CN106333372A - 一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人 - Google Patents

一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人。所述流水线机器人包括：传送带支撑部分(1)、视觉检测机构(2)、果核方位调整机构(5)、跟随挖核机构(4)；本发明的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人，能够用机器代替人工劳动，自动完成核类水果挖核过程中的上料、位置检测、方位调整、挖核以及下料等多个步骤，且能够针对核类水果产品的个体差异对核类水果位置和挖取刀具进行调整，具有适应性强、工作效率高、节省人力物力、节约成本等优点。

Description

一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人
技术领域
本发明涉及食品加工机械技术领域，尤其涉及一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人。
背景技术
核类水果如：梨、苹果、桃子经常被用来制作水果罐头。在水果罐头加工厂中，最耗时也是最耗费工厂人力成本的就是切半挖核环节。在炎热的产季，需要工人在生产线上昼夜不停地挖核，产品质量因个体差异和较高的劳动强度难以控制，使得工厂生产效率低，大量人工的投入也导致工厂生产成本的提高。因此，用机器代替人工、实现自动化去核是水果罐头加工厂的必然发展趋势。
发明内容
本发明的目的是：提供一种核类水果挖核流水线，能够解决目前核类水果挖核质量低、耗费人力的问题，操作方便，挖核效率高。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人。
所述流水线机器人包括：传送带支撑部分、视觉检测机构、果核方位调整机构、跟随挖核机构。
传送带支撑部分包括传送带机架、传送带、传送带轮、传送带驱动电机、地脚支撑、开始开关；传送带驱动电机通过驱动传送带轮带动传送带运动。
传送带上设置N行、M列水果支架盘，每列水果支架盘对应一个视觉检测机构和跟随挖核机构。
每个所述视觉检测机构包括相机固定板、相机和相机安装板；相机安装板固定连接于型材框架上，相机安装板上开有条形槽，相机连接于相机安装板上，相机固定板位于相机上方，相机固定板通过螺栓与条形槽结构将相机紧压于相机安装板上。
果核方位调整机构包括上银导轨、预紧弹簧、方位旋转电机、旋转电机座、摩擦轮；果核方位调整机构通过旋转电机座固定连接于旋转步进电机安装板上，上银导轨固定连接于旋转步进电机安装板，方位旋转电机安装于旋转电机座上，摩擦轮与方位旋转电机相连接；预紧弹簧一端通过螺栓连接于旋转电机座上，另一端固定连接于旋转步进电机安装板上。
每个所述跟随挖核机构包括直线滑台定位座、直线滑台、跟随连接板、跟随托板、挖核检测磁铁、挖核磁铁定位板、挖核检测霍尔开关、压桃板、导杆、刀片固定轴、法兰直线轴承、齿轮组定位端盖、齿轮组、挖核电机座、梅花联轴器、挖核电机、挖核副电机座、桃核去除杆、压紧螺母、弹性垫圈、左垫片组、U型刀片、固定刀片套筒和右垫片组；跟随挖核机构通过直线滑台定位座与型材框架连接，直线滑台固定安装于直线滑台定位座上，跟随连接板固定连接于直线滑台外侧，挖核检测霍尔开关固定连接于跟随托板上，压桃板通过导杆与跟随托板相连接，法兰直线轴承安装于跟随托板上；挖核电机安装于挖核电机座上，挖核电机通过梅花联轴器与齿轮组相连接，齿轮组定位端盖安装于齿轮组外侧；挖核副电机座和桃核去除杆均连接于跟随托板上，固定刀片套筒一端通过刀片固定轴与挖核副电机座连接，U型刀片通过左垫片组和右垫片组连接于固定刀片套筒上，并通过压紧螺母和弹性垫圈进行固定，刀片固定轴末端与挖核磁铁定位板连接，挖核磁铁定位板顶端安装有挖核检测磁铁。
挖核电机通过梅花联轴器带动齿轮组转动，再由齿轮组将运动传给固定刀片套筒，固定刀片套筒带动U型刀片转动进行黄桃挖核工作；可以通过调整左垫片组和右垫片组的数量及位置换用不同孔径的刀片并调整刀片的轴向位置；挖核检测霍尔开关在每次挖核结束后给进行复位的电机提供一个停止信号，桃核去除杆能够防止每次挖核结束后桃核黏在刀片上。
