CN109953355A - 收获后农产品的异物剔除与分选装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收获后农产品的异物剔除与分选装备。包括沿农产品输送方向依次衔接设置的链杆式柔性锥形轮干式除土装置、柔性差速辊除小异物装置和自动分选装置；除土装置包括套轮组件、链杆轴、同步轮齿条、支撑结构、异物输送板、推拉式异物收集箱、入口机架、上料电机和长链条；小异物装置布置于除土装置的外壳箱体上端出口处，包括外壳板、多根柔性辊、传动装置、倾斜度调节机构；分选装置布置于小异物装置的出口处，包括输送带组、分选执行机构、视觉检测单元、柔性缓冲件、挡板和出口机架；本发明可用于收获后农产品的异物剔除和分选，尤其是用于马铃薯、花生、胡萝卜等农产品挖掘后异物剔除，同时可以减少农产品损伤。

Description

收获后农产品的异物剔除与分选装备

技术领域

本发明涉及一种收获后农产品异物剔除与分选装备，用于马铃薯、花生、萝卜等农产品挖掘后异物剔除，去除掺杂的土块、石块等。

背景技术

马铃薯、花生、萝卜等地下类农作物在我国农业生产中的地位非常重要，它们都具有很高的营养价值，在我国产量高、种植面积大，是我国人民生活中的主要蔬菜。然而我国虽然是地下类农产品生产大国，却不是产业强国，在农产品产业发展中仍存在很多问题。其中一个主要的原因就是，我国的机械化收获水平低，并且对于地下类农产品的收获后处理技术落后。这就造成挖掘收获后的农产品中掺杂有大量的泥土、石块、枝叶茎秆等异物，以及存在病害、腐烂或缺陷的农产品，这些异物如果不能进行有效剔除，会对后续的农产品进一步加工、销售或者储存等产生影响，直接造成加工产品质次价廉，销售困难。因此，我们应该重视农产品的采后处理，其中最为关键的一步就是它的异物剔除与分选。

目前国内市场上常用的农产品分选方法包括人工分选和机械分选。人工分选方法费时费力，劳动成本高；机械分选方法一般是根据农产品和异物的大小进行筛选，这种方式容易造成农产品损伤，且对于与农产品大小相近的土块或石块等，这类机械分离方法无法进行彻底有效的分离，往往还需要人工进行二次的辅助筛选。

公告号为204540727U的专利公开了一种萝卜清洗烘干分选装置，设有清洗槽、烘干室和分选室，三个装置通过传送带连接，集萝卜清洗、烘干和分选功能于一体。该专利所设计装备采用水洗后烘干的清洁方式，需要布置水路系统和气路系统，系统整体较复杂，并且若烘干不彻底容易使萝卜发生腐烂变质；分选装置采用具有不同大小筛孔的振动筛完成大小分选，容易对萝卜产生损伤。

公告号为CN104941922A的专利公开了一种基于机器视觉技术的马铃薯分级控制方法及装置，可用于杂质、不同品质马铃薯的快速检测，实现马铃薯的分选。该专利所设计装备没有对马铃薯进行初步的异物剔除和表面清理，可能会造成检测和分级装置负担过大，降低准确度；采用先检测后分级的方式，在输送带上对物料进行检测，这样当输送带上粘附异物时，可能会造成检测结果不准确。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种收获后农产品的异物剔除与分选装备。本发明可用于收获后农产品的异物剔除和分选，尤其是用于马铃薯、花生、胡萝卜等农产品挖掘后异物剔除，同时可以减少农产品损伤。

本发明采用的具体技术方案如下：

本发明包括沿农产品输送方向依次衔接设置的链杆式柔性锥形轮干式除土装置、柔性差速辊除小异物装置和自动分选装置；链杆式柔性锥形轮干式除土装置的主要功能是，通过进料口接收收获后的农产品，完成农产品的表面清洁和初步异物剔除。

所述的链杆式柔性锥形轮干式除土装置包括套轮组件、链杆轴、同步轮齿条、支撑结构、异物输送板、推拉式异物收集箱、入口机架、上料电机和长链条；外壳箱体通过入口机架支撑固定于地面上，外壳箱体的外壁固定安装有上料电机，外壳箱体向上倾斜布置，进料口位于外壳箱体底部的上方，外壳箱体内沿输送方向的两侧布置有两个链条组，两个链条组平行也斜向上倾斜布置，每个链条组均由两端的两个链轮和连接在两个链轮之间的闭环的长链条构成，其中一个链条组中一端的链轮和上料电机的输出轴同轴连接；两个链条组的两个长链条之间沿长链条连接有多根链杆轴，多根链杆轴沿长链条的环形平行间隔均布安装，每根链杆轴的两端固定连接在两个长链条的链关节之间；每根链杆轴外均套装有套轮组件，套轮组件包括轴套、柔性锥形轮、柔性套筒和同步轮；轴套间隙配合地套装在链杆轴外，轴套两端均固定套装有同步轮，同步轮外圈周面设置成齿条结构，轴套上固定套装有柔性锥形轮和柔性套筒，同一根轴套上柔性锥形轮和柔性套筒交替布置，相邻轴套上的柔性锥形轮和柔性套筒布置相交错，使得在相邻柔性锥形轮之间围形成对农产品的包络空间；两个长链条的内侧方均布置有一个环形的同步轮齿条，同步轮齿条通过支撑结构和外壳箱体相对固定安装连接，同步轮齿条外圈周面设置成齿条结构，每个套轮组件的同步轮外圈的齿条结构均和同步轮齿条外圈的齿条结构啮合连接。

