CN115090543A - 一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，包括旋转指夹上料机构、恒位姿下料机构、分拨装置驱动机构、振动电机和传送检测机构；旋转指夹上料机构与恒位姿下料机构同轴心相接合，两对所述旋转指夹上料机构与恒位姿下料机构对称拼合组成分拨装置主体；分拨装置主体通过支架支撑；分拨装置驱动机构与振动电机固定在支架上；传送检测机构纵向置于分拨装置主体的侧面，恒位姿下料机构的下料滑道的出口位于传送检测机构的上方。本发明提高了菱角智能分拣的效率，降低人工成本的优点，相机采集恒定位姿菱角图像，提高了所采集图像的有效性及质量，提升了菱角分拣的准确性。

Description

一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置

技术领域

本发明涉及农产品智能加工机械技术领域，特别涉及一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置。

背景技术

菱角是一年生草本水生植物菱的果实，含有丰富的淀粉、蛋白质、葡萄糖、不饱和脂肪酸及多种维生素。菱角品种比较容易退化，退化的品种表现为长角、壳变厚、口感变差和产量下降。为保证邵伯菱的品种不断优化，要在菱角收获完毕后进行选种工作，同时在生产和售卖之前要根据品质对菱角进行分级收集。传统的选种分级方式主要由人工完成，人工目测的方式工作量大、效率低，且人工方式主观性较强错误率高。因此，衍生出了各种农产品自动选种分级装置，主要包括三类：基于大小形状的网筛型分拣装置、基于重量的传感器分拣方式、基于机器视觉的分拣方式。

现有的农作物智能分拣装置主要有以下问题：

（1）基于大小形状的网筛性分拣装置多适用于核桃之类类球体形状的农作物，通过加以震动装置使得对应层级的产品从对应网孔中落下，使用范围较为局限，对菱角之类形状复杂的农作物则无法适用；

（2）基于重量的传感器分拣方式，通过人工手动的方式将要分拣的农作物放入托盘，传送带运动，传感器通过感知质量，将对应重量的产品倒入对应的框中。但是该方式适用于质量较大的农作物，如土豆、苹果等，对菱角之类质量较小的农作物则难以适用，同时，人工手动放料的方式效率较低，成本高；

（3）基于机器视觉的分拣方式，利用相机采集图像，计算机通过计算分析给出分类结果，采用该方式的装置大都人工放料或者忽略的放料的环节，难以实现真正的自动化；

以上问题的存在制约着农作物智能分拣的质量和效率，不能满足农业智能生产加工的要求。

2012年，浙江大学的成芳等人提出了一种基于机器视觉技术的对虾品质检测分级装置（授权公告号：CN103056111B），该装置在出料模块中，采用了振荡送料器以及传感器，且每级振荡送料器的振荡速度逐级提升，从而逐级减少对虾的数量，达到每次输出到摄像头下只有单只对虾的效果。但是该装置单纯依靠振荡送料器的振动难以保证每次输出一只对虾，且无法保证对虾的统一位姿，视觉检测效果较差。

2019年，华中农业大学的涂鸣等人提出了一种菱角定向布料装置及菱角脱壳装置（授权公告号：CN110477409B），该装置在出料阶段采用C型输送通道来调整菱角的位姿，菱角从C形输送通道宽敞端运动至C形输送通道狭窄端，在狭窄端通过摩擦齿与菱角的接触来调整菱角输出时的角度。但是菱角在该C型输送通道中易卡住，甚至由于摩擦齿的摩擦会损坏菱角表面。

针对上述专利所存在出料效果较差的问题，2021年，西北农林科技大学的刘伟等人设计了一种类圆形果实采后分选流水线（授权公告号：CN 216174338B），该装置采用四自由度机械手臂搬运果实，可保证单个果实同等时间间隔输出到视觉检测模块。但是该装置所采用的机械手臂成本较高，且效率较低，不利于菱角加工企业大规模生产使用。

