CN115363221B - 一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机 - Google Patents

一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，包括输送与调姿装置，压紧装置，去心执行装置，传感与测量装置，控制系统；所述输送与调姿装置用于向去心工位输送经过定心的莲子；所述莲子压紧装置包括压轮和可控位移机构，用于与输送与调姿装置配合实现对去心工位中的莲子的压紧；所述传感与测量装置用于在线测量莲子中心高度与去心钻头轴线高度位置；控制系统根据莲子中心高度和去心钻头轴线高度数据，采用闭环控制形式自动调整去心执行装置中的去心电机高度位置，使去心钻头与莲子轴线保持同轴，随后完成准确去心。本发明通过在线测量与闭环控制实现对莲子大小的自动适应和准确去心加工，可防止钻偏从而有效提升莲子去心加工质量。

Description

一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机
技术领域
本发明涉及莲子加工领域，特别是涉及一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机。
背景技术
莲子是一种重要的农产品，具有很高的食用和药用价值，在我国多个省份广泛种植。莲子由莲仁和莲心组成，莲心味道苦涩，因此用作食材前需要将其去除。现阶段，莲心的去除包括手工作业和机械作业两种形式，其中，手工作业靠人工操作钻头或者冲头去除莲心，存在劳动强度大、加工质量稳定性不高、加工效率低、安全风险高、卫生隐患大等问题。而现阶段存在的机械化莲子去心设备多采用结构固定的去心加工工位对莲子进行加工，虽然加工效率高，但是难以保证对不同大小莲子的准确去心，容易造成钻偏、钻碎等加工缺陷，从而产生经济损失和资源浪费。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可以实现对不同大小莲子准确去心的基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机。
本发明采用的方案是：一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，包括至少一组去心机构，其特征在于：所述去心机构包括机架、进料装置、输送与调姿装置、莲子压紧装置、去心执行装置、传感与测量装置、集料装置和控制系统；所述输送与调姿装置包括滚子链机构和调姿机构，所述滚子链机构位于机架的上方，包括步进电机A、滚子链条、主动链轮、从动链轮，用于输送莲子；所述进料装置位于滚子链机构的一端，用于向滚子链条上供给莲子；所述调姿机构位于滚子链机构中上方链条的下方，包括摩擦带、主动带轮、从动带轮、中间轮、驱动电机，所述摩擦带用于带动滚子链条上的滚子旋转，实现对滚子链条上的莲子的定心调姿；所述莲子压紧装置位于滚子链机构的另一端，安装于与机架相连的安装板上，包括导轨滑块机构、可控移动机构、提升杆，所述导轨滑块机构包括导轨、滑块、连接板、压轮，所述导轨沿Z方向布置，所述滑块安装于导轨上，所述压轮安装于连接板下部，轮周上开设有凹槽，用于限制莲子的窜动，所述连接板与滑块相连，所述滑块在重力的作用下沿导轨下滑，直至压轮接触莲子并将莲子压紧；所述提升杆一端与可控移动机构中的螺母平台相连，其另一端插入滑块上开设的槽中，用于在可控移动机构的驱动下提升滑块，所述槽的高度尺寸H大于提升杆的高度尺寸h；所述去心执行装置位于滚子链条的一侧，正对于另一侧的莲子压紧装置，包括位移平台、去心电机、去心钻头、钻夹头，所述去心电机安装于位移平台上，所述位移平台用于控制去心电机的沿Z方向的高度位置，并实现去心钻头的沿X方向的工作进给与退刀运动，所述去心钻头通过钻夹头与去心电机轴相连；所述传感与测量装置包括莲子中心高度位置测量组件、去心钻头高度位置测量组件、链轮转角测量组件，所述莲子中心高度位置测量组件位于莲子压紧装置的一侧，包括位移传感器A和连接杆，所述连接杆一端与位移传感器A的移动部分相连，另一端与滑块相连，用于测量滑块的高度位置，进而通过换算得到莲子中心的高度数据信息；所述去心钻头高度位置测量组件安装于机架上，包括位移传感器B，所述位移传感器B用于测量去