所述的柔性差速辊除小异物装置布置于链杆式柔性锥形轮干式除土装置的外壳箱体上端出口处，包括外壳板、多根等间隔并列布置的柔性辊、传动装置、倾斜度调节机构；传动装置包括柔性辊驱动电机、多组链轮和短驱动链；两块外壳板竖直平行地固定于入口机架上沿输送方向的两侧，多根柔性辊沿输送方向等间隔布置且铰接安装在两块外壳板之间，每相邻两根柔性辊的同一端端部轴之间用一组短驱动链链传动连接，多根柔性辊其中一根柔性辊的端部轴和柔性辊驱动电机的输出轴同轴连接，柔性辊驱动电机固定于其中一块外壳板上；柔性辊的内芯为方形金属合金，内芯外表面套装有聚氨酯弹性材料，聚氨酯弹性材料内部沿圆周间隔均布设置有多个类三角形孔的条形孔隙；柔性辊驱动电机运行经链传动带动多根柔性辊转动，多根柔性辊转向相同且沿输送方向速度逐渐降低，使得落在每相邻两根柔性辊间隙之间的小于农产品尺寸的异物能通过两根柔性辊之间的旋转差异从间隙被向下翻转剔除。

所述的自动分选装置布置于柔性差速辊除小异物装置的出口处，具体包括输送带组、分选执行机构、视觉检测单元、柔性缓冲件、挡板和出口机架；输送带组包括进料输送带、出料输送带和异物输送带的三个输送带；进料输送带安装在入口机架上，进料输送带的入口侧和柔性差速辊除小异物装置的六根柔性辊的输送出口处衔接；出料输送带位于进料输送带出口侧的前方斜下方，用于接收来自进料输送带的农产品并输送出去；异物输送带位于进料输送带和出料输送带之间间隙的正下方，用于接收来自进料输送带的异物并输送；出料输送带在靠近进料输送带一侧的上方设有柔性缓冲件，柔性缓冲件为一侧面为楔形的凸起结构，凸起结构在远离进料输送带的一侧为楔形；分选执行机构置于出料输送带位于靠近进料输送带一侧的正上方，具体包括连接板和安装于连接板内部的多个并排平行布置的拨杆气缸组件，连接板安装于出口机架上，每个拨杆气缸组件包括拨杆件和气缸，拨杆件顶端和U型联接件Ⅰ下端U形开口端铰接，U型联接件Ⅰ上端合拢端与连接板固接，拨杆件顶部在远离进料输送带一侧的侧面和U型联接件ⅡU形开口端铰接，U型联接件Ⅱ合拢端与气缸的输出杆固接，气缸缸体和U型联接件ⅢU形开口端铰接，U型联接件Ⅲ的合拢端与连接板固接，气缸输出杆伸出和缩回带动拨杆件绕U型联接件Ⅰ摆动，使得拨杆件底端朝向进料输送带靠近或者远离，实现分选执行的弹出和收回。

所述的柔性锥形轮分为两段圆台和一段圆套筒结构，两段圆台的小端相对布置，且在两段圆台的小端之间通过圆套筒连接构成一体结构。

所述的链杆式柔性锥形轮干式除土装置和柔性差速辊除小异物装置的下方设有异物输送板，所述的异物输送板底部安装于入口机架上，异物输送板从链杆式柔性锥形轮干式除土装置到柔性差速辊除小异物装置底部倾斜向上布置，异物输送板对链杆式柔性锥形轮干式除土装置和柔性差速辊除小异物装置筛选下来的异物起到引导输送作用。

所述的入口机架均由多根杆件搭建构成，其中连接到柔性差速辊除小异物装置的两块外壳板的杆件为伸缩杆；所述的柔性差速辊除小异物装置的两块外壳板在靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置布置的一端底部通过倾斜度调节机构连接入口机架，通过倾斜度调节机构调节外壳板底部的伸缩杆高度，进而实现六根柔性辊的倾斜度调整；所述的倾斜度调节机构主要由螺栓和固定在螺栓底部的圆盘构成，螺栓顶端螺纹连接到外壳板底部的螺纹孔中形成螺纹副，螺栓底端为光轴套装于入口机架的通孔中，通过转动圆盘带动螺栓旋转进而通过螺纹副带动外壳板位于靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置布置的一端上下升降。

在链杆式柔性锥形轮干式除土装置和柔性差速辊除小异物装置之间设置有帘布Ⅰ，在柔性差速辊除小异物装置和自动分选装置的进料输送带之间设置有帘布Ⅱ。这里设置帘布的目的是使马铃薯平铺开，避免马铃薯堆积，且相互之间存在一定距离，有利于视觉检测单元和拨杆件对马铃薯进行检测和分选。

所述的入口机架在柔性差速辊除小异物装置和输送带组底部处分为两个部分，两个部分之间通过可拆卸连接机构可拆卸连接，所述的可拆卸连接机构为相契合用螺栓连接的榫卯结构。

所述的视觉检测单元置于出料输送带正上方，包括箱体和安装在箱体内的激光器和相机；箱体固定于出口机架上，且位于出料输送带和分选执行机构的上方，相机和激光器均通过连接片Ⅰ和连接片Ⅱ分别安装在相机固定杆和激光器固定杆上，连接片Ⅰ和连接片Ⅱ通过螺栓Ⅲ固接，相机固定杆和激光器固定杆分别通过两端部的螺栓Ⅳ固定连接到箱体上，通过改变两端部螺栓Ⅳ与箱体的连接位置以及改变连接片Ⅰ和连接片Ⅱ在相机固定杆和激光器固定杆上的安装位置和安装角度，使得相机和激光器的位置和倾斜角度分别独立可调；箱体在靠近进料输送带的一端开口，相机和激光器探测端透过开口朝向进料输送带出口端布置。