综上所述：针对菱角不同品质的外形特征，最适用于基于机器视觉的分拣选种方式。要实现相机规律性采集相同位姿菱角图片并计算分析给分拣模块发出分类信号的效果，就必须对出料模块进行改进。因此如何将菱角由堆状调整成恒位姿单个高效输出将是本专利要解决关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，能够将菱角由堆状调整成恒位姿单个高效输出，能有效地提高菱角分拣的效率和质量。

本发明的目的是这样实现的：一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，包括旋转指夹上料机构、恒位姿下料机构、分拨装置驱动机构、振动电机和传送检测机构；所述旋转指夹上料机构与恒位姿下料机构同轴心相接合，两对所述旋转指夹上料机构与恒位姿下料机构对称拼合组成分拨装置主体；所述分拨装置主体通过支架支撑；所述分拨装置驱动机构与振动电机固定在支架上；所述传送检测机构纵向置于分拨装置主体的侧面，所述恒位姿下料机构的下料滑道的出口位于传送检测机构的上方，与传送带的运动方向平行。

进一步的，所述旋转指夹上料机构包括玻璃罩、指夹压盘、凸轮、多个指夹器、指夹背板、凹凸振种带和毛刷；所述玻璃罩上设置有进料口；所述指夹器呈圆周分布，相邻的指夹器之间采用弹簧相连接，所述凸轮同轴心安装于所述指夹压盘中，所述指夹压盘上设置有凹槽，所述指夹器的柄部卡在指夹压盘的凹槽中，所述指夹压盘同轴心安装于指夹背板之上。

进一步的，所述指夹器上端设置有两个弯曲叶片，所述凸轮的表面一侧为平面，另外一侧呈渐变式凹陷，所述指夹器尾部设置有凸块；所述凸块与凸轮的表面接触，通过凸块与凸轮表面不同位置的接触，改变指夹器在转动过程中的抓夹角度。

进一步的，所述指夹背板的板面上方设置有第一扇形缺口，所述第一扇形缺口的一边安装有凹凸振种带，另外一边留有缺口用于拨出菱角；所述指夹背板的板面下方设置有第二扇形缺口，用于接收在恒位姿下料机构所掉落的菱角进行重新上料；所述指夹背板的上侧板壁上设置有毛刷。

进一步的，所述恒位姿下料机构包括外圈、导种轮、导种带轮和下料滑道；所述导种轮的外圈设置有若干个V型滑道，所述导种带轮位于所述导种轮的内圈，用于驱动所述导种轮转动；所述外圈为锥型圈，所述外圈上设置有开口，朝向检测传送机构；所述下料滑倒通过托板与指夹背板固定，所述下料滑道的入口指向外圈的开口，所述下料滑道的出口向下略倾斜，并指向所述传送检测机构。

进一步的，所述分拨装置驱动机构包括传动轴、从动带轮、皮带、驱动电机一和主动带轮；所述从动带轮与主动带轮通过皮带相连接；所述驱动电机一带动所述主动带轮转动，通过皮带带动所述从动带轮转动，从而使传动轴转动，驱动整个菱角分拨装置的工作。

进一步的，所述传送检测机构包括相机、传送带、驱动电机二和机架；所述驱动电机二设置在机架的下方，驱动所述传送带的运动，所述相机通过支架固定在传送带的上方，用于获取传送带上统一位姿的菱角图像。

本发明工作时，将菱角从分拨装置的两端玻璃罩上方的进料口倒入；菱角在指夹器的旋转下被夹住并随之旋转，指夹逐渐闭合，运动至凹凸振种带时，多余的菱角被振落或者被毛刷刷下，每个指夹中仅有一个菱角。然后，菱角落入指夹背板后部的导种轮上，经过导种轮和下料滑道的判断，位姿“错误”的菱角掉落重新上料，位姿“正确”的菱角以统一的位姿输出至传送带上。最后，菱角在传送带上运动至相机之下，经过相机采集图像并通过计算机计算分类，以作分拣处理。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：第一，旋转指夹结构以仿生的方式从菱角堆中夹持起菱角，菱角随指夹做圆周运动，当运动至凹凸振种带，配合毛刷的作用下将多余的菱角扫落，保证每个指夹中仅夹住一颗菱角。