心电机的轴线高度，进而获取去心钻头轴线高度数据信息；所述链轮转角测量组件包括角位移传感器，安装于链轮轴上，用于测量链轮轮齿的相位及转角信息，为加工过程提供周期性时序信号；所述集料装置包括莲子收集装置和莲心碎屑收集装置，所述莲子收集装置安装于机架上靠近滚子链条出料口的一侧，用于收集去心后的莲子，所述莲心碎屑收集装置位于去心执行装置处的滚子链条下方的机架上，用于收集去心钻削碎屑；所述控制系统控制滚子链机构间歇运行，当目标莲子随滚子链条运动进入去心工位后，滚子链条暂停运行；当前工作滚轮A、工作滚轮B分别与中间轮和从动带轮对齐，并被摩擦带驱动旋转，所述工作滚轮A、工作滚轮B带动莲子旋转；所述导轨滑块机构中的滑块下移使压轮将莲子压紧，控制系统根据莲子中心高度位置测量组件获取的莲子中心高度数据信息控制位移平台调整去心钻头的高度位置，并通过位移传感器B获取去心钻头实时高度数据，通过闭环控制实现去心钻头与莲子中心的准确对齐；去心执行装置执行去心加工；完成去心后，可控移动机构的螺母平台上移，莲子随滚子链链条继续前行，直至落入集料装置的莲子收集装置中。
作为本方案的进一步优化与限定，所述可控移动机构在本发明中为滚珠丝杆机构，包括步进电机B、滚珠丝杆、螺母平台；控制系统通过控制步进电机B的正反转和转速从而控制螺母平台的移动。
作为本方案的进一步优化与限定，所述位移平台包括去心电机安装平台、步进电机C、步进电机D，拥有沿X、Z两个方向的移动自由度；控制系统通过控制步进电机D的正反转和转速从而控制去心电机沿Z方向的移动，控制系统通过控制步进电机C的正反转和转速从而控制去心电机沿X方向的移动。
作为本方案的进一步优化与限定，所述进料装置是连续向滚子链条上的滚轮之间的链节空间中逐颗供给莲子。
作为本方案的进一步优化与限定，所述滑块上开设的槽的高度H与提升杆的高度h之间的尺寸关系为：H-h>＝Dmax-Dmin，其中Dmax为加工莲子中最大莲子的直径，Dmin为加工莲子中最小莲子的直径；该尺寸关系使得当压轮压紧莲子时，提升杆在预设程序的控制下继续向下运动直至停止，期间不会与槽的下表面产生干涉，H和h高度尺寸的选取，应符合以下规则：加工最大莲子时，提升杆的下表面不与槽的下表面发生干涉；加工最小莲子时，提升杆的上表面不与槽的上表面发生干涉。
作为本方案的进一步优化与限定，所述去心执行装置针对不同状态的莲子采用不同的执行元件完成加工：采用去心钻头时用于干莲子钻削去心；采用去心冲针时用于新鲜莲子的去心加工。
作为本方案的进一步优化与限定，机架上安装有多组去心机构时，各组去心机构通过主动链轮轴、从动链轮轴、主动带轮轴、从动带轮轴、中间轴连接，并实现动力传递。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用传感与测量装置在线测量莲子中心高度与去心钻头轴线高度，并利用控制系统根据莲子中心和钻头中心高度测量数据，采用闭环控制形式自动调整去心执行装置中的去心电机高度位置，从而使去心钻头与莲子轴线保持同轴，完成准确去心。本发明可有效防止钻偏、崩碎等现象产生，从而有效提升莲子去心加工质量并大幅减小经济损失和资源浪费。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明整体结构轴测图；
图2为本发明整体结构俯视图；
图3为本发明整体结构主视图；
图4为本发明中输送与调姿装置立体图；
图5为本发明中输送与调姿装置视图；
图6为本发明中莲子压紧装置视图；
图7为本发明中去心执行装置视图；
图8为本发明单个加工周期工作流程图；
图9为本发明去心钻头高度闭环控制系统图。
图中，1-机架；2-进料装置；3-输送与调姿装置；31-滚子链机构；311-步进电机A；312-主动链轮；313-滚子链条；314-从动链轮；315-工作滚轮A；316-工作滚轮B；32-调姿机构；321-驱动电机；322-主动带轮；323-中间轮；324-从动带轮；325-摩擦带；331-从动链轮轴；332-主动链轮轴；333-从动带轮轴；334-中间轴；335-主动带轮轴；4-莲子压紧装置；41-导轨滑块机构；411-滑块；411-1-槽；412-导轨；413-压轮；413-1-凹槽；414-连接板；42-可控移动机构；421-步进电机B；422-滚珠丝杆；423-螺母平台；43-提升杆；5-去心执行装置；51-去心电机；52-钻夹头；53-去心钻头；54-位移平台；541-步进电机C；542-步进电机D；543-去心电机安装平台；6-传感与测量装置；61-莲子中心高度位置测量组件；611-位移传感器A；612-连接杆；62-去心钻头高度位置测量组件；621-位移传感器B；63-链轮转角测量组件；631-角位移传感器；7-集料装置；71-莲子收集装置；72-莲心碎屑收集装置；8-控制系统；9-安装板；10-待加工莲子。