所述的机器视觉单元整体通过螺栓Ⅰ铰接在出口机架上，通过调整螺栓Ⅰ在出口机架上的直滑槽以及在箱体上的半圆弧滑槽中的位置，实现其高度和倾斜角度的调节。

所述的连接板通过分选执行机构位置调节装置安装于出口机架上，分选执行机构位置调节装置包括螺栓Ⅱ及其配套螺母和开设在出口机架上的条形槽，将螺栓Ⅱ穿过出口机架的条形槽、连接板的通孔后连接螺母，从而将连接板与出口机架连接。

所述的异物输送带在靠近进料输送带一侧的上方设有挡板。

本发明将收获上来的农产品首先进入链杆式柔性锥形轮干式除土装置，在电机驱动下通过链杆式柔性锥形轮完成上料，并进行初步的较小异物的剔除以及农产品表面除土，然后通过柔性差速辊除小异物装置，完成进一步的表面泥土剔除和异物剔除。最后进入自动分选装置，在从进料输送带末端抛出的过程中采用激光背向散射成像检测技术，进行土块、石块以及缺陷农作物等异物的识别，并将检测识别结果传递到控制单元，从而控制气缸的伸出和缩回，带动拨杆件弹出和收回，改变异物抛出轨迹从而实现异物与农产品的分离，然后分别通过异物输送带和出料输送带输送出去。

本发明具有的有益效果是：

本发明可以用于马铃薯、花生、胡萝卜等农产品挖掘后的土块、石块等的剔除，同时可以对农产品表面进行摩擦清洁；通过采用各种柔性机构，尽量减少农产品在分选过程中的损伤；通过激光散射成像检测技术，对输送带末端抛出物体进行检测，利用拨杆件改变异物抛落轨迹，准确实现农产品的有效分选。

本发明可用于收获后农产品的异物剔除和分选，尤其是用于马铃薯、花生、胡萝卜等农产品挖掘后异物剔除，同时可以减少农产品损伤。

附图说明

图1是本发明的等轴测图；

图2是链杆式柔性锥形轮干式除土装置的局部俯视图；

图3是链杆式柔性锥形轮干式除土装置的局部等轴测图；

图4是柔性锥形轮的等轴测图；

图5是异物输送板的等轴测图；

图6是推拉式异物收集箱的等轴测图；

图7是柔性差速辊除小异物装置的俯视图；

图8是柔性辊结构的正视图和等轴测图；

图9是柔性差速辊除小异物装置的工作过程示意图；

图10是柔性差速辊除小异物装置剔除石块的工作原理示意图；

图10(a)是石块被相邻两柔性辊夹持的示意图；

图10(b)是石块在柔性辊的差速作用下发生旋转的示意图；

图10(c)是石块旋转从而通过柔性辊间隙落下的示意图；

图11是自动分选装置的侧视图；

图12是视觉检测单元的等轴测图；

图13是分选执行机构的等轴测图；

图14是拨杆件在弹出和收回状态的示意图；

图14(a)是拨杆件在收回状态的示意图；

图14(b)是拨杆件在弹出状态的示意图；

图15是正常农产品在分选过程中的运动轨迹示意图；

图16是异物在分选过程中的运动轨迹示意图。

图中：1、进料口；2、链杆式柔性锥形轮干式除土装置；3、帘布Ⅰ；4、柔性差速辊除小异物装置；5、帘布Ⅱ；6、输送带组；7、分选执行机构；8、视觉检测单元；9、相机位置调节装置；10、分选执行机构位置调节装置；11、出口机架；12、出料电机；13、异物输送电机；14、柔性缓冲件；15、挡板；16、蹄脚；17、可拆卸连接机构；18、平铺电机；19、传动装置；20、伸缩杆；21、柔性辊驱动电机；22、倾斜度调节机构；23、入口机架；24、脚轮；25、异物输送板；26、推拉式异物收集箱；27、上料电机；28、同步轮齿条；29、支撑结构；30、柔性套筒；31、柔性锥形轮；32、轴套；33、链杆轴；34、长链条；35、同步轮；36、链轮；37、轴承；38、柔性辊；39、短驱动链；40、链轮；41、异物；42、农产品；43、自动分选装置；44、进料输送带；45、螺栓Ⅰ；46、螺栓Ⅱ；47、拨杆件；48、出料输送带；49、异物输送带；50、相机；51、箱体；52、相机固定杆；53、激光器固定杆；54、激光器；55、螺栓Ⅲ；56、连接片Ⅰ；57、连接片Ⅱ；58、螺栓Ⅳ；59、U型联接件Ⅰ；60、连接板；61、U型联接件Ⅱ；62、气缸；63、U型联接件Ⅲ；64、包络空间；65、传动轴。

具体实施方式

下面以马铃薯的异物剔除与分选为例，结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明主要包括三部分：链杆式柔性锥形轮干式除土装置2、柔性差速辊除小异物装置4以及自动分选装置43。收获上来的马铃薯经过进料口1进入装备，首先经过链杆式柔性锥形轮干式除土装置2，该部分主要进行马铃薯的干式表面清洁和较小异物剔除。

