CN115581142A - 一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置，包括视觉模块支架、视觉模块、回收箱、底盘车、挖掘组件、滚筒输送组件，其中，滚筒输送组件设置在底盘车上，挖掘组件安装在底盘车的前侧，挖掘组件的上端与滚筒输送组件齐平，回收箱安装在底盘车的后侧，挖掘组件用于挖掘和采摘甘薯，滚筒输送组件用于将甘薯从挖掘组件的前端运输至后端并最终落入回收箱中，回收箱上端开口，下表面为网状结构；视觉模块支架固定在滚筒输送组件上，视觉模块固定在视觉模块支架上且定位在滚筒输送组件上方，用于检测在滚筒输送组件上移动的甘薯的数量和破皮率。本发明可以在线检测甘薯数量与破皮率，有效节省人工测量成本与劳动力。

Description

一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置
技术领域
本发明属于农用机械设备技术领域，具体涉及一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置。
背景技术
中国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯在我国种植广泛，其具有很高的药用、食用、经济价值。因此，许多专家学者设计制造出了甘薯收获机、甘薯收挖机等装置。然而，目前的甘薯收获机难以避免收获过程中对甘薯造成破皮损伤，并且甘薯数量与破皮率仍需人工测量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置，包括视觉模块支架、视觉模块、回收箱、底盘车、挖掘组件、滚筒输送组件，其中，
所述滚筒输送组件设置在所述底盘车上，所述挖掘组件安装在所述底盘车的前侧，所述挖掘组件的上端与所述滚筒输送组件齐平，所述回收箱安装在所述底盘车的后侧，所述挖掘组件用于挖掘和采摘甘薯并将甘薯输送至所述滚筒输送组件，所述滚筒输送组件用于将甘薯从所述挖掘组件的前端运输至后端并最终落入所述回收箱中，所述回收箱上端开口，下表面为网状结构；
所述视觉模块支架固定在所述滚筒输送组件上，所述视觉模块固定在所述视觉模块支架上且定位在所述滚筒输送组件上方，用于检测在所述滚筒输送组件上移动的甘薯的数量和破皮率。
在本发明的一个实施例中，所述挖掘组件包括一个固定杆，所述固定杆连接在所述滚筒输送组件的前端，所述固定杆的下端均匀设置有多个弧状的挖掘齿，所述挖掘齿朝向所述底盘车斜下方平滑弯曲。
在本发明的一个实施例中，所述固定杆的两端分别设置有一个圆弧形挡板，多个挖掘齿均位于两个挡板之间。
在本发明的一个实施例中，所述滚筒输送组件包括滚筒传输框架、多个滚筒和驱动模块，其中，
所述滚筒传输框架至少包括平行设置的第一安装杆和第二安装杆，所述多个滚筒平行间隔设置在所述第一安装杆与所述第二安装杆之间且能够在所述驱动模块的驱动下相对于所述第一安装杆与所述第二安装杆沿同一方向转动；
每个滚筒的表面沿周向设置有多个橡胶凸出部。
在本发明的一个实施例中，所述驱动模块包括滚子、滚筒皮带、电机皮带和电机，其中，
每个滚筒的一端均固定连接有一个滚子，相邻滚筒之间通过滚筒皮带连接以传递动力，所述电机皮带连接在所述电机的输出轴与任一个滚子之间，用于将电机的驱动力传输至滚筒，所述电机设置在所述滚筒传输框架的下方。
在本发明的一个实施例中，所述第一安装杆和所述第二安装杆中的至少一个为空心杆，所述滚子和所述滚筒皮带置于第一安装杆或第二安装杆的中空内腔。
在本发明的一个实施例中，所述滚筒传输框架的下端安装有第一支撑架和第二支撑架，以支撑所述滚筒传输框架，其中，所述第一支撑架位于靠近所述回收箱的一端，所述第二支撑架位于靠近所述挖掘组件的一端，所述电机固定在所述第一支撑架的一侧。
在本发明的一个实施例中，所述视觉模块包括图像采集单元和处理器，其中，
所述图像采集单元用于获取所述滚筒输送组件上甘薯的点云数据图像和彩色图像；
所述处理器用于根据所述点云数据图像获得经过所述滚筒输送组件的甘薯数量，以及根据所述彩色图像获得经过所述滚筒输送组件的甘薯破皮率。
在本发明的一个实施例中，所述处理器包括数量检测模块和破皮率检测模块，其中，
所述数量检测模块用于：
对所述图像采集单元获取的点云数据图像进行分割，提取甘薯的点云数据，利用甘薯的点云数据生成甘薯点云模型，根据所述甘薯点云模型确定甘薯的数量；
所述破皮率检测模块用于：
根据甘薯破皮处与正常表皮颜色特征的不同，对所述图像采集单元获取的甘薯彩色图像进行检测，以甘薯表面是否有白色区域判断当前甘薯是否存在破皮；持续统计经过检测区域的破皮甘薯数量并计算得到甘薯破皮率。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明提供的甘薯数量及破皮率的在线检测装置通过将挖掘出的甘薯送至滚筒输送组件，借助于滚筒输送组件上的滚筒，不仅将甘薯表面附带的泥土去除，而且将甘薯360°翻滚并向前运输，同时通过视觉模块检测出甘薯数量以及甘薯破皮率，检测完成的甘薯最终被输送至回收箱，因此该在线检测装置可以在线检测甘薯数量与破皮率，节省了人工测量成本与劳动力，弥补了现有甘薯收获机功能上的不足。