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，包括至少一组去心机构，所述去心机构包括机架1、进料装置2、输送与调姿装置3、莲子压紧装置4、去心执行装置5、传感与测量装置6、集料装置7和控制系统8。
如图3、4、5所示，所述输送与调姿装置3包括滚子链机构31和调姿机构32，所述滚子链机构31位于机架1的上方，包括步进电机A311、滚子链条313、主动链轮312、从动链轮314，用于输送莲子；所述进料装置2位于滚子链机构31的一端，用于向滚子链条313上供给莲子；所述调姿机构32位于滚子链机构31中上方链条的下方，包括摩擦带325、主动带轮322、从动带轮324、中间轮323、驱动电机321，所述摩擦带325用于带动滚子链条313上的滚子旋转，实现对滚子链条313上的莲子的定心调姿。
如图3、6所示，所述莲子压紧装置4位于滚子链机构31的另一端，安装于与机架1相连的安装板9上，包括导轨滑块机构41、可控移动机构42、提升杆43，所述导轨滑块机构41包括导轨412、滑块411、连接板414、压轮413，所述导轨412沿Z方向布置，所述滑块411安装于导轨412上，所述压轮413安装于连接板414下部，轮周上开设有凹槽413-1，用于限制莲子的窜动，所述连接板414与滑块411相连，所述滑块411在重力的作用下沿导轨412下滑，直至压轮413接触莲子并将莲子压紧；所述提升杆43一端与可控移动机构42中的螺母平台423相连，其另一端插入滑块411上开设的槽411-1中，用于在可控移动机构42的驱动下提升滑块411，所述槽411-1的高度尺寸H大于提升杆43的高度尺寸h。
如图7所示，所述去心执行装置5位于滚子链条313的一侧，正对于另一侧的莲子压紧装置4，包括位移平台54、去心电机51、去心钻头53、钻夹头52，所述去心电机51安装于位移平台54上，所述位移平台54用于控制去心电机51的沿Z方向的高度位置，并实现去心钻头53的沿X方向的工作进给与退刀运动，所述去心钻头53通过钻夹头52与去心电机51轴相连。
如图1、3、6、7所示，所述传感与测量装置6包括莲子中心高度位置测量组件61、去心钻头高度位置测量组件62、链轮转角测量组件63，所述莲子中心高度位置测量组件61位于莲子压紧装置4的一侧，包括位移传感器A611和连接杆612，所述连接杆612一端与位移传感器A611的移动部分相连，另一端与滑块411相连，用于测量滑块411的高度位置，进而通过换算得到莲子中心的高度数据信息；所述去心钻头高度位置测量组件62安装于机架1上，包括位移传感器B621，所述位移传感器B621用于测量去心电机51的轴线高度，进而获取去心钻头53轴线高度数据信息；所述链轮转角测量组件63包括角位移传感器631，安装于链轮轴上，用于测量链轮轮齿的相位及转角信息，为加工过程提供周期性时序信号。
如图1-3所示，所述集料装置7包括莲子收集装置71和莲心碎屑收集装置72，所述莲子收集装置71安装于机架1上靠近滚子链条313出料口的一侧，用于收集去心后的莲子，所述莲心碎屑收集装置72位于去心执行装置5处的滚子链条313下方的机架1上，用于收集去心钻削碎屑。
如图6-9所示，所述控制系统8控制滚子链机构31间歇运行，当目标莲子随滚子链条313运动进入去心工位后，滚子链条313暂停运行；当前工作滚轮A315、B316分别与中间轮323和从动带轮324对齐，并被摩擦带325驱动旋转，所述工作滚轮A315、B316带动莲子旋转；所述导轨滑块机构41中的滑块411下移使压轮413将莲子压紧，控制系统8根据莲子中心高度位置测量组件61获取的莲子中心高度数据信息控制位移平台54调整去心钻头53的高度位置，并通过位移传感器B621获取去心钻头53实时高度数据，通过闭环控制实现去心钻头53与莲子中心的准确对齐；去心执行装置5执行去心加工；完成去心后，可控移动机构42的螺母平台423上移，莲子随滚子链条313继续前行，直至落入集料装置7的莲子收集装置71中。