如图1和图2、图3所示，链杆式柔性锥形轮干式除土装置2包括套轮组件、链杆轴33、同步轮齿条28、支撑结构29、异物输送板25、推拉式异物收集箱26、入口机架23、上料电机27和长链条34；外壳箱体通过入口机架23支撑固定于地面上，外壳箱体的外壁固定安装有上料电机27，外壳箱体向上倾斜布置，进料口1位于链杆式柔性锥形轮干式除土装置2外壳箱体底部的上方，与入口机架23之间通过螺栓连接；外壳箱体内沿输送方向的两侧布置有两个链条组，两个链条组平行也斜向上倾斜布置，每个链条组均由两端的两个链轮36和连接在两个链轮36之间的闭环的长链条34构成，链轮安装于传动轴65上，其中一个链条组中一端的链轮和上料电机27的输出轴同轴连接，上料电机27运行带动链轮转动进而带动长链条34链传动运动；两个链条组的两个长链条34之间沿长链条34连接有多根链杆轴33，多根链杆轴33沿长链条34的环形平行间隔均布安装，每根链杆轴33的两端固定连接在两个长链条34相同位置对应的链关节之间；每根链杆轴33外均套装有套轮组件，套轮组件包括轴套32、柔性锥形轮31、柔性套筒30和同步轮35；轴套32间隙配合地套装在链杆轴33外，轴套32两端均固定套装有同步轮35，同步轮35外圈周面设置成齿条结构，轴套32上固定套装有柔性锥形轮31和柔性套筒30，同一根轴套32上柔性锥形轮31和柔性套筒30交替布置，相邻轴套32上的柔性锥形轮31和柔性套筒30布置相交错，中间间隔了一个轴套32的两个轴套32上的柔性锥形轮31和柔性套筒30布置相同，使得在相邻柔性锥形轮31之间围形成对农产品42的包络空间64，如图2所示，具体是在三个轴套32上紧邻的四个柔性锥形轮31围形成对农产品42的包络空间64两个长链条34的内侧方均布置有一个环形的同步轮齿条28，同步轮齿条28通过支撑结构29和外壳箱体相对固定安装连接，支撑结构29对同步轮齿条28的安装起到支撑作用；同步轮齿条28外圈周面设置成齿条结构，每个套轮组件的同步轮35外圈的齿条结构均和同步轮齿条28外圈的齿条结构啮合连接；

上料电机27运行驱动长链条34沿环形周向运动，两个链条组的长链条34之间的多根平行的链杆轴33带动轴套32也沿环形周向运动，轴套32两端的同步轮35随着轴套32运动过程中，由于同步轮35与同步轮齿条28啮合关系带动轴套32绕链杆轴33旋转，从而带动柔性锥形轮31和柔性套筒30旋转，实现包络空间64对农产品42的表面摩擦除土。

如图4所示，柔性锥形轮31分为两段圆台和一段圆套筒结构，两段圆台的小端相对布置，且在两段圆台的小端之间通过圆套筒连接构成一体结构。

链杆式柔性锥形轮干式除土装置2和柔性差速辊除小异物装置4的下方设有异物输送板25，异物输送板25底部通过螺栓固定安装于入口机架23上，异物输送板25从链杆式柔性锥形轮干式除土装置2到柔性差速辊除小异物装置4底部倾斜向上布置，异物输送板25顶部沿柔性差速辊除小异物装置4的底部下方延伸布置，异物输送板25底部沿链杆式柔性锥形轮干式除土装置2的底部下方延伸布置，异物输送板25对链杆式柔性锥形轮干式除土装置2和柔性差速辊除小异物装置4筛选下来的异物41起到引导输送作用。

异物输送板25最下端设有推拉式异物收集箱26，如图6所示，推拉式异物收集箱26通过滑槽与异物输送板25底部连接，推拉式异物收集箱26将异物输送板25输送的异物41收集起来以便于处理。

在链杆式柔性锥形轮干式除土装置2的工作过程中，长链条34在链轮36的带动下不断移动，带动链杆轴33及其上的同步轮35、轴套32和柔性锥形轮31、柔性套筒30向前运动。同步轮齿条28依靠支撑结构29进行固定，由于同步轮35与同步轮齿条28的啮合作用，使得同步轮33在向前运动的过程中不断旋转，就会带动轴套32及其上的柔性锥形轮31、柔性套筒30旋转，从而带动包络空间64中的马铃薯不断旋转。采用这种链杆式上料方式，在具有比较高的输送效率的同时，又能够使马铃薯与柔性锥形轮31、柔性套筒30不断旋转摩擦，可以比较好的去除马铃薯表面粘附的泥土，清洁效果好。

另外，马铃薯流中存在的一些较小的异物和摩擦剔除下来的泥土，会通过柔性锥形轮31与柔性套筒30的间隙落到下方的异物输送板25上，通过异物输送板25引导运动到推拉式异物收集箱26中，最后人工进行清理。所述柔性锥形轮31、异物输送板25以及推拉式异物收集箱26的结构如图4、图5、图6所示。

经过链杆式柔性锥形轮干式除土装置2初步处理以后，马铃薯进入柔性差速辊除小异物装置4。该装置的主要功能是，靠柔性辊38与马铃薯之间的摩擦进一步去除表面粘附泥土，更重要的是，靠柔性辊间隙以及表面柔性材料的变形达到剔除石块的目的。

