CN109533891B - 一种椭球形甘蓝调向分列装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种椭球形甘蓝调向分列装置，包括调向输送机构、分列机构、摄像检测机构、导向板、控制箱以及机架。调向输送机构通过链轮、输送链带动输送辊运动，输送辊上的齿轮与机架上的齿条配合驱动输送辊转动，椭球形甘蓝在输送辊上滚动调整姿态，实现根部所在轴线与输送辊轴线平行；调向输送机构上方机架上安装的摄像检测机构采集甘蓝图像并传输到控制箱，通过图像处理软件，采用卷积神经网络图像分类根部判断方法判断甘蓝根部方向；然后指导分列机构工作，实现根部朝向不同的椭球形甘蓝分列输送。本发明可实现随机姿态的椭球形甘蓝调整姿态并有序输送，为后续整修作业提供条件，降低作业难度，提高效率。

Description

一种椭球形甘蓝调向分列装置

技术领域

本发明涉及甘蓝分级处理技术领域，具体涉及一种椭球形甘蓝调向分列装置。。

背景技术

甘蓝是我国普遍种植的蔬菜，其产量在所有蔬菜中位居第三。甘蓝的人工和机械化采收均存在留根过长或切口未处理干净的现象，容易造成甘蓝的机械损伤，降低甘蓝的商品价值，因此，采收后需要对其根部进行机械化的整修作业。但是在自然状态下，甘蓝根部朝向不一致，且容易滚动，增加了根部整修作业难度，对甘蓝姿态进行调整并有序输送，在确定甘蓝根部位置的情况下能降低整修作业难度，提高效率。

目前，甘蓝分级装置中的甘蓝定向摆放工作几乎都是人工放置，为整修作业提供条件，人工摆放提高了分级检测作业的成本，增加采后甘蓝商品化的难度，亟需设计一种自动化甘蓝调向分列装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种椭球形甘蓝调向分列装置，可实现椭球形甘蓝的姿态调整，对根部朝向不同的甘蓝进行自动分列输送，确定甘蓝姿态，使下游加工设备能加工到根部朝向一致的甘蓝。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一种椭球形甘蓝调向分列装置，包括机架，以及按照工作流程依次安装在机架上的调向输送机、摄像检测机构、分列机构、导向板和控制箱。

一种椭球形甘蓝调向分列装置，包括机架，按照工作流程依次安装在机架上的调向输送机构、分列机构以及导向板，调向输送装置的中间上方机架上安装有摄像检测机构，下方机架上安装有控制箱。调向输送机构通过链轮、输送链带动输送辊运动，输送辊上的齿轮与机架上的齿条配合驱动输送辊转动，椭球形甘蓝在输送辊上滚动调整姿态，实现根部所在轴线与输送辊轴线平行；调向输送机构上方机架上安装的摄像检测机构采集甘蓝图像并传输到控制箱，通过图像处理软件，采用卷积神经网络图像分类根部判断方法判断甘蓝根部方向；然后指导分列机构工作，实现根部朝向不同的椭球形甘蓝分列输送。

所述调向输送机构包括第一步进电机、链轮、输送链以及均布在链条上的输送辊；所述输送辊的滚筒上安装有齿轮，所述摄像检测机构左侧有一段齿条与所述齿轮配合。

进一步地，所述输送链为单侧双孔弯板链条，所述输送链靠内侧安装有弯板，弯板上安装有骑马扣。

进一步地，所述输送辊为金属辊，两端为锥形坡面，中间为圆柱状，两根输送辊之间的间隙略小于甘蓝短径。

所述摄像检测机构包括CCD摄像头和平面反光镜；所述摄CCD像头和平面反光镜固定在机架上且置于辊轴两端，倾斜的角度可以调整。

所述分列机构包括第二步进电机、分列槽轮、轴承座、分列挡板、第一活动铰链、气缸和第二活动铰链；所述分列槽轮在所述第二步进电机的驱动下绕中心轴转动，所述分列挡板固定端板轴通过所述轴承座安装在所述机架上，所述分列挡板的活动端与所述气缸通过第二活动铰链连接，由所述气缸掀起或放置；所述气缸的活塞杆与所述分列挡板的活动端通过第二活动铰链连接，所述气缸的另一端通过第一活动铰链安装在机架上。