第二，本发明利用导种轮和下料滑道之间对菱角位姿的判断作用，以及下料滑道端面形状对菱角位姿的保持，可以保证菱角在输出到传送带上呈现恒定的位姿，提高了图像的有效性及质量，进而提高计算机检测的准确度，最终提升菱角分拣的准确性。

第三，本发明采用两对旋转指夹上料机构与恒位姿下料机构对称拼合而成，引出两个下料滑道，提升了菱角选种的效率。

附图说明

图1本发明的总装图。

图2本发明的前视图。

图3本发明菱角分拨装置主要机构爆炸图。

图4本发明的旋转指夹上料机构内部示意图。

图5本发明的指夹器夹持菱角示意图。

图6本发明凸轮的结构示意图。

图7本发明的前视图。

图8本发明的恒位姿下料示意图。

图9本发明的下料滑道端面示意图。

其中，1旋转指夹上料机构，11玻璃罩，12指夹压盘，13凸轮，14弹簧，15指夹器，16指夹背板，17凹凸振种带，18毛刷，2恒位姿下料机构，21外圈，22导种轮，23导种带轮，24下料滑道，3分拨装置驱动机构，31传动轴，32从动带轮，33皮带，34驱动电机一，35主动带轮，4支架，5振动电机，6相机，7传送带，8驱动电机二，9机架，10菱角。

具体实施方式

如图1所示的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，包括旋转指夹上料机构1、恒位姿下料机构2、分拨装置驱动机构3、振动电机5和传送检测机构；旋转指夹上料机构1与恒位姿下料机构2同轴心相接合，两对旋转指夹上料机构1与恒位姿下料机构2对称拼合组成分拨装置主体；分拨装置主体通过支架4支撑；分拨装置驱动机构3与振动电机5固定在支架4上；传送检测机构纵向置于分拨装置主体的侧面，恒位姿下料机构2的下料滑道24的出口位于传送检测机构的上方，与传送带7的运动方向平行；传送检测机构包括相机6、传送带7、驱动电机二8和机架9；驱动电机二8设置在机架9的下方，驱动传送带7的运动，相机6通过支架固定在传送带7的上方，用于获取传送带上统一位姿的菱角图像；驱动电机二8驱动传送带7的运动，将菱角10源源不断的运送至相机6下方，菱角10统一位姿在传送带7上运动，相机6对其采集图像。

如图2所示，分拨装置驱动机构3包括传动轴31、从动带轮32、皮带33、驱动电机一34和主动带轮35；从动带轮32与主动带轮35通过皮带33相连接；驱动电机一34带动所述主动带轮35转动，通过皮带33带动从动带轮32转动，从而使传动轴31转动，驱动整个菱角分拨装置的工作。

如图3所示，旋转指夹上料机构1包括玻璃罩11、指夹压盘12、凸轮13、指夹器15、指夹背板16、凹凸振种带17和毛刷18；玻璃罩11上设置有进料口；十二个指夹器15呈圆周分布，相邻的指夹器之间采用弹簧14相连接，凸轮13同轴心安装于指夹压盘12中，指夹压盘12上设置有凹槽，指夹器15的柄部卡在指夹压盘12的凹槽中，指夹压盘12同轴心倒扣于指夹背板16之上；指夹压盘12用于固定住凸轮13和指夹器15。

指夹背板16的板面上方设置有第一扇形缺口，第一扇形缺口的一边安装有凹凸振种带17，另外一边留有缺口用于拨出菱角；指夹背板16的板面下方设置有第二扇形缺口，用于接收在恒位姿下料机构2所掉落的菱角进行重新上料；指夹背板16的上侧板壁上设置有毛刷18，毛刷18安装于凹凸振种带17前部。

恒位姿下料机构2包括外圈21、导种轮22、导种带轮23和下料滑道24；导种轮22的外圈设置有十二个V型滑道，导种带轮23位于导种轮22的内圈，用于驱动所述导种轮22转动；外圈21为锥型圈，朝指夹背板16侧直径较大，外圈21上设置有开口，朝向检测传送机构；下料滑倒24通过托板与指夹背板16固定，下料滑道24的入口指向外圈21的开口，下料滑道24的出口向下略倾斜，并指向所述传送检测机构。