如图7所示，柔性差速辊除小异物装置4布置于链杆式柔性锥形轮干式除土装置2的外壳箱体上端出口处，包括外壳板、多根等间隔并列布置的柔性辊38、传动装置19、倾斜度调节机构22；传动装置19包括柔性辊驱动电机21、多组链轮40和短驱动链39；两块外壳板竖直平行地固定于入口机架23上沿输送方向的两侧，多根柔性辊38沿输送方向等间隔布置且通过轴承37铰接安装在两块外壳板之间，每根柔性辊38沿垂直于输送方向布置，每相邻两根柔性辊38的同一端端部轴之间用一组短驱动链39链传动连接，多根柔性辊38其中一根柔性辊38的端部轴和柔性辊驱动电机21的输出轴同轴连接，柔性辊驱动电机21固定于其中一块外壳板上。

如图8所示，柔性辊38的内芯为方形金属合金，内芯外表面套装有聚氨酯弹性材料，聚氨酯弹性材料内部沿圆周间隔均布设置有多个类三角形孔的条形孔隙，多个条形孔隙沿圆周间隔均布，且多个条形孔隙的类三角形孔旋向布置相同，均沿同一螺旋。

如图9和图10所示，柔性辊驱动电机21运行经链传动带动多根柔性辊38转动，柔性辊38的上表面沿输送方向转动，多根柔性辊38转向相同且沿输送方向速度逐渐降低，使得落在每相邻两根柔性辊38间隙之间的小于农产品42尺寸的异物41能通过两根柔性辊38之间的旋转差异从间隙被向下翻转剔除，从而来实现干式剔除中尺寸异物土块和石块。

其具体的工作过程和原理如图9、图10所示：马铃薯42具有比异物(石块)41更加光滑的表面，形状规则，且比重较小，不容易被相邻两柔性辊38夹住，而石块形状不规则，表面粗糙，体积较小，更容易落入两相邻柔性辊38的间隙产生夹持作用。差速的目的也是为了降低异物(石块)41的通过性，使其更容易被夹持。此时前后两柔性辊38会对石块产生方向相反、作用线平行但不重合的力F1、F2，形成转矩，且由于差速作用，方向向下的作用力F1大于向上的作用力F2。异物(石块)41旋转，它的不规则表面存在棱角，挤压柔性辊38使其变形，同时柔性辊38对异物(石块)41的夹持力增大。另外，石块受到向下的自身重力G作用，最终效果是石块在两柔性辊38之间不断旋转着下落，完成剔除。同样的，从柔性辊38间隙落下的石块会落到下方的异物输送板25上，通过异物输送板25引导运动到推拉式异物收集箱26中。

并列布置的柔性辊38的倾斜角度可以通过倾斜度调节机构22进行调节，以适应不用的进料速度和生产率。倾角越大，马铃薯越容易通过，生产率越高，但相应的清洁效果会越差。

以马铃薯为例的具体实施中，每相邻两根柔性辊38之间的轴心距离为120mm，聚氨酯弹性材料表面之间的距离为20mm，六根柔性辊38的转速由进料一端到出料一端依次为100、90、80、70、60、50r/min，，这样依靠柔性辊表面弹性材料的变形，能筛选剔除径向尺寸小于30～40mm的中尺寸异物。

如图1所示，入口机架23均由多根杆件搭建构成，其中连接到柔性差速辊除小异物装置4的两块外壳板的杆件为伸缩杆20。

如图7所示，柔性差速辊除小异物装置4的两块外壳板在靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置2布置的一端底部通过倾斜度调节机构22连接入口机架23，通过倾斜度调节机构22调节外壳板底部的伸缩杆20高度并依靠螺纹连接进行固定，进而实现六根柔性辊38的倾斜度调整，从而可以依据不同工况改变农产品42的通过性；倾斜度调节机构22主要由螺栓和固定在螺栓底部的圆盘构成，螺栓顶端螺纹连接到外壳板底部的螺纹孔中形成螺纹副，螺栓底端为光轴套装于入口机架23的通孔中，通过转动圆盘带动螺栓旋转进而通过螺纹副带动外壳板位于靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置2布置的一端上下升降。

经过柔性差速辊除小异物装置4后，马铃薯通过进料输送带44进入到自动分选装置43。该装置的主要功能是实现马铃薯和异物的识别，进一步完成分选。

如图11所示，自动分选装置43布置于柔性差速辊除小异物装置4的出口处，具体包括输送带组6、分选执行机构7、视觉检测单元8、柔性缓冲件14、挡板15和出口机架11。输送带组6包括进料输送带44、出料输送带48和异物输送带49的三个输送带；进料输送带44安装在入口机架23上，进料输送带44的入口侧和柔性差速辊除小异物装置4的六根柔性辊38的输送出口处衔接，进料输送带44接收来自柔性差速辊除小异物装置4的农产品进行输送；出料输送带48位于进料输送带44出口侧的前方斜下方，用于接收来自进料输送带44的农产品并输送出去；异物输送带49位于进料输送带44和出料输送带48之间间隙的正下方，位于最下方，用于接收来自进料输送带44的大异物并输送。

出料输送带48在靠近进料输送带44一侧的上方设有柔性缓冲件14，柔性缓冲件14为一侧面为楔形的凸起结构，凸起结构在远离进料输送带44的一侧为楔形；柔性缓冲件14由柔性材料制成，用于接收从进料输送带44末端抛落的正常农产品，防止损伤。