进一步地，所述分列挡板为圆弧状弯板，当所述分列挡板覆盖住所述分列槽轮的凹槽时，两者形成了容纳腔。

所述导向板包括第一导向板和第二导向板，所述第一导向板和所述第二导向板均与水平面有一定倾角安装于机架上，所述第一导向板与所述第二导向板的垂直间隔略大于甘蓝短径。

进一步地，所述第二导向板由弧面部分和平面部分两部分组成，其中靠近所述分列槽轮端为弧面。

所述控制箱内的控制系统为单片机；所述计算机通过串口和单片机进行通信。

所述卷积神经网络图像分类根部判别方法为所述CCD摄像头采集输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜中的图像，采集到的图像通过图像处理软件裁剪为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜中的图像，将裁剪后的图像分为有根和无根两类，标记为0和1，把采集到的5000张样本送入Alexnet卷积神经网络进行图像二分类训练，通过调整网络结构和超参数使其验证集分类精度达到95%以上，最后将训练好的卷积神经网络模型保存，将拍摄到的图像依旧分为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜两幅图像送入训练好的模型，依据训练好的模型输出对应的0或1，判断根部方向。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种椭球形甘蓝调向分列装置，用于采收后甘蓝的整修系统中。本发明基于椭球形体滚动调向的方法，引入摄像检测技术，判断甘蓝根部方向，对根部朝向不一致的甘蓝采用分列的方，有序输送，与逐个物料调向技术相比，该方法操作简单，输送效率高。

附图说明

图1为本发明的椭球形甘蓝调向分列装置的整体示意图；

图2为本发明的调向输送机构示意图；

图3为本发明的摄像检测机构示意图；

图4为本发明的分列机构示意图。

附图号说明：1调向输送机构，11输送链，111弯板，12输送辊，121轴，13齿轮，14骑马扣，15齿条，16链轮，17轴承座，18第一步进电机，2摄像检测机构，21平面反光镜，22CCD摄像头，3分列机构，31第二步进电机，32分列槽轮，33轴承座，34分列挡板，35第一活动铰链，36气缸，361活塞杆，37第二活动铰链，41第一导向板，42第二导向板，5控制箱，6机架，7甘蓝，71甘蓝根部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1，一种椭球形甘蓝调向分列装置，包括调向输送机构1、摄像检测机构2、分列机构3、导向板4、控制箱5、机架6组成。调向输送机构1通过链轮16、输送链11带动输送辊12运动，输送辊12上的齿轮13与机架上的齿条15配合驱动输送辊转动12，椭球形甘蓝在输送辊12上滚动调整姿态，实现根部71所在轴线与输送辊轴12线平行；调向输送机构1上方机架6上安装的摄像检测机构2采集甘蓝图像并传输到控制箱5，通过图像处理软件，采用卷积神经网络图像分类根部判断方法判断甘蓝根部方向；然后指导分列机构3工作，实现根部朝向不同的椭球形甘蓝分列输送。

参见图2和图3，调向输送机构1主要由输送链11、输送辊12、齿轮13、骑马扣14、齿条15、链轮16、轴承座17，第一步进电机18构成。输送链11可选用单侧双孔弯板链条，输送链11靠内一侧安装有弯板111，弯板111上安装有骑马扣14。输送链11上均匀分布多个输送辊12，输送辊12为无动力输送辊，输送辊12的滚筒和轴121之间通过内置轴承连接，输送辊的12滚筒可绕轴121转动，滚筒为金属辊，两端为锥形坡面，中间为圆柱状，两根输送辊12之间的间隙略小于甘蓝短径，这样，甘蓝可被两根输送辊12夹持，输送辊12的滚筒两端的锥形坡面可防止甘蓝滚出掉落，输送辊12的滚筒上安装有齿轮13，输送辊12的轴121通过骑马扣14固定在输送链11的弯板上111。在输送链11由多个链轮16驱动，链轮16通过轴承座17安装在机架6上，多个链轮16中的一个安装有第一步进电机18，第一步进电机18运动时可将整根输送链11驱动。在本实施例中，采用4个链轮16，将输送链11撑起，形成倒梯形，这样可使调向输送机构1的梯形框架内具有容纳腔，可安装放置控制箱5，电源，空气压缩机等动力设施，便于装置的一体化。在其他实施方式中，链轮16也可以为两个，即可完成对输送链11的驱动。在调向输送机构1的上部工作面上，具有位于输送链11中间的摄像检测部2，当甘蓝的轴线与输送辊12的轴线平行时，甘蓝根部71即朝向输送辊12的一端或者相反一端，这样的位置即可被摄像检测部2检测判断。甘蓝在进入输送链11中时，甘蓝根部71摆放位置随机，当输送辊12转动时，夹持在两根输送辊12之间的椭球形甘蓝也转动，根据刚体动力学理论中的欧拉运动方程，物体绕最大或者最小惯性主轴的转动时稳定的，甘蓝的绕根部所在轴线的转动是稳定的，即根部所在的轴线为甘蓝的转动轴线，由于甘蓝的根部凸起，甘蓝的转动轴线最终与输送辊12的转动轴线平行。为实现输送辊12转动，在如2中，输送链11的左侧具有齿条15，齿条15安装在机架6上，当输送辊12被输送链11带动时，运行至齿条15位置时，输送辊12上的齿轮13被齿条15配合搓动转起来。当甘蓝被摄像检测部2检测断朝向后，输送辊12的齿轮13由于没有齿条15配合搓动，甘蓝即保持静止状态，直至输送至下一工序。

