CN110270512A - 一种冬枣智能分拣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冬枣分拣装置，包括进料码料机构、进料口、色选机构、第一大小分拣机构和第二大小分拣机构；通过该进料码料机构能够有效的保证冬枣逐一落入进料口，冬枣由进料口进入色选机构，由色选机构完成对冬枣的色选，色选完成后的冬枣分别进入第一大小分拣机构和第二大小分拣机构，由第一大小分拣机构和第二大小分拣机构对已经经过色选的冬枣再分别进行大小分拣。采用图像处理技术代替人眼对冬枣进行色选，能有效防止漏检、错检的发生，提高分选的准确性和效率，通过大小分拣机构实现对冬枣大小的快速分级，结构简单，易于操作和维护，极大提高了分选的效率和质量。

Description

一种冬枣智能分拣装置

技术领域

本发明属于农机装备技术领域，具体涉及一种冬枣智能分拣装置。

背景技术

冬枣主要是以鲜食为主，但是其采后的寿命很短，不耐保存，常温下7～10天就会失去其鲜脆状态，出现严重的失水皱缩，果肉组织发生酒软、腐烂，维生素C等营养成分大量丧失，经济和营养价值都大打折扣。因此，如何加快冬枣的分选加工进程确保其新鲜上市具有非常重要的现实意义。

目前，冬枣加工企业对于冬枣的色泽品级分选大多仍然采用人工分选法，人均每日捡出量仅为几十公斤。效率低、劳动强度大，日益增加的人工成本严重拖后企业的发展速度；而且人工分选对冬枣的颜色判别和大小判别存在严重的个人差异，无法达到统一标准；在产品卫生安全方面也存在着极大的隐患。因此，冬枣加工企业对于可靠的冬枣自动化检测分选设备的需求就日益增强。

冬枣的分选主要是根据冬枣的大小、形状、色泽等外部因素。在我国市场上经常能见到的基于水果大小进行分选的分拣机，如滚筒筛孔式和辊带式水果大小分拣机。

近年来，随着视觉技术和图像处理技术的飞速发展，使利用视觉技术对冬枣进行分拣成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冬枣智能分拣装置，该装置设计合理结构简单，能够实现对枣的自动色选和大小分拣。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种冬枣智能分拣装置，包括装置框架、进料口、色选机构、第一大小分拣机构和第二大小分拣机构；进料口设置在装置框架顶部，所述色选机构包括传送带、第一挡板、第二挡板、第一摄像头、第一吹气喷嘴、第二摄像头、第二吹气喷嘴，传送带上等间隔的设置有隔板，相邻的隔板之间形成放枣空间，所述第一挡板和第二挡板分别布置在传送带的两侧，从而第一挡板、第二挡板和传送带构成一条传送通道；在第一挡板上设置有两个出料口，在第二挡板上设置第一吹气喷嘴和第二吹气喷嘴，且第一吹气喷嘴和第二吹气喷嘴分别正对所述出料口，这样当吹气喷嘴开启时，能够将传送带上的冬枣从第一挡板的出料口吹出；所述第一摄像头设置在第一吹气喷嘴的传送带运行方向的前侧，由第一摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第一吹气喷嘴启动的依据，所述第二摄像头设置在第二吹气喷嘴的传送带运行方向的前侧，由第二摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第二吹气喷嘴启动的依据；

所述第一大小分拣机构和第二大小分拣机构的结构相同，包括分选槽和收集箱，所述分选槽倾斜设置，分选槽底部沿其长度方向设置有一条由小到大的开口；所述收集箱的数量为多个，沿分选槽的长度方向排布在分选槽的底部；

所述第一大小分拣机构设置在第一挡板的外侧下方位置，并且在第一挡板和第一大小分拣机构之间设置有导向通道，通过导向通道使第一挡板的两个出料口分选出来的冬枣沿该导向通道下落到第一大小分拣机构的分选槽中；

所述第二大小分拣机构设置在传送带的正下方位置，冬枣从传送带的运行方向尾端会下落到第二大小分拣机构的分选槽中。

在上述技术方案中，所述导向通道包括第三挡板和第四挡板，第三挡板倾斜设置，其顶边连接第一挡板，其底边连接至第一大小分拣机构的分选槽；所述第四挡板设置在第三挡板上，通过第四挡板将第一挡板出料口排出的冬枣引至第一大小分拣机构的分选槽的进料端。

