CN111069065A - 一种基于视觉的球形水果自动分级机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉的球形水果自动分级机，包括机架、检测装置、单体排布输送装置、分级执行装置和控制器，检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置从上到下分布设置，检测装置对水果的表面信息进行检测，单体排布输送装置用于对水果进行单个排布且将水果逐个输送到水果出口，分级执行装置上设有多个尺寸不同的水果出孔。控制器根据检测装置检测到的数据控制分级执行装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔并将水果推出水果出孔，进而将不同成熟度、大小、纹理和表面缺陷的水果通过相应的水果出孔送出，从而实现对水果进行自动分级的功能。本发明具有结构简单、体积小、分级准确和安全可靠的有益效果。

Description

一种基于视觉的球形水果自动分级机
技术领域
本发明属于水果分拣设备技术领域，尤其是指一种基于视觉的球形水果自动分级机。
背景技术
由于水果的大小不一样，且形状不规则，所以会造成不同品相和大小的水果的价格不同，导致果农需要对水果的不同层次和品相进行分拣。目前，水果的分级方法主要采用人工手动分级和机械式分级。其中人工手动分级分拣方式的劳动强度大，人工成本高，工作效率低，且准确性差，不能适应现代化、规模化和产业化的需要。机械式分级机的分级指标比较单一，在分级时容易对水果造成机械损伤。而基于视觉的类球形水果自动分级机大多数采用传输带的形式进行流水线式分级，但是这种分级机的体积庞大、占地面积大和造价较高，无法适合普通农户和小规模农业生产者的分级需求。另外，这种球形水果自动分级机在工作时与水果之间为刚性接触，使得水果的表皮容易出现磨损。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、体积小、分级准确和安全可靠的球形水果自动分级机。该球形水果自动分级机的检测系统与水果之间不直接接触，实现无损检测；并且采用气力驱动水果而对水果进行分级分拣，进一步减少分级过程中对水果的机械损伤。
本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
一种基于视觉的球形水果自动分级机，包括机架，安装于机架上的检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置，以及用于接收检测装置的数据并控制单体排布输送装置和分级执行装置的控制器，所述检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置从上到下分布设置，单体排布输送装置的水果出口与分级执行装置的水果进口连通；所述检测装置设于水果出口上而对水果的表面信息进行检测，所述单体排布输送装置用于对水果进行单个排布且将水果逐个输送到水果出口，所述分级执行装置上设有多个尺寸不同的水果出孔，控制器根据检测装置检测到的数据控制分级执行装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔并将水果推出水果出孔。
作为一种优选的方案，所述分级执行装置采用气流将水果吹出水果出孔。
作为一种优选的方案，所述分级执行装置包括定盘、动盘、第一驱动装置和吹气装置，所述定盘固定安装于机架上，所述动盘可旋转并安装于定盘内，所述第一驱动装置的动力输出端与动盘连接，所述水果出孔设于定盘的外壁上，在控制器根据检测装置检测到的数据控制第一驱动装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔后，控制器控制吹气装置动作从而将水果吹出水果出孔，形成气动式水果分级结构。
作为一种优选的方案，所述单体排布输送装置包括料筒、大转盘、小转盘、第二驱动装置和第三驱动装置，所述大转盘和小转盘可旋转并安装于料筒内，且小转盘设于大转盘的上方，所述大转盘的外圆周上开有多个槽孔，所述第二驱动装置和第三驱动装置的动力输出端分别与大转盘和小转盘连接；第二驱动装置驱动大转盘转动从而使料筒内的水果掉落槽孔内而完成水果的排序；第三驱动装置驱动小转盘转动从而搅动料筒内的水果，使料筒内的水果不会产生拱起。
作为一种优选的方案，所述检测装置包括用于对水果出口位置的水果进行拍照的上摄像机，以及安装于所述水果进口的下方且用于对水果进行拍照的下摄像机。
作为一种优选的方案，所述动盘的圆周方向上设有多个隔离片而将动盘分隔成多个尺寸的容纳空间，所述容纳空间能容纳一个相应尺寸的水果；控制器通过检测装置控制第一驱动装置驱动相应的容纳空间与水果出口连通并将水果输送到相应水果出孔位置，使容纳空间与水果出孔连通。
