CN114367461A - 一种基于机器视觉的核桃分拣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的核桃分拣装置。该装置主要通过CCD摄像头对传传输轨道上不同品种的核桃进行识别，并通过PLC控制步进电机，利用联轴器与拨轮转轴相连接，驱动拨轮转动工作，进而完成对不同品种核桃的识别分拣任务。该装置的分拣拨轮由每个独立的电机提供动力，整体结构简单灵活，可同时实现多个核桃品种的识别分拣作业。解决了目前人力分拣效率低、成本高的问题，对整个核桃收获、加工产业实现自动化具有重大意义。

Description

一种基于机器视觉的核桃分拣装置

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体为一种基于机器视觉的核桃分拣装置。

背景技术

我国是水果第一生产大国和消费大国。以核桃为例，我国是核桃的原产地之一，栽培历史悠久。核桃种植范围很广，云南、新疆、四川、陕西、河北、山西为核桃主产区。

但是在核桃种植方面管理不到位，缺乏对核桃商品生产发展的认识，重视规模面积的扩张，疏忽对核桃园的栽培管理。随着核桃种植面积的不断扩大，核桃品种混种的现象也屡见不鲜。核桃品种混合种植对核桃品种分类的压力就不断增加，核桃分类问题就十分严峻，目前核桃品种分类还是以手工分类为主，机械化程度低，耗费了大量的财力和人力。

发展核桃分类的机械化和自动化，可提高核桃的收获加工效率、进而提高对不同品种核桃的利用率，对减轻人工劳动强度等有着重大的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于机器视觉的核桃分拣装置。

所述装置主要分为两部分，识别部分和分拣部分。主要包括带传动、挡板、轴承座、拨轮、核桃运输轨道、红外线检测器、CCD摄像头、传送带、步进电机、机架、料箱出口、料箱和小型步进电动机，利用机器视觉模块对不同品种的核桃进行识别；通过PLC控制电动机，进而控制拨轮的旋转对不同品种的核桃进行分拣。极大地提高了核桃分拣的工作效率。

所述装置在识别过程中，利用CCD摄像头采集核桃的图像信息，利用YOLOV4目标检测算法进一步识别，再将识别到的信息经过处理输出相应信号。在分拣过程中，PLC根据识别模块的输出信号，结合红外线检测装置的检测信号，控制步进电机的运转，使拨轮旋转，将核桃拨落至相应的料箱，实现对不同品种核桃的分拣工作。

所述装置的传输动力由机架下方的电动机提供动力，依靠传动带驱动传送带运转，通过核桃运输轨道把核桃运输到相应的位置，进而完成不同品种核桃的识别分拣工作，该装置整体结构简单，操作性强，可靠性较高。

本装置也可推广至其他果实的分拣工作，只需要根据目标果实的外形特征改变传输轨道的宽度、拨片毛刷的尺寸与数量即可，可实现对荔枝、大枣等果实的识别分拣工作。

附图说明

图1为本发明立体示意图。

图2为本发明俯视图。

图3为本发明左视图。

图4分拣装置局部图。

图中，1—传动带、2—挡板、3—轴承座、4—拨轮、5—果实运输轨道、6—红外线检测器、7—CCD摄像头、8—传送带、9—步进电动机、10—机架、11—料箱出口、12—料箱、13—小型步进电动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。根据专利要求，如图1所示本发明型公开的一种基于机器视觉的核桃分拣装置。本具体实施方式采用的技术方案是：该装置主要由传输机构、识别模块、分拣机构和收集机构组成。它包括带传动1、挡板2、轴承座3、拨轮4、运输轨道5、红外线检测器6、CCD摄像头7、传送带8、步进电机9、机架10、料箱出口11、料箱12和小型步进电动机13。

本实施例中，机架两侧下方分别安装一个核桃收集料箱12，每个料箱有三个进口，三个出口11，故而一共可以对6种不同品种的核桃进行分拣收集。在机架左下方安装一个功率较大的步进电动机9，为整个传输机构提供动力。带传动1的小带轮与步进电动机9相连接，带传动大带轮与传送带的传动轴相连接，进而带动传送带8运动。传送带两侧分别安装果实传输轨道5，宽度为50mm，保证核桃在传输过程中不发生拥堵的情况。沿着两侧的果实传输轨道5分别依次安装3个拨轮4，每个料箱有三个入口，每个料箱入口对应每一个拨轮的位置，每个传输轨道的外侧有三个出口，宽度为50mm，对应每一个料箱的入口。如图4，在每个果实传输轨道的内侧，对应料箱入口的位置分别安装3个红外线检测装置6，用来检测传输轨道中核桃是否到达拨轮下方，在每个拨轮的两侧安装两个挡板2，在拨轮右侧挡板上安装1个CCD摄像头7，用来采集传输轨道上核桃的图像信息，利用YOLOV4目标检测算法进而实现不同品种核桃的识别工作，拨轮两侧的挡板形成一个轨道，待目标核桃在被毛刷波动之后，顺着两侧挡板形成的轨道滚动进料箱入口，在每个拨轮4的轴两端分别安装1个小型步进电动机13和一个轴承座3，驱动拨轮旋转工作，用来为每个拨轮提供动力。