在上述技术方案中，第一摄像头和第二摄像头均采用openmv摄像头。

在上述技术方案中，第一摄像头和第二摄像头相对设置，其中，第一摄像头设置在第二档板上，第二摄像头设置在第一档板上，这样第一摄像头和第二摄像头能够识别枣的两面颜色。

在上述技术方案中，每个大小分拣机构分别具有三个收集箱，分选槽底部的开口宽度包括三级，分别为：第一级20mm～26mm、第二级27mm～33mm、第三极34mm，每一级下方各放置一个收集箱。

在上述技术方案中，分选槽安装倾斜角为30°，以便于冬枣在分选槽中的滑落。

在上述技术方案中，色选机构、第一大小分拣机构和第二大小分拣机构位于装置框架内部，装置框架顶部具有顶板，两侧具有侧板。

在上述技术方案中，还设置有进料码料机构，所述进料码料机构包括进料漏斗、螺旋杆和通道，螺旋杆竖直设置在进料漏斗的中心位置，螺旋杆上具有螺旋导向片，冬枣能够沿螺旋杆的螺旋导向片向下运动，所述通道倾斜设置，通道的较高一端承接螺旋杆的底部，通道的较低一端与进料口相连通，通道的宽度略大于冬枣的最大直径，通过该进料码料机构能够有效的保证冬枣逐一落入进料口。

在上述技术方案中，所述螺旋杆为主动部件，其连接有驱动电机，能够驱动螺旋杆转动。

所述冬枣智能分拣装置的工作方法如下：

装置启动后，传送带开始运转，冬枣由进料口逐一落入传送带的放枣空间中，随着传送带的运转，冬枣首先经过第一摄像头，第一摄像头开始捕捉画面，识别枣的一侧颜色，若红色面积达到预设值时，则判定此枣为红枣，启动第一吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽，若红色面积没有达到预设值时，则第一吹气喷嘴不动作，继续向前传送该枣，通过第二摄像头时进行二次识别，若枣的另一侧颜色识别为红色，则同样按红枣处理，启动第二吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽。没有被吹离传送带的枣最后落入第二大小分拣机构的分选槽中，进行下一步的大小分选。

一种能够实现所述冬枣智能分拣装置相应功能的电控系统，包括Arduino mega2560主控器，Arduino mega 2560主控器以I2C的连接方式分别与两个openmv摄像头进行连接，Arduino mega 2560主控器还与螺旋杆的驱动电机连接，Arduino mega 2560主控器还与传送带的驱动电机连接，Arduino mega 2560主控器还与控制第一吹气喷嘴电磁阀和第二吹气喷嘴电磁阀的继电器连接。

进一步的，openmv摄像头的识别算法原理如下：

1、通过openmv摄像头对近似圆的检测，并分析出其近似半径以及圆心的坐标，进而初步计算出其面积。

2、通过openmv摄像头对色块的检测，识别出红色，并通过绘制图形的功能(采用矩形)对色块区域进行框选，并通过矩形的面积近似代表色块面积。

3、由于冬枣为球状，而摄像头采集的仅为某一视角画面，其色块面积并不为真实面积，需进行加权处理。

4、计算公式：

W为红色色块面积占比，r为圆形半径，圆心坐标为(x，y)，矩形宽度为w_i，矩形高度为h_i，矩形中心为(x_i，y_i)，n为色块个数。

本发明的优点和有益效果为：

1、采用图像处理技术代替人眼对冬枣进行色选，能有效防止漏检、错检的发生，提高分选的准确性和效率。

2、通过机械分选结构实现对冬枣大小的快速分级，结构简单，易于操作和维护，极大提高了分选的效率和质量。

3、冬枣智能分选系统实现了自动对冬枣按照色泽度和个体大小的分选，该成果的推广应用能够大大节省企业的用工成本，减轻工人的劳动强度，极大提高生产效率，有效避免产品卫生安全方面存在的隐患。