作为一种优选的方案，所述水果的表面信息为从上摄像机和下摄像机获取的图像中提取出的成熟度、大小、纹理和表面缺陷的信息。
作为一种优选的方案，槽孔下方的料筒内底面上设有用于抬升槽孔内的水果高度的导条。
作为一种优选的方案，第一驱动装置至第三驱动装置为步进电机。
作为一种优选的方案，所述控制器为计算机，或单片机，或PLC。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明的单体排布输送装置把成堆的水果进行单个排布并将水果逐个输送到水果出口上，实现水果的单个且有序的分离；设于水果出口上方的检测装置对被输送到水果出口的单个水果的表面信息进行检测，并将信息发送到控制器。控制器根据检测装置检测到的数据控制分级执行装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔并将水果推出水果出孔，进而将不同成熟度、大小、纹理和表面缺陷的水果通过相应的水果出孔送出，从而实现对水果进行自动分级的功能。由于本结构的检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置从上到下分布设置，占用面积小、结构简单和制造成本低，适用于普通农户和小规模农业生产者的分级需求，解决了现有机械式水果自动分级机采用传输带的形式进行流水线式分级存在体积庞大、占地面积大和造价较高，无法适合普通农户和小规模农业生产者的分级需求的问题。
2、在控制器根据检测装置检测到的数据控制分级执行装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔位置时，分级执行装置采用气流吹拂的方式推动水果移动并最终滑出水果出孔。该结构通过气流与水果接触而推动水果移动，使得水果不会受刚性的碰撞，保证了水果不会产生表皮磨损和内部碰撞损坏，极大地保证了分级分拣后的水果品质，分级分拣更加安全和可靠。
3、本发明的槽孔采用多种尺寸，且只能容纳单个水果。工作时，大转盘对料筒内的水果进行单个和有序排布到槽孔内。大转盘之所以能实现该作用，是因为在大转盘转动的过程中，小转盘也同时转动，即大小转盘配合工作；其中大转盘负责排序，小转盘做一定规律转动以解除水果在料筒上的起拱现象，使得水果能有序地进入槽孔内，实现球形水果的单体排序连续输送。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的结构示意图；
图2是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的单体排布输送装置的结构示意图；
图3是图2在拆卸下料筒的外壁后的结构示意图；
图4是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的分级执行装置和料筒的底板的结构示意图；
图5是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的定盘的结构示意图；
图6是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的检测装置、大转盘、小转盘和动盘的结构示意图；
图7是本发明基于视觉的球形水果自动分级机的检测装置的结构框图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1至图7，本实施例涉及基于视觉的球形水果自动分级机，包括机架1，安装于机架1上的检测装置2、单体排布输送装置3和分级执行装置4，以及用于接收检测装置2的数据并控制单体排布输送装置3和分级执行装置4的控制器5，所述检测装置2、单体排布输送装置3和分级执行装置4从上到下分布设置，单体排布输送装置3的水果出口30与分级执行装置4的水果进口40连通；所述检测装置2设于水果出口30上方而对水果的表面信息进行检测，所述单体排布输送装置3用于对水果进行单个排布且将水果逐个输送到水果出口30，所述分级执行装置4上设有多个尺寸不同的水果出孔41，控制器5根据检测装置2检测到的数据控制分级执行装置4将从水果出口30掉落下来的水果输送到相应的水果出孔41并将水果推出水果出孔41。本结构的单体排布输送装置3和分级执行装置4均为圆形结构，水果出孔41设于分级执行装置4的外圆周上，水果出口30设于单体排布输送装置3的底面上。