进料输送带44连接平铺电机18，平铺电机18的输出轴和进料输送带44其中一端的带轮连接，平铺电机18运行带动进料输送带44运动。出料输送带48连接出料电机12，出料电机12的输出轴和出料输送带48其中一端的带轮连接，出料电机12运行带动出料输送带48运动。异物输送带49连接异物输送电机13，异物输送电机13的输出轴和异物输送带49其中一端的带轮连接，异物输送电机13运行带动异物输送带49运动。

如图1所示，在链杆式柔性锥形轮干式除土装置2和柔性差速辊除小异物装置4之间设置有帘布Ⅰ3，帘布Ⅰ安装在链杆式柔性锥形轮干式除土装置和柔性差速辊除小异物装置之间，可以使物料平铺开，避免堆积，并且使前后马铃薯之间存在一定距离，防止进料速度过快而造成清洁效果变差。

如图1所示，在柔性差速辊除小异物装置4和自动分选装置43的进料输送带44之间设置有帘布Ⅱ5。帘布Ⅱ安装在柔性差速辊除小异物装置与进料输送带之间，目的是将农产品平铺开来，便于后续检测。柔性缓冲件由柔性材料制成，安装在出料输送带端部上方，用于接收从进料输送带末端抛落的正常农产品，防止损伤。

如图1所示，入口机架23在柔性差速辊除小异物装置4和输送带组6底部处分为两个部分，两个部分之间通过可拆卸连接机构17可拆卸连接，可拆卸连接机构17为相契合用螺栓连接的榫卯结构。

如图12所示，视觉检测单元8置于出料输送带48正上方，包括箱体51和安装在箱体51内的激光器54和相机50；箱体51固定于出口机架11上，且位于出料输送带48和分选执行机构7的上方，相机50和激光器54均通过连接片Ⅰ56和连接片Ⅱ57分别安装在相机固定杆52和激光器固定杆53上，连接片Ⅰ56和连接片Ⅱ57通过螺栓Ⅲ55固接，相机固定杆52和激光器固定杆53分别通过两端部的螺栓Ⅳ58固定连接到箱体51上，通过改变两端部螺栓Ⅳ58与箱体51的连接位置以及改变连接片Ⅰ56和连接片Ⅱ57在相机固定杆52和激光器固定杆53上的安装位置和安装角度，使得相机50和激光器54的位置和倾斜角度分别独立可调；箱体51在靠近进料输送带44的一端开口，相机50和激光器54探测端透过开口朝向进料输送带44的出口端布置。

机器视觉单元8整体通过螺栓Ⅰ45铰接在出口机架11上，通过调整螺栓Ⅰ45在出口机架11上的直滑槽以及在箱体51上的半圆弧滑槽中的位置，实现其高度和倾斜角度的调节，从而根据不同工况调整机器视觉单元8的最佳检测位置。

入口机架23和出口机架11的底部安装有脚轮24和蹄脚16，调整安装位置时用脚轮24带动移动，调整后工作时用蹄脚16固定位置。

如图13和图14所示，分选执行机构7置于出料输送带48位于靠近进料输送带44一侧的正上方，具体包括连接板60和安装于连接板60内部的多个沿垂直于输送方向并排平行布置的拨杆气缸组件，连接板60安装于出口机架11上，每个拨杆气缸组件包括拨杆件47和气缸62，拨杆件47采用聚甲醛材料制造，拨杆件47顶端和U型联接件Ⅰ59下端U形开口端铰接，U型联接件Ⅰ59上端合拢端与连接板60固接，拨杆件47顶部在远离进料输送带44一侧的侧面和U型联接件Ⅱ61U形开口端铰接，U型联接件Ⅱ61合拢端与气缸62的输出杆固接，气缸62缸体和U型联接件Ⅲ63U形开口端铰接，U型联接件Ⅲ63的合拢端与连接板(60)固接，气缸62输出杆伸出和缩回带动拨杆件47绕U型联接件Ⅰ59摆动，使得拨杆件47底端朝向进料输送带44靠近或者远离，实现分选执行的弹出和收回。

连接板60通过分选执行机构位置调节装置10安装于出口机架11上，分选执行机构位置调节装置10包括螺栓Ⅱ46及其配套螺母和开设在出口机架11上的条形槽，将螺栓Ⅱ46穿过出口机架11的条形槽、连接板60的通孔后连接螺母，从而将连接板60与出口机架11连接，因此其整体的高度和左右位置可以调节，从而可以保证拨杆件47能够在不同的农产品抛落过程中准确剔除其中包含的异物。

异物输送带49在靠近进料输送带44一侧的上方设有挡板15，挡板15是为了防止异物与拨杆件47撞击后速度过大，运动距离过远而超出异物输送带49范围，起到阻挡作用，使异物落到异物输送带49上。

如图15所示，由进料输送带44末端抛出的物料，当检测到为正常农产品时，气缸62保持缩回，此时拨杆件47保持收回状态，正常农产品落到出料输送带48上；

当检测到为异物时，气缸62伸出，带动拨杆件47弹出，从而与异物发生碰撞，改变异物运动轨迹，使其下落到安装在出口机架11最下方的异物输送带49上。

通过机器视觉单元8拍摄农产品/异物下落过程中的图像进行分析判断，获得农产品/异物下落位置具体对应哪个位置的拨杆气缸组件，进而控制对应拨杆气缸组件的拨杆件47是否动作，实现农产品和异物的分选。

