CN105642555B - 一种苹果采摘过程中的分级方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种苹果采摘过程中的分级方法及系统，其分级方法包括初选、称重、外观图像采集、损伤检测等步骤；其分级系统包括安装架和控制系统，所述安装架中部设有能够对苹果外观进行检测的果实信息采集箱；该果实信息采集箱的一侧设有初选装置及第一等外管道，其另一侧设有第二等外管道和多根等内管道；所述安装架内设有直线模组，并在该直线模组上安装翻转机构；该翻转机构能够沿所述直线模组移动，并经过或停留于果实信息采集箱和各个等级管道入口处。本发明设计合理，结构紧凑，自动化程度高，能够快速而高效的在采摘过程中对苹果进行分级操作，极大的提高了生产效率，并可降低苹果外表的损伤率，提升苹果品质。而且，还可方便的与采摘机器人相对接，适应现代化农业的发展需求。

Description

一种苹果采摘过程中的分级方法及系统
技术领域
本发明涉及一种农业生产的方法和相关装置，尤其是一种适用于苹果采摘过程中实现分级的方法和操作系统，具体的说是一种苹果采摘过程中的分级方法及系统。
背景技术
目前，为了提高苹果的价值，普遍在苹果采摘后对其先进行分级后在进行售卖。常见的苹果分级的方式基本都是离线分级，即在苹果采摘后先装运至另一处，再进行分级。这样不仅大大增加苹果的储存时间，不利于苹果新鲜度的保持，而且对装箱水果的二次操作增加了水果受损伤的几率，影响其在市场的销售。而目前已开发并使用的苹果采摘机器人，由于缺乏能够与之配套的现场分级装置而难以发挥其作用。因此，急需设计一种能够适应现场运行的苹果分级方法和操作系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种苹果采摘过程中的分级方法及系统，能够快速而高效的在采摘过程中对苹果进行分级操作，极大的提高了生产效率，并可降低苹果外表的损伤率，提升苹果品质。而且，还可方便的与采摘机器人相对接，适应现代化农业的发展需求。
本发明的技术方案是：
一种苹果采摘过程中的分级方法，包括以下步骤：
（1）将苹果进行简单的初选，筛去大小在等外的产品；
（2）通过视觉技术对苹果的大小、果形、表面着色率和表面损伤进行检测，并将数据传输给控制系统；
（3）通过称重传感器检测苹果的重量，并将数据传输给控制系统；
（4）控制系统对收到的数据进行计算处理，得出综合评价，并发出信号给执行结构；
（5）执行机构动作，将苹果运送至指定区域。
进一步的，所述步骤1中使用椭圆孔形装置对苹果的大小进行检测。
进一步的，所述步骤2中使用照相的方法对苹果外表进行检测。
一种苹果采摘过程中的分级系统，包括安装架和控制系统，所述安装架中部设有能够对苹果外表进行检测的果实信息采集箱；该果实信息采集箱的一侧设有初选装置及第一等外管道，其另一侧设有第二等外管道和多根等内管道；所述安装架内设有直线模组，并在该直线模组上安装能够承载或卸载苹果、以及对苹果称重的翻转机构；该翻转机构能够沿所述直线模组移动，并经过或停留于等外管道入口、果实信息采集箱或等内管道入口处；所述控制系统包括工控机，能够通过CAN总线与所述直线模组、翻转机构和果实信息采集箱进行数据信号交互。
进一步的，所述初选装置包括斜置的滑道；该滑道的横截面为U形，其上设有正对位于其下方第一等外管道开口的通孔；该通孔为椭圆形，其短轴沿所述滑道的纵向；所述滑道的侧面设有安装用的腰型孔，能够调整该滑道的倾角。
进一步的，所述直线模组包括输送电机和与其相连接的丝杆，并在该丝杆两侧分别安装一根导轨；所述丝杆和导轨相互平行，其上设有与所述丝杆螺纹连接的安装块，能够在输送电机的带动下沿导轨移动。
进一步的，所述翻转机构包括安装座，其上安装翻转电机和轴承座；该安装座的底面与所述安装块连接；所述翻转电机通过联轴器与穿装在轴承座上的安装轴连接；该安装轴的端部与位于其上方的果盘相连接；所述果盘和安装轴之间设有力传感器。
进一步的，所述果实信息采集箱包括矩形的型材骨架，其纵向的中部设有供所述翻转机构通过的通道；该通道两侧分别设有一个相机室；每个相机室内设有一部CCD相机和两根条形光源；该条形光源对称的分列于所述相机的前部；所述每个相机室的一个侧面为封闭；所述通道上方也设有一部CCD相机；每部CCD相机的镜头均对准通道。
本发明的有益效果：