参见图3，摄像检测部2由安装在输送链11两侧的CCD摄像头22和平面反光镜21组成。CCD摄像头22采集输送链11上的甘蓝7图像和甘蓝在平面反光镜21中的图像，采用采集到的图像通过图像处理软件裁剪为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜中的图像，将裁剪后的图像分为有根和无根两类，标记为0和1，把采集到的5000张样本送入Alexnet卷积神经网络进行图像二分类训练，通过调整网络结构和超参数使其验证集分类精度达到95%以上，最后将训练好的卷积神经网络模型保存，将拍摄到的图像依旧分为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜两幅图像送入训练好的模型，依据训练好的模型输出对应的0或1，判断根部方向，指导分列机构3的动作。

参见图4，分列机构3包括第二步进电机31、分列槽轮32、轴承座33、分列挡板34、第一活动铰链35、气缸36和第二活动铰链37组成。分列槽轮32在第二步进电机31的驱动下绕中心轴转动，分列槽轮32的凹槽为圆弧状，方便承接来自调向输送机构1的甘蓝7。分列挡板34为圆弧状弯板，分列挡板34覆盖住分列槽轮32的凹槽时，两者形成了容纳腔，可将椭圆形甘蓝容纳。分列挡板34为活动件，可覆盖在分列槽轮32，也可打开，当分列槽轮32的凹槽转动到一个较低位置时，甘蓝可从凹槽内滚落到外界。分列挡板34的固定端板轴通过轴承座33安装在机架6（图中未示）上，分列挡板34的活动端与气缸36连接，由气缸36掀起或者放置。气缸36的缸体与机架6通过第一活动铰链35铰接，气缸36的活塞杆361与分列挡板34的活动端凸起部位铰接。通过活塞杆361的伸缩运动，可掀起或者放置分列挡板34。分列槽轮32的槽长，比甘蓝的最长轴直径要长，以使甘蓝在落入槽轮后，不会从槽孔掉落。

为了便于将分列机构3分列筛选出的根部朝向不同的两种甘蓝收集。与分列机构3相接的有第一导向板41和第二导向板42。如图4，第一导向板41相对于水平面略倾斜，以使从分列槽轮32凹槽中滚落的甘蓝7，能在第一导向板41上滚动输送。第二导向板42位于第一导向板41下部，两个导向板的板面可以是平行关系，这样，甘蓝7在两个导向板上滚动的速度相同。第二导向板42与分列机构3相配合的部分，板面可以具有一定的弯弧，这样更便于承接甘蓝。

以下通过本实例中椭球形甘蓝调向分列装置的工作过程和原理具体说明本实例中的椭球形甘蓝调向分列装置：

甘蓝7在调向输送装置1中从左往右输送，调向输送装置1位于摄像检测装置2左侧部分的输送辊12在齿轮齿条副的驱动下做自转运动，甘蓝7在输送辊12摩擦力作用下自转，根据刚体有绕其最大或者最小惯性主轴转动的特性，甘蓝7转动调整姿态，甘蓝根部71朝前或者朝后，甘蓝7输送到摄像检测机构， CCD摄像头22采集输送辊12上的甘蓝7图像和甘蓝在平面反光镜21中的图像，利用卷积神经网络图像分类根部判别方法判断甘蓝根部朝向，计算机将获得的甘蓝姿态信息通过串口通信将方向信息传到控制系统，控制系统根据甘蓝根部方向信息控制分列装置3的工作。

