CN110584161A - 一种智能全自动水果清洗机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能全自动水果清洗机，机架上设有毛刷辊，毛刷辊的传动由两个电机分别带动传动，所述支撑架的上方设有升降丝杆，升降丝杆的正上方设有喷水管，支撑架的正下方设有储水箱，图像采集器支架位于机架的最右端，支撑架的上方设置升降丝杆，升降丝杆的上方设置有喷水管。本发明可根据不同水果种类调节不同的压力对水果进行清洗，通过升降丝杆针对不同的水果进行高度调节，以适应不同的水果种类，通过毛刷辊不同的差速对水果表面进行刷洗。本发明设计新颖，可以完全实现自动化清洗，利用图像采集器采集水果图片，经过控制器分析处理后，分别给高压水泵、升降丝杆以及两个电机下达指令，进行调节合适的压力、高度以及转速。
Description
技术领域
本发明涉及水果清洗加工技术领域，尤其涉及一种智能全自动水果清洗机。
背景技术
随着我国的快速发展，国内的机械化水平已趋近完善，部分已实现自动化，果蔬作为我国重要的农产品，其自动化水平也亟需提高。目前水果加工厂清洗水果时，多采用人工或者简单的清洗机械进行清洗水果，存在着劳动强度大，清洗效果不强，现有的清洗机虽然可以利用水射流原理用喷嘴进行冲洗果蔬表面进行清洗，但是不能针对水果的表面特征进行清洗，以及现在的清洗机械不能够实现自动化，实现无人化管理。因此，针对以上水果加工存在的问题，提出一种智能全自动水果清洗机，可以满足生产需要。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种智能全自动水果清洗机，针对不同水果调节不同的压力对水果进行清洗，通过升降丝杆针对不同的水果进行高度调节，以适应不同的水果种类，通过毛刷辊不同的差速对水果表面进行刷洗，三者相互结合，清洗效果更好并且完全可以实现自动化。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种智能全自动水果清洗机，包括有机架，在机架上安装有支撑架和储水箱，所述的储水箱位于支撑架的下方，在支撑架内侧水平均匀的并列安装有若干毛刷辊，其中位于奇数排的毛刷辊和位于偶数排的毛刷辊分别由奇数排电机和偶数排电机带动传动，在支撑架的上方安装有升降丝杆，在升降丝杆的上端安装有喷水管，在喷水管上安装有向下喷水的喷嘴，在支撑架的右端固定有图像采集器支架，在图像采集器支架的中心安装有镜头朝下的图像采集器，在机架上还分别安装有高压水泵和控制器，所述的高压水泵的进水口与储水箱的出水口连通，高压水泵的出水口通过进水管与喷水管连通，所述的图像采集器的输出端与控制器的信号输入的连接，控制器的控制输出端分别与奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和升降丝杆的控制端连接，分别控制调节电机转速、水泵输出压力和丝杆高度。
所述的毛刷辊的传动方式为双排链轮传动，奇数和偶数排的毛刷辊各需要5组双排链轮，链轮的规格为齿数为17，模数是4，毛刷辊分别由奇数排电机和偶数排电机通过链传动带动转动，奇数排电机和偶数排电机均由控制器进行控制调节转速。
所述的升降丝杆与支撑架通过螺栓连接，升降丝杆为两级升降杆组成，一级升降杆和二级升降杆可分别调节100mm。
所述的图像采集器用于采集水果图像数据，图像采集器的输出端与控制器输入端相连接，控制器根据水果图像数据识别水果种类，并分别调节奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和升降丝杆的电机转速、水泵输出压力和丝杆高度，从而对水果进行清洗。
所述控制器中包括有储存单元，储存单元用于预存水果清洗数据库，水果清洗数据库为不同种类水果的清洗工作参数，清洗工作参数为高压水泵的输出压力参数、升降丝杆的高度参数以及驱动奇数排电机和偶数排电机的转速参数。
