CN101024448A - 水果输送翻转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果输送翻转机构，包括输送链和水果支承滚子组件(8)，该输送链包括主动链轮、从动链轮和输送链链条(7)，水果支承滚子组件(8)设在输送链链条(7)上，水果支承滚子组件(8)包括滚子轴(82)，在滚子轴(82)上套设有水果支承滚子(81)，水果支承滚子(81)的滚身母线方程为y=

，在水果支承滚子(81)的下面设有摩擦装置(11)，且摩擦装置(11)的上表面与水果支承滚子(81)接触，本发明通过对滚子母线的设计，可以实现大小不同的水果能以基本相同的角速度均匀翻转。

Description

水果输送翻转机构

技术领域

本发明涉及一种用于水果机器视觉自动分选机的水果输送翻转机构。

背景技术

我国是水果生产大国，从1993年开始，水果总产量就跃居世界第一位，而且种类繁多，品种丰富。但由于检测和分选手段落后，大多数水果不经分级处理就直接通货上市、混级混卖，严重影响了水果的市场价值。利用人工进行水果品质检测和分级虽然可行，但劳动强度大，工作效率低，且由于个人视力差别、颜色鉴别力高低、情绪、疲劳和光线强弱等因素的影响，分级的准确性较差。近年来，随着电子技术、计算机技术、图像处理技术和模式识别技术的飞速发展，利用计算机视觉技术进行水果自动分级得到了广泛研究，国内外都已开发出了基于计算机视觉技术的水果机器视觉自动分选机。而这类产品的两个核心基础部件就是水果输送装置和水果分级卸料装置。为确保计算机视觉系统的图像采集系统能够采集到被检测水果所有表面的图像信息，水果输送装置必须保证水果在输送线上自动成单排列、并在输送的同时均匀翻转。

现有的水果输送装置大都采用滚子式水果输送机构来实现水果的输送和翻转。整个水果输送装置由封闭的循环输送链来带动，若干根滚子轴相互平行地等间隔地横向安装在输送链上，并随输送链一起运动。滚子则安装在滚子轴上，并可绕滚子轴自由转动。滚子呈双锥凹形，在相邻的两个滚子之间形成一个容纳水果的空间，水果就支承在两个相邻的滚子之间。在某一区域的滚子下面还设置有摩擦板或摩擦带等摩擦表面。当循环输送链带动滚子轴和滚子一起向前运动时，在摩擦表面的摩擦作用下，滚子就绕着滚子轴在摩擦表面上滚动，并进而带动支承在其上面的水果翻转滚动，从而将水果的所有表面都先后呈现在图像采集系统的摄像机镜头前。但现有滚子式水果输送机构存在以下两个明显的缺陷：一是不同大小的水果在滚子上翻转滚动的角速度不一样，大水果翻转得慢，小水果翻转的快，致使在图像采集系统连续采集两幅图像的时间间隔内不同大小的水果转过的角度差别较大，容易造成部分水果表面的漏采集或重复采集，给后续水果图像的融合和图像处理增加了很大难度，并进而对最终的分选精度造成了很大影响；二是滚子轴与输送链链条之间均为刚性连接，滚子轴无法在垂直于输送链链条前进方向的横向平面内自由转动，由于摩擦表面、滚子、滚子轴的制造和安装误差，特别是输送链自身固有的不确定性误差，滚子与摩擦表面之间的接触状态难以保证，从而导致各个滚子在摩擦表面上的滚动角速度不一致，这就更进一步加重了水果在滚子上的翻转角速度的非均匀性。

发明内容

本发明提供一种能使水果以基本相同的角速度均匀翻转的水果输送翻转机构。

本发明采用如下技术方案：

一种水果输送翻转机构，包括输送链和水果支承滚子组件，该输送链包括主动链轮、从动链轮和输送链链条，其中输送链链条设在主动链轮和从动链轮上，水果支承滚子组件设在输送链链条上，水果支承滚子组件包括滚子轴，在滚子轴上套设有水果支承滚子，水果支承滚子的滚身母线方程为 $y=\sqrt{{1.2x}^2+841},$ 在水果支承滚子的下面设有摩擦装置，且摩擦装置的上表面与水果支承滚子接触。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明能使水果以基本相同的角速度均匀翻转。由于本发明的水果支承滚子为经过了特殊设计的整体结构的双锥凹形滚子，其滚身母线方程为 $y=\sqrt{{1.2x}^2+841},$ 其中x表示滚子滚身母线上的点到滚子中央对称横截面的水平距离，y则表示滚子滚身母线上的点到滚子轴线的垂直距离，当直径在50mm～100mm之内的大小不同的水果支承在这种形状的滚子上时，大水果的支承点高，小水果的支承点低，虽然水果的直径不同，但水果的实际滚动半径与支承点处的滚子半径之间的比值为一个定值，所以能够保证大小不同的水果在滚子上都能可靠输送，并以近似相同的角速度均匀翻转，因此在图像采集区，不同大小的水果在滚子上都以近似相同的角速度均匀翻转，具体证明过程如下：