4、该装置的应用能够有助于推进促进农业精细加工的智能化、自动化的发展。

附图说明

图1是本发明实施例一的冬枣智能分拣装置的外形结构示意图。

图2是本发明实施例一的冬枣智能分拣装置的内部结构示意图。

图3是本发明实施例一的冬枣智能分拣装置的内部结构示意图。

图4是本发明实施例二的冬枣智能分拣装置的外形结构示意图。

图5是本发明实施例四的冬枣智能分拣装置的电控系统图。

其中：

1：装置框架，2：进料口，3：色选机构，4：第一大小分拣机构，5：第二大小分拣机构，7：第三挡板，8：第三挡板，11：进料漏斗，12：螺旋杆，13：通道，31：传送带、32：第一挡板，33：第二挡板，34：第一摄像头，35：第一吹气喷嘴，36：第二摄像头，37：第二吹气喷嘴。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见附图1-3，一种冬枣智能分拣装置，包括装置框架1、进料口2、色选机构3、第一大小分拣机构4和第二大小分拣机构5；进料口设置在装置框架顶部，冬枣由进料口进入色选机构，由色选机构完成对冬枣的色选，色选完成后的冬枣分别进入第一大小分拣机构和第二大小分拣机构，由第一大小分拣机构和第二大小分拣机构对已经经过色选的冬枣再分别进行大小分拣。

所述色选机构3，包括传送带31、第一挡板32、第二挡板33、第一摄像头34、第一吹气喷嘴35、第二摄像头36、第二吹气喷嘴37，所述传送带31上等间隔的设置有隔板，相邻的隔板之间形成放枣空间，所述第一挡板32和第二挡板33分别布置在传送带31的两侧，从而第一挡板、第二挡板和传送带构成一条传送通道；在第一挡板32上设置有两个出料口38、39，在第二挡板33上设置第一吹气喷嘴35和第二吹气喷嘴37，且第一吹气喷嘴和第二吹气喷嘴分别正对所述出料口，这样当吹气喷嘴开启时，能够将传送带上的冬枣从第一挡板的出料口吹出；所述第一摄像头34设置在第一吹气喷嘴35的传送带运行方向的前侧，由第一摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第一吹气喷嘴启动的依据，所述第二摄像头36设置在第二吹气喷嘴37的传送带运行方向的前侧，由第二摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第二吹气喷嘴启动的依据。

所述第一大小分拣机构4和第二大小分拣机构5的结构相同，包括分选槽a和收集箱b，所述分选槽a倾斜设置，分选槽底部沿其长度方向设置有一条由小到大的开口m；所述收集箱b的数量为多个，沿分选槽的长度方向排布在分选槽的底部，这样不同大小的冬枣就会沿着分选槽的由小到大的开口分别落入下面的收集箱中，从而完成冬枣的大小多级分选。

所述第一大小分拣机构4设置在第一挡板32的外侧下方位置，并且在第一挡板和第一大小分拣机构之间设置有导向通道，通过导向通道使第一挡板的两个出料口分选出来的冬枣沿该导向通道下落到第一大小分拣机构的分选槽中。

所述第二大小分拣机构5设置在传送带31的正下方位置，冬枣从传送带的运行方向尾端会下落到第二大小分拣机构的分选槽中。

进一步的，所述导向通道包括第三挡板7和第四挡板8，第三挡板7倾斜设置，其顶边连接第一挡板32，其底边连接至第一大小分拣机构4的分选槽；所述第四挡板8设置在第三挡板7上，通过第四挡板8将第一挡板出料口排出的冬枣引至第一大小分拣机构4的分选槽的进料端(即分选槽的较高一端)。

进一步的，第一摄像头和第二摄像头均采用openmv摄像头，OpenMV摄像头是一款小巧，低功耗，低成本的电路板模块，它能够帮助你很轻松的完成机器视觉(machinevision)应用。

进一步的，第一摄像头和第二摄像头相对设置，其中，第一摄像头设置在第二档板上，第二摄像头设置在第一档板上，这样第一摄像头和第二摄像头能够识别枣的两面颜色。

进一步的，每个大小分拣机构分别具有三个收集箱，分选槽底部的开口宽度包括三级，分别为：第一级20mm～26mm、第二级27mm～33mm、第三极34mm，每一级下方各放置一个收集箱。