所述的支撑架包括有U型槽形状的架体，在架体的两个顶端分别设有向外延伸的延伸板，所述的若干毛刷辊是沿着架体的长度方向依次并列设置的，毛刷辊在架体的高度方向上位于架体的中间部位，所述的升降丝杆和图像采集器支架均固定在延伸板上，U型槽形状的架体底板的前端和后端分别设有挡水板，在架体的底板上开有排水孔，架体底板上排水孔所在位置向下凹陷，排水孔连接有排水管，在排水管上安装有排水阀。
所述的升降丝杆有四个，分别固定在两个延伸板的两个端部，位于同一延伸板上的两个升降丝杆的顶端之间连接有支撑杆，在两个支撑杆之间安装有若干喷水管，每个喷水管的进水口均与高压水泵连接，每个喷水管上均安装有两个喷嘴，所述的喷嘴为夹扣式不锈钢喷嘴，喷嘴位于多个毛刷辊的正上方。
在所述的机架的底部安装有水平支撑板，所述的奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和控制器均安装在水平支撑板上。
图像采集器，用于采集水果图像数据以及与控制器输入端相连接；
所述控制器自动根据水果图像数据识别水果种类，控制器根据图像采集器提供水果图像数据，同时分别对高压水泵、奇偶电机、升降丝杆发出指令，控制其动作；若在一定时间内，图像采集器没有采集最新的水果图像数据时，高压水泵、奇偶电机关闭，升降丝杆回到起始状态。
其工作原理是：毛刷辊的右侧是入料口，在实际工作过程中，在机架的右侧会设有水果输送装置，水果输送装置的输送带与右侧的毛刷辊衔接，使从输送带上出来的水果落到毛刷辊上，图像采集器对入料口的水果进行图像采集，将水果图像数据传至控制器，由控制器进行图像分析并作出处理，当控制器分析出为何种水果时，控制器会分别给高压水泵、升降丝杆以及驱动奇偶毛刷辊的两个电机下达指令，利用水射流工作原理针对不同的水果，高压水泵会调节不同的压力、升降丝杆调节不同的高度、奇、偶毛刷辊实现不同的差速。若判断清洗水果为苹果、梨子等表皮较脆的苹果时，控制器给高压水泵下达指令，其压力调到0.3Mpa，若判断清洗水果为柑橘、柚子等皮厚、孔深的水果时，控制器给高压水泵下达指令，其压力调到0.8Mpa。同时，若判断清洗水果为苹果、梨子等表皮较脆的苹果时，控制器给升降丝杆下达指令，其调节高度为250mm,，若判断清洗水果为柑橘、柚子等皮厚、孔深的水果时，控制器给升降丝杆下达指令，其调节高度为320mm，同时，若判断清洗水果为苹果时，控制器给驱动奇、偶毛刷辊的电机下达指令，其奇数排刷辊转速为100r/min，偶数排刷辊转速为140r/min。若判断清洗水果为柑橘时，控制器给驱动奇、偶毛刷辊的电机下达指令，其奇数排刷辊转速为70r/min，偶数排刷辊转速为120r/min。若判断清洗水果为柚子时，控制器给驱动奇、偶毛刷辊的电机下达指令，其奇数排刷辊转速为80r/min，偶数排刷辊转速为130r/min。若判断水果为梨子时，控制器控制电机一的输出转速为90 r/min，控制器控制电机二的输出转速为130 r/min。
本发明的优点是：本发明设计新颖，可以完全实现自动化清洗，无需人工参与，利用图像采集器采集水果图片，经过控制器分析处理后，分别给高压水泵、升降丝杆以及两个电机下达指令，进行调节合适的压力、高度以及转速。
附图说明
图1为清洗机的轴测图。
图2为清洗机的主视图。
图3为毛刷辊的传动方式。
图4为控制流程示意图。
图中：1、机架，2、储水箱，3、进水管，4、支撑板，5、高压水泵，6、控制器，7、偶数排驱动电机，8、毛刷辊，9、奇数排驱动电机，10、支撑架，11、图像采集器支架，12、图像采集器，13、升降丝杆，14、夹扣式不锈钢喷嘴，15、喷水管，16、奇数排毛刷辊，17、偶数排毛刷辊，18、奇数排双排链轮，19、偶数排双排链轮，20、链传动，21、进料口，22、支撑杆。