本发明设计合理，结构紧凑，自动化程度高，能够快速而高效的在采摘过程中对苹果进行分级操作，极大的提高了生产效率，并可降低苹果外表的损伤率，提升苹果品质。而且，还可方便的与采摘机器人相对接，适应现代化农业的发展需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的翻转机构的示意图。
图3是本发明的直线模组的示意图。
图4是本发明的果实信息采集箱的示意图。
图5是本发明的滑道的示意图。
图6是本发明系统工作流程图。
其中：1-安装架；2-等外管道；2-1第二等外管道；3-滑道；4-等内管道；5-果实信息采集箱；6-翻转机构；7-直线模组；8-果盘；9-联轴器；10-翻转电机；11-力传感器；12-安装轴；13-轴承座；14-安装座；15-输送电机；16-安装块；17-导轨；18-丝杆；19-条形光源；20-型材骨架；21-通孔；22-CCD相机；23-通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种苹果采摘过程中的分级方法，包括以下步骤：
（1）将苹果进行简单的初选，筛去大小在等外的产品。例如，使用椭圆孔形装置对苹果的大小进行检测，将大小不符合要求的苹果直接滤去；
（2）通过视觉技术对苹果的大小、果形、表面着色率和表面损伤进行检测，并将数据传输给控制系统。例如，使用照相的方法对苹果外表进行拍照，获取其外表的信息；
（3）通过称重传感器检测苹果的重量，并将数据传输给控制系统；
（4）控制系统对收到的数据进行计算处理，得出综合评价，并发出信号给执行结构；
（5）执行机构动作，将苹果运送至指定区域。
如图1所示，是一种根据上述分级方法而设计的苹果采摘过程中的分级系统，包括安装架1和控制系统。所述安装架1中部设有能够对苹果外表进行检测的果实信息采集箱5。该果实信息采集箱5的一侧设有初选装置及第一等外管道2，用于检测苹果的大小，并将不合格的苹果放入等外管道。该果实信息采集箱5的另一侧设有多根等内管道4和一根第二等外管道2-1。其中的第二等外管道用于接收重量不合格的苹果。所述安装架1内设有直线模组7，并在该直线模组7上安装能够承载或卸载苹果、以及对苹果称重的翻转机构6。该翻转机构6能够沿所述直线模组7移动，并经过或停留于等外管道2入口、果实信息采集箱5或等内管道4入口处；所述控制系统包括工控机，能够通过CAN总线与所述直线模组7、翻转机构6和果实信息采集箱5进行数据信号交互，实现对所述各机构的控制。
所述初选装置包括斜置的滑道3。如图5所示，该滑道3的横截面为U形，其上设有正对位于其下方的第一等外管道2开口的通孔21。该通孔21为椭圆形，其短轴沿所述滑道3的纵向，使不符合等级要求的苹果可以从该通孔21中漏出，又可以使符合等级要求的苹果从该通孔21上滚过。所述滑道3侧面设有腰型孔，可使用螺栓穿过该腰形孔后将所述滑道3固定到所述果实信息采集箱5和其他对应的支架上。当改变螺栓与所述腰形孔内的相对位置时，可相应的改变所述滑道3的倾角，进而调节果实沿所述滑道3下滑的速度。
如图3所示，所述直线模组7包括输送电机15和与其相连接的丝杆18。同时，在该丝杆18的两侧分别安装一根导轨17。所述丝杆18和导轨17相互平行，其上设有与所述丝杆螺纹连接的安装块16。当所述输送电机转动时，能够通过丝杆带动所述安装块沿所述导轨17移动。
如图2所示，所述翻转机构6包括安装座14，其上安装翻转电机10和轴承座13。该安装座14的底面与所述安装块16连接，使所述翻转机构能够沿直线模组移动。所述翻转电机10通过联轴器9与穿装在轴承座13上的安装轴12连接，并在该安装轴12端部的上方安装果盘8，使该果盘8的平面与所述安装轴相平行。从而，可使该果盘8随翻转电机10的不同转向而向不同方向翻转，将其承接的苹果投向不同的管道。所述果盘8和安装轴12之间设有力传感器11，使果盘8在承接苹果时，即可对苹果进行称重，并将称重信息传输给控制系统。优选的，在所述果盘8的周边还设有圆弧形的挡板，可挡住从滑道3上滚过来的苹果。同时，在该挡板上还安装软质护套，以减少对苹果外表的损伤。
如图4所示，所述果实信息采集箱5包括矩形的型材骨架20。该型材骨架的纵向中部设有供所述翻转机构6通过的通道23。该通道23两侧分别设有一个相机室，并在每个相机室内设有一部CCD相机22和两根条形光源19。该条形光源19对称的分列于所述相机的前部，以对所述通道处进行照射。所述每个相机室的一个侧面为封闭，可以用镀锌铁皮将型材骨架的部分封堵，减少外部光线对所述CCD相机的干扰。所述通道23的上方也设有一部CCD相机22，使获取的图像信息更加全面。安装时，每部CCD相机22的镜头均对准所述通道23，尤其是当翻转机构6移动到该通道23中时，其上待检测苹果可能停留的位置，使每部CCD相机22能够迅速而准确的对目标进行拍照。
