CN114910149B - 一种顶升式小尺寸水果自动称重装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶升式小尺寸水果自动称重装置及方法，属于水果称重技术领域，包括机架、输送机构、支架机构、驱动机构、定位机构和称重机构，所述输送机构、支架机构、驱动机构、定位机构和称重机构设置在机架上，驱动机构通过输送机构与支架机构相连接，定位机构设置在支架机构的两侧，称重机构设置在支架机构的下方。所述称重机构包括称重台、曲柄滑块机构、称重电机、应变梁和托盘，所述称重电机与曲柄滑块机构相连接，曲柄滑块机构与称重台的下部相连接，称重台上设有多个应变梁，应变梁上设置有托盘。本发明操作简单，使用方便，能够批量称重柑橘，且能保证称重过程中的稳定性，极大的提高了称重效率和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水果称重技术领域，具体涉及一种顶升式小尺寸水果自动称重装置。
背景技术
水果采摘后进入市场后，区分其重量大小具有很高的商业价值，同等大小下重量更大的水果往往更加甘甜，目前市场上缺乏一种批量检测的设备，对于像苹果、柑橘这类型的水果重量检测需要人工过多的参与，生产节奏跟不上市场的供应需求。现有的水果自动称重装置大多数的采用单排水果排列检测，检测效率有待提高，且称重单元称出重量后，仍有较长的时间与水果接触，称重单元的使用效率有待提高。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种顶升式小尺寸水果自动称重装置及方法，采用更高效的方法对水果进行称重，提高柑橘自动称重的效率。
本发明的技术方案如下：一种顶升式小尺寸水果自动称重装置，包括机架、输送机构、支架机构、驱动机构、定位机构和称重机构，所述输送机构、支架机构、驱动机构、定位机构和称重机构设置在机架上，驱动机构通过输送机构与支架机构相连接，定位机构设置在支架机构的两侧，称重机构设置在支架机构的下方。
所述支架机构包括支架框和弧形面杯子，所述支架框下部设有滚轮，所述机架上设有凹槽，滚轮设置在凹槽上，所述支架框上设有多个弧形面杯子，弧形面杯子上大下小两端开口。
所述称重机构包括称重台、曲柄滑块机构、称重电机、应变梁和托盘，所述称重电机与曲柄滑块机构相连接，曲柄滑块机构与称重台的下部相连接，称重台上设有多个应变梁，应变梁上设置有托盘。
所述托盘与弧形面杯子同轴设置，托盘的直径小于弧形面杯子下口的直径。
所述托盘为上大下小的圆台形，小端固定在应变梁上，大端为向上的开口。
所述称重台的下方设置在导柱，所述导柱上套设有直线轴承，所述直线轴承固定在机架上。
所述定位机构包括可伸缩电机、导轨、滑块、定位连接件和V型块，所述导轨和可伸缩电机设置在机架上，导轨上设置有滑块，滑块上固定有定位连接件，定位连接件与可伸缩电机相连接，定位连接件上设有第一V型块，支架框的侧面设有与第一V型块相配合的第二V型块。
所述支架机构的一侧设有光电开关，所述光电开关固定在机架上，光电开光与驱动机构相连接。
一种使用柑橘导向型顶升式自动称重装置的称重方法，所述称重机构周期性顶升，在称重机构运动过程中完成重量测量，从水果放置在弧形面杯子上开始计时，称重的总时间为4.5s，曲柄底端运动到最高端为一个周期，记为T，周期内的重量数据记为w(t)，水果的实际重量记为W建立重量的计算模型，
具体的模型方程为：
其中：
本发明操作简单，使用方便，能够批量称重柑橘，且能保证称重过程中的稳定性，极大的提高了称重效率和准确性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是光电开关的位置示意图。
图3是定位机构的结构示意图。
图4是称重机构的结构示意图。
图5是支架框的结构示意图。
图6是弧形面杯子的结构示意图。
图7是托盘的结构示意图。
图8是V型块的结构示意图。
图9是小尺寸水果的结构示意图。
图10是水果重量数据序列图。
图11是水果称重流程图。
图12是柑橘实例检测结果表。
