CN114570664A - 一种基于力觉的水果软硬识别方法、分拣装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机领域，公开了一种基于力觉的水果软硬识别方法、分拣装置及控制方法。一种基于力觉的水果软硬识别方法，包括以下步骤：数据处理、构建压力图片、深度学习、实际应用；一种基于力觉的水果分拣装置包括传送单元、分拣单元、运输单元和控制单元。本发明可以实现基于力觉的水果软硬等级识别，实现了体积小型化，减小了装置的占地空间，极大得降低了人工成本，提高了分拣速度，在保障水果高质量、高效率、高智能化和多类别分拣的同时，解决分拣成本的问题。

Description

一种基于力觉的水果软硬识别方法、分拣装置及控制方法

技术领域

本发明涉及计算机及人工智能技术领域，尤其涉及一种基于力觉的水果软硬识别方法及其分拣装置。

背景技术

随着计算机技术、人工智能技术和自动控制技术的发展，市面上已经应用了多种水果分拣装置，并且水果分拣的智能化程度越来越高。然而人们对分拣的质量、类别数、价格、速度和智能化的要求日益提高，现有的水果分拣装置大多基于红外光谱技术，产品价格昂贵且居高不下，产品普及率低，而力觉作为一种廉价的检测方式，市场上还未普及基于力觉的水果软硬等级识别技术及其分拣装置。因此，研发一种基于力觉的低价格、高分拣质量、高效率、多类别、高智能化的水果软硬等级识别技术及其分拣设备具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于力觉的水果软硬识别方法、分拣装置及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于力觉的水果软硬识别方法，包括以下步骤：

S1数据处理

S11获取水果掉落过程中的压力数据样本，构建样本压力数据集，并对样本压力数据集中的每个样本压力数据按获取顺序添加位置标签；

S12对样本压力数据集内的样本压力数据从大到小排序，并记录前n个样本压力数据在样本压力数据集中的位置标签；

S13对S12步骤中记录的n个样本压力数据按位置标签进行顺序排列，构建样本顺序数据集；

S14对样本压力数据集进行运算，生成样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集；

S2构建压力图片

S21对样本压力数据集、样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集内的数据进行等比例缩小，使其数据范围处于[-255，255]区间，分别得到模型压力数据集、模型压力变化速度数据集、模型压力变化加速度集；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力数据集中的模型压力数据依次作为压力图片前n行中心像素位置的R通道值，并以该模型压力数据在模型压力数据集中前后的x个模型压力数据依次作为压力图片该行其它像素位置的R通道值，压力图片前n行像素位置的G通道值、B通道值均取0；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化速度数据集中的模型压力变化速度数据依次作为压力图片中间n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化速度数据在模型压力变化速度数据集中前后的x个模型压力变化速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，中间n行像素位置的R通道值取0；

S23将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化加速度数据集中的模型压力变化加速度数据依次作为压力图片后n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化加速度数据在模型压力变化加速度数据集中前后的x个模型压力变化加速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化加速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化加速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，后n行像素位置的R通道值取0；

S3深度学习

S31根据水果软硬等级对S2步骤构建的压力图片进行标注；

S32通过深度学习对压力图片进行训练，得到水果软硬等级识别模型；

S4实际应用

在分拣过程中，通过S3步骤的水果软硬等级识别模型，对水果进行软硬等级分类。

优选的，S14步骤中生成样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集的具体步骤为：

(1)将样本压力数据集内的每个样本压力数据减去其前一位样本压力数据，第一位样本压力数据取其原值或取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化速度数据集；

(2)将样本压力变化速度数据集内的样本压力变化速度数据减去其前一位样本压力变化速度数据，第一位样本压力变化速度数据取其原值或取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化加速度数据集。

一种基于力觉的水果分拣装置，包括传送单元、分拣单元、运输单元和控制单元，

所述传送单元用于将水果传送至分拣单元并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号一；

所述分拣单元用于采用以上所述的方法对水果进行分拣并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号二；

所述运输单元包括运输车，运输单元用于对分拣单元分拣后的水果进行运输并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号三和运输车位置信息；

所述控制单元用于检测水果的外观及压力信息、监测运输车位置信息，并向所述传送单元发送驱动信号一、向分拣单元发送驱动信号二并基于水果的外观及压力信息控制分拣单元对水果进行分拣、基于运输车位置信息向所述运输单元发送驱动信号三和运输车位置信号。

优选的，还包括水果箱，所述水果箱上设有与传送单元的进料端衔接的出料口，水果箱内设有用于对水果进行导向并使水果从出料口出料的导向组件，水果箱的出料口处设有挡果板，所述挡果板连接有调节组件并通过调节组件对出料口的大小进行调节，水果箱连接有升降组件。

优选的，所述调节组件包括丝杠和限位板，所述丝杠转动连接于水果箱上，丝杠连接有调节电机，水果箱连接有耳板，所述耳板上设有与丝杠螺纹配合的螺纹孔，所述限位板设于水果箱上且用于对挡果板进行限位。

优选的，所述传送单元、分拣单元、运输单元和控制单元均设于机架上，所述升降组件包括置箱板、拉索轮、转向轮、拉索，所述置箱板上设有用于放置水果箱的放置槽一，置箱板与机架滑动配合，所述拉索轮转动连接于机架上且连接有升降电机，所述拉索的一端连接于置箱板上，另一端缠绕连接于拉索轮上，拉索从转向轮穿过实现转向。

