CN106311629B - 一种基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒分级装置 - Google Patents

一种基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒分级装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒分级装置，该装置是由斜坡式机械初步分选系统、嵌入式机器视觉系统、智能控制系统、自动整列系统、籽粒自旋转和实时剔除系统、收集系统组成。当装置启动后，大豆籽粒通过斜坡式机械初步分选系统的分选，将最劣质大豆分选至废料箱，剩下的大豆籽粒被传入自动整列系统，自动整列系统中的传送带利用表面的圆形凹槽将大豆籽粒自动整列并进而传入籽粒自旋转和实时剔除系统，当大豆籽粒进入籽粒自旋转和实时剔除系统中的暗箱时，大豆籽粒在二级分选机构作用下进行自旋转，嵌入式机器视觉系统通过图像采集装置实时获取自旋转状态下的籽粒表面参数，开始对大豆籽粒进行判别分析。根据视觉系统的反馈信息，智能控制系统将不同品质籽粒分选到不同的收集器，实现了大豆籽粒的多级分选。该装置具有轻便、高效、准确的特点，可应用于谷物种子选种当中。

Description

一种基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒分级装置
技术领域
本发明涉及一种自动化的谷物分选装置，具体涉及一种采用智能视觉系统与机械系统结合分选谷物的谷物智能分选装置。
背景技术
目前，我国谷物种子选种的方式是纯机械分选，依赖熟练工人的经验操作，可靠性不高，工作量大，分选效率低，而且一般的选种不能检测出表面损伤及霉变的籽粒，这些使得选种效果差强人意，不能到达预期的目的。如何以一种客观可靠地方式来选种，一直是过去选种的难题。但是近年来，随着计算机技术的日益发展成熟，传统的机械结合计算机技术使解决这一难题变为有可能。
针对上述我国谷物分选装置的不足，本发明提出了一种节能环保，降低劳动力，机械平台智能化，高效客观的谷物分选装置。
发明内容
为了克服现有的传统纯机械分选选种方式的不足，本发明提供一种基于嵌入式机器视觉的大豆种子分选装备。
在一些实施方式中，其中：16个推拉电磁铁(21)和分道板(25)共同组成了有8轨道分选的二级分选机构，其中连接了拨片Ⅰ(23)的8个推拉电磁铁(21)以竖直方向安装，并且在初始时，推拉电磁铁(21)在智能控制系统的控制下闭合；连接了拨片Ⅱ(24)的8个推拉电磁铁(21)水平方向安装，其有益效果是，8个竖直方向的推拉电磁铁(21)在初始时在智能控制系统的控制下阻挡大豆，迫使大豆进行自旋转，摄像头(30)在大豆自旋转状态下可有效的获取更多的关于大豆表面参数，实现更精确的大豆识别，识别完毕后，智能控制系统控制检测合格大豆所在道口上的连接拨片Ⅰ(23)的推拉电磁铁(21)开启合格道口，使合格的大豆进入合格道口；智能控制系统控制检测不合格大豆所在道口上的连接了拨片Ⅱ(24)的推拉电磁铁(21)收缩，将不合格的黄豆击打入废料道口，实现了装置的二级分选功能。
在一些实施方式中，其中：在大豆籽粒分选机构中的拨片Ⅰ(23)上存在弧形结构(31)，弧形结构(31)前半部分形状为直径为5mm～8mm的扇形，后半部分形状为一个与其相切的矩形，矩形的长边长为8mm。其有益效果是，由于大豆形状是直径一般为5mm～8mm的类球形，拨片Ⅰ(23)的扇形截面和大豆相接，扇形的两端可以卡住大豆，将大豆固定在指定的位置进行旋转，防止大豆在旋转的同时发生位置偏移，同时矩形的截面与分道板(25)组成了滑轨结构，使拨片Ⅰ(23)能正常复位。
在一些实施方式中，其中：所述的推拉电磁铁(21)安装排列成锯齿形状，一组内每2个相邻的电磁铁径向距离都为6mm，轴向距离都为6mm。其有益效果是，减少了推拉电磁铁(21)排布轴向的距离，从而减小了机器的宽度，减少了摄像头(30)的数目，减轻了装置的质量。
在一些实施方式中，其中：主动滚筒(16)安装在30mm长的椭圆槽孔(26)内，椭圆槽孔(26)位置在2个从动滚筒(19)垂直平分线上，且与从动滚筒(19)的垂直距离为200mm～210mm。其有益效果是，可以通过调整主动滚筒(16)在椭圆槽孔(26)内的位置，进而改变(15)的张紧程度，实现装置对不同情况下大豆分选效果达到最佳。
在一些实施方式中，其中：分离器(32)上水平方向的孔和竖直向下的孔依次间隔排列，分离器(32)贴合在分道板(25)底面，和分道板(25)的每个通道一一对应。其有益效果是，能将在分道板(25)上依次间隔排列的合格与不合格的黄豆分开，进而收集到不同的收集器(18)内。
本实用新型的有益效果是，可以在迅速精确的分选出谷物的同时，降低工人的工作量，提高分选效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和工作原理更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明结构示意图；
图2(a)为籽粒自旋转和实时剔除系统俯视图；
