CN112763509A - 一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构 - Google Patents

一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构 Download PDF

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CN112763509A CN202011603078.4A CN202011603078A CN112763509A CN 112763509 A CN112763509 A CN 112763509A CN 202011603078 A CN202011603078 A CN 202011603078A CN 112763509 A CN112763509 A CN 112763509A
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魏硕
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Abstract

本发明涉及一条柱状果蔬缺陷识别修整机构包括：机架、定位旋转机构、夹紧机构、修整机构、深度相机和控制器；所述定位旋转机构、夹紧机构和修整机构均安装于机架上，所述定位旋转机构位于夹紧机构两侧，修整机构则安装在夹紧机构上方，所述深度相机安装于修整机构上；所述控制器分别与定位旋转机构、夹紧机构、修整机构和深度相机连接；可以实现条柱状果蔬对心定位、表面缺陷识别、定位与量化、缺陷修整。这种装置便于调节校准，操作方便且无任何环境污染。所述的条柱状果蔬缺陷修整装备结构合理简单，生产制造容易且成本低，操作简单，且能够高效实现果蔬缺陷修整，克服传统果蔬加工过程中的浪费问题，提高经济效益。

Description

一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构
技术领域
本发明涉及农产品加工机械，具体说是一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构。
背景技术
果蔬缺陷修整有助于提高果蔬总体利用率和果蔬种植效益，提升果蔬生产加工企业利润。目前果蔬加工主要集中在去皮、切头去尾和将有缺陷果蔬分离出来，而分离出来的果蔬部分用作畜禽的饲料，部分直接丢弃，不仅造成资源的浪费，而且影响果蔬种植企业的经济效益。有表面缺陷的果蔬通过缺陷修整后，可以作为果蔬多种深加工产品的原料，提升果蔬的附加值，实现废物利用。而传统人工修整，劳动强度大、效率低、具有一定危险性，且现有的果蔬加工机械无法满足条柱状果蔬缺陷修整的加工要求。
近年来，随着机器人技术的飞速发展，机器人被越来越多的领域采用，采用机器人代替人工作业可以提高作业质量和作业效率。但是目前机器人技术主要用于工业生产中，随着机器人的价格逐渐降低，越来越多的机器人参与农业生产中。直角坐标机器人因其成本低廉、系统结构简单、高可靠性、高速和高精度等优点，被广泛应用于工农业生产中。
目前，国内外还没有出现适用于条柱状果蔬缺陷识别修整的机构，现有的机构主要集中在果蔬去皮、去头去尾和分级操作中，并没有出现果蔬缺陷识别修整机构，而果蔬缺陷识别修整是一项亟待解决的问题，因此需要根据条柱状果蔬的特点进行单独设计，开发出适合条柱状果蔬表面缺陷识别修整机构。
发明内容
目前，国内已经出现各种条柱状果蔬去皮、切块、切丝和分级设备，但还未出现条柱状果蔬缺陷修整设备。目前，条柱状果蔬去皮、切丝、切块机械已经得到广泛应用。并且国内有些果蔬加工企业根据果蔬的直径不同，采用不同间隙的滚轴等机械方式使果蔬按照一定的直径分级，但不能把存在缺陷的果蔬分离出来，更不能对有缺陷的果蔬进行修整。国内还有些企业利用机器视觉技术实现果蔬的更准确分级，可以将缺陷的果蔬分离出来，但缺少对缺陷果蔬进一步处理的技术装备。本发明利用机器视觉技术和机器人技术实现对果蔬多种缺陷识别修整。
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构。
所述条柱状果蔬缺陷识别修整机构包括：机架210、定位旋转机构、夹紧机构、修整机构、深度相机206和控制器；