优选的，所述分拣单元包括分拣转盘，所述分拣转盘连接有分拣电机，所述分拣电机为绝对值编码器电机并实时向控制单元传送水果位置信息，所述分拣转盘上设有分拣组件，所述分拣组件包括若干个沿分拣转盘周向均匀设置的分拣台，分拣台上连接有分拣盘，所述分拣盘的内部设有压力传感器一，分拣台转动连接于限位台上，分拣台上设有滑槽，每个分拣台对应设有磁性板，所述磁性板倾斜设置，磁性板的一端部连接有与滑槽滑动配合的滑杆，磁性板的中部与置板台转动配合，磁性板对应设有电磁铁，所述电磁铁位于磁性板远离滑杆端部的下方，所述限位台和置板台均连接于分拣转盘上，分拣组件对应设有若干个用于水果出料的分拣口，所述分拣口连接有分拣管，其中一个分拣管为坏果分拣管，坏果分拣管的下方对应设有废果箱，坏果分拣管对应的分拣口为坏果分拣口。

优选的，所述分拣转盘设有两个，两个分拣转盘同轴且沿竖直方向分布，所述传送单元包括传送组件一和传送组件二，传送组件一和传送组件二的进料端均设有摄像头，

所述传送组件一用于向位于上方的分拣转盘传送水果，传送组件一包括上传送挡板和上传送带，所述上传送带设于上传送挡板内，上传送带的出料端与上传动挡板之间设有用于水果落至在上方分拣转盘的分拣盘上的上出料孔；

所述传送组件二用于向位于下方的分拣转盘传送水果，传送组件二包括下传送挡板和依次衔接的下传送带一、下传送带二、下传送带三，所述下传送带一、下传送带二和下传送带三均设于下传送挡板内，所述下传送带二倾斜设置且其上设有用于防止水果掉落的限位凸台，下传送带三的出料端与下传送挡板之间设有用于水果落至在下方分拣转盘的分拣盘上的下出料孔；

上传送带和下传送带一通过传送电机驱动，下传送带二和下传送带一、下传送带三和下传送带二均为传动连接。

优选的，所述运输单元还包括电磁线，所述电磁线用于通电产生磁场，电磁线安装于运输车的移动区域，所述移动区域包括待机区、分拣区、卸货区、装箱区，所述待机区用于运输车的放置且设有供运输车充电的充电口，各个分拣管的下方为分拣点，各个分拣点组成分拣区；

所述运输车包括底盘、壳体、磁场传感器、运输车控制器，所述底盘连接有车轮，所述车轮连接有行走驱动组件，所述壳体连接于底盘上，壳体上设有用于放置分拣箱的放置槽二，所述放置槽二内设有用于测量分拣箱压力的压力传感器二，所述分拣箱用于放置从分拣口分拣出的水果，所述磁场传感器和运输车控制器均连接于底盘上。

一种基于力觉的水果分拣控制方法，使用以上所述的水果分拣装置，包括如下步骤：

步骤(1)启动装置，将水果箱放置于置箱板上，控制单元向传送单元持续发送驱动信号一、向分拣单元持续发送驱动信号二，使传送单元和分拣转盘运行；

步骤(2)控制单元启动电磁线的开关，使电磁线通电，并向运输车控制器发送驱动信号三和运输车位置信号，运输车控制器采集磁场传感器的磁场信息，并根据该磁场信息和接收到的运输车位置信号，实现运输车的差速巡线，运输车分别到达分拣区和待命区，控制单元控制水果箱上移至预设位置，而后控制挡果板上升，水果箱内的水果依次通过出料口并落至在传送单元的传送组件一或传送组件二上；

步骤(3)摄像头采集水果的图像信息并将该图像信息传送至控制单元，控制单元根据接收到的图像信息实时对水果进行好坏识别，并对水果进行编号，传送单元将水果传送至各个分拣盘进行分拣，分拣盘内的水果若为坏果，则该分拣盘随分拣转盘转至废果分拣口的绝对值编码值位置，控制单元控制该分拣盘对应的电磁铁使其通电将坏果倒入废果分拣口中，坏果随坏果分拣管掉入废果箱内，分拣盘内的水果若为好果，控制单元依据该分拣盘内压力传感器一收集的水果掉落至平稳过程中的压力数据信息一、通过以上所述的水果软硬识别方法对水果的软硬等级进行识别，并结合摄像头采集的水果的图像信息对水果进行分类，判断水果是否过软，若水果过软，则判定该水果为坏果并将该坏果从废果分拣口分拣至废果箱内，若水果不过软，则该水果随其所在的分拣盘转至其对应分类的分拣口的绝对值编码值位置，控制单元控制对应的电磁铁通电将该水果倒入相应的分拣口中，该水果随对应的分拣管掉入对应运输车的分拣箱内；

步骤(4)运输车控制器实时接收压力传感器二的压力数据信息二，并实时判断压力数据信息二是否到达预设阈值，若否，则继续分拣，若是，则该运输车的运输车控制器发送行进命令，使该运输车行进至卸货区卸货、而后行进至装箱区装箱，并向控制单元发送信号，控制单元根据该信号向待机区的运输车发送启动命令，使待机区的空置的运输小车移动至该分拣点，直至分拣完成。