图2(b)为籽粒自旋转和实时剔除系统示意图；
图2(c)为籽粒自旋转和实时剔除系统后方向示意图；
图3为嵌入式机器视觉系统示意图；
图4为拨片Ⅰ示意图；
图5为平台上椭圆槽孔(26)示意图；
图1中，1、暗箱；2、圆形凹槽；3、传送带Ⅱ；4、分口器；5、下料箱；6、舵机；7、传送带Ⅰ；8、废料箱；9、齿形带；10、步进电机；11、顶针；12、角码；13、步进电机支架；14、同步轮；15、传送带Ⅲ；16、主动滚筒；17、卧式光轴固定座；18、收集器；19、从动滚筒；20、立式轴承座；21、推拉电磁铁；22、电磁铁安装框架；23、拨片Ⅰ；24、拨片Ⅱ；25、分道板；26、椭圆槽孔；27、支架板Ⅱ；28、支架板Ⅰ；29、控制箱；30、摄像头；31、弧形结构；32、分离器；33、分流器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，该装置是由斜坡式机械初步分选系统、嵌入式机器视觉系统、智能控制系统、自动整列系统、籽粒自旋转和实时剔除系统、收集系统组成；下料箱(5)位于主体框架前部；下料箱(5)正下方100mm是斜坡式机械初步分选系统，所述的斜坡式机械初步分选系统包括：步进电机(10)、主动滚筒、从动滚筒、传送带Ⅰ(7)，其特征在于：基座上固定的步进电机(10)通过齿形带(9)与主动滚筒连接，传送带Ⅰ(7)装配在主动滚筒与从动滚筒之间，由于从动滚筒的垂直位置更低，故传送带Ⅰ(7)有了10°的倾角；
斜坡式机械初步分选系统通过分口器(4)与自动整列系统相连；所述的自动整列系统包括：步进电机、主动滚筒、3个从动滚筒、带有规则分布圆形凹槽(2)的传送带Ⅱ(3)，其特征在于：主动滚筒、3个从动滚筒安装在框架上，轴向排列成平行四边形结构，表面带有规则分布的圆形凹槽(2)的传送带Ⅱ(3)覆盖在平行四边形机构的表面，步进电机通过齿形带与主动滚筒连接，传送带Ⅱ(3)表面上相邻2个圆形凹槽(2)相距25mm，每个圆形凹槽(2)的深度为3mm；
自动整列系统通过分流器(33)与籽粒自旋转和实时剔除系统相连接；所述的籽粒自旋转和实时剔除系统包括：16个推拉电磁铁(21)、支架板Ⅰ(28)、支架板Ⅱ(27)、16个电磁铁安装框架(22)、8个拨片Ⅰ(23)、8个拨片Ⅱ(24)，分道板(25)、步进电机、主动滚筒，2个从动滚筒、传送带Ⅲ(15)，其特征在于：所述的8个拨片Ⅰ(23)通过螺栓安装在8个推拉电磁铁(21)上，8个推拉电磁铁(21)安装在8个电磁铁安装框架(22)上，8个电磁铁安装框架(22)通过螺栓和支架板Ⅰ(28)预留的孔的结合安装在支架板Ⅰ(28)上，支架板Ⅰ(28)安装方向为竖直方向，安装高度为43mm。拨片Ⅰ(23)的下端与传送带Ⅲ(15)接触，8个拨片Ⅱ(24)通过螺栓安装在8个推拉电磁铁(21)上；另外8个推拉电磁铁(21)以相同方式安装在支架板Ⅱ(27)上，且这8个推拉电磁铁(21)是以锯齿形状排列的，以锯齿形状排列的有益效果是：可以缩小轨道之间的距离，做到达到减轻装置重量，节省材料的目的。支架板Ⅱ(27)安装方向为水平方向；分道板(25)安装在框架上，主动滚筒(16)安装在分道板(25)正下方，主动滚筒(16)通过齿形带(9)与步进电机连接，2个从动滚筒(19)安装在框架上，3个滚筒构成等腰三角形结构，传送带Ⅲ(15)安装在三角形结构表面；嵌入式机器视觉系统中的摄像头(30)安装在暗箱(1)中，籽粒自旋转和实时剔除系统上部固定暗箱(1)并与智能控制系统相连接，智能控制系统集合在控制箱(29)中。
分道板(25)下方是分离器(32)，分离器(32)的孔与分道板(25)的轨道一一对应，其上表面与分道板(25)下表面贴合，分离器(32)下方是收集器(18)，收集器(18)安装在框架尾部，并使得分离器(32)的漏斗末端恰好延伸至收集器(18)内部。
在使用时，首先要插上220V电源，给控制箱(29)供电，打开运行开关，同时向下料箱(5)中倒入适量的大豆籽粒，使斜坡式机械初步分选系统运转，具体表现为驱动步进电机(10)，带动传送带Ⅰ(7)转动，大豆的好坏籽粒由于表面的摩擦因素μ的不同，残损的的大豆籽粒被传送带Ⅰ(7)带到高处并进入废料箱(8)，剩下的大豆籽粒通过分口器(4)进入自动整列系统，自动整列系统中的传送带Ⅱ(3)利用表面的圆形凹槽(2)将大豆籽粒自动整列并经过分流器(33)进入籽粒自旋转和实时剔除系统，当大豆籽粒被传送带Ⅲ(15)带入暗箱(1)时，大豆籽粒被拨片Ⅰ(23)挡住，不能继续前进，而传送带Ⅲ(15)继续向前，此时，大豆籽粒在传送带的摩擦力与拨片Ⅰ(23)的推力下发生了自旋转，嵌入式机器视觉系统通过摄像头(30)提取自旋转状态下的籽粒表面参数，开始对大豆籽粒进行判别分析。根据视觉系统的反馈信息，若识别是优质的籽粒，则智能控制系统控制在支架板Ⅰ(28)上的推拉电磁铁(21)做出收缩动作，带动拨片Ⅰ(23)向上，籽粒前进的阻碍消失，籽粒被传送带传送至收集器(18)合格成品框中；若识别是劣质的籽粒，则智能控制系统控制在支架板Ⅱ(27)上的推拉电磁铁(21)做出收缩动作，带动拨片Ⅱ(24)拍打籽粒，籽粒被拍打到分道板(25)的另一道口中，继而收集到收集器(18)废料框中。