已获取根部方向信息的甘蓝由输送辊12输送到转动的分列槽轮32中，若控制系统接收到甘蓝根部71朝后的信息，活塞361向上运动，分列挡板34处于打开状态，甘蓝7进入第一导向板41，若控制系统接受到甘蓝根部71朝前的信息，活塞361向下运动，分列挡板34处于闭合状态，甘蓝随转动的分列槽轮32转动，在重力作用下滑落入第二导向板，实现甘蓝根部71朝向不同的甘蓝分列输送。甘蓝在输送链上隔开放置，比如相隔2-3个滚轮的距离，以使装置整体节拍匀速，分列挡板的动作稳定。在其他实施方式中，分列机构可才用电力驱动，本装置同样适用于其他物料的筛选，分列槽轮的凹槽数量可以为3~6个，分列挡板数量可以为2~4个，导向板数量可以为2~4个，其数量不限，可对多个品种的物料进行筛选，以满足智能化筛选物料的需求。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。。

Claims (2)

1.一种椭球形甘蓝调向分列装置，包括机架，按照工作流程依次安装在机架上的调向输送机构、分列机构以及导向板，调向输送装置的中间上方机架上安装有摄像检测机构，下方机架上安装有控制箱，调向输送机构通过链轮、输送链带动输送辊运动，安装在输送辊上的齿轮和机架上的齿条配合带动输送辊转动，椭球形甘蓝在输送辊上滚动调整姿态，实现根部所在轴线与输送辊的轴线平行；调向输送机构两侧上方机架上安装的摄像检测机构采集甘蓝图像并传输到控制箱，通过图像处理软件，采用卷积神经网络图像分类根部判断方法判断甘蓝根部方向；然后指导分列机构工作，实现根部朝向不同的椭球形甘蓝分列输送；

所述调向输送机构包括第一步进电机、链轮、输送链以及均布在输送链上的输送辊；所述输送辊的滚筒上安装有齿轮，所述摄像检测机构左侧有一段齿条与所述齿轮配合；

所述输送链为单侧双孔弯板链条，所述输送链靠内侧安装有弯板，弯板上安装有骑马扣；

所述输送辊为金属辊，两端为锥形坡面，中间为圆柱状，两根所述输送辊之间的间隙略小于甘蓝短径；

所述摄像检测机构包括CCD摄像头和平面反光镜；所述摄像头和平面反光镜固定在机架上且置于辊轴两端，倾斜的角度可以调整；

所述分列机构包括第二步进电机、分列槽轮、轴承座、分列挡板、第一活动铰链、气缸和第二活动铰链；所述分列槽轮在所述第二步进电机的驱动下绕中心轴转动，所述分列挡板固定端板轴通过所述轴承座安装在所述机架上，所述分列挡板的活动端与所述气缸通过所述第二活动铰链连接，由所述气缸掀起或放置；所述气缸的活塞杆与所述分列挡板的活动端通过第二活动铰链连接，所述气缸的另一端通过第一活动铰链安装在机架上；

所述导向板包括第一导向板和第二导向板，所述第一导向板和所述第二导向板均与水平面有一定倾角安装于机架上，倾角的正切值略大于甘蓝与导向板的滚动摩擦系数，所述第一导向板与所述第二导向板的垂直间隔略大于甘蓝短径；

所述卷积神经网络图像分类根部判别方法为所述CCD摄像头采集输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜中的图像，采集到的图像通过Matlab软件裁剪为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜中的图像，将裁剪后的图像分为有根和无根两类，标记为0和1，把采集到的5000张样本送入Alexnet卷积神经网络进行图像二分类训练，通过调整网络结构和超参数使其验证集分类精度达到95%以上，最后将训练好的卷积神经网络模型保存，将拍摄到的图像依旧分为输送辊上的甘蓝图像和甘蓝在平面反光镜两幅图像送入训练好的模型，依据训练好的模型输出对应的0或1，判断根部方向。

2.根据权利要求1所述椭球形甘蓝调向分列装置，其特征在于：所述分列挡板为圆弧状弯板，当所述分列挡板覆盖住所述分列槽轮的凹槽时，两者形成了容纳腔。