在视觉检测单元8的工作过程中，采用激光背向散射成像技术，对每一个从进料输送带44末端抛出的物体进行检测，由激光器54发射线激光照射到物体的表面，经物体散射后被相机50采集，获得物体的原始图像，经过图像处理实现对待测物体的识别。根据识别结果，由控制系统控制气缸62伸出和缩回，从而带动拨杆件47弹出或收回。当抛出的物体检测结果为马铃薯时，所对应的气缸62保持缩回状态，如图14(a)，此时马铃薯42会下落到柔性缓冲件14上，然后由出料输送带48输送出去，其运动轨迹如图15所示；当抛出的物体检测结果为土块或石块等异物时，控制系统控制对应的气缸62伸出，带动相应的拨杆件47弹出，如图14(b)，此时异物41在抛落的过程中会与弹出的拨杆件47碰撞，从而改变了运动轨迹，使异物41下落到下方的异物输送带49上，其运动轨迹如图16所示。为了防止异物41与拨杆件47撞击后速度过大，运动距离过远而超出异物输送带49的范围，这里设置了挡板15以起到阻挡作用。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：包括沿农产品输送方向依次衔接设置的链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)、柔性差速辊除小异物装置(4)和自动分选装置(43)；

所述的链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)包括套轮组件、链杆轴(33)、同步轮齿条(28)、支撑结构(29)、异物输送板(25)、推拉式异物收集箱(26)、入口机架(23)、上料电机(27)和长链条(34)；外壳箱体通过入口机架(23)支撑固定于地面上，外壳箱体的外壁固定安装有上料电机(27)，外壳箱体向上倾斜布置，进料口(1)位于外壳箱体底部的上方，外壳箱体内沿输送方向的两侧布置有两个链条组，两个链条组平行也斜向上倾斜布置，每个链条组均由两端的两个链轮(36)和连接在两个链轮之间的闭环的长链条(34)构成，其中一个链条组中一端的链轮(36)和上料电机(27)的输出轴同轴连接；两个链条组的两个长链条(34)之间沿长链条(34)连接有多根链杆轴(33)，多根链杆轴(33)沿长链条(34)的环形平行间隔均布安装，每根链杆轴(33)的两端固定连接在两个长链条(34)的链关节之间；每根链杆轴(33)外均套装有套轮组件，套轮组件包括轴套(32)、柔性锥形轮(31)、柔性套筒(30)和同步轮(35)；轴套(32)间隙配合地套装在链杆轴(33)外，轴套(32)两端均固定套装有同步轮(35)，同步轮(35)外圈周面设置成齿条结构，轴套(32)上固定套装有柔性锥形轮(31)和柔性套筒(30)，同一根轴套(32)上柔性锥形轮(31)和柔性套筒(30)交替布置，相邻轴套(32)上的柔性锥形轮(31)和柔性套筒(30)布置相交错，使得在相邻柔性锥形轮(31)之间围形成对农产品(42)的包络空间(64)；两个长链条(34)的内侧方均布置有一个环形的同步轮齿条(28)，同步轮齿条(28)通过支撑结构(29)和外壳箱体相对固定安装连接，同步轮齿条(28)外圈周面设置成齿条结构，每个套轮组件的同步轮(35)外圈的齿条结构均和同步轮齿条(28)外圈的齿条结构啮合连接；

所述的柔性差速辊除小异物装置(4)布置于链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)的外壳箱体上端出口处，包括外壳板、多根等间隔并列布置的柔性辊(38)、传动装置(19)、倾斜度调节机构(22)；传动装置(19)包括柔性辊驱动电机(21)、多组链轮(40)和短驱动链(39)；两块外壳板竖直平行地固定于入口机架(23)上沿输送方向的两侧，多根柔性辊(38)沿输送方向等间隔布置且铰接安装在两块外壳板之间，每相邻两根柔性辊(38)的同一端端部轴之间用一组短驱动链(39)链传动连接，多根柔性辊(38)其中一根柔性辊(38)的端部轴和柔性辊驱动电机(21)的输出轴同轴连接，柔性辊驱动电机(21)固定于其中一块外壳板上；柔性辊(38)的内芯为方形金属合金，内芯外表面套装有聚氨酯弹性材料，聚氨酯弹性材料内部沿圆周间隔均布设置有多个类三角形孔的条形孔隙；柔性辊驱动电机(21)运行经链传动带动多根柔性辊(38)转动，多根柔性辊(38)转向相同且沿输送方向速度逐渐降低，使得落在每相邻两根柔性辊(38)间隙之间的小于农产品(42)尺寸的异物(41)能通过两根柔性辊(38)之间的旋转差异从间隙被向下翻转剔除；