有益效果：本发明的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人，能够用机器代替人工劳动，自动完成核类水果挖核过程中的上料、位置检测、方位调整、挖核以及下料等多个步骤，且能够针对核类水果产品的个体差异对核类水果位置和挖取刀具进行调整，具有适应性强、工作效率高、节省人力物力、节约成本等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人整体结构图。
图2为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人机架结构图。
图3为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人视觉检测机构结构图。
图4为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人核类水果调整机构结构图。
图5为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人核类水果跟随挖核机构结构图。
图6为本发明实施例提供的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人核类水果跟随挖核机构的挖核部分结构图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
如图1所示，本实施例的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人，包括：传送带支撑部分1、下料机构3、视觉检测机构2、果核方位调整机构5、跟随挖核机构4。
如图2所示，传送带支撑部分1包括传送带机架11、传送带12、传送带轮13、传送带驱动电机(图中未显示)、地脚支撑(图中未显示)、开始开关(图中未显示)和下料槽尾槽14；传送带驱动电机通过驱动传送带轮13带动传送带12运动；视觉检测机构2、果核方位调整机构5通过视觉检测和调整机构固定架16固定连接于传送带机架11上；跟随挖核机构4通过跟随挖核机构固定架17固定连接于传送带机架11上。
传送带12上设置N行、M列水果支架盘15，每列水果支架盘15对应一个视觉检测机构2、果核方位调整机构5和跟随挖核机构4。
如图3所示，每个所述视觉检测机构2包括相机固定板21、相机22和相机安装板23；相机安装板23固定连接于型材框架上，相机安装板23上开有条形槽，相机22连接于相机安装板23上，相机固定板21位于相机22上方，相机固定板21通过螺栓与条形槽结构将相机22紧压于相机安装板23上；相机固定板21能够沿相机安装板23上的条形槽往复移动，可以用来调节相机的位置，以保证相机视野中心与黄桃中心重合；进一步设置补光灯24，用于光线不足时补光。
如图4所示，果核方位调整机构5包括上银导轨53、预紧弹簧54、方位旋转电机55、旋转电机座56、摩擦轮58；果核方位调整机构5通过旋转电机座56固定连接于旋转步进电机安装板上，上银导轨53固定连接于旋转步进电机安装板，方位旋转电机55安装于旋转电机座56上，摩擦轮58与方位旋转电机55相连接；预紧弹簧54一端通过螺栓连接于旋转电机座56上，另一端固定连接于旋转步进电机安装板上；
当伸缩直线电机51向前运动时，摩擦轮58与水果支架盘15接触，伸缩直线电机51继续运动，变向机构连接角铝57与丝杠螺母分开。预紧弹簧54始终处于被拉伸状态，用于调整电机位置，使得变向机构连接角铝57始终与丝杠螺母相接触。摩擦轮58依靠预紧弹簧54的拉力与水果支架盘15接触，避免因为误差导致摩擦轮58与水果支架盘15无法接触、无法将水果调整到正确位置的情况发生。
如图5及图6所示，每个所述跟随挖核机构4包括直线滑台定位座41、直线滑台43、跟随连接板44、跟随托板45、挖核检测磁铁46、挖核磁铁定位板47、挖核检测霍尔开关48、压桃板49、导杆410、刀片固定轴411、法兰直线轴承412、齿轮组定位端盖413、齿轮组414、挖核电机座415、梅花联轴器416、挖核电机417、挖核副电机座418、桃核去除杆419、压紧螺母420、弹性垫圈421、左垫片组422、U型刀片423、固定刀片套筒424和右垫片组425；跟随挖核机构4通过直线滑台定位座41与型材框架61连接，直线滑台43固定安装于直线滑台定位座41上，跟随连接板44固定连接于直线滑台43外侧，挖核检测霍尔开关48固定连接于跟随托板45上，压桃板49通过导杆410与跟随托板45相连接，法兰直线轴承412安装于跟随托板45上；挖核电机417安装于挖核电机座415上，挖核电机417通过梅花联轴器416与齿轮组414相连接，齿轮组定位端盖413安装于齿轮组414外侧；挖核副电机座418和桃核去除杆419均连接于跟随托板45上，固定刀片套筒424一端通过刀片固定轴411与挖核副电机座418连接，U型刀片423通过左垫片组422和右垫片组425连接于固定刀片套筒424上，并通过压紧螺母420和弹性垫圈421进行固定，刀片固定轴411末端与挖核磁铁定位板47连接，挖核磁铁定位板47顶端安装有挖核检测磁铁46。