本发明还包括能够使一种基于力觉的水果分拣装置正常使用的其它组件，均为本领域的常规技术手段。另外，本发明中未加限定的装置或组件均采用本领域中的常规技术手段。

本发明可以实现基于力觉的水果软硬等级识别，分拣装置中分拣转盘结构设计合理，实现了体积小型化，减小了装置的占地空间；利用电磁实现水果的自动分拣出料，再配合各个部件的智能化设计对水果进行自动、智能分拣，极大得降低了人工成本，提高了分拣速度，在保障水果高质量、高效率、高智能化和多类别分拣的同时，解决分拣成本的问题。

附图说明

图1为本实施例中一种基于力觉的水果软硬识别方法的步骤示意图。

图2为图1中压力图片的构建示意图(即数据转化效果示意图)。

图3为本实施例中一种基于力觉的水果分拣装置的整体结构示意图。

图4为图3去除传送单元、水果箱、置箱板、分拣转盘的结构示意图。

图5为图4另一视角的结构示意图。

图6为图3中置箱板的结构示意图。

图7为图3中水果箱的结构示意图。

图8为图3中传送单元的结构示意图。

图9为图3中分拣单元的结构示意图。

图10为图9中分拣组件的结构示意图。

图11为图3中运输车的结构示意图。

图12为图11中运输车去除分拣箱的结构示意图。

图13为图12去除壳体的结构示意图。

图14为本实施例中一种基于力觉的水果分拣控制方法的控制流程示意图。

图中：1机架、2升降组件、3水果箱、4传送单元、5分拣单元、6运输单元、7压力传感器二、8运输车控制器、9行走电机、10车轮、11分拣挡板、12分拣电机、13升降电机、14传送电机、15分拣管、16废果箱、17驱动杆、18磁场传感器、19壳体、20分拣箱、21升降导轨台、22转向轮、23拉索轮、24拉索、25置箱板、26升降导板、27升降滚轮、28运输车、29卸货区、30装箱区、31限位板、32导向斜板、33调节电机、34挡果板、35丝杠、36待机区、37电磁线、38电磁铁、39置板台、40磁性板、41传送组件一、42传送组件二、43下传送带一、44下传送带三、45主动传动杆一、46上传送带、47下传送带二、48从动传动杆一、49传动带二、50摄像头、51转盘轴、52分拣盘、53分拣口、54压力传感器一、55分拣转盘、56分拣台、57限位台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本发明的水果分拣装置适合苹果、梨子、柿子、猕猴桃、果橙、橘子等球形水果的分拣，尤其适合猕猴桃、柿子、果橙和橘子等成熟度与软硬程度相关的水果。本发明的一种基于力觉的水果软硬识别方法可用于猕猴桃、柿子、果橙和橘子等成熟度与软硬程度相关水果的软硬等级判断。

参见图1-2，一种基于力觉的水果软硬识别方法，包括以下步骤：

S1数据处理

S11获取水果掉落过程中的压力数据样本，构建样本压力数据集，并对样本压力数据集中的每个样本压力数据按获取顺序添加位置标签；

S12对样本压力数据集内的样本压力数据从大到小排序，并记录前n个样本压力数据在样本压力数据集中的位置标签；

S13对S12步骤中记录的n个样本压力数据按位置标签进行顺序排列，构建样本顺序数据集；

S14对样本压力数据集进行运算，生成样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集，具体步骤为：

(1)将样本压力数据集内的每个样本压力数据减去其前一位样本压力数据，第一位样本压力数据取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化速度数据集；

(2)将样本压力变化速度数据集内的样本压力变化速度数据减去其前一位样本压力变化速度数据，第一位样本压力变化速度数据取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化加速度数据集；

S2构建压力图片

S21对样本压力数据集、样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集内的数据进行等比例缩小，使其数据范围处于[-255，255]区间，分别得到模型压力数据集、模型压力变化速度数据集、模型压力变化加速度集；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力数据集中的模型压力数据依次作为压力图片前n行中心像素位置的R通道值，并以该模型压力数据在模型压力数据集中前后的x个模型压力数据依次作为压力图片该行其它像素位置的R通道值，压力图片前n行像素位置的G通道值、B通道值均取0；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化速度数据集中的模型压力变化速度数据依次作为压力图片中间n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化速度数据在模型压力变化速度数据集中前后的x个模型压力变化速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，中间n行像素位置的R通道值取0；

S23将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化加速度数据集中的模型压力变化加速度数据依次作为压力图片后n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化加速度数据在模型压力变化加速度数据集中前后的x个模型压力变化加速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化加速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化加速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，后n行像素位置的R通道值取0；

S3深度学习

S31根据水果软硬等级对S2步骤构建的压力图片进行标注；

S32通过深度学习对压力图片进行训练，得到水果软硬等级识别模型；

S4实际应用

在分拣过程中，通过S3步骤的水果软硬等级识别模型，对水果进行软硬等级分类。

图2中，软水果压力值折线图和硬水果压力值折线图中的横坐标表示压力数据的采集顺序，其中50表示第50个采样点，100表示第100个采样点，相邻两个采样点相隔20ms，纵坐标表示采集的压力数据。