Claims (6)

1.一种基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，包括斜坡式机械初步分选系统、嵌入式机器视觉系统、智能控制系统、自动整列系统、籽粒自旋转和实时剔除系统、收集系统，其特征在于：所述的斜坡式机械初步分选系统固定在基座上，步进电机(10)通过齿形带(9)与主动滚筒连接，传送带Ⅰ(7)装配在主动滚筒与从动滚筒之间；所述的自动整列系统中的主动滚筒和3个从动滚筒安装在框架上，轴向排列成平行四边形结构，表面带有规则分布的圆形凹槽(2)的传送带Ⅱ(3)覆盖在平行四边形机构的表面，步进电机通过齿形带与主动滚筒连接；所述的籽粒自旋转和实时剔除系统中8个拨片Ⅰ(23)通过螺栓安装在8个推拉电磁铁(21)上，8个推拉电磁铁(21)安装在8个电磁铁安装框架(22)上，8个电磁铁安装框架(22)以螺栓安装在支架板Ⅰ(28)上，支架板Ⅰ(28)安装方向为竖直方向，拨片Ⅰ(23)的下端与传送带Ⅲ(15)接触，8个拨片Ⅱ(24)通过螺栓安装在8个推拉电磁铁(21)上，另外8个推拉电磁铁(21)以相同方式安装在支架板Ⅱ(27)上，支架板Ⅱ(27)安装方向为水平方向，分道板(25)安装在框架上，主动滚筒安装在分道板(25)正下方，主动滚筒通过齿形带与步进电机连接，2个从动滚筒安装在框架上，3个滚筒构成等腰三角形结构，传送带Ⅲ(15)安装在三角形结构表面；所述收集系统中分道板(25)下方是分离器(32)，分离器(32)的孔与分道板(25)的轨道一一对应，其上表面与分道板(25)下表面贴合，分离器(32)下方是收集器(18)，收集器(18)安装在框架尾部，并使得分离器(32)的漏斗末端恰好延伸至收集器(18)内部；所述的嵌入式机器视觉系统安装在暗箱(1)中，籽粒自旋转和实时剔除系统上部固定暗箱(1)并与智能控制系统相连接。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，其特征在于：籽粒自旋转和实时剔除系统中的16个推拉电磁铁(21)和分道板(25)共同组成了有8轨道分选的二级分选机构，其中连接了拨片Ⅰ(23)的8个推拉电磁铁(21)以竖直方向安装，并且在初始时，推拉电磁铁(21)在智能控制系统的控制下闭合；连接了拨片Ⅱ(24)的8个推拉电磁铁(21)水平方向安装。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，其特征在于：籽粒自旋转和实时剔除系统中的拨片Ⅰ(23)上存在弧形结构(31)，弧形结构(31)前半部分形状为直径为5mm～8mm的扇形，后半部分形状为一个与其相切的矩形，矩形的长边长为8mm。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，其特征在于：籽粒自旋转和实时剔除系统中的推拉电磁铁安装排列成锯齿形状，一组内每2个相邻的电磁铁径向距离都为6mm，轴向距离都为6mm。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，其特征在于：自动整列系统中的主动滚筒安装在30mm长的椭圆槽孔(26)内，椭圆槽孔(26)位置在2个从动滚筒垂直平分线上，且与从动滚筒的垂直距离为200mm～210mm。
6.根据权利要求1所述的基于嵌入式机器视觉的大豆籽粒智能分选分装装置，其特征在于：收集系统中的分离器(32)上水平方向的孔和竖直向下的孔依次间隔排列，分离器(32)贴合在分道板(25)底面，和分道板(25)的每个通道一一对应。
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