所述定位旋转机构、夹紧机构和修整机构均安装于机架210上，所述定位旋转机构位于夹紧机构两侧，修整机构则安装在夹紧机构上方，所述深度相机206安装于修整机构上；所述控制器分别与定位旋转机构、夹紧机构、修整机构和深度相机206连接；
所述机架210包括支柱一、支柱二、支柱三、支柱四、横梁一、横梁二、横梁三、横梁四、纵梁一、纵梁二、纵梁三和纵梁四；
所述纵梁一的两端分别与支柱一和支柱二的顶端连接；所述纵梁二的两端分别与支柱三和支柱四的顶端连接；所述纵梁三的两端分别与支柱一和支柱二的中上部连接；所述纵梁四的两端分别与支柱三和支柱四的中上部连接；所述横梁一的两端分别与支柱一和支柱三的中上部连接；所述横梁二的两端分别与纵梁三和纵梁四的前部连接；所述横梁三的两端分别与纵梁三和纵梁四的后部连接；所述横梁四的两端分别与支柱二和支柱四的中上部连接；
所述定位旋转机构包括两个定位旋转部件，所述定位旋转部件包括：支撑架、步进电机一301、丝杠一302、对心圆盘204、圆盘支撑座305、联轴器306和水平布置的滑台一307；
所述支撑架的底部固接在纵梁二的内侧中间位置，所述支撑架的一端设置有步进电机301，所述步进电机一301通过联轴器306与丝杠一302连接，所述丝杠一302上设有滑台一307，所述对心圆盘204通过圆盘支撑座305安装在滑台一307上；
夹紧机构包括：三个步进电机二401，三个竖直布置的丝杠二402；三个竖直布置的滑台二403、夹紧机构支撑座404、夹紧机构悬臂202、三个水平布置的夹爪209、夹紧机构固定座408、三个竖直布置的滑台底座409和三个联轴器一410；
所述夹紧机构支撑座404的两端分别固接于横梁二、横梁三上；
所述夹紧机构支撑座404的下方安装有三个滑台底座409，每个滑台底座409的下端均设置有电机401，每个滑台底座409上还设置有丝杠二402，所述丝杠二402上设置有滑台二403，所述滑台二403与丝杠二402通过螺纹连接，所述丝杠二402通过联轴器二410与电机401相连，
所述三个滑台二403均于夹紧机构悬臂202下方铰接，所述夹紧机构悬臂202与三个夹爪209铰连，所述每个夹爪209与夹紧机构固定座408滑动相连，所述夹紧机构固定座408固接于夹紧机构支撑座404上方。
修整机构由直角移动机械臂和旋转剔除机构组成，
所述直角移动机械臂包括：一个X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂；
所述旋转剔除机构安装于Z方向机械臂上；
所述X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂均包括：支撑架三、丝杠三501、滑台三502和步进电机三503；
所述两个Y方向机械臂上的支撑架三的底部分别固接于纵梁一、纵梁二的中间位置；
所述丝杠三501设置在支撑架三上，所述滑台三502安装于丝杠三501上，所述支撑架三的一端安装有步进电机三503，所述步进电机三503安装于支撑架三的一端，并通过联轴器三506与步进电机三503连接；
所述X方向机械臂的两端分别安装于两个Y方向机械臂的滑台三502上，所述Z方向机械臂安装于X方向机械臂的滑台三502上；
在上述方案的基础上，所述两个定位旋转部件呈镜像对称；
在上述方案的基础上，左侧定位旋转部件还包括步进电机座303和步进电机Ⅰ308，步进电机座303安装于滑台一307上，所述步进电机Ⅰ308安装于步进电机座303内部并与对心圆盘204连接。
在上述方案的基础上，所述旋转剔除机构包括：高速电机207和旋转刀具208；
所述高速电机207通过高速电机固定架安装于Z方向机械臂的滑台三502上，所述旋转刀具208与高速电机207连接。
在上述方案的基础上，所述对心圆盘204为喇叭状。
在上述方案的基础上，所述控制器分别与步进电机一301、步进电机二401和高速电机207连接。
在上述方案的基础上，所述深度相机206安装于X方向机械臂的中间位置。
条柱状果蔬缺陷识别修整机构工作流程：
所述对心圆盘随滑台一307运动，左右两个滑台一307相向运动，当对心圆盘204向中间运动碰到条柱状果蔬205时，喇叭状对心圆盘204会将条柱状果蔬205提升至对心圆盘的圆心处，实现条柱状果蔬205对心定位；当条柱状果蔬205完成对心定位后，步进电机Ⅰ308带动对心圆盘204旋转，条柱状果蔬205在两对心圆盘204间也随对心圆盘204旋转，实现360度的图像采集、缺陷识别与修整。