如图6所示，所述可控移动机构42在本发明中为滚珠丝杆机构，包括步进电机B421、滚珠丝杆422、螺母平台423；控制系统8通过控制步进电机B421的正反转和转速从而控制螺母平台423的移动。
如图7所示，所述位移平台54包括去心电机安装平台543、步进电机C541、步进电机D542，拥有沿X、Z两个方向的移动自由度；控制系统8通过控制步进电机D542的正反转和转速从而控制去心电机51沿Z方向的移动，控制系统8通过控制步进电机C541正反转和转速从而控制去心电机51沿X方向的移动。
如图3所示，所述进料装置2是连续向滚子链条313上的滚轮之间的链节空间中逐颗供给莲子。
如图6所示，所述滑块411上开设的槽411-1的高度H与提升杆43的高度h之间的尺寸关系为：H-h>＝Dmax-Dmin，其中Dmax为加工莲子中最大莲子的直径，Dmin为加工莲子中最小莲子的直径；该尺寸关系使得当压轮413压紧莲子10时，提升杆43在预设程序的控制下继续向下运动直至停止，期间不会与槽411-1的下表面产生干涉，H和h高度尺寸的选取，应符合以下规则：加工最大莲子时，提升杆43的下表面不与槽411-1的下表面发生干涉；加工最小莲子时，提升杆43的上表面不与槽411-1的上表面发生干涉。
如图2、4所示，机架1上安装有多组去心机构时，各组去心机构通过主动链轮轴332、从动链轮轴331、主动带轮轴335、从动带轮轴333、中间轴334连接，并实现动力传递。
如图7所示，所述去心执行装置5针对不同状态的莲子采用不同的执行元件完成加工：采用去心钻头时用于干莲子钻削去心；采用去心冲针时用于新鲜莲子的去心加工。
如图1-9所示，本发明一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机工作过程如下：当莲子经过进料装置2送料至输送与调姿装置3时，步进电机A311运转，驱动滚子链条313输送莲子；莲子随滚子链条313向前移动，进入调姿机构32进行调姿，当从动链轮314转过一定角度，即一个输送周期完成时，角位移传感器631发出信号给控制系统8，控制系统8发出指令给步进电机A311和可控移动机构42，步进电机A311停转，滚子链条313停止移动，同时，可控移动机构42下移，滑块411随之下移，直至压轮413压紧莲子；位移传感器A611随即测量并将测量数据传输至控制系统8，控制系统8计算出莲子中心轴线高度并与位移传感器B621的数据进行对比，若一致，则控制系统8发出指令给位移平台54，位移平台54沿X方向往复移动一次，使得去心电机51完成加工和退刀的动作，若不一致，则控制系统8发出指令给位移平台54，位移平台54沿Z方向移动，直至位移传感器B621的数据与莲子中心轴线高度一致，再进行加工操作；加工操作完成后，控制系统8发出指令给步进电机A311和角位移传感器631，步进电机A311开始转动，滚子链条313移动，加工完成的莲子移动最终进入集料装置7中莲子收集装置71中，莲心碎屑落入莲心碎屑收集装置72中，角位移传感器631数据重置，进行下一个工作周期。

Claims (7)

1.一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，包括至少一组去心机构，其特征在于：所述去心机构包括机架、进料装置、输送与调姿装置、莲子压紧装置、去心执行装置、传感与测量装置、集料装置和控制系统；所述输送与调姿装置包括滚子链机构和调姿机构，所述滚子链机构位于机架的上方，包括步进电机A、滚子链条、主动链轮、从动链轮，用于输送莲子；所述进料装置位于滚子链机构的一端，用于向滚子链条上供给莲子；所述调姿机构位于滚子链机构中上方链条的下方，包括摩擦带、主动带轮、从动带轮、中间轮、驱动电机，所述摩擦带用于带动滚子链条上的滚子旋转，实现对滚子链条上的莲子的定心调姿；所述莲子压紧装置位于滚子链机构的另一端，安装于与机架相连的安装板上，包括导轨滑块机构、可控移动机构、提升杆，所述导轨滑块机构包括导轨、滑块、连接板、压轮，所述导轨沿Z方向布置，所述滑块安装于导轨上，所述压轮安装于连接板下部，轮周上开设有凹槽，用于限制莲子的窜动，所述连接