本发明的工作流程如图6所示，其具体过程为：首先将翻转机构位于滑道的下端处。当苹果采摘机器人的机械臂将采下的苹果放置在滑道的上端时，苹果受重力作用沿着滑道下滑。对于直径不符合要求的等外苹果，可由滑道的椭圆形通孔漏出，并经等外管道滚动至等外果箱中。而直径符合要求的苹果则沿着滑道滚落至翻转机构的果盘上，并被挡板挡住，不至掉落。此时，果盘下方的力传感器检测到苹果滚落到果盘后，开始测量苹果的重量，并将测量结果发送至工控机。工控机对苹果的重量是否达标进行判断，如果不达标，则不经过拍照程序，翻转机构载着苹果沿直线模组移动，直接将苹果运送至管道区，并翻转到相应的管道中。如果重量达标，则翻转机构沿着直线模组运动至果实信息采集箱的通道中。果实信息采集箱中的4个对称分布的条形光源提供照明，3个CCD相机同时获取苹果三个方向的图像，并将图像信息传送给工控机。工控机利用称重传感器的数据和图像处理的结果对苹果品质做出综合的判定，并将相应的动作指令传送给输送电机和翻转机构。随后，翻转机构在输送电机的驱动下，运动至等内管道区域的相应位置。然后，翻转电机动作，使果盘倾斜，将苹果落入相应等级的管道中，最终到达目标果箱。至此，一个分级过程完成。优选的，在图像处理的间隙，输送电机可进行预运动，先将苹果输送至等内管道区域等待，以提高整机运行效率。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种苹果采摘过程中的分级系统，包括安装架和控制系统，其特征是所述安装架中部设有能够对苹果外表进行检测的果实信息采集箱；该果实信息采集箱的一侧设有初选装置及第一等外管道，其另一侧设有第二等外管道和多根等内管道；所述安装架内设有直线模组，并在该直线模组上安装能够承载或卸载苹果、以及对苹果称重的翻转机构；该翻转机构能够沿所述直线模组移动，并经过或停留于等外管道入口、果实信息采集箱或等内管道入口处；所述控制系统包括工控机，能够通过CAN总线与所述直线模组、翻转机构和果实信息采集箱进行数据信号交互；所述初选装置包括斜置的滑道；该滑道的横截面为U形，其上设有正对位于其下方第一等外管道开口的通孔；该通孔为椭圆形，其短轴沿所述滑道的纵向；所述滑道的侧面设有安装用的腰型孔，能够调整该滑道的倾角；所述翻转机构包括安装座，其上安装翻转电机和轴承座；该安装座的底面与所述安装块连接；所述翻转电机通过联轴器与穿装在轴承座上的安装轴连接；该安装轴的端部与位于其上方的果盘相连接；所述果盘和安装轴之间设有力传感器；所述果实信息采集箱包括矩形的型材骨架，其纵向的中部设有供所述翻转机构通过的通道；该通道两侧分别设有一个相机室；每个相机室内设有一部CCD相机和两根条形光源；该条形光源对称的分列于所述相机的前部；所述每个相机室的一个侧面为封闭；所述通道上方也设有一部CCD相机；每部CCD相机的镜头均对准通道；
所述分级系统的运行过程为：使翻转机构位于滑道的下端处；苹果采摘机器人的机械臂将采下的苹果放置在滑道的上端，使苹果受重力作用沿着滑道下滑；直径不符合要求的等外苹果，由滑道的椭圆形通孔漏出，并经等外管道滚动至等外果箱中；直径符合要求的苹果则沿着滑道滚落至翻转机构的果盘上，并被挡板挡住而不掉落；果盘下方的力传感器检测到苹果滚落到果盘后，开始测量苹果的重量，并将测量结果发送至工控机；工控机对苹果的重量是否达标进行判断；如果不达标，则不经过拍照程序，直接由翻转机构载着苹果沿直线模组移动至管道区，并将苹果翻转到相应的管道中；如果重量达标，则翻转机构沿着直线模组运动至果实信息采集箱的通道中；果实信息采集箱中的4个对称分布的条形光源提供照明，3个CCD相机同时获取苹果三个方向的图像，并将图像信息传送给工控机；工控机利用称重数据和图像信息对苹果品质做出综合的判定，并将相应的动作指令传送给输送电机和翻转机构，使翻转机构在输送电机的驱动下，运动至等内管道区域的相应位置；翻转电机动作，使果盘倾斜，将苹果落入相应等级的管道中，最终到达目标果箱。
2.根据权利要求1所述的苹果采摘过程中的分级系统，其特征是所述直线模组包括输送电机和与其相连接的丝杆，并在该丝杆两侧分别安装一根导轨；所述丝杆和导轨相互平行，其上设有与所述丝杆螺纹连接的安装块，能够在输送电机的带动下沿导轨移动。
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