本实施例中压力图片由9行×9列个像素组成，因此n＝3，x＝4，压力图片的前三行像素由模型压力数据集确定，具体为，将顺序数据集中的三个样本压力数据对应的模型压力数据集中的三个模型压力数据依次作为第一行第五列、第二行第五列、第三行第五列像素位置的R通道值，而后再分别将三个模型压力数据在模型压力数据集中前后的4个模型压力数据依次作为压力图片第一行其它像素位置的R通道值、第二行其它像素位置的R通道值、第三行其它像素位置的R通道值，压力图片前三行像素位置的G通道值、B通道值均取0。压力图片的中间三行像素由模型压力变化速度数据集确定，压力图片的后三行像素由模型压力变化加速度集确定，具体步骤参见步骤S2。

本实施例在S11步骤中通过力传感器来判断水果是否掉落并采集水果掉落过程中的压力数据(在应用到以下的水果分拣装置时，通过压力传感器一的压力数据信息一判断水果是否落入分拣盘)，并从落果前100个压力数据开始、截取300个压力数据构建样本压力数据集，因此顺序数据集中的样本压力数据(即落果的信号)始终处于模型压力数据集、模型压力变化速度数据集、模型压力变化加速度集的中间位置，基本不会出现构建压力图片时超出数据范围的问题，如果超出数据范围，则将此数据赋值为0。

在S14步骤生成样本压力变化速度数据集时，也可采用第一位样本压力数据取其原值的方法；生成样本压力变化加速度数据集时，也可采用第一位样本压力变化速度数据取其原值的方法。

在S32步骤中，通过CNN、Alexnet等神经网络对图片进行深度学习，得到水果软硬等级识别模型。

参见图3-13，一种基于力觉的水果分拣装置，包括传送单元4、分拣单元5、运输单元6和控制单元，

所述传送单元4用于将水果传送至分拣单元5并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号一；

所述分拣单元5用于采用上述所述的方法对水果进行分拣并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号二；

所述运输单元6包括运输车28，运输单元6用于对分拣单元5分拣后的水果进行运输并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号三和运输车位置信息；

所述控制单元用于检测水果的外观及压力信息、监测运输车位置信息，并向所述传送单元4发送驱动信号一、向分拣单元5发送驱动信号二并基于水果的外观及压力信息控制分拣单元5对水果进行分拣、基于运输车位置信息向所述运输单元6发送驱动信号三和运输车位置信号。

一种基于力觉的水果分拣装置还包括水果箱3，所述水果箱3上设有与传送单元4的进料端衔接的出料口，水果箱3内设有用于对水果进行导向并使水果从出料口出料的导向组件，水果箱3的出料口处设有挡果板34，所述挡果板34连接有调节组件并通过调节组件对出料口的大小进行调节，水果箱3连接有升降组件2。本实施例中，导向组件包括设于出料口两侧、用于对水果进行导向的导向斜板32和设于两个导向斜板32之间、用于将水果导向至出料口的滚动斜坡。

所述调节组件包括丝杠35和限位板31，所述丝杠35转动连接于水果箱3上，丝杠35连接有调节电机33，水果箱3连接有耳板，所述耳板上设有与丝杠35螺纹配合的螺纹孔，所述限位板31设于水果箱3上且用于对挡果板34进行限位。本实施例中，水果箱3的两侧均设有调节组件，启动调节电机33，丝杠35旋转，能带动挡果板34上下移动，从而对出料口的大小进行调节，满足不同的使用需求。

所述传送单元4、分拣单元5、运输单元6和控制单元均设于机架1上，所述升降组件2包括置箱板25、拉索轮23、转向轮22、拉索24，所述置箱板25上设有用于放置水果箱3的放置槽一，置箱板25与机架1滑动配合，所述拉索轮23转动连接于机架1上且连接有升降电机13，所述拉索24的一端连接于置箱板25上，另一端缠绕连接于拉索轮23上，拉索24从转向轮22穿过实现转向。本实施例中，置箱板25上设有用于检测水果箱3是否放置到位的红外传感器和用于对水果箱3放置到位进行提示的提示灯；置箱板25的两侧均设有升降导板26，机架1上对应升降导板26设有升降导轨台21，每个升降导轨台21对应设有一个拉索轮23和一个拉索24，升降导轨台21的内部设有供拉索24通过的升降腔，转向轮22设于升降腔内，升降导轨台21设有与升降导板26滑动配合的槽口，升降导板26上连接有能在升降腔内滚动的升降滚轮27，两个拉索轮23连接于同一个驱动杆17上，所述驱动杆17连接有传动轮一，升降电机13连接有传动轮二，传动轮一和传动轮二通过传动带一传动连接，升降电机13带动拉索轮23旋转，从而使拉索24收放实现水果箱3的升降；升降组件的设置省去了人工对水果箱3搬运的工作。