具体实施方式
如图1、2、3所示，一种智能全自动水果清洗机，包括有机架1，在机架1上安装有支撑架10和储水箱2，所述的支撑架10包括有U型槽形状的架体，在架体的两个顶端分别设有向外延伸的延伸板，所述的储水箱2位于支撑架10的下方，在支撑架10内侧水平均匀的并列安装有若干毛刷辊8，所述的若干毛刷辊8是沿着架体的长度方向依次并列设置的，毛刷辊8在架体的高度方向上位于架体的中间部位，可以防止在清洗的过程中水果从侧面掉下，其中位于奇数排的毛刷辊16和位于偶数排的毛刷辊17分别由奇数排电机9和偶数排电机7带动传动，U型槽形状的架体底板的前端和后端分别设有挡水板，在架体的底板上开有排水孔，架体底板上排水孔所在位置向下凹陷，排水孔连接有排水管，在排水管上安装有排水阀。在支撑架10的上方安装有升降丝杆13，在升降丝杆13的上端安装有喷水管15，在喷水管15上安装有向下喷水的喷嘴14，在支撑架10的右端固定有图像采集器支架11，在图像采集器支架11的中心安装有镜头朝下的图像采集器12，所述的升降丝杆13和图像采集器支架11均固定在延伸板上，在机架1上还分别安装有高压水泵5和控制器6，所述的高压水泵5的进水口与储水箱2的出水口连通，高压水泵5的出水口通过进水管3与喷水管15连通，所述的图像采集器12的输出端与控制器6的信号输入的连接，控制器6的控制输出端分别与奇数排电机9、偶数排电机7、高压水泵5和升降丝杆13的控制端连接，分别控制调节电机转速、水泵输出压力和丝杆高度。所述控制器6中包括有储存单元，储存单元用于预存水果清洗数据库，水果清洗数据库为不同种类水果的清洗工作参数，清洗工作参数为高压水泵的输出压力参数、升降丝杆的高度参数以及驱动奇数排电机和偶数排电机的转速参数。
所述的毛刷辊8的传动方式为双排链轮传动，其中奇数排双排链轮18和偶数排双排链轮19各需要5组双排链轮，链轮的规格为齿数为17，模数是4，毛刷辊分别由奇数排电机和偶数排电机通过链传动20带动转动，奇数排电机和偶数排电机均由控制器6进行控制调节转速。
所述的升降丝杆13与支撑架10通过螺栓连接，升降丝杆13为两级升降杆组成，一级升降杆和二级升降杆可分别调节100mm。
所述的图像采集器12用于采集水果图像数据，图像采集器的输出端与控制器输入端相连接，控制器6根据水果图像数据识别水果种类，并分别调节奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和升降丝杆的电机转速、水泵输出压力和丝杆高度，从而对水果进行清洗。
所述的升降丝杆13有四个，分别固定在两个延伸板的两个端部，位于同一延伸板上的两个升降丝杆的顶端之间连接有支撑杆22，在两个支撑杆22之间安装有若干喷水管15，每个喷水管15的进水口均与高压水泵5连接，每个喷水管上均安装有两个喷嘴14，所述的喷嘴14为夹扣式不锈钢喷嘴，喷嘴位于多个毛刷辊8的正上方。
在所述的机架1的底部安装有水平支撑板4，所述的奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和控制器均安装在水平支撑板4上。
毛刷辊8的右侧是入料口21，在实际工作过程中，在机架的右侧会设有水果输送装置，水果输送装置的输送带与右侧的毛刷辊衔接，使从输送带上出来的水果落到毛刷辊上，如图4所示，首先当图像采集器12对入料口21的水果进行图像采集，将水果图像数据传至控制器6，由控制器6进行图像分析并作出处理，当控制器分析出为何种水果时，控制器会分别给高压水泵5、升降丝杆13以及驱动奇偶毛刷辊的两个电机7和9下达指令，利用水射流工作原理针对不同的水果，高压水泵会调节不同的压力、升降丝杆调节不同的高度、奇、偶毛刷辊实现不同的差速。若判断清洗水果为苹果、梨子等表皮较脆的苹果时，控制器6给高压水泵5下达指令，其压力调到0.3Mpa，若判断清洗水果为柑橘、柚子等皮厚、孔深的水果时，控制器6给高压水泵5下达指令，其压力调到0.8Mpa。