如图5所示，指夹器15上端设置有两个弯曲叶片，似于两根手指，以仿生的方式将腔内的菱角10夹持；指夹器15尾部设置有凸块；如图6所示，凸轮13的表面一侧为平面，另外一侧呈渐变式凹陷；如图4所示，指夹器15尾部的凸块与凸轮13的表面接触，通过凸块与凸轮表面不同位置的接触，改变指夹器15在转动过程中的抓夹角度。当指夹器15尾部凸块转动到与凸轮13下表面凹陷区接触时，指夹器15作不同角度的扭转，方便两个弯曲叶片用于对底部菱角10做一个夹持动作，方便两个弯曲叶片对菱角的加持，当指夹器15尾部的凸块转动到与凸轮13上表面的平面接触时，指夹器15回到与平面平行的角度，此时指夹器15的两个弯曲叶片对菱角10进行夹紧。

如图7所示，指夹背板16上方设置有一段扇形缺口，凹凸振种带17靠右安装于缺口之中，左边剩余缺口用于拨出菱角10；指夹器15夹持起菱角10，圆周运动至凹凸振种带17时，调整位姿使得四角菱的小角置于指夹器15上端的两个弯曲叶片之间，如图5所示；同时，凹凸振种带17将多余的菱角10振落，搭配毛刷18的作用，避免一夹多种的情况。指夹背板16的下方也有一段扇形缺口，用于接收在恒位姿下料机构2所掉落的菱角10进行重新上料。

如图8所示，由导种轮22与下料滑道24完成菱角10位姿的调整，当菱角10落至导种轮22外圈的V型滑道时，仅会出现两种位姿，即菱角10短角落于V型滑道的V槽底部和菱角10脊部落于V型滑道的V槽底部，且菱角10的长轴与V型滑道的底线平行；导种轮22外圈的V型滑道的输出端与下料滑道24的输入端都呈V型相对接，且之间留有间隙。

当菱角10短角落于导种轮22的V型滑道的V槽底部时，如图8左图所示，该位姿为“错误”位姿，在振动电机5的作用下，菱角10向前运动，当运动至接口处时，菱角10的下短角从接口处漏出，进而从两边间隙掉落；由于整个分拨装置由两对旋转指夹上料机构1与恒位姿下料机构2对称拼合组成，因此外圈21直径较小的一端呈拱型相接，将导种轮22包围在内，当菱角10判断为“错误位姿”掉落时，落在拱型空腔中会向两边滑落，通过指夹背板16下方扇形缺口直至旋转指夹上料机构1的进料仓内，进行重新上料工作。

当菱角10脊部落于导种轮22的V型滑道V槽底部，如图8右图所示，该位姿为“正确”位姿，由于菱角10脊部两个长角向下弯曲，所以在菱角10运动至接口处时，菱角10顺利通过，运动至下料滑道24上；如图9所示，下料滑道24端面形状与菱角10端面形状相符，菱角10在下料滑道24上保持脊部朝下，且长轴与运动方向相平行的位姿，在振动电机5的作用下运动至下料滑道24的出口；下料滑道24出口空缺左半边，保证菱角10在下落到传送带7上时保持一边倒的统一位姿。同时由于分拨装置采用两对旋转指夹上料机构1与恒位姿下料机构2对称拼合而成，引出两个下料滑道24，使菱角两列高效输出。

由下料滑道24输出的统一位姿的菱角10源源不断的传送至相机6下方，相机6获取菱角10的图像，传送至计算机进行计算分类，得到菱角10的选种结果为下一步的分拣工作奠定基础。

本发明工作时，将菱角从分拨装置的两端玻璃罩11上方的进料口倒入，菱角分拨装置开始运作，指夹压盘12带动指夹器15开始转动；指夹器15运动至底部时叶片张开，菱角10在指夹器15的旋转下被夹住并随之旋转，指夹逐渐闭合，运动至凹凸振种带17时，多余的菱角被振落或者被毛刷18刷下，每个指夹器15中仅有一个菱角10；菱角10落入指夹背板16后部的导种轮22上，经过导种轮22和下料滑道24的判断，位姿“错误”的菱角掉落重新上料，位姿“正确”的菱角10以统一的位姿输出至传送带7上；菱角10在传送带7上运动至相机6之下，经过相机6采集图像并通过计算机计算分类，以作分拣处理。