当定位旋转机构将条柱状果蔬205表面缺陷旋转至最上端后，滑台二403向下运动，带动夹爪209向中间运动实现对条柱状果蔬205的周向夹紧，以使修整过程顺利进行。一个缺陷修整完毕后，滑台二403向上运动，使夹爪209张开，松开条柱状果蔬205，定位旋转机构重新使条柱状果蔬205旋转，继续修整下一个缺陷，将缺陷位置旋转至最上端，夹紧机构重新夹紧条柱状果蔬205，修整过程继续进行。重复上述操作，直到所有缺陷修整完毕。
所述三个滑台二403通过铰连接与夹紧机构悬臂202相连，滑台二403上下运动时通过夹紧机构悬臂202带动夹爪209水平运动开合。
当获得条柱状果蔬205缺陷的位置、尺寸后，通过定位旋转和夹紧机构动作，使条柱状果蔬205缺陷处在最上端，再通过机械臂控制刀具移动到缺陷正上方，然后按照规划路径控制刀具移动并配合定位旋转和夹紧机构动作，完成条柱状果蔬205表面所有缺陷的剔除。
直角移动机械臂控制旋转剔除机构的XYZ三个自由度的移动，旋转剔除机构由电机、联轴器和刀具构成，电机提供刀具旋转方向的动力。
深度相机206在定位旋转机构带动条柱状条柱状果蔬205旋转过程中，利用安装在机架210上的深度相机206采集条柱状果蔬205的360度图像，然后通过图像处理方法和图像三维重建技术识别条柱状果蔬205表面缺陷类型、位置和大小。
修整过程中刀具始终与条柱状条柱状果蔬205接触，所以待缺陷条柱状果蔬205完成第一次修整后，深度相机206配合条柱状果蔬205旋转再次采集360度图像，判断表面缺陷是否剔除彻底，循环多次，直至缺陷剔除完全。
所述控制器用于控制定位旋转机构、夹紧机构和修整机构的动作，包括：
1.条柱状果蔬对心定位控制，通过控制丝杠滑台的相向运动，实现条柱状果蔬的对心定位；
2.条柱状果蔬的旋转控制，控制条柱状果蔬对心圆盘的旋转从而带动条柱状果蔬旋转；
3.条柱状果蔬周向夹持控制，控制夹紧机构的三个丝杠滑台上下移动，带动夹爪开合动作；
4.旋转刀具位置控制，控制直角坐标机器人的运动，使刀具按照规划路径运动。
本发明的有益效果：
可以实现条柱状果蔬对心定位、表面缺陷识别、定位与量化、缺陷修整。这种装置便于调节校准，操作方便且无任何环境污染。通过本发明的上述技术方案，所述的条柱状果蔬缺陷修整装备结构合理简单，生产制造容易且成本低，操作简单，且能够高效实现果蔬缺陷修整，克服传统果蔬加工过程中的浪费问题，提高经济效益，在提高设备市场竞争力的同时还具有很好的推广应用价值。
本发明涉及农产品加工机械领域。本发明结构简单，可根据条柱状果蔬图像快速识别条柱状果蔬表面缺陷类型、范围和空间坐标等，剔除条柱状果蔬表面存在的相关缺陷，实现条柱状果蔬的表面缺陷修整，有效解决条柱状果蔬表面缺陷导致的果蔬浪费和种植效益问题，大大提高果蔬利用率，具有广阔的市场前景、可观的经济效益和良好的社会效益。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构工作流程图
图2为一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构等轴侧视图
图3为本发明中的对心定位和旋转机构示意图
图4为本发明中的夹紧机构示意图
图5为本发明中的直角坐标移动机械臂示意图
其中：202夹紧机构悬臂、204对心圆盘、205条柱状果蔬、206深度相机、207高速电机、208旋转刀具、209夹爪、210机架。
301步进电机一、302丝杠一、303步进电机座、305圆盘支撑座、306联轴器一、307滑台一、308步进电机Ⅰ。
401步进电机二、402丝杠二、403滑台二、404夹紧机构支撑座、408夹紧机构固定座、409滑台底座、410联轴器二。
501丝杠三、502滑台三、503步进电机三、506联轴器三。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合附图1～5描述本机构对条柱状果蔬进行识别修整的具体实施方式。
实施例1：请参照图1，条柱状果蔬缺陷识别修整机构包括机架210、定位旋转机构、夹紧机构、修整机构、深度相机206和控制器；
条柱状果蔬放入条柱状果蔬缺陷识别修整机构中，首先对条柱状果蔬进行对心定位旋转，深度相机206采集条柱状果蔬205的360度图像并进行图像处理和三维重建获取缺陷的特征参数，然后夹紧机构夹紧条柱状果蔬205，最后指导机械臂动作按照规划路径带动旋转刀具208剔除缺陷。完成一周缺陷剔除后，深度相机206再次配合条柱状果蔬205旋转获取条柱状果蔬205的360度图像，判别缺陷有没有剔除完全，若没有，再次指导机械臂动作剔除缺陷，如此循环直到缺陷全部剔除干净。