图中：1、机架，2、输送机构，3、支架机构，4、驱动机构，5、定位机构，6、称重机构，7、光电开关，8、可伸缩电机，9、定位连接件，10、V型块，11、导轨，12、滑块，13、导柱，14、直线轴承，15、曲柄滑块机构，16、称重电机，17、应变梁，18、托盘，19、称重台，20、弧形面杯子，21、支架框。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种顶升式小尺寸水果自动称重装置，包括机架1、输送机构2、支架机构3、驱动机构4、定位机构5和称重机构6，所述输送机构2、支架机构3、驱动机构4、定位机构5和称重机构6设置在机架1上，驱动机构4通过输送机构2与支架机构3相连接，定位机构5设置在支架机构5的两侧，称重机构6设置在支架机构5的下方。机架1上设有称重检测区，驱动机构4驱动输送机构2携带支架机构3朝称重检测区水平运动，支架机构3运动到光电开关7的位置时，驱动机构4收到信号后停止运动，支架机构3和定位机构5上安装有配对的V型块11，定位机构5对支架机构3进行定位固定支架机构3，当定位机构5停止运动时，称重机构6的凸轮15转动使称重台19竖直方向的上下运动，托盘18顶升放在弧形面杯子20上的水果，在一个顶升周期内完成重量测量，当完成测量后，定位结构5带动V型块11复位，驱动机构4开始动作带动支架机构3继续运动。
所述称重机构6包括称重台19、曲柄滑块机构15、称重电机16、应变梁17和托盘18，所述称重电机16与曲柄滑块机构15相连接，曲柄滑块机构15与称重台19的下部相连接，称重台19上设有多个应变梁17，应变梁17上设置有托盘18。
如图5所示，所述支架机构3包括支架框21、滚轮和弧形面杯子20，所述支架框21下部设有滚轮，机架1上设有凹槽，滚轮设置在凹槽上可沿凹槽滚动，驱动机构4的驱动电机通过链轮和链条与放置架23相连接，驱动电机工作带动放置架23运动。所述支架框21上设有多个弧形面杯子20。
如图5、图6、图7所示，所述托盘18与弧形面杯子20同轴设置，托盘18位于弧形面杯子20的下方，托盘18与弧形面杯子20不接触，托盘18的直径小于弧形面杯子20下口的直径。所述托盘18为上大下小的圆台形，小端固定在应变梁上，大端为向上的开口，大端内径记为N，其取值范围为53～55mm，所述托盘的高度记为K，其取值范围为33～41mm。弧形面杯子20上大下小两端开口，下端开口的内径大小记为M，其取值范围为65～68mm，弧形面杯子20下端到曲柄转动副中心的距离记为H。弧形面杯子20上放置水果，水果的直径大于弧形面杯子20下口的直径。
如图4所示，所述称重台19的下方设置在导柱13，所述导柱13上套设有直线轴承14，所述直线轴承14固定在机架1上。称重机构6在收到可伸缩电机8停止的信号后开始工作，称重电机16驱动曲柄滑块机构15周期性运动，称重台19在导柱13和直线轴承14的引导下向上运动，固定在应变梁17上的托盘18穿过弧形面杯子20向上顶升放在弧形面杯子20上的水果，应变梁17此时发生变形，应变梁17为称重传感器，应变梁17测出水果的重量。所述应变梁17通过A/D转换器将信号传给电脑，进行数据解析并绘图。
所述称重机构6的曲柄滑块机构15的曲柄长度记为R，连杆长度记为L，弧形面杯子20下端到曲柄转动副中心的距离记为H，参数H、R和L的取值范围及约束条件如下：
404mm≤H≤406mm
20mm≤R≤28mm
20mm≤L≤28mm。
150mm≤R+L≤165mm
如图3所示，所述定位机构5包括可伸缩电机8、导轨11、滑块12、定位连接件9和V型块10，所述导轨11和可伸缩电机8设置在机架1上，导轨11上设置有滑块12，滑块12上固定有定位连接件8，定位连接件9与可伸缩电机8相连接，定位连接件9上设有第一V型块，支架框21的侧面设有与第一V型块相配合的第二V型块。如图2所示，所述支架机构3的一侧设有光电开关7，所述光电开关7固定在机架1上，光电开光7与驱动机构4相连接。可伸缩电机8带动定位连接件9在导轨11上滑动推动V型块11配合，当完成测量后，可伸缩电机8带动V型块11复位，驱动结构4开始动作带动支架结构3继续运动。如图8所示，两V型块中心距离偏差在9mm以内，V型块的高度记为P，范围为22～24mm，V型块两端距离记为S，其范围为35～70mm。输送机构2与光电开关7相连接，输送机构2在收到光电开关7的信号后停止运行，可伸缩电机8在收到输送机构2停止的信号后开始工作。
如图9所示，小尺寸水果放在所述弧形面杯子上，水果特点为其纵向截面为一个椭圆削去顶端和底端两部分，高度记为X，宽度记为Y，取值范围如下：
70mm≤X≤85mm
80mm≤Y≤95mm。