所述的自动分选装置(43)布置于柔性差速辊除小异物装置(4)的出口处，具体包括输送带组(6)、分选执行机构(7)、视觉检测单元(8)、柔性缓冲件(14)、挡板(15)和出口机架(11)；输送带组(6)包括进料输送带(44)、出料输送带(48)和异物输送带(49)的三个输送带；进料输送带(44)安装在入口机架(23)上，进料输送带(44)的入口侧和柔性差速辊除小异物装置(4)的六根柔性辊(38)的输送出口处衔接；出料输送带(48)位于进料输送带(44)出口侧的前方斜下方，用于接收来自进料输送带(44)的农产品并输送出去；异物输送带(49)位于进料输送带(44)和出料输送带(48)之间间隙的正下方，用于接收来自进料输送带(44)的异物并输送；出料输送带(48)在靠近进料输送带(44)一侧的上方设有柔性缓冲件(14)，柔性缓冲件(14)为一侧面为楔形的凸起结构，凸起结构在远离进料输送带(44)的一侧为楔形；分选执行机构(7)置于出料输送带(48)位于靠近进料输送带(44)一侧的正上方，具体包括连接板(60)和安装于连接板(60)内部的多个并排平行布置的拨杆气缸组件，连接板(60)安装于出口机架(11)上，每个拨杆气缸组件包括拨杆件(47)和气缸(62)，拨杆件(47)顶端和U型联接件Ⅰ(59)下端U形开口端铰接，U型联接件Ⅰ(59)上端合拢端与连接板(60)固接，拨杆件(47)顶部在远离进料输送带(44)一侧的侧面和U型联接件Ⅱ(61)U形开口端铰接，U型联接件Ⅱ(61)合拢端与气缸(62)的输出杆固接，气缸(62)缸体和U型联接件Ⅲ(63)U形开口端铰接，U型联接件Ⅲ(63)的合拢端与连接板(60)固接，气缸(62)输出杆伸出和缩回带动拨杆件(47)绕U型联接件Ⅰ(59)摆动，使得拨杆件(47)底端朝向进料输送带(44)靠近或者远离，实现分选执行的弹出和收回。

2.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的柔性锥形轮(31)分为两段圆台和一段圆套筒结构，两段圆台的小端相对布置，且在两段圆台的小端之间通过圆套筒连接构成一体结构。

3.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)和柔性差速辊除小异物装置(4)的下方设有异物输送板(25)，所述的异物输送板(25)底部安装于入口机架(23)上，异物输送板(25)从链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)到柔性差速辊除小异物装置(4)底部倾斜向上布置，异物输送板(25)对链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)和柔性差速辊除小异物装置(4)筛选下来的异物(41)起到引导输送作用。

4.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的入口机架(23)均由多根杆件搭建构成，其中连接到柔性差速辊除小异物装置(4)的两块外壳板的杆件为伸缩杆(20)；所述的柔性差速辊除小异物装置(4)的两块外壳板在靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)布置的一端底部通过倾斜度调节机构(22)连接入口机架(23)，通过倾斜度调节机构(22)调节外壳板底部的伸缩杆(20)高度，进而实现六根柔性辊(38)的倾斜度调整；所述的倾斜度调节机构(22)主要由螺栓和固定在螺栓底部的圆盘构成，螺栓顶端螺纹连接到外壳板底部的螺纹孔中形成螺纹副，螺栓底端为光轴套装于入口机架(23)的通孔中，通过转动圆盘带动螺栓旋转进而通过螺纹副带动外壳板位于靠近链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)布置的一端上下升降。

5.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：在链杆式柔性锥形轮干式除土装置(2)和柔性差速辊除小异物装置(4)之间设置有帘布Ⅰ(3)，在柔性差速辊除小异物装置(4)和自动分选装置(43)的进料输送带(44)之间设置有帘布Ⅱ(5)。

6.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的入口机架(23)在柔性差速辊除小异物装置(4)和输送带组(6)底部处分为两个部分，两个部分之间通过可拆卸连接机构(17)可拆卸连接，所述的可拆卸连接机构(17)为相契合用螺栓连接的榫卯结构。

7.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的视觉检测单元(8)置于出料输送带(48)正上方，包括箱体(51)和安装在箱体(51)内的激光器(54)和相机(50)；箱体(51)固定于出口机架(11)上，且位于出料输送带(48)和分选执行机构(7)的上方，相机(50)和激光器(54)均通过连接片Ⅰ(56)和连接片Ⅱ(57)分别安装在相机固定杆(52)和激光器固定杆(53)上，连接片Ⅰ(56)和连接片Ⅱ(57)通过螺栓Ⅲ(55)固接，相机固定杆(52)和激光器固定杆(53)分别通过两端部的螺栓Ⅳ(58)固定连接到箱体(51)上，通过改变两端部螺栓Ⅳ(58)与箱体(51)的连接位置以及改变连接片Ⅰ(56)和连接片Ⅱ(57)在相机固定杆(52)和激光器固定杆(53)上的安装位置和安装角度，使得相机(50)和激光器(54)的位置和倾斜角度分别独立可调；箱体(51)在靠近进料输送带(44)的一端开口，相机(50)和激光器(54)探测端透过开口朝向进料输送带(44)出口端布置。

8.根据权利要求7所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的机器视觉单元(8)整体通过螺栓Ⅰ(45)铰接在出口机架(11)上，通过调整螺栓Ⅰ(45)在出口机架(11)上的直滑槽以及在箱体(51)上的半圆弧滑槽中的位置，实现其高度和倾斜角度的调节。

9.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的连接板(60)通过分选执行机构位置调节装置(10)安装于出口机架(11)上，分选执行机构位置调节装置(10)包括螺栓Ⅱ(46)及其配套螺母和开设在出口机架(11)上的条形槽，将螺栓Ⅱ(46)穿过出口机架(11)的条形槽、连接板(60)的通孔后连接螺母，从而将连接板(60)与出口机架(11)连接。

10.根据权利要求1所述的一种收获后农产品的异物剔除与分选装备，其特征在于：所述的异物输送带(49)在靠近进料输送带(44)一侧的上方设有挡板(15)。