进一步的，分选槽安装倾斜角为30°，以便于冬枣在分选槽中的滑落。

进一步的，色选机构3、第一大小分拣机构4和第二大小分拣机构5位于装置框架1内部，装置框架1顶部具有顶板，两侧具有侧板。

本实施例的冬枣智能分拣装置的工作方式如下：

装置启动后，传送带开始运转，冬枣由进料口逐一落入传送带的放枣空间中，随着传送带的运转，冬枣首先经过第一摄像头，第一摄像头开始捕捉画面，识别枣的一侧颜色，若红色面积达到预设值时，则判定此枣为红枣，启动第一吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽，若红色面积没有达到预设值时，则第一吹气喷嘴不动作，继续向前传送该枣，通过第二摄像头时进行二次识别，若枣的另一侧颜色识别为红色，则同样按红枣处理，启动第二吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽。没有被吹离传送带的枣最后落入第二大小分拣机构的分选槽中，进行下一步的大小分选。

实施例二

参见附图4，在实施例一的基础上，为了保证冬枣能够尽可能在一个一个进入传送带31的放枣空间中，本实施例增加了进料码料机构，所述进料码料机构包括进料漏斗11、螺旋杆12和通道13，螺旋杆竖直设置在进料漏斗的中心位置，螺旋杆上具有螺旋导向片，冬枣能够沿螺旋杆的螺旋导向片向下运动，所述通道倾斜设置，通道的较高一端承接螺旋杆的底部，通道的较低一端与进料口2相连通，通道的宽度略大于冬枣的最大直径，优选为50mm。通过该进料码料机构能够有效的保证冬枣逐一落入进料口2。

实施例三

在实施例二的基础上，进一步的说，所述螺旋杆为主动部件，其连接有驱动电机，能够驱动螺旋杆转动。

实施例四

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种能够实现所述冬枣智能分拣装置相应功能的电控系统，参见附图5，包括Arduino mega 2560主控器，Arduino mega 2560主控器以I2C的连接方式分别与两个openmv摄像头进行连接，Arduino mega 2560主控器还与螺旋杆的驱动电机连接，Arduino mega 2560主控器还与传送带的驱动电机连接，Arduino mega2560主控器还与控制第一吹气喷嘴电磁阀和第二吹气喷嘴电磁阀的继电器连接。

工作流程：上电后，Arduino mega 2560控制螺旋杆的驱动电机和传送带的驱动电机工作，进行进料以及传送工作，当冬枣经过openmv摄像头时，openmv摄像头会对其进行视觉处理，并将获得的信息通过I2C传入Arduino mega 2560进行处理，对信号做出响应，若需做出分拣动作，则Arduino mega 2560控制继电器接通进而控制吹气喷嘴的电磁阀打开，推动冬枣完成色选。

进一步的，openmv摄像头的识别算法原理如下：

1、通过openmv摄像头对近似圆的检测，并分析出其近似半径以及圆心的坐标，进而初步计算出其面积。

2、通过openmv摄像头对色块的检测，识别出红色，并通过绘制图形的功能(采用矩形)对色块区域进行框选，并通过矩形的面积近似代表色块面积。

3、由于冬枣为球状，而摄像头采集的仅为某一视角画面，其色块面积并不为真实面积，需进行加权处理。

4、计算公式：

W为红色色块面积占比，r为圆形半径，圆心坐标为(x，y)，矩形宽度为w_i，矩形高度为h_i，矩形中心为(x_i，y_i)，n为色块个数。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冬枣智能分拣装置，其特征在于：包括装置框架、进料口、色选机构、第一大小分拣机构和第二大小分拣机构；进料口设置在装置框架顶部，所述色选机构包括传送带、第一挡板、第二挡板、第一摄像头、第一吹气喷嘴、第二摄像头、第二吹气喷嘴，传送带上等间隔的设置有隔板，相邻的隔板之间形成放枣空间，所述第一挡板和第二挡板分别布置在传送带的两侧，从而第一挡板、第二挡板和传送带构成一条传送通道；在第一挡板上设置有两个出料口，在第二挡板上设置第一吹气喷嘴和第二吹气喷嘴，且第一吹气喷嘴和第二吹气喷嘴分别正对所述出料口，这样当吹气喷嘴开启时，能够将传送带上的冬枣从第一挡板的出料口吹出；所述第一摄像头设置在第一吹气喷嘴的传送带运行方向的前侧，由第一摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第一吹气喷嘴启动的依据，所述第二摄像头设置在第二吹气喷嘴的传送带运行方向的前侧，由第二摄像头采集的冬枣颜色结果作为是否控制第二吹气喷嘴启动的依据；

