畜体83切割成肋排脊肉和前腰脊肉。畜体部分84和85从支撑臂66被转移到位于第四站的隔开导轨75和76并且可以通过推动装置、输送带等沿其输送。在旋转式传送器上的加工期间，畜体与每个加工站上的加工设备保持已知的几何方位。当畜体被转移到导轨时，推动装置将畜体的端部定位成保持已知的几何参照，用于进一步的加工。
[0078]畜体部分可以沿着线性输送机62连续前进并且在移动时被加工，或者可以停下来以便在某些位置进行加工，或者两者结合。畜体部分86可以前进经过旋转切割刀片77和78以进行胸肉和或皮瓣切割，或者畜体部分86可以保持在固定位置并且可以使用图7所示类型的设备进行这些切割。畜体部分87可以前进经过圆形切割刀片79以沿着脊髓进行切割，或者畜体87可以保持固定并且刀片79相对于畜体87移动。
[0079]图12示出了可以用于进行椎骨切割的布置方式。一对隔开的引导杆88和89具有位于其间的间隙以容纳刀片，在这种情况下刀片为带锯刀片90。引导杆88和89可以足够长，以穿过整个椎骨腔并用来沿着脊柱引导刀片90。
[0080]因此，本发明提供了一种允许全自动化流控加工的集成式自动肉类加工系统。通过允许根据期望的加工速率扩充子加工站，可以使设备利用率最优化并且避免瓶颈。当信息随加工流动时，它可以被使用并与每个加工阶段的附加信息结合。该布置方式还对每个子加工站提供了提闻的广品追踪能力。
[0081]全自动加工使精度提高，从而提高了产品产量和价值。这可以利用X射线和光学信息、优化的切割路径计算和机器精度来实现。机器加工避免了相关的劳动力费用并且使工作计划的弹性更大。
[0082]通过使产品转移减到最低程度，可以在无需重新指引畜体部分相对于加工设备的方向和位置的情况下执行多个加工步骤。通过在畜体部分被机械臂固定时对其进行成像，可以容易地确定相对于机械臂的切割路径，无需在成像后将图像信息指引给获取畜体部分的机械臂。
[0083]本发明还提供了在无需分离脊柱的情况下有效去除脊髓的方法。
[0084]尽管本发明已经通过对其实施例的描述进行了解释说明，同时对实施例进行了详细描述，但是 申请人:并非意在将权利要求的范围限定或以任何方式限制在这些细节。其它优点和改进对于本领域技术人员来说显而易见。因此，本发明更广义的方面不局限于具体的细节、代表性的设备和方法、以及所示出和描述的示例。因此，在不脱离 申请人:的总体发明构思的精神或范围的情况下可以这些细节有所偏离。
【权利要求】
1.一种沿着畜体的脊肉部分进行纵向切割的方法，包括以下步骤: a.将所述脊肉部分的脊骨定位在支架之间: b.将销定位在脊柱的任一端中；以及 c.引导所述脊肉部分通过切割工具以纵向穿过所述脊柱进行切割，从而将所述脊肉部分切割成两半。
2.如权利要求1所述的方法，其中，每个定位销是允许其穿过所述切割工具的任一侧的开口销。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，将定位器压在羽骨的任一侧上以定位所述脊柱，从而定位所述脊肉部分。
4.一种切割畜体的脊肉部分的方法，包括以下步骤: a.将所述脊肉部分支撑在支架上； b.通过多个夹具夹紧所述脊肉部分的肋骨，以将所述肋骨夹紧在所述夹具和所述支架之间；以及 c.在所述畜体被这样夹紧的同时对所述畜体进行切割。
5.如权利要求 4所述的方法，其中，所述夹具由气动或液压柱塞驱动。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，所述脊肉部分通常沿所述脊柱的轴线从任一端被成像，并且根据由所述成像确定的切割路径切割皮瓣。
7.—种加工畜体的方法，包括以下步骤: a.在第一机器加工站将畜体切割成较大部分；以及 b.将所述较大部分输送至多个机器加工子站，所述主要部分在所述机器加工子站处被加工成较小部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述畜体在加工之前被进行X射线成像，以产生X射线图像信息。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述畜体在位于机器加工子站处的加工期间被进行光学成像，并且基于X射线和光学图像信息确定切割路径。