设滚子在摩擦表面上的滚动角速度为ω₀，水果在滚子上的翻转滚动角速度为ω，水果支承在滚子上以后，接触点A处的滚子半径为r₁，水果的实际滚动半径为R₁。将准球形水果近似为一个均质球体，并假设水果与滚子之间无相对滑动，则有：

                         ω₀r₁＝ωR₁

以滚子的轴线为x轴，以滚子中央对称横截面内通过水果质心的直线为y轴建立坐标系。因为在水果与滚子的接触点A处，水果表面与滚子的滚身母线相切，设切点A的横坐标为x₁，所以有：

$R_1=\frac{x_1}{\mathrm{tg\α}}$

其中α为水果质心和接触点A的连线与y轴所成的夹角。而tgα正好为滚子的滚身母线在A点处的斜率。由于滚子的滚身母线方程为 $y=\sqrt{{1.2x}^2+841},$ 所以有：

$\mathrm{tg\α}=y^{\′}\left(x_1\right)=\frac{{1.2x}_1}{\sqrt{{1.2x}_1^2+841}}$

又因为 $r_1=y\left(x_1\right)=\sqrt{{1.2x}_1^2+841},$ 所以有：

$\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=\frac{r_1}{R_1}=\frac{r_1}{x_1}\mathrm{tg\α}=\frac{\sqrt{{1.2x}_1^2+841}}{x_1}\·\frac{{1.2x}_1}{\sqrt{{1.2x}_1^2+841}}=1.2$

又因为滚子滚身母线的曲率方程为：

$K\left(x\right)=\frac{1009.2}{{({2.64x}^2+841)}^{3/2}}$

所以当x＝0时，即在滚子的中央对称横截面处，也就是滚子滚身母线的最低点处，滚身母线的曲率最大，且此时的曲率为：

$K\left(0\right)=\frac{1009.2}{{841}^{3/2}}=\frac{1009.2}{24389}\≈0.0414$

所以当水果的半径R＝1/K(0)≈24.15毫米时，水果就正好支承在滚子的最小半径处，且此时 $\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=\frac{r_1}{R_1}=\frac{r_0}{R}=y\left(0\right)\·K\left(0\right)=\sqrt{1.2\×0^2+841}\×\frac{1009.2}{24389}=1.2.$ 但当水果的半径R＜24.15毫米时，由于随着x的增大，曲率K(x)逐渐减小，所以水果也将直接支承在滚子的最小半径处，但此时 $\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=\frac{r_1}{R_1}=\frac{r_0}{R}>1.2.$

所以，只要水果的半径R≥24.15，则水果在滚子上的翻转滚动角速度ω就与水果的半径R无关，而是仅仅取决于滚子在摩擦表面上的滚动角速度ω₀。只要ω₀一定，则ω就为常数。又由于准球形水果只是近似的球形，所以只能近似满足以上推导。所以直径在50mm～100mm的准球形水果支承在滚子上之后，都能够近似地以1.2ω₀的角速度在滚子上均匀翻转。

2、本发明能够保证滚子与摩擦装置良好接触。由于本发明中滚子轴与输送链链条之间为活动联接，水果支承滚子可以随滚子轴一起绕其纵向水平轴在垂直于链条运动方向的横向平面内相对于输送链链条自由转动，所以在图像采集区，水果支承滚子在自身重力的作用下自然压在了摩擦装置的上面，因此就确保了水果支承滚子与摩擦装置良好接触，从而保证水果支承滚子在摩擦装置上以基本相同的角速度均匀滚动，从而使得水果的均匀翻转。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的局部俯视图。

图3是本发明所用输送链链条的结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是本发明所用水平轴安装支架的结构及装配示意图。

图6是图5的左视图。

图7是本发明水果支承滚子组件的结构及装配示意图。

图8是水果在滚子上的滚动半径示意图。

图9是图1的A--A剖视图。

以上的图中有：7、输送链链条  71、链条内链板  72、链条外链板  73、弯耳附件  74、链条滚子  8、水果支承滚子组件  81水果支承滚子  82、滚子轴  83、滚子轴弯板支架  84、滚子轴纵向水平轴  85、上限位销  86、滚子轴支承套筒  87、下限位销  11、摩擦装置  15、图像采集区侧面挡板21、中央挡板安装支架  22、输送链链条滚子支承导轨  24、准球形水果  25、水平轴安装支架安装垫板26、U型水平轴支架  261、水平轴安装孔  262、上限位销安装孔  262、下限位销安装孔  29、摄像机