所述称重机构周期性顶升，在称重机构运动过程中完成重量测量，从水果放置在弧形面杯子20上开始计时，称重的总时间为4.5s，曲柄底端运动到最高端为一个周期，记为T，周期内的重量数据记为w(t)，水果的实际重量记为W建立重量的计算模型。
具体的模型方程为：
其中：
如图10、图12所示，进行了实例检测，实例选了支架结构3内的四分之一区域进行检测，包含了6个检测工位，检测对象为柑橘。具体方法为提前打开电脑串口，使称重电机16运动，带动曲柄滑块机构15进行顶升，曲柄滑块机构在一个运动周期2s内完成检测，AD模块将数据传到电脑上，进行数据解析并绘图，各个水果的实际重量、测量重量和误差如下表所示，单个水果的误差在±0.5g内。本发明操作简单，使用方便，能够批量称重柑橘，且能保证称重过程中的稳定性，极大的提高了称重效率和准确性。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，所述顶升式小尺寸水果自动称重装置包括机架(1)、输送机构(2)、支架机构(3)、驱动机构(4)、定位机构(5)和称重机构(6)，所述输送机构(2)、支架机构(3)、驱动机构(4)、定位机构(5)和称重机构(6)设置在机架(1)上，驱动机构(4)通过输送机构(2)与支架机构(3)相连接，定位机构(5)设置在支架机构(3)的两侧，称重机构(6)设置在支架机构(3)的下方，所述称重机构(6)包括称重台(19)、曲柄滑块机构(15)、称重电机(16)、应变梁(17)和托盘(18)，所述称重电机(16)与曲柄滑块机构(15)相连接，曲柄滑块机构(15)与称重台(19)的下部相连接，称重台(19)上设有多个应变梁(17)，应变梁(17)上设置有托盘(18)，其特征在于：所述称重机构周期性顶升，在称重机构运动过程中完成重量测量，从水果放置在弧形面杯子上开始计时，称重的总时间为4.5s，曲柄底端运动到最高端为一个周期，记为T，周期内的重量数据记为w(t)，水果的实际重量记为W建立重量的计算模型，
具体的模型方程为：
其中：
所述曲柄滑块机构(15)的曲柄长度记为R，连杆长度记为L，弧形面杯子(20)下端到曲柄转动副中心的距离记为H，参数H、R和L的取值范围及约束条件如下：
2.如权利要求1所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述支架机构(3)包括支架框(21)和弧形面杯子(20)，所述支架框(21)下部设有滚轮，所述机架(1)上设有凹槽，滚轮设置在凹槽上，所述支架框(21)上设有多个弧形面杯子(20)，弧形面杯子(20)上大下小两端开口。
3.如权利要求2所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述托盘(18)与弧形面杯子(20)同轴设置，托盘(18)的直径小于弧形面杯子(20)下口的直径。
4.如权利要求1所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述托盘(18)为上大下小的圆台形，小端固定在应变梁上，大端为向上的开口。
5.如权利要求1所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述称重台(19)的下方设置在导柱(13)，所述导柱(13)上套设有直线轴承(14)，所述直线轴承(14)固定在机架(1)上。
6.如权利要求1所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述定位机构(5)包括可伸缩电机(8)、导轨(11)、滑块(12)、定位连接件(9)和V型块(10)，所述导轨(11)和可伸缩电机(8)设置在机架(1)上，导轨(11)上设置有滑块(12)，滑块(12)上固定有定位连接件(9)，定位连接件(9)与可伸缩电机(8)相连接，定位连接件(9)上设有第一V型块，支架框(21)的侧面设有与第一V型块相配合的第二V型块。
7.如权利要求1所述的一种使用顶升式小尺寸水果自动称重装置的称重方法，其特征在于：所述支架机构(3)的一侧设有光电开关(7)，所述光电开关(7)固定在机架(1)上，光电开关(7)与驱动机构(4)相连接。
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