所述分拣单元5包括分拣转盘55，所述分拣转盘55连接有分拣电机12，所述分拣电机12为绝对值编码器电机并实时向控制单元传送水果位置信息，所述分拣转盘55上设有分拣组件，所述分拣组件包括若干个沿分拣转盘55周向均匀设置的分拣台56，分拣台56上连接有分拣盘52，所述分拣盘52的内部设有压力传感器一54，分拣台56转动连接于限位台57上，分拣台56上设有滑槽，每个分拣台56对应设有磁性板40，所述磁性板40倾斜设置，磁性板40的一端部连接有与滑槽滑动配合的滑杆，磁性板40的中部与置板台39转动配合，磁性板40对应设有电磁铁38，所述电磁铁38位于磁性板40远离滑杆端部的下方，所述限位台57和置板台39均连接于分拣转盘55上，分拣组件对应设有若干个用于水果出料的分拣口53，所述分拣口53连接有分拣管15，其中一个分拣管15为坏果分拣管，坏果分拣管的下方对应设有废果箱16，坏果分拣管对应的分拣口为坏果分拣口。本实施例中，压力传感器一54为柔性传感器，包括柔性层和薄膜压力传感器，柔性层采用泡沫板，薄膜压力传感器固定于柔性层下方，薄膜压力传感器为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅和热电偶型；磁性板40设于放置台的限位槽内，电磁铁38通电时吸附磁性板，磁性板40旋转并通过滑杆带动分拣台56旋转(此时滑杆在滑槽内滑动)，从而使分拣盘52倾斜，将其内的水果倒入分拣口53。

所述分拣转盘55设有两个，两个分拣转盘55同轴且沿竖直方向分布，所述传送单元4包括传送组件一41和传送组件二42，传送组件一41和传送组件二42的进料端均设有摄像头410，

所述传送组件一41用于向位于上方的分拣转盘55传送水果，传送组件一41包括上传送挡板和上传送带46，所述上传送带46设于上传送挡板内，上传送带46的出料端与上传动挡板之间设有用于水果落至在上方分拣转盘55的分拣盘52上的上出料孔；

所述传送组件二42用于向位于下方的分拣转盘55传送水果，传送组件二42包括下传送挡板和依次衔接的下传送带一43、下传送带二47、下传送带三44，所述下传送带一43、下传送带二47和下传送带三44均设于下传送挡板内，所述下传送带二47倾斜设置且其上设有用于防止水果掉落的限位凸台，下传送带三44的出料端与下传送挡板之间设有用于水果落至在下方分拣转盘55的分拣盘52上的下出料孔；

上传送带46和下传送带一43通过传送电机14驱动，下传送带二47和下传送带一43、下传送带三44和下传送带二47均为传动连接。

本实施例中，两个分拣转盘55均连接于转盘轴51上，转盘轴与分拣电机12连接，每个分拣转盘55上设有两个分拣组件，分别为设于外侧的外分拣组件和设于内侧的内分拣组件；分拣转盘55的外侧设有分拣挡板11，分拣挡板11为柔性材料，可以防止水果弹出，分拣挡板11的内侧设有隔板，隔板和分拣挡板11之间形成外分拣组件的分拣口53，而内分拣组件的分拣口53设于分拣转盘55上且位于外分拣组件和内分拣组件之间；传送单元4包括两个传送组件一41和两个传送组件二42，两个传送组件一41用于将水果分别传送至上方的分拣转盘55的两组分拣组件上，两个传送组件二42用于将水果分别传送至下方的分拣转盘55的两组分拣组件上；水果箱3上设有四个出料口，分别与两个传送组件一41的进料端和两个传送组件二42的进料端衔接；上传送带46和下传送带一43均通过传动组件一与传送电机14连接，所述传动组件一包括主动传动杆一45和从动传动杆一48，所述主动传动杆一45与传送电机14连接，所述上传送带46或下传送带一43环绕设于主动传动杆一45和从动传动杆一48上，由于上传送带46和下传送带一43的进料端位置一致且出料端位置不一致，因此上传送带46和下传送带一43共用一个主动传动杆一45，且分别对应设有从动传动杆一48；

下传送带二47、下传送带三44分别环绕于主动传动杆二和从动传动杆二上，下传送带二47的主动传动杆二和下传送带一43的从动传动杆一48之间、下传送带三44的主动传动杆二和下传送带二47的从动传动杆二之间分别通过传动带二49传动连接；上传送带46、下传送带一43、下传送带二47、下传送带三44均为宽带，传动带二49为窄带且位于宽带的两侧；摄像头410固定于传送单元上方的置物板上。

所述运输单元6还包括电磁线37，所述电磁线37用于通电产生磁场，电磁线37安装于运输车28的移动区域，所述移动区域包括待机区36、分拣区、卸货区29、装箱区30，所述待机区36用于运输车28的放置且设有供运输车28充电的充电口，各个分拣管15的下方为分拣点，各个分拣点组成分拣区；

所述运输车28包括底盘、壳体19、磁场传感器18、运输车控制器8，所述底盘连接有车轮10，所述车轮10连接有行走驱动组件，所述壳体19连接于底盘上，壳体19上设有用于放置分拣箱20的放置槽二，所述放置槽二内设有用于测量分拣箱20压力的压力传感器二7，所述分拣箱20用于放置从分拣口53分拣出的水果，所述磁场传感器18和运输车控制器8均连接于底盘上。