本发明的单体排布输送装置3把成堆的水果进行单个排布并将水果逐个输送到水果出口30上，实现水果的单个且有序的分离；设于水果出口30上方的检测装置2对被输送到水果出口30的单个水果的表面信息进行检测，并将信息发送到控制器5。控制器5根据检测装置2检测到的数据控制分级执行装置4将从水果出口30掉落下来的水果输送到相应的水果出孔41并将水果推出水果出孔41，进而将不同成熟度、大小、纹理和表面缺陷的水果通过相应的水果出孔41送出，从而实现对水果进行自动分级的功能。由于本结构的检测装置2、单体排布输送装置3和分级执行装置4从上到下分布设置，占用面积小、结构简单和制造成本低，适用于普通农户和小规模农业生产者的分级需求，解决了现有机械式水果自动分级机采用传输带的形式进行流水线式分级存在体积庞大、占地面积大和造价较高，无法适合普通农户和小规模农业生产者的分级需求的问题。
所述分级执行装置4采用气流将水果吹出水果出孔41。在控制器5根据检测装置2检测到的数据控制分级执行装置4将从水果出口30掉落下来的水果输送到相应的水果出孔41位置时，分级执行装置4采用气流吹拂的方式推动水果移动并最终滑出水果出孔41。该结构通过气流与水果接触而推动水果移动，使得水果不会受刚性的碰撞，保证了水果不会产生表皮磨损和内部碰撞损坏，极大地保证了分级分拣后的水果品质，分级分拣更加安全和可靠。
所述分级执行装置4包括定盘42、动盘43、第一驱动装置44和吹气装置，所述定盘42固定安装于机架1上，所述动盘43可旋转并安装于定盘42内，所述第一驱动装置44的动力输出端与动盘43连接，所述水果出孔41设于定盘42的外壁上，在控制器5根据检测装置2检测到的数据控制第一驱动装置44将从水果出口30掉落下来的水果输送到相应的水果出孔41后，控制器5控制吹气装置动作从而将水果吹出水果出孔41，形成气动式水果分级结构。从水果出口30掉落下来的水果掉落到动盘43上。控制器5控制第一驱动装置44驱动动盘43转动一定角度而将水果输送到相应的水果出孔41。该吹气装置包括空压机、储气罐和喷嘴，所述空压机的出气口通过储气罐与喷嘴连通。喷嘴的出气口正对着水果出孔41。在控制器5根据检测装置检测到的数据控制第一驱动装置44将从水果出口30掉落下来的水果输送到相应的水果出孔41后，控制器5控制喷嘴打开而吹出高压气流，高压气流推动水果移动并从水果出孔41移出。
所述单体排布输送装置3包括料筒31、大转盘32、小转盘33、第二驱动装置34和第三驱动装置35，所述大转盘32和小转盘33可旋转并安装于料筒31内，且小转盘33设于大转盘32的上方，所述大转盘32的外圆周上开有多个槽孔321，所述第二驱动装置34和第三驱动装置35的动力输出端分别与大转盘32和小转盘33连接；第二驱动装置34驱动大转盘32转动从而使料筒31内的水果掉落槽孔321内而完成水果的排序；第三驱动装置35驱动小转盘33转动从而搅动料筒31内的水果，使料筒31内的水果不会产生拱起。槽孔321采用多种尺寸，且只能容纳单个水果。工作时，大转盘32对料筒31内的水果进行单个和有序排布到槽孔321内。大转盘32之所以能实现该作用，是因为在大转盘32转动的过程中，小转盘33也同时转动，即大小转盘33配合工作；其中大转盘32负责排序，小转盘33做一定规律转动以解除水果在料筒31上的起拱现象，使得水果能有序地进入槽孔321内，实现球形水果的单体排序连续输送。所述大转盘32的上表面与小转盘33设有平面轴承，且大转盘32的底面上设有环形耐磨件36。所述料筒31的外壁设有延长板，使料筒31的外壁形成一半高外壁和一半低外壁。
所述检测装置2包括用于对水果出口30位置的水果进行拍照的上摄像机21，以及安装于所述水果进口40的下方且用于对水果进行拍照的下摄像机22。上摄像机21和下摄像机22分别拍摄水果的上半部分和下半部分的图像并通过分析得出整个水果的表面的信息。
所述动盘43的圆周方向上设有多个隔离片431而将动盘43分隔成多个尺寸的容纳空间432，所述容纳空间432能容纳一个相应尺寸的水果；控制器5通过检测装置2控制第一驱动装置44驱动相应的容纳空间432与水果出口30连通并将水果输送到相应水果出孔41位置，使容纳空间432与水果出孔41连通。通过在动盘43的圆周方向上设置不同间隔距离的隔离片431能形成多个不同大小的容纳空间432。每个容纳空间432能容纳一个大小相对应的水果10。第一驱动装置44驱动动盘43转动从而使相应的容纳空间432与水果出口30连通，并将水果10输送到相应大小的水果出孔41，使容纳空间432与水果出孔41连通。
如图1和图7所示，所述水果的表面信息为从上摄像机21和下摄像机22获取的图像中提取出的成熟度、大小、纹理和表面缺陷的信息。上摄像机21和下摄像机22分别拍摄出水果的上半部分和下半部分的图像并通过分析得出整个水果的成熟度、大小、纹理和表面缺陷情况，从而得出水果应该被分拣到哪个水果出孔41，进而实现自动化和准确分级分拣水果的功能。
槽孔321下方的料筒31内底面上设有用于抬升槽孔321内的水果高度的导条310。进入大转盘32的槽孔321内的水果在导条310的作用下被抬升一定高度，使得料筒31内的水果不容易产生拱起的问题。