挖核电机417通过梅花联轴器416带动齿轮组414转动，再由齿轮组414将运动传给固定刀片套筒424，固定刀片套筒424带动U型刀片423转动进行黄桃挖核工作；可以通过调整左垫片组422和右垫片组425的数量及位置换用不同孔径的刀片并调整刀片的轴向位置；在直线滑台43上安装跟随定位行程开关能够提供一种使跟随滑台复位的方式，保证长时间运行的精度，同时能够防止运行过程中出现超行程现象，对机器起到保护作用；挖核检测霍尔开关48在每次挖核结束后给进行复位的电机提供一个停止信号，桃核去除杆419能够防止每次挖核结束后桃核黏在刀片上。
以黄桃生产线为例，在实际黄桃生产线里，前序工序中已经通过专门的机械将黄桃对半切开，下面通过一个半桃来说明核类水果挖核流水线的具体工作流程。
首先，开启核类水果挖核流水线，核类水果挖核流水线在工作过程中始终保持匀速转动，各个工序步骤不会影响流水线移动速度。将一个半桃切面朝上平整的放置在流水线开始端的一个水果支架盘15上，黄桃会随着流水线移动到下一个工位，即视觉检测机构2负责的工位，相机会识别黄桃切面上的信息并通过一系列的图像处理技术得出黄桃此时的方位，并把这些处理结果传输给机器的控制系统，同时，果核方位调整机构5与水果支架盘15接触即摩擦轮接触到水果支架盘15时，负责调整的工位，待姿态调整结束，视觉检测机构2会再次拍照以检测黄桃此时的方位(注意：桃核姿态调整结束时桃核方位调整机构仍与水果支架盘15接触，视觉检测黄桃调整姿态不合格，桃核姿态会进行二次调整)。待果核方位调整机构5与水果支架盘15分离后，水果支架盘15继续跟随流水线像后移动，待跟随挖核机构4红外线传感器检测到水果支架盘15信号时，跟随挖核机构4会保持同步跟随水果支架盘15，进行挖核工作，待挖核结束，停止跟随。至此，单个工作循环结束。
本发明的基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人采用的挖核方法如下：步骤S100：通过工业摄像头获取图像；步骤S200：对图像进行压缩处理；步骤S300：使用分割算法分割出桃子和桃核，得到灰度图像，桃子区域颜色较亮，其他区域颜色较暗；步骤S400：对桃子和桃核进行特征提取；步骤S500：利用分类算法对特征数据进行分类识别，获得最终数据，最终数据包括桃子的面积和桃核的方向，数据由上位机传给下位机，下位机根据方向数据控制调整机构对桃子进行角度调整，根据桃子面积数据控制刀具将桃核挖下。
其中，所述步骤S100：工业摄像头为200万像素，实时抓取图像，获取托盘上切半后的桃子的图像信息；所述步骤S200：通过将图像的行与列变为原来的1/3，以此来减小图像的运算量，从而提高运算速度；所述步骤S300：利用RGB空间转换到HSV空间，利用色度进行分割，设置色度阈值为T(阈值T可通过目标区域所有像素点色度的平均值求得)，当色度值小于T时为桃核区域，反之为桃子区域，从而得到桃子和桃核区域；所述步骤S400：利用椭圆拟合的方法，寻找对称轴特征数据(特征数据包括桃子对称轴、桃核对称轴、桃核偏心距)；椭圆拟合的具体实现方法是找到区域的轮廓线，使用最小二乘法得到近似椭圆。所述步骤S500：利用数据融合的方法，通过桃子的对称轴、桃核的对称轴、桃核的偏心距三个数据进行数据融合，融合方法是当三者相近时，取三者平均值，当只有两者接近时，取此两者平均值，当互不接近时，取桃子对称轴数据，来获取桃核方向数据(定义当两个数相差小于15时则两数接近。如当三个数据分别为181、179、185时，则目标数据为三者平均值182(四舍五入)，当三个数据分别为181、150、183时，则目标数据为第一个和第三个数据平均值182，当三个数据分别是181、150、230时，则取第一个数据(即桃子对称轴数据)181)。
其中，所述步骤S100主要过程的代码如下：
Mat frame；
VideoCapture capture()；
capture.read(frame)；
所述步骤S200主要过程的代码如下：
所述步骤S300主要过程的代码如下：