本实施例中，磁场传感器18用于感应电磁线37的磁场并实现运输车28对磁场的强弱感应；运输车控制器8用于控制运输车28的差速、启停和速度，并接收、响应控制单元发出的驱动信号三和运输车位置信号及采集压力传感器二7的压力数据信息二和电磁传感器的信息、将所采集的信息传送至控制单元；车轮10设有四个，分别为两个前轮和两个后轮，行走驱动组件包括行走电机9、和行走电机9连接的双同步轮、连接于车轮10上的单同步轮，单同步轮和双同步轮之间通过传动带三传动连接。

参见图14，一种基于力觉的水果分拣控制方法，使用以上所述的水果分拣装置，包括如下步骤：

步骤(1)启动装置，各传感器运行，将水果箱3放置于置箱板25上，控制单元通过红外传感器检测水果箱3是否放置到位，若否，提示灯提示，系统不运作，若是控制单元向传送单元4持续发送驱动信号一、向分拣单元5持续发送驱动信号二，使传送单元4和分拣转盘55运行；

步骤(2)控制单元启动电磁线37的开关，使电磁线37通电，并向运输车控制器8发送驱动信号三和运输车位置信号，运输车控制器8采集磁场传感器18的磁场信息，并根据该磁场信息和接收到的运输车位置信号，实现运输车28的差速巡线，运输车28分别到达分拣区和待命区，控制单元向升降组件2发送脉冲指令，使水果箱3上移至预设位置，而后向调节组件发送脉冲指令，使挡果板34上升，水果箱3内的水果依次通过出料口并落至在传送单元4的传送组件一41或传送组件二42上；在该步骤中，运输车控制器8将采集的磁场传感器18的磁场信息作为误差值，进行PID运算得到两侧的车轮10速度，并向行走电机9发送不同的PWM波，实现运输车28的差速巡线。

步骤(3)摄像头410采集水果的图像信息并将该图像信息传送至控制单元，控制单元根据接收到的图像信息实时对水果进行好坏识别，并对水果进行编号，传送单元4将水果传送至各个分拣盘52进行分拣，分拣盘52内的水果若为坏果，则该分拣盘52随分拣转盘55转至废果分拣口的绝对值编码值位置，控制单元控制该分拣盘52对应的电磁铁38通电将坏果倒入废果分拣口中，坏果随坏果分拣管掉入废果箱16内，分拣盘52内的水果若为好果，控制单元依据该分拣盘52内压力传感器一54收集的水果掉落至平稳过程中的压力数据信息一、通过上述所述的水果软硬识别方法对水果的软硬等级进行识别，并结合摄像头410采集的水果的图像信息对水果进行分类，判断水果是否过软，若水果过软，则判定该水果为坏果并将该坏果从废果分拣口分拣至废果箱16内，若水果不过软，则该水果随其所在的分拣盘52转至其对应分类的分拣口53的绝对值编码值位置，控制单元控制对应的电磁铁38通电将该水果倒入相应的分拣口53中，该水果随对应的分拣管15掉入对应运输车28的分拣箱20内；

步骤(4)运输车控制器8实时接收压力传感器二7的压力数据信息二，并实时判断压力数据信息二是否到达预设阈值，若否，则继续分拣，若是，则该运输车28的运输车控制器8发送行进命令，使该运输车28行进至卸货区29卸货、而后行进至装箱区30装箱，并向控制单元发送信号，控制单元根据该信号向待机区36的运输车28发送启动命令，使待机区36的空置的运输小车移动至该分拣点，直至分拣完成。在该步骤中，控制单元和运输车控制器8通过无线网桥实现信息、命令的相互传送。

步骤(4)中，控制单元实时向运输车控制器8发送各运输车28的运输位置信息，并计算距离其它运输车28的直接距离，判断运输车28之间是否过近，若是，运输车控制器8控制运输车28减速或停止，若否，运输车28则继续保持匀速行驶；运输车控制器8对接收到的运输位置信息实时进行位置判断，控制从分拣区驶离的装满水果的运输车28行进至卸货区29卸货或控制卸货后的运输车28行进至装箱区30装箱，并接收控制单元的启动命令、根据该命令判断运输车28即将驶进分拣点的前一运输车是否离开；在运输车28卸货或装箱时，运输车控制器8通过压力传感器二7的压力数据信息二判断卸货或装箱是否完成。

控制装满水果的运输车28卸货时，行进中运输车28的运输车控制器8根据接收的位置信号实现进行位置判断，判断运输车28是否经过卸货区29。

1)若未经过卸货区29继续行进，并判断是否到达卸货区29，若否继续行进，若是停止、等待卸货、实时反馈压力传感器二7的压力数据信息二，在卸货过程中，运输车控制器8通过压力传感器二7的压力数据信息二判断卸货是否完成，若否继续等待直至卸货完成，若是运输车控制器8向行走电机发送行进命令，并判断是否已经经过卸货区29。

2)若经过卸货区29，则判断是否经过装箱区30，若未经过装箱区30，继续前进并判断是否达到装箱区30，若否继续前进，若是停止、等待装箱、实时反馈压力传感器二7的压力数据信息二，在装箱过程中，运输车控制器8通过压力传感器二7的压力数据信息二判断装箱是否完成，若否继续等待直至装箱完成，若是运输车控制器8向行走电机发送行进命令；若判断已经经过装箱区30，则判断是否到达待命区，若否继续行进，若是停止并等待对应分拣点前一运输小车离开，并通过控制器单元发送的启动命令判断对应分拣点前一运输车28是否离开，若否继续等待，若是则紧随前一运输车28到达分拣点，并实时接收压力传感器二7的压力数据信息二，判断是否结束分拣。