具体实施方式

一种水果输送翻转机构，(参照图1)包括输送链和水果支承滚子组件8，该输送链包括主动链轮、从动链轮和输送链链条7，其中输送链链条7设在主动链轮和从动链轮上，水果支承滚子组件8设在输送链链条7上，水果支承滚子组件8包括滚子轴82，在滚子轴82上套设有水果支承滚子81，(参照图2和图8)水果24就支承在相邻的两个水果支承滚子81之间，水果支承滚子81的滚身母线方程为 $y=\sqrt{{1.2x}^2+841},$ 其中x表示滚子滚身母线上的点到滚子中央对称横截面的水平距离，y则表示滚子滚身母线上的点到滚子轴线的垂直距离，(参照图1)在水果支承滚子81的下面设有摩擦装置11，且摩擦装置11的上表面与水果支承滚子81接触，滚子轴82转动连接在输送链链条7上，在本实施例中，摩擦装置11可以是摩擦带或者摩擦板，滚子轴82与输送链链条7的转动连接可以通过以下方式实现：(参照图3、图4、图5、图6)在输送链链条7一侧的链条内链板71上设有弯耳附件73，在弯耳附件73上设有U型水平轴安装支架26，在该U型水平轴安装支架26的两个立臂上分别设有水平轴安装孔261、上限位销安装孔262和下限位销安装孔263，且这些孔的轴线均与循环输送链链条的运动方向平行，(参照图7)所述的水果支承滚子组件8包括滚子轴支承套筒86、滚子轴弯板支架83、滚子轴纵向水平轴84、上限位销85和下限位销87，在滚子轴82的一端设有滚子轴支承套筒86，滚子轴82的另一端设有滚子轴弯板支架83，在滚子轴弯板支架83上套设有滚子轴纵向水平轴84，水果支承滚子组件8的滚子轴纵向水平轴84设在水平轴安装孔261内，上限位销85设在上限位销安装孔262内，下限位销87设在下限位销安装孔263内。

在本实施例中，(参照图7)滚子轴弯板支架83有一个竖直边还有一个水平边，并在其竖直边上呈悬臂状刚性固定滚子轴，而在弯板支架83水平边的端部则加工有纵向水平套筒，通过该纵向水平套筒，弯板支架套装到滚子轴纵向水平轴84上，并可绕其自由转动，所以滚子轴82与输送链链条7之间为转动连接，滚子轴可以在垂直于链条运动方向的横向平面内相对于链条上下活动，固定在水平轴安装支架26上的上、下限位销则起到限定其活动范围的作用。

在本实施例中，也可以同时在输送链链条两侧的链条内链板71和链条外链板72上同时转动连接有水果支承滚子组件8，形成两条输送链并行的水果输送翻转机构。

Claims (3)

1、一种水果输送翻转机构，包括输送链和水果支承滚子组件(8)，该输送链包括主动链轮、从动链轮和输送链链条(7)，其中输送链链条(7)设在主动链轮和从动链轮上，水果支承滚子组件(8)设在输送链链条(7)上，水果支承滚子组件(8)包括滚子轴(82)，在滚子轴(82)上套设有水果支承滚子(81)，其特征在于水果支承滚子(81)的滚身母线方程为 $y=\sqrt{1.2x^2+841},$ 在水果支承滚子(81)的下面设有摩擦装置(11)，且摩擦装置(11)的上表面与水果支承滚子(81)接触。

2、根据权利要求1所述的水果输送翻转机构，其特征在于所述的滚子轴(82)转动连接在输送链链条(7)上。

3、根据权利要求1或2所述的水果输送翻转机构，其特征在于在输送链链条(7)一侧的链条内链板(71)上设有弯耳附件(73)，在弯耳附件(73)上设有U型水平轴安装支架(26)，在该U型水平轴安装支架(26)的两个立臂上分别设有水平轴安装孔(261)、上限位销安装孔(262)和下限位销安装孔(263)，且这些孔的轴线均与循环输送链链条的运动方向平行，所述的水果支承滚子组件(8)包括滚子轴支承套筒(86)、滚子轴弯板支架(83)、滚子轴纵向水平轴(84)、上限位销(85)和下限位销(87)，在滚子轴(82)的一端设有滚子轴支承套筒(86)，滚子轴(82)的另一端设有滚子轴弯板支架(8 3)，在滚子轴弯板支架(83)上套设有滚子轴纵向水平轴(84)，水果支承滚子组件(8)的滚子轴纵向水平轴(84)设在水平轴安装孔(261)内，上限位销(85)设在上限位销安装孔(262)内，下限位销(87)设在下限位销安装孔(263)内。

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