见图2，整个机构分为定位旋转机构、夹紧机构和修整机构，其中定位旋转机构位于夹紧机构两侧，修整机构则安装在夹紧机构上方。条柱状果蔬205放入修整装置中后，①对心圆盘204在丝杠一302的带动下向中间移动，当对心圆盘204碰到条柱状果蔬205后，对心圆盘204的喇叭状结构形式可保证条柱状果蔬205在对心定位过程中的位置调整，以使其轴线过对心圆盘204的圆心，达到对心定位的目的；②对心圆盘204在步进电机308的带动下旋转，从而带动条柱状果蔬205一起旋转，此时深度相机206获得条柱状果蔬205的360度彩色图像与深度数据，经过图像处理和三维重建后确定条柱状果蔬205的缺陷数量和位置，指导步进电机Ⅰ308旋转使条柱状果蔬205缺陷位置处在最上端；③丝杠二402旋转带动夹紧机构悬臂202运动，从而带动夹爪209开合，实现对条柱状果蔬205的周向固定；④当条柱状果蔬205的缺陷旋转到最上端并周向固定后，步进电机三503控制丝杠三501运动，从而控制机械臂沿XYZ方向运动，将旋转刀具208移动到条柱状果蔬205的缺陷正上方位置，旋转刀具208在高速电机207带动下旋转，再在机械臂的带动下按照规划路径实现对条柱状果蔬缺陷的剔除；⑤完成一周缺陷剔除后，深度相机206再次获取条柱状果蔬205的360度图像，判别缺陷是否剔除完全，若没有，则重复上述操作，直到缺陷全部剔除。
见图3，条柱状果蔬205放入修整装置中后，步进电机301带动丝杠一302运动从而带动步进电机座303、步进电机Ⅰ308、对心圆盘支撑305和滑台一307移动从而使对心圆盘204相向运动，实现对条柱状果蔬的对心定位，完成对心定位后，步进电机Ⅰ308带动对心圆盘204旋转，使条柱状果蔬205随圆盘共同旋转，实现条柱状果蔬205周向旋转，从而使深度相机206获得条柱状果蔬205的360度图像与深度信息。
见图4，当条柱状果蔬205的缺陷位置确定后，步进电机二401带动丝杠二402旋转，使滑台二403向下运动，带动夹紧机构悬臂202闭合，从而带动夹爪209闭合，夹紧条柱状果蔬205，实现条柱状果蔬205周向固定。当缺陷修整完毕后，步进电机二401带动丝杠二402旋转，使滑台二403向上运动，带动夹紧机构悬臂202张开，从而带动夹爪209张开，松开条柱状果蔬205。
见图5，当条柱状果蔬205实现周向固定后，步进电机三503带动丝杠三501运动并带动滑台三502运动，使步进电机三503旋转刀具208移动到条柱状果蔬205缺陷上方，然后高速电机207旋转带动旋转刀具208旋转，并在机械臂的控制下作用于条柱状果蔬205缺陷位置，剔除缺陷。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，包括：机架(210)、定位旋转机构、夹紧机构、修整机构、深度相机(206)和控制器；
所述定位旋转机构、夹紧机构和修整机构均安装于机架(210)上，所述定位旋转机构位于夹紧机构两侧，修整机构安装在夹紧机构上方，所述深度相机(206)安装于修整机构上；所述控制器分别与定位旋转机构、夹紧机构、修整机构和深度相机(206)连接；
所述机架(210)包括支柱一、支柱二、支柱三、支柱四、横梁一、横梁二、横梁三、横梁四、纵梁一、纵梁二、纵梁三和纵梁四；
所述纵梁一的两端分别与支柱一和支柱二的顶端连接；所述纵梁二的两端分别与支柱三和支柱四的顶端连接；所述纵梁三的两端分别与支柱一和支柱二的中上部连接；所述纵梁四的两端分别与支柱三和支柱四的中上部连接；所述横梁一的两端分别与支柱一和支柱三的中上部连接；所述横梁二的两端分别与纵梁三和纵梁四的前部连接；所述横梁三的两端分别与纵梁三和纵梁四的后部连接；所述横梁四的两端分别与支柱二和支柱四的中上部连接；
所述定位旋转机构包括两个定位旋转部件，所述定位旋转部件包括：支撑架、步进电机一(301)、丝杠一(302)、对心圆盘(204)、圆盘支撑座(305)、联轴器(306)和水平布置的滑台一(307)；
所述支撑架的底部固接在纵梁二的内侧中间位置，所述支撑架的一端设置有步进电机(301)，所述步进电机一(301)通过联轴器(306)与丝杠一(302)连接，所述丝杠一(302)上设有滑台一(307)，所述对心圆盘(204)通过圆盘支撑座(305)安装在滑台一(307)上；