本发明可以实现基于力觉的水果软硬等级识别，分拣装置中分拣转盘55结构设计合理，实现了体积小型化，减小了装置的占地空间；利用电磁实现水果的自动分拣出料，再配合各个部件的智能化设计对水果进行自动、智能分拣，极大得降低了人工成本，提高了分拣速度，在保障水果高质量、高效率、高智能化和多类别分拣的同时，解决分拣成本的问题。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

另外，本申请的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本申请的方法和/或技术方案。而调用本申请的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本申请的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本申请的多个实施例的方法和/或技术方案。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种基于力觉的水果软硬识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1数据处理

S11获取水果掉落过程中的压力数据样本，构建样本压力数据集，并对样本压力数据集中的每个样本压力数据按获取顺序添加位置标签；

S12对样本压力数据集内的样本压力数据从大到小排序，并记录前n个样本压力数据在样本压力数据集中的位置标签；

S13对S12步骤中记录的n个样本压力数据按位置标签进行顺序排列，构建样本顺序数据集；

S14对样本压力数据集进行运算，生成样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集；

S2构建压力图片

S21对样本压力数据集、样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集内的数据进行等比例缩小，使其数据范围处于[-255，255]区间，分别得到模型压力数据集、模型压力变化速度数据集、模型压力变化加速度集；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力数据集中的模型压力数据依次作为压力图片前n行中心像素位置的R通道值，并以该模型压力数据在模型压力数据集中前后的x个模型压力数据依次作为压力图片该行其它像素位置的R通道值，压力图片前n行像素位置的G通道值、B通道值均取0；

S22将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化速度数据集中的模型压力变化速度数据依次作为压力图片中间n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化速度数据在模型压力变化速度数据集中前后的x个模型压力变化速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，中间n行像素位置的R通道值取0；

S23将顺序数据集中n个样本压力数据对应的模型压力变化加速度数据集中的模型压力变化加速度数据依次作为压力图片后n行中心像素位置的G通道值或B通道值，并以该模型压力变化加速度数据在模型压力变化加速度数据集中前后的x个模型压力变化加速度数据依次作为压力图片该行其它像素位置的G通道值或B通道值，若该模型压力变化加速度数据为正则赋值给G通道，B通道值取0，若该模型压力变化加速度数据为负，则赋值给B通道，G通道值取0，后n行像素位置的R通道值取0；

S3深度学习

S31根据水果软硬等级对S2步骤构建的压力图片进行标注；

S32通过深度学习对压力图片进行训练，得到水果软硬等级识别模型；

S4实际应用

在分拣过程中，通过S3步骤的水果软硬等级识别模型，对水果进行软硬等级分类。

2.根据权利要求1所述的一种基于力觉的水果软硬识别方法，其特征在于，S14步骤中生成样本压力变化速度数据集和样本压力变化加速度数据集的具体步骤为：

(1)将样本压力数据集内的每个样本压力数据减去其前一位样本压力数据，第一位样本压力数据取其原值或取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化速度数据集；

(2)将样本压力变化速度数据集内的样本压力变化速度数据减去其前一位样本压力变化速度数据，第一位样本压力变化速度数据取其原值或取值0，构建与样本压力数据集长度相同的样本压力变化加速度数据集。

3.一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：包括传送单元、分拣单元、运输单元和控制单元，

所述传送单元用于将水果传送至分拣单元并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号一；

所述分拣单元用于采用权利要求1～2任意一项所述的方法对水果进行分拣并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号二；

所述运输单元包括运输车，运输单元用于对分拣单元分拣后的水果进行运输并接收、响应所述控制单元发出的驱动信号三和运输车位置信息；

所述控制单元用于检测水果的外观及压力信息、监测运输车位置信息，并向所述传送单元发送驱动信号一、向分拣单元发送驱动信号二并基于水果的外观及压力信息控制分拣单元对水果进行分拣、基于运输车位置信息向所述运输单元发送驱动信号三和运输车位置信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：还包括水果箱，所述水果箱上设有与传送单元的进料端衔接的出料口，水果箱内设有用于对水果进行导向并使水果从出料口出料的导向组件，水果箱的出料口处设有挡果板，所述挡果板连接有调节组件并通过调节组件对出料口的大小进行调节，水果箱连接有升降组件。

5.根据权利要求4所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：所述调节组件包括丝杠和限位板，所述丝杠转动连接于水果箱上，丝杠连接有调节电机，水果箱连接有耳板，所述耳板上设有与丝杠螺纹配合的螺纹孔，所述限位板设于水果箱上且用于对挡果板进行限位。

6.根据权利要求4所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：所述传送单元、分拣单元、运输单元和控制单元均设于机架上，所述升降组件包括置箱板、拉索轮、转向轮、拉索，所述置箱板上设有用于放置水果箱的放置槽一，置箱板与机架滑动配合，所述拉索轮转动连接于机架上且连接有升降电机，所述拉索的一端连接于置箱板上，另一端缠绕连接于拉索轮上，拉索从转向轮穿过实现转向。