板与滑块相连，所述滑块在重力的作用下沿导轨下滑，直至压轮接触莲子并将莲子压紧；所述提升杆一端与可控移动机构中的螺母平台相连，其另一端插入滑块上开设的槽中，用于在可控移动机构的驱动下提升滑块，所述槽的高度尺寸H大于提升杆的高度尺寸h；所述去心执行装置位于滚子链条的一侧，正对于另一侧的莲子压紧装置，包括位移平台、去心电机、去心钻头、钻夹头，所述去心电机安装于位移平台上，所述位移平台用于控制去心电机的沿Z方向的高度位置，并实现去心钻头的沿X方向的工作进给与退刀运动，所述去心钻头通过钻夹头与去心电机轴相连；所述传感与测量装置包括莲子中心高度位置测量组件、去心钻头高度位置测量组件、链轮转角测量组件，所述莲子中心高度位置测量组件位于莲子压紧装置的一侧，包括位移传感器A和连接杆，所述连接杆一端与位移传感器A的移动部分相连，另一端与滑块相连，用于测量滑块的高度位置，进而通过换算得到莲子中心高度数据信息；所述去心钻头高度位置测量组件安装于机架上，包括位移传感器B，所述位移传感器B用于测量去心电机的轴线高度，进而获取去心钻头轴线高度数据信息；所述链轮转角测量组件包括角位移传感器，安装于链轮轴上，用于测量链轮轮齿的相位及转角信息，为加工过程提供周期性时序信号；所述集料装置包括莲子收集装置和莲心碎屑收集装置，所述莲子收集装置安装于机架上靠近滚子链条出料口的一侧，用于收集去心后的莲子，所述莲心碎屑收集装置位于去心执行装置处的滚子链条下方的机架上，用于收集去心钻削碎屑；所述控制系统控制滚子链机构间歇运行，当目标莲子随滚子链条运动进入去心工位后，滚子链条暂停运行；当前工作滚轮A、B分别与中间轮和从动带轮对齐，并被摩擦带驱动旋转，所述工作滚轮A、B带动莲子旋转；所述导轨滑块机构中的滑块下移使压轮将莲子压紧，控制系统根据莲子中心高度位置测量组件获取的莲子中心高度数据信息控制位移平台调整去心钻头的高度位置，并通过位移传感器B获取去心钻头实时高度数据，通过闭环控制实现去心钻头与莲子中心的准确对齐；去心执行装置执行去心加工；完成去心后，可控移动机构的螺母平台上移，莲子随滚子链条继续前行，直至落入集料装置的莲子收集装置中。
2.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：所述可控移动机构在本发明中为滚珠丝杆机构，包括步进电机B、滚珠丝杆、螺母平台；控制系统通过控制步进电机B的正反转和转速从而控制螺母平台的移动。
3.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：所述位移平台包括去心电机安装平台、步进电机C、步进电机D，拥有沿X、Z两个方向的移动自由度；控制系统通过控制步进电机D的正反转和转速从而控制去心电机沿Z方向的移动，控制系统通过控制步进电机C的正反转和转速从而控制去心电机沿X方向的移动。
4.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：所述进料装置是连续向滚子链条上的滚轮之间的链节空间中逐颗供给莲子。
5.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：所述滑块上开设的槽的高度H与提升杆的高度h之间的尺寸关系为：H-h>＝Dmax-Dmin，其中Dmax为加工莲子中最大莲子的直径，Dmin为加工莲子中最小莲子的直径；该尺寸关系使得当压轮压紧莲子时，提升杆在预设程序的控制下继续向下运动直至停止，期间不会与槽的下表面产生干涉，H和h高度尺寸的选取，应符合以下规则：加工最大莲子时，提升杆的下表面不与槽的下表面发生干涉；加工最小莲子时，提升杆的上表面不与槽的上表面发生干涉。
6.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：所述去心执行装置针对不同状态的莲子采用不同的执行元件完成加工：采用去心钻头时用于干莲子钻削去心；采用去心冲针时用于新鲜莲子的去心加工。
7.如权利要求1所述的一种基于位置测量与自动控制技术的莲子去心机，其特征在于：机架上安装有多组去心机构时，各组去心机构通过主动链轮轴、从动链轮轴、主动带轮轴、从动带轮轴、中间轴连接，并实现动力传递。
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