10.如权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，关于较大畜体部分在输送机上的位置和方向的信息从所述第一机器加工站被传送到所述机器加工子站，以便于较大畜体部分的获取。
11.一种加工畜体部分的方法，包括: a.将畜体部分装载到旋转式圆盘传送器的导轨上； b.使所述畜体部分旋转经过多个站,每个畜体部分在所述多个站处被加工；以及 c.使所述旋转式传送器的导轨与线性输送机的导轨顺次地对准，并且使每个畜体沿着所述旋转式传送器的导轨前进到线性输送机的导轨上。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在每个畜体部分固定的同时在所述旋转式传送器的每个站处进行对所述畜体部分的加工。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中，每个畜体部分在第一站处被成像，其中所述畜体部分在所述第一站处被装载到所述旋转式传送器上。
14.如权利要求11至13的任一项所述的方法，其中，所述脊髓在所述站中的一个处从每个畜体部分上被去除。
15.如权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，在所述站中的一个处进行穿过每个畜体部分的横向切割。
16.如权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，每个畜体部分在沿着所述线性输送机运动的同时被进一步加工。
17.如权利要求11至16中的任一项所述的方法，其中，在每个畜体部分沿着所述线性输送机前进的同时进行皮瓣切割。
18.如权利要求11至17中的任一项所述的方法，其中，在所述线性输送机上进行对每个畜体部分的椎骨分离。
19.如权利要求11至18中的任一项所述的方法，其中，每个畜体部分支撑在位于所述旋转式传送器上的一对间隔开的导轨上。
20.如权利要求11至19中的任一项所述的方法，其中，每个畜体部分被转移至所述线性输送机的一对间隔开的导轨并沿所述导轨前进。
21.一种肉类加工系统，包括: a.具有多个畜体支撑臂的旋转式传送器，所述支撑臂能够旋转经过多个加工站，在所述加工站处进行畜体加工，其中，每个引导臂包括用于支撑畜体的导轨；以及 b.包括导轨的线性输送 机，所述线性输送机的导轨在与引导臂的导轨对准时对畜体部分进行转移，用于在一个或更多个进一步的加工站处进行进一步的加工。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述旋转式传送器使每个支撑臂周期性地前进到下一个站，用于在该下一个站处的加工。
23.如权利要求21或22所述的系统，包括用于对所述畜体部分进行成像的成像站。
24.如权利要求21至23中的任一项所述的系统，包括用于去除畜体部分的脊髓的脊髓去除站。
25.如权利要求21至24中的任一项所述的系统，包括用于将畜体部分切割成肋排脊肉和前腰脊肉的横切站。
26.如权利要求21至25中的任一项所述的系统，包括用于将畜体部分从所述旋转式传送器的支撑臂转移至所述线性输送机的装置。
27.如权利要求21至26中的任一项所述的系统，包括位于所述线性输送机的任一侧的侧向切割刀片，以在畜体部分上进行胸肉和/或皮瓣切割。
28.如权利要求21至27中的任一项所述的系统，包括用于穿过畜体椎骨进行切割的椎骨分离器。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述椎骨分离器包括能够插入到畜体部分的脊椎腔中的引导装置，所述引导装置使切割工具在其沿脊髓切割时居中定位。
30.如权利要求29所述的系统，其中，所述引导装置由一对间隔开的杆构成，所述杆将所述切割工具定位在所述杆之间。
【文档编号】A22C17/02GK103931728SQ201410136079
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2010年4月1日 优先权日:2009年4月3日
【发明者】史蒂文·弗恩, 艾伦·迪基, 斯科特·克拉克 申请人:机器人技术有限公司