同时，若判断清洗水果为苹果、梨子等表皮较脆的苹果时，控制器6给升降丝杆13下达指令，其调节高度为250mm,，若判断清洗水果为柑橘、柚子等皮厚、孔深的水果时，控制器6给升降丝杆13下达指令，其调节高度为320mm，同时，若判断清洗水果为苹果时，控制器给6驱动奇、偶毛刷辊的电机9和7下达指令，其奇数排刷辊转速为100r/min，偶数排刷辊转速为140r/min。若判断清洗水果为柑橘时，控制器6给驱动奇、偶毛刷辊的电机9和7下达指令，其奇数排刷辊转速为70r/min，偶数排刷辊转速为120r/min。若判断清洗水果为柚子时，控制器6给驱动奇、偶毛刷辊的电机9和7下达指令，其奇数排刷辊转速为80r/min，偶数排刷辊转速为130r/min。若判断水果为梨子时，控制器6控制奇数排驱动电机9的输出转速为90 r/min，控制器6控制偶数排驱动电机7的输出转速为130 r/min。
控制识别水果种类的方法具体的为： 在图像上划若干条相互平行的剖面线； 得到每条剖面线的RGB分量分布，若一条剖面线上RGB分量分布中有一个分量值 向下的突变（将该条剖面线命名为剖面线一），且突变处的最低点小于设定的最低阈值且突 变前和突变后的分量值小于设定的果实阈值，则突变处的位置对应水果的果梗，控制器根据这一特征初次判断出该水果的种类为柚子或梨子，沿着该剖面线向上或向下划与该条剖 面线平行的剖面线，若向下的若干条剖面线的分量分布值无突变，且所有的分量值在果实 阈值和最低阈值之间，选择与剖面线一最近的向下的剖面线为分割线一，同时取向上的剖 面线为参考，若向上的剖面线中，有一条剖面线（剖面线二）的分量分布值有两个突变，且突 变处的分量值在最低阈值和果实阈值之间且突变之外的分量值大于果实阈值，确定两个突 变处的位置，取两个突变处位置的中心点一和中心点二，过中心点一作垂直于剖面线二的垂直线 一，过中心点二作垂直于剖面线二的垂直线二，垂直线一和垂直线二分别为分割线二和分割线三，剖面线二向上的剖面线中，当有剖面线上的分量值没有突变且分量值均在最小阈 值和果实阈值之间时，选取距离剖面线二最近的剖面线（剖面线三），将剖面线三作为分割 线四，消除分割线一、分割线二、分割线三和分割线四外区域的背景，保留分割线一、分割线 二、分割线三和分割线四围成的区域作为最终的识别图像，根据最终的识别图像的大小判 断是梨子还是柚子；否则，若其中一条剖面线（剖面线四）上有三个突变，其中一个突变的分 量值小于最低阈值，另外两个突变的分量值在最低阈值和果实阈值之间时，则控制器初步 判断出该水果为苹果或者柑橘，剖面线四上，分量值在最低阈值和果实阈值之间的两个突变位置，取两个突变位置的中心点三和中心点四，过中心点三作垂直于剖面线四的垂直线三，过中心点四作垂直于剖面线四的垂直线四，垂直线三和垂直线四分别为分割线五和分割线六，剖面线四两端分别朝外的剖面线上，若有剖面线上的分量值无突变，且分量值均处于最低 阈值和果实阈值之间，选取距离剖面线四最近的剖面线五和剖面线六，剖面线五和剖面线 六作为分割线七和分割线八，分割线五、分割线六、分割线七和分割线八围成的区域作为最终的识别图像，根据图像的形状判定该水果为柑橘还是苹果；此设计中，在清洗前，先经过试验，将很多个同种水果有序放在输送带上时，输送带将水果输送到图像识别器下方时，图像识别器一次性可拍到几个水果，选取合适的输送带移动速度和图像识别器拍摄的频率，同一排的水果中，图像识别器每次只能拍到三个水果，中间的水果为全景，另外两个水果为果实的某个部分，设置的剖面线数量足以过果实、果梗，梨子和柚子为椭圆形，放置在输送带上时，果梗朝着侧部，最好统一方向放置；苹果或柑橘放置在输送带上时，苹果和柑橘的 果梗朝上，果实的底侧与输送带上侧接触。
Claims (8)