本发明提供的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，与现有技术相比较体现了其提高了菱角智能分拣的效率，降低人工成本的优点，相机采集恒定位姿菱角图像，提高了所采集图像的有效性及质量，提升了菱角分拣的准确性。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，包括旋转指夹上料机构（1）、恒位姿下料机构（2）、分拨装置驱动机构（3）、振动电机（5）和传送检测机构；所述旋转指夹上料机构（1）与恒位姿下料机构（2）同轴心相接合，两对所述旋转指夹上料机构（1）与恒位姿下料机构（2）对称拼合组成分拨装置主体；所述分拨装置主体通过支架（4）支撑；所述分拨装置驱动机构（3）与振动电机（5）固定在支架（4）上；所述传送检测机构纵向置于分拨装置主体的侧面，所述恒位姿下料机构（2）的下料滑道（24）的出口位于传送检测机构的上方，与传送带（7）的运动方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述旋转指夹上料机构（1）包括玻璃罩（11）、指夹压盘（12）、凸轮（13）、多个指夹器（15）、指夹背板（16）、凹凸振种带（17）和毛刷（18）；所述玻璃罩（11）上设置有进料口；所述指夹器（15）呈圆周分布，相邻的指夹器之间采用弹簧（14）相连接，所述凸轮（13）同轴心安装于所述指夹压盘（12）中，所述指夹压盘（12）上设置有凹槽，所述指夹器（15）的柄部卡在指夹压盘（12）的凹槽中，所述指夹压盘（12）同轴心安装于指夹背板（16）之上。

3.根据权利要求2所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述指夹器（15）上端设置有两个弯曲叶片，所述凸轮（13）的表面一侧为平面，另外一侧呈渐变式凹陷，所述指夹器（15）尾部设置有凸块；所述凸块与凸轮（13）的表面接触，通过凸块与凸轮表面不同位置的接触，改变指夹器（15）在转动过程中的抓夹角度。

4.根据权利要求2所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述指夹背板（16）的板面上方设置有第一扇形缺口，所述第一扇形缺口的一边安装有凹凸振种带（17），另外一边留有缺口用于拨出菱角；所述指夹背板（16）的板面下方设置有第二扇形缺口，用于接收在恒位姿下料机构（2）所掉落的菱角进行重新上料；所述指夹背板（16）的上侧板壁上设置有毛刷（18）。

5.根据权利要求1所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述恒位姿下料机构（2）包括外圈（21）、导种轮（22）、导种带轮（23）和下料滑道（24）；所述导种轮（22）的外圈设置有若干个V型滑道，所述导种带轮（23）位于所述导种轮（22）的内圈，用于驱动所述导种轮（22）转动；所述外圈（21）为锥型圈，所述外圈（21）上设置有开口，朝向检测传送机构；所述下料滑倒（24）通过托板与指夹背板（16）固定，所述下料滑道（24）的入口指向外圈（21）的开口，所述下料滑道（24）的出口向下略倾斜，并指向所述传送检测机构。

6.根据权利要求1所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述分拨装置驱动机构（3）包括传动轴（31）、从动带轮（32）、皮带（33）、驱动电机一（34）和主动带轮（35）；所述从动带轮（32）与主动带轮（35）通过皮带（33）相连接；所述驱动电机一（34）带动所述主动带轮（35）转动，通过皮带（33）带动所述从动带轮（32）转动，从而使传动轴（31）转动，驱动整个菱角分拨装置的工作。

7.根据权利要求1所述的一种旋转指夹振动式两列恒姿态菱角分拨装置，其特征在于，所述传送检测机构包括相机（6）、传送带（7）、驱动电机二（8）和机架（9）；所述驱动电机二（8）设置在机架（9）的下方，驱动所述传送带（7）的运动，所述相机（6）通过支架固定在传送带（7）的上方，用于获取传送带上统一位姿的菱角图像。

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