第一驱动装置44至第三驱动装置35为步进电机。
分级的方法如下：若水果被判断为第一等级，则控制器5将等级信息转化为移动至第一等级出口需要的步进次数i，随后动盘43转动，当位置传感器接收到信号源发出的信号后停止转动，此时称为完成一次步进，步进次数i-1。与此同时，检测装置2对下一个落入动盘43的水果进行采集图像和等级划分，并根据赋予相应步进次数j。每次步进后控制器5会对步进次数进行检测，当步进次数减为0的时候，说明水果已经到达指定分级位置，吹气装置启动将水果吹出，完成一次分级；若水果被判断为第二等级，则控制器5将等级信息转化为移动至第一等级出口需要的步进次数j,若水果被判断为第二等级，则控制器5将等级信息转化为移动至第一等级出口需要的步进次数k……如此类推，当步进次数为0的时候完成气力分级。
所述控制器5为计算机、单片机或PLC。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，包括机架，安装于机架上的检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置，以及用于接收检测装置的数据并控制单体排布输送装置和分级执行装置的控制器，所述检测装置、单体排布输送装置和分级执行装置从上到下分布设置，单体排布输送装置的水果出口与分级执行装置的水果进口连通；所述检测装置设于水果出口上而对水果的表面信息进行检测，所述单体排布输送装置用于对水果进行单个排布且将水果逐个输送到水果出口，所述分级执行装置上设有多个尺寸不同的水果出孔，控制器根据检测装置检测到的数据控制分级执行装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔并将水果推出水果出孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述分级执行装置采用气流将水果吹出水果出孔。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述分级执行装置包括定盘、动盘、第一驱动装置和吹气装置，所述定盘固定安装于机架上，所述动盘可旋转并安装于定盘内，所述第一驱动装置的动力输出端与动盘连接，所述水果出孔设于定盘的外壁上，在控制器根据检测装置检测到的数据控制第一驱动装置将从水果出口掉落下来的水果输送到相应的水果出孔后，控制器控制吹气装置动作从而将水果吹出水果出孔，形成气动式水果分级结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述单体排布输送装置包括料筒、大转盘、小转盘、第二驱动装置和第三驱动装置，所述大转盘和小转盘可旋转并安装于料筒内，且小转盘设于大转盘的上方，所述大转盘的外圆周上开有多个槽孔，所述第二驱动装置和第三驱动装置的动力输出端分别与大转盘和小转盘连接；第二驱动装置驱动大转盘转动从而使料筒内的水果掉落槽孔内而完成水果的排序；第三驱动装置驱动小转盘转动从而搅动料筒内的水果，使料筒内的水果不会产生拱起。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述检测装置包括用于对水果出口位置的水果进行拍照的上摄像机，以及安装于所述水果进口的下方且用于对水果进行拍照的下摄像机。
6.根据权利要求3所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述动盘的圆周方向上设有多个隔离片而将动盘分隔成多个尺寸的容纳空间，所述容纳空间能容纳一个相应尺寸的水果；控制器通过检测装置控制第一驱动装置驱动相应的容纳空间与水果出口连通并将水果输送到相应水果出孔位置，使容纳空间与水果出孔连通。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述水果的表面信息为从上摄像机和下摄像机获取的图像中提取出的成熟度、大小、纹理和表面缺陷的信息。
8.根据权利要求4所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，槽孔下方的料筒内底面上设有用于抬升槽孔内的水果高度的导条。
9.根据权利要求4所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，第一驱动装置至第三驱动装置为步进电机。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种基于视觉的球形水果自动分级机，其特征在于，所述控制器为计算机，或单片机，或PLC。
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