7.根据权利要求4所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：所述分拣单元包括分拣转盘，所述分拣转盘连接有分拣电机，所述分拣电机为绝对值编码器电机并实时向控制单元传送水果位置信息，所述分拣转盘上设有分拣组件，所述分拣组件包括若干个沿分拣转盘周向均匀设置的分拣台，分拣台上连接有分拣盘，所述分拣盘的内部设有压力传感器一，分拣台转动连接于限位台上，分拣台上设有滑槽，每个分拣台对应设有磁性板，所述磁性板倾斜设置，磁性板的一端部连接有与滑槽滑动配合的滑杆，磁性板的中部与置板台转动配合，磁性板对应设有电磁铁，所述电磁铁位于磁性板远离滑杆端部的下方，所述限位台和置板台均连接于分拣转盘上，分拣组件对应设有若干个用于水果出料的分拣口，所述分拣口连接有分拣管，其中一个分拣管为坏果分拣管，坏果分拣管的下方对应设有废果箱，坏果分拣管对应的分拣口为坏果分拣口。

8.根据权利要求7所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：所述分拣转盘设有两个，两个分拣转盘同轴且沿竖直方向分布，所述传送单元包括传送组件一和传送组件二，传送组件一和传送组件二的进料端均设有摄像头，

所述传送组件一用于向位于上方的分拣转盘传送水果，传送组件一包括上传送挡板和上传送带，所述上传送带设于上传送挡板内，上传送带的出料端与上传动挡板之间设有用于水果落至在上方分拣转盘的分拣盘上的上出料孔；

所述传送组件二用于向位于下方的分拣转盘传送水果，传送组件二包括下传送挡板和依次衔接的下传送带一、下传送带二、下传送带三，所述下传送带一、下传送带二和下传送带三均设于下传送挡板内，所述下传送带二倾斜设置且其上设有用于防止水果掉落的限位凸台，下传送带三的出料端与下传送挡板之间设有用于水果落至在下方分拣转盘的分拣盘上的下出料孔；

上传送带和下传送带一通过传送电机驱动，下传送带二和下传送带一、下传送带三和下传送带二均为传动连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于力觉的水果分拣装置，其特征在于：所述运输单元还包括电磁线，所述电磁线用于通电产生磁场，电磁线安装于运输车的移动区域，所述移动区域包括待机区、分拣区、卸货区、装箱区，所述待机区用于运输车的放置且设有供运输车充电的充电口，各个分拣管的下方为分拣点，各个分拣点组成分拣区；

所述运输车包括底盘、壳体、磁场传感器、运输车控制器，所述底盘连接有车轮，所述车轮连接有行走驱动组件，所述壳体连接于底盘上，壳体上设有用于放置分拣箱的放置槽二，所述放置槽二内设有用于测量分拣箱压力的压力传感器二，所述分拣箱用于放置从分拣口分拣出的水果，所述磁场传感器和运输车控制器均连接于底盘上。

10.一种基于力觉的水果分拣控制方法，其特征在于，使用如权利要求9所述的水果分拣装置，包括如下步骤：

步骤(1)启动装置，将水果箱放置于置箱板上，控制单元向传送单元持续发送驱动信号一、向分拣单元持续发送驱动信号二，使传送单元和分拣转盘运行；

步骤(2)控制单元启动电磁线的开关，使电磁线通电，并向运输车控制器发送驱动信号三和运输车位置信号，运输车控制器采集磁场传感器的磁场信息，并根据该磁场信息和接收到的运输车位置信号，实现运输车的差速巡线，运输车分别到达分拣区和待命区，控制单元控制水果箱上移至预设位置，而后控制挡果板上升，水果箱内的水果依次通过出料口并落至在传送单元的传送组件一或传送组件二上；

步骤(3)摄像头采集水果的图像信息并将该图像信息传送至控制单元，控制单元根据接收到的图像信息实时对水果进行好坏识别，并对水果进行编号，传送单元将水果传送至各个分拣盘进行分拣，分拣盘内的水果若为坏果，则该分拣盘随分拣转盘转至废果分拣口的绝对值编码值位置，控制单元控制该分拣盘对应的电磁铁使其通电将坏果倒入废果分拣口中，坏果随坏果分拣管掉入废果箱内，分拣盘内的水果若为好果，控制单元依据该分拣盘内压力传感器一收集的水果掉落至平稳过程中的压力数据信息一、通过权利要求1～2任意一项所述的水果软硬识别方法对水果的软硬等级进行识别，并结合摄像头采集的水果的图像信息对水果进行分类，判断水果是否过软，若水果过软，则判定该水果为坏果并将该坏果从废果分拣口分拣至废果箱内，若水果不过软，则该水果随其所在的分拣盘转至其对应分类的分拣口的绝对值编码值位置，控制单元控制对应的电磁铁通电将该水果倒入相应的分拣口中，该水果随对应的分拣管掉入对应运输车的分拣箱内；

步骤(4)运输车控制器实时接收压力传感器二的压力数据信息二，并实时判断压力数据信息二是否到达预设阈值，若否，则继续分拣，若是，则该运输车的运输车控制器发送行进命令，使该运输车行进至卸货区卸货、而后行进至装箱区装箱，并向控制单元发送信号，控制单元根据该信号向待机区的运输车发送启动命令，使待机区的空置的运输小车移动至该分拣点，直至分拣完成。

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