夹紧机构包括：三个步进电机二(401)，三个竖直布置的丝杠二(402)；三个竖直布置的滑台二(403)、夹紧机构支撑座(404)、夹紧机构悬臂(202)、三个水平布置的夹爪(209)、夹紧机构固定座(408)、三个竖直布置的滑台底座(409)和三个联轴器一(410)；
所述夹紧机构支撑座(404)的两端分别固接于横梁二、横梁三上；所述夹紧机构支撑座(404)的下方安装有三个滑台底座(409)，每个滑台底座(409)的下端均设置有电机(401)，每个滑台底座(409)上还设置有丝杠二(402)，所述丝杠二(402)上设置有滑台二(403)，所述滑台二(403)与丝杠二(402)通过螺纹连接，所述丝杠二(402)通过联轴器二(410)与电机(401)相连，
所述三个滑台二(403)均于夹紧机构悬臂(202)下方铰接，所述夹紧机构悬臂(202)与三个夹爪(209)铰连，所述每个夹爪(209)与夹紧机构固定座(408)滑动相连，所述夹紧机构固定座(408)固接于夹紧机构支撑座(404)上方；
修整机构由直角移动机械臂和旋转剔除机构组成，
所述直角移动机械臂包括：一个X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂；
所述旋转剔除机构安装于Z方向机械臂上；
所述X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂均包括：支撑架三、丝杠三(501)、滑台三(502)和步进电机三(503)；
所述两个Y方向机械臂上的支撑架三的底部分别固接于纵梁一、纵梁二的中间位置；
所述丝杠三(501)设置在支撑架三上，所述滑台三(502)安装于丝杠三(501)上，所述支撑架三的一端安装有步进电机三(503)，所述步进电机三(503)安装于支撑架三的一端，并通过联轴器三(506)与步进电机三(503)连接；
所述X方向机械臂的两端分别安装于两个Y方向机械臂的滑台三(502)上，所述Z方向机械臂安装于X方向机械臂的滑台三(502)上。
2.如权利要求1所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，所述两个定位旋转部件呈镜像对称。
3.如权利要求2所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，左侧定位旋转部件还包括步进电机座(303)和步进电机Ⅰ(308)，步进电机座(303)安装于滑台一(307)上，所述步进电机Ⅰ(308)安装于步进电机座(303)内部并与对心圆盘(204)连接。
4.如权利要求1所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，所述旋转剔除机构包括：高速电机(207)和旋转刀具(208)；
所述高速电机(207)通过高速电机固定架安装于Z方向机械臂的滑台三(502)上，所述旋转刀具(208)与高速电机(207)连接。
5.如权利要求1所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，所述对心圆盘(204)为喇叭状。
6.如权利要求1所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，所述控制器分别与步进电机一(301)、步进电机二(401)和高速电机(207)连接。
7.如权利要求1所述的条柱状果蔬缺陷识别修整机构，其特征在于，所述深度相机(206)安装于X方向机械臂的中间位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113317035A (zh) * 2021-05-25 2021-08-31 河南科技大学 一种水培生菜低损吸拔切茎采收装置
CN114747776A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 淮阴工学院 一种杏鲍菇根部处理辅助装置及处理方法

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CN113317035A (zh) * 2021-05-25 2021-08-31 河南科技大学 一种水培生菜低损吸拔切茎采收装置
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