1.一种智能全自动水果清洗机，包括有机架，其特征在于：在机架上安装有支撑架和储水箱，所述的储水箱位于支撑架的下方，在支撑架内侧水平均匀的并列安装有若干毛刷辊，其中位于奇数排的毛刷辊和位于偶数排的毛刷辊分别由奇数排电机和偶数排电机带动传动，在支撑架的上方安装有升降丝杆，在升降丝杆的上端安装有喷水管，在喷水管上安装有向下喷水的喷嘴，在支撑架的右端固定有图像采集器支架，在图像采集器支架的中心安装有镜头朝下的图像采集器，在机架上还分别安装有高压水泵和控制器，所述的高压水泵的进水口与储水箱的出水口连通，高压水泵的出水口通过进水管与喷水管连通，所述的图像采集器的输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的控制输出端分别与奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和升降丝杆的控制端连接，分别控制调节电机转速、水泵输出压力和丝杆高度。
2.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述的毛刷辊的传动方式为双排链轮传动，奇数和偶数排的毛刷辊各需要5组双排链轮，链轮的规格为齿数为17，模数是4，毛刷辊分别由奇数排电机和偶数排电机通过链传动带动转动，奇数排电机和偶数排电机均由控制器进行控制调节转速。
3.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述的升降丝杆与支撑架通过螺栓连接，升降丝杆为两级升降杆组成，一级升降杆和二级升降杆可分别调节100mm。
4.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述的图像采集器用于采集水果图像数据，图像采集器的输出端与控制器输入端相连接，控制器根据水果图像数据识别水果种类，并分别调节奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和升降丝杆的电机转速、水泵输出压力和丝杆高度，从而对水果进行清洗。
5.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述控制器中包括有储存单元，储存单元用于预存水果清洗数据库，水果清洗数据库为不同种类水果的清洗工作参数，清洗工作参数为高压水泵的输出压力参数、升降丝杆的高度参数以及驱动奇数排电机和偶数排电机的转速参数。
6.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述的支撑架包括有U型槽形状的架体，在架体的两个顶端分别设有向外延伸的延伸板，所述的若干毛刷辊是沿着架体的长度方向依次并列设置的，毛刷辊在架体的高度方向上位于架体的中间部位，所述的升降丝杆和图像采集器支架均固定在延伸板上，U型槽形状的架体底板的前端和后端分别设有挡水板，在架体的底板上开有排水孔，架体底板上排水孔所在位置向下凹陷，排水孔连接有排水管，在排水管上安装有排水阀。
7.根据权利要求6所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：所述的升降丝杆有四个，分别固定在两个延伸板的两个端部，位于同一延伸板上的两个升降丝杆的顶端之间连接有支撑杆，在两个支撑杆之间安装有若干喷水管，每个喷水管的进水口均与高压水泵连接，每个喷水管上均安装有两个喷嘴，所述的喷嘴为夹扣式不锈钢喷嘴，喷嘴位于多个毛刷辊的正上方。
8.根据权利要求1所述的一种智能全自动水果清洗机，其特征在于：在所述的机架的底部安装有水平支撑板，所述的奇数排电机、偶数排电机、高压水泵和控制器均安装在水平支撑板上。
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