所述步骤S400主要过程的代码如下：
vector<vector<Point>>contours；
vector<Vec4i>hierarchy；
findContours(core,contours,hierarchy,CV_RETR_EXTERNAL,
CV_CHAIN_APPROX_NONE)；
for(int i＝；i<contours.size()；i++)
drawContours(core,contours,i,Scalar(1),‐1,8,hierarchy,,Point())；
所述步骤S500主要过程的代码如下：
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种基于图像识别的核类水果挖核流水线机器人，其特征在于，所述流水线机器人包括：传送带支撑部分(1)、视觉检测机构(2)、果核方位调整机构(5)、跟随挖核机构(4)；
传送带支撑部分(1)包括传送带机架(11)、传送带(12)、传送带轮(13)、传送带驱动电机、地脚支撑、开始开关；传送带驱动电机通过驱动传送带轮(13)带动传送带(12)运动；
传送带(12)上设置N行、M列水果支架盘(15)，每列水果支架盘(15)对应一个视觉检测机构(2)和跟随挖核机构(4)；
每个所述视觉检测机构(2)包括相机固定板(21)、相机(22)和相机安装板(23)；相机安装板(23)固定连接于型材框架上，相机安装板(23)上开有条形槽，相机(22)连接于相机安装板(23)上，相机固定板(21)位于相机(22)上方，相机固定板(21)通过螺栓与条形槽结构将相机(22)紧压于相机安装板(23)上；
果核方位调整机构(5)包括上银导轨(53)、预紧弹簧(54)、方位旋转电机(55)、旋转电机座(56)、摩擦轮(58)；果核方位调整机构(5)通过旋转电机座(56)固定连接于旋转步进电机安装板上，上银导轨(53)固定连接于旋转步进电机安装板，方位旋转电机(55)安装于旋转电机座(56)上，摩擦轮(58)与方位旋转电机(55)相连接；预紧弹簧(54)一端通过螺栓连接于旋转电机座(56)上，另一端固定连接于旋转步进电机安装板上；
每个所述跟随挖核机构(4)包括直线滑台定位座(41)、直线滑台(43)、跟随连接板(44)、跟随托板(45)、挖核检测磁铁(46)、挖核磁铁定位板(47)、挖核检测霍尔开关(48)、压桃板(49)、导杆(410)、刀片固定轴(411)、法兰直线轴承(412)、齿轮组定位端盖(413)、齿轮组(414)、挖核电机座(415)、梅花联轴器(416)、挖核电机(417)、挖核副电机座(418)、桃核去除杆(419)、压紧螺母(420)、弹性垫圈(421)、左垫片组(422)、U型刀片(423)、固定刀片套筒(424)和右垫片组(425)；跟随挖核机构(4)通过直线滑台定位座(41)与型材框架(61)连接，直线滑台(43)固定安装于直线滑台定位座(41)上，跟随连接板(44)固定连接于直线滑台(43)外侧，挖核检测霍尔开关(48)固定连接于跟随托板(45)上，压桃板(49)通过导杆(410)与跟随托板(45)相连接，法兰直线轴承(412)安装于跟随托板(45)上；挖核电机(417)安装于挖核电机座(415)上，挖核电机(417)通过梅花联轴器(416)与齿轮组(414)相连接，齿轮组定位端盖(413)安装于齿轮组(414)外侧；挖核副电机座(418)和桃核去除杆(419)均连接于跟随托板(45)上，固定刀片套筒(424)一端通过刀片固定轴(411)与挖核副电机座(418)连接，U型刀片(423)通过左垫片组(422)和右垫片组(425)连接于固定刀片套筒(424)上，并通过压紧螺母(420)和弹性垫圈(421)进行固定，刀片固定轴(411)末端与挖核磁铁定位板(47)连接，挖核磁铁定位板(47)顶端安装有挖核检测磁铁(46)；
挖核电机(417)通过梅花联轴器(416)带动齿轮组(414)转动，再由齿轮组414将运动传给固定刀片套筒(424)，固定刀片套筒(424)带动U型刀片(423)转动进行黄桃挖核工作；可以通过调整左垫片组(422)和右垫片组(425)的数量及位置换用不同孔径的刀片并调整刀片的轴向位置；挖核检测霍尔开关(48)在每次挖核结束后给进行复位的电机提供一个停止信号，桃核去除杆(419)能够防止每次挖核结束后桃核黏在刀片上。
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