所述第一大小分拣机构和第二大小分拣机构的结构相同，包括分选槽和收集箱，所述分选槽倾斜设置，分选槽底部沿其长度方向设置有一条由小到大的开口；所述收集箱的数量为多个，沿分选槽的长度方向排布在分选槽的底部；

所述第一大小分拣机构设置在第一挡板的外侧下方位置，并且在第一挡板和第一大小分拣机构之间设置有导向通道，通过导向通道使第一挡板的两个出料口分选出来的冬枣沿该导向通道下落到第一大小分拣机构的分选槽中；

所述第二大小分拣机构设置在传送带的正下方位置，冬枣从传送带的运行方向尾端会下落到第二大小分拣机构的分选槽中。

2.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：所述导向通道包括第三挡板和第四挡板，第三挡板倾斜设置，其顶边连接第一挡板，其底边连接至第一大小分拣机构的分选槽；所述第四挡板设置在第三挡板上，通过第四挡板将第一挡板出料口排出的冬枣引至第一大小分拣机构的分选槽的进料端。

3.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：第一摄像头和第二摄像头相对设置，其中，第一摄像头设置在第二档板上，第二摄像头设置在第一档板上，这样第一摄像头和第二摄像头能够识别枣的两面颜色。

4.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：每个大小分拣机构分别具有三个收集箱，分选槽底部的开口宽度包括三级，分别为：第一级20mm～26mm、第二级27mm～33mm、第三极34mm，每一级下方各放置一个收集箱。

5.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：色选机构、第一大小分拣机构和第二大小分拣机构位于装置框架内部，装置框架顶部具有顶板，两侧具有侧板。

6.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：还设置有进料码料机构，所述进料码料机构包括进料漏斗、螺旋杆和通道，螺旋杆竖直设置在进料漏斗的中心位置，螺旋杆上具有螺旋导向片，冬枣能够沿螺旋杆的螺旋导向片向下运动，所述通道倾斜设置，通道的较高一端承接螺旋杆的底部，通道的较低一端与进料口相连通，通道的宽度略大于冬枣的最大直径，通过该进料码料机构能够有效的保证冬枣逐一落入进料口。

7.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置，其特征在于：所述螺旋杆为主动部件，其连接有驱动电机，能够驱动螺旋杆转动。

8.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置的工作方法，其特征在于：

装置启动后，传送带开始运转，冬枣由进料口逐一落入传送带的放枣空间中，随着传送带的运转，冬枣首先经过第一摄像头，第一摄像头开始捕捉画面，识别枣的一侧颜色，若红色面积达到预设值时，则判定此枣为红枣，启动第一吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽，若红色面积没有达到预设值时，则第一吹气喷嘴不动作，继续向前传送该枣，通过第二摄像头时进行二次识别，若枣的另一侧颜色识别为红色，则同样按红枣处理，启动第二吹气喷嘴的电磁阀，将该枣吹出传送带，掉入第一大小分拣机构的分选槽。没有被吹离传送带的枣最后落入第二大小分拣机构的分选槽中，进行下一步的大小分选。

9.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置的电控系统，其特征在于：包括Arduinomega 2560主控器，Arduino mega 2560主控器以I2C的连接方式分别与两个openmv摄像头进行连接，Arduino mega 2560主控器还与螺旋杆的驱动电机连接，Arduino mega 2560主控器还与传送带的驱动电机连接，Arduino mega 2560主控器还与控制第一吹气喷嘴电磁阀和第二吹气喷嘴电磁阀的继电器连接。

10.根据权利要求1所述的冬枣智能分拣装置的摄像头的识别算法，其特征在于：

1、通过摄像头对近似圆的检测，并分析出其近似半径以及圆心的坐标，进而初步计算出其面积；

2、通过摄像头对色块的检测，识别出红色，并通过绘制图形的功能对色块区域进行框选，并通过矩形的面积近似代表色块面积；

3、由于冬枣为球状，而摄像头采集的仅为某一视角画面，其色块面积并不为真实面积，需进行加权处理；

4、计算公式：

W为红色色块面积占比，r为圆形半径，圆心坐标为(x，y)，矩形宽度为w_i，矩形高度为h_i，矩形中心为(x_i，y_i)，n为色块个数。