工作过程中，电动机9带动传动带1的小带轮运动，小带轮通过皮带传输，将动力传输给大带轮，大带轮通过传动轴带动传送带8运动，传送带8将不同品种的核桃通过果实传输轨道5运输至每个拨轮4的下方，每个CCD摄像头7对对应位置的核桃进行图像信息采集，利用YOLOV4目标检测算法对不同品种的核桃进行识别，然后将识别后的信号传送给PLC控制器，同时每个红外线检测器6检测核桃是否到达预定位置，并将检测结果传输给PLC控制器，PLC控制器通过收到的种类识别信号和红外线检测到的位置信号对步进电动机13进行控制。如果种类的识别信号和红外线检测的位置信号都为高电平，则PLC控制电动机运动，电动机通过弹性联轴器将动力传输给拨轮4，拨轮通过转动毛刷，将相对应核桃从核桃收集料箱的入口拨入至料箱12，完成不同品种核桃的分拣工作。

完成分拣工作后，料箱下端设有出料口11，便于取出料箱内已分类的核桃。

本装置也可推广至对一些小型果实的分拣工作，只需要根据目标物体的外形特征改变传输轨道的宽度、拨片毛刷的尺寸与数量即可，可以对不同种类的荔枝、大枣等果实进行识别分拣。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的核桃分拣装置，主要包括带传动(1)、挡板(2)、轴承座(3)、拨轮(4)、核桃运输轨道(5)、红外线检测器(6)、CCD摄像头(7)、传送带(8)、步进电机(9)、机架(10)、料箱出口(11)、料箱(12)和小型步进电动机(13)，其特征在于借助机器视觉模块对不同品种的核桃进行分拣，所述基于机器视觉的核桃分拣装置依靠电动机(9)为传送带提供动力，通过带传动(1)带动传送带(8)进行工作，核桃在传送带上的核桃输送轨道(5)上进行输送，输送轨道分别设置在传送带(8)的两侧，在每一个核桃输送轨道(5)上依次设有3个拨轮(4)进行对不同品种的核桃进行分拣，为了不对核桃造成损害，拨轮的拨片由硬质毛刷组成，在核桃输送过程中，由机器视觉模块中的CCD摄像头进行对核桃图像信息的采集，并利用YOLOV4目标检测算法进行核桃品种的识别工作，每一个拨轮下方安置一个CCD摄像头(7)，PLC根据机器视觉模块的输出信息，对六个驱动拨轮的步进电机进行控制，每一个拨轮下方设有一个红外线检测器(6)，当CCD摄像头(7)识别的核桃为该收纳料箱(12)收集的对象，且被红外线检测器(6)检测到该核桃到达拨轮下方时，PLC控制步进电机(13)运动，使拨轮进行旋转，拨片把核桃拨动到相应的料箱，此装置设有2个料箱(12)，每个料箱可收纳三种不同品种的核桃，整个分拣装置可实现6种不同品种核桃的识别分拣，传送带(8)安装在机架(10)下方，两个核桃传输轨道(5)分别安置传送带(8)的两侧，电动机(9)安装在传送带(8)的下方，两个料箱(12)安装在机架(10) 下方的两侧，6个拨轮排两列依次安装在机架(10)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的核桃分拣装置，其特征在于：步进电动机(13)控制拨轮(4)运动，拨片的旋转拨动核桃进而实现分拣工作，为了不对核桃造成伤害且增大拨片与核桃之间的摩擦力，拨片由硬质毛刷构成，提高了核桃分拣的质量。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的核桃分拣装置，其特征在于：通过CCD摄像头(7)对目标核桃进行图像信息采集，利用YOLOV4目标检测算法进一步实现不同品种核桃的识别工作，若该核桃为该收纳箱(12)收集的对象，且同时红外检测器(6)检测到该核桃到达拨轮下方时，步进电动机(13)控制拨轮(4)转动，拨片将该核桃拨动，核桃顺着由挡板组成的轨道(5)，到达该料箱(12)，实现了核桃的自动分拣工作。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的核桃分拣装置，其特征在于：本装置最多可实现对六种不同品种的核桃进行识别分拣工作，也可快速地实现对较少种类核桃的分拣工作，

例如对三种不同品种的核桃进行分拣，只需将每一列的识别装置设置为对三种不同品种的核桃进行分拣，两列同时进行分拣工作，将极大地提高分拣的工作效率。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的核桃分拣装置，其特征在于：此装置也可实现对其他不同种类果实的识别分拣工作，当分拣对象不同时，可根据不同品种果实的外形特征，如体积的大小，安装不同长度、不同数量的拨片即可实现对其他果实的分拣工作。

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