2、本发明借助于滚筒输送组件上的滚筒，不仅将甘薯表面附带的泥土去除，而且将甘薯360°翻滚并向前运输，为视觉模块精准检测提供了保障；借助回收箱网状底部结构，可以对甘薯进行回收和二次去土。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种滚筒输送组件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种滚筒的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种回收箱的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置的工作流程图；
图6、图7和图8分别是本发明实施例提供的甘薯数量及破皮率的在线检测装置在不同阶段的工作过程示意图。
附图标记说明：
1-视觉模块支架；2-视觉模块；3-回收箱；4-底盘车；5-挖掘组件；51-固定杆；52-挖掘齿；53-挡板；6-滚筒输送组件；61-滚筒传输框架；611-第一安装杆；612-第二安装杆；62-滚筒；621-橡胶凸出部；63-驱动模块；631-滚子；632-滚筒皮带；633-电机皮带；634-电机；64-第一支撑架；65-第二支撑架；7-甘薯；8-检测区域。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置的结构示意图。该在线检测装置包括视觉模块支架1、视觉模块2、回收箱3、底盘车4、挖掘组件5、滚筒输送组件6，其中，滚筒输送组件6设置在底盘车4上，挖掘组件5安装在底盘车4的前侧，挖掘组件5的上端与滚筒输送组件6齐平，回收箱3安装在底盘车4的后侧，挖掘组件5用于挖掘和采摘甘薯并将甘薯输送至滚筒输送组件6，滚筒输送组件6用于将甘薯从挖掘组件5的前端运输至后端并最终落入回收箱3中，回收箱3上端开口，下表面为网状结构，当甘薯从滚筒输送组件6上掉落入回收箱3时，甘薯表面泥土能够被震落并从回收箱3的网状底部漏出，达到去土的目的。视觉模块支架1固定在滚筒输送组件6上，视觉模块2固定在视觉模块支架1上且定位在滚筒输送组件6上方，用于检测在滚筒输送组件6上移动的甘薯的数量和破皮率。底盘车4自带动力，可以带动整个在线检测装置进行移动。
具体地，挖掘组件5包括一个固定杆51，固定杆51固定连接在滚筒输送组件6的前端。且与滚筒输送组件6的上端平齐，固定杆51的下端均匀设置有多个弧状的挖掘齿52，挖掘齿52朝向底盘车4斜下方平滑弯曲，所有挖掘齿52共同组成具有弧面的铲状结构，用于挖掘地面或耕地中的甘薯，在底盘车4向前推动的过程中，甘薯沿着铲状结构的圆弧向上，进入滚筒输送组件6。进一步地，固定杆51的两端分别设置有一个圆弧形挡板53，多个挖掘齿52均位于两个挡板53之间，用于防止甘薯从两侧掉落。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种滚筒输送组件的结构示意图。本实施例的滚筒输送组件6包括滚筒传输框架61、多个滚筒62和驱动模块63，其中，滚筒传输框架61至少包括平行设置的第一安装杆611和第二安装杆612，多个滚筒62平行间隔设置在第一安装杆611与第二安装杆612之间且能够在驱动模块63的驱动下相对于第一安装杆611与第二安装杆612沿同一方向转动。具体地，多个滚筒62彼此平行，直径和长度均相同。每个滚筒62均与第一安装杆611和第二安装杆612垂直，从而在第一安装杆611和第二安装杆612之间形成一个传送面，当甘薯到达滚筒输送组件6上时，由于所有滚筒62能够在驱动模块63的驱动下沿同一方向转动，从而带动甘薯从传送面的一端移动至另一端。也就是说，甘薯在滚筒输送组件6上翻滚的同时往前运输。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种滚筒的结构示意图。每个滚筒62的侧表面一周设置有多个橡胶凸出部621。具体地，每个橡胶凸出部621均呈长条状，且每个橡胶凸出部621的长度方向平行于滚筒62的轴向方向，所有橡胶凸出部621均匀设置在滚筒62的外周表面，该凸出部的材质为橡胶，一方面由于表面摩檫力较大，可以更好地输送甘薯并去除甘薯表面泥土，另一方面可以减小在运输过程中对甘薯表面的磨损。更进一步地，滚筒62两两之间存在一定的间隙，用于漏土。
继续参见图2，本实施例的驱动模块63包括滚子631、滚筒皮带632、电机皮带633和电机634，其中，每个滚筒62的一端均固定连接有一个滚子631，相邻滚筒62之间通过滚筒皮带632连接以传递动力，电机皮带633连接在电机634的输出轴与任一个滚子631之间，用于将电机634的驱动力传输至滚筒62，电机634设置在滚筒传输框架61的下方。
在实际过程中，打开电机634，电机634的转动动力通过电机皮带633传输至与其连接的滚筒62，从而带动该滚筒62滚动，由于相邻滚筒62之间通过滚筒皮带632连接，因此同时带动所有滚筒转动，以运输滚筒上的甘薯。
优选地，第一安装杆611和第二安装杆612中的至少一个为空心杆，滚子631和滚筒皮带632置于空心杆的中空内腔，以保护滚子631和滚筒皮带632不受外部影响。
此外，滚筒传输框架61的下端还安装有第一支撑架64和第二支撑架65，以支撑滚筒传输框架61，其中，第一支撑架64位于靠近回收箱3的一端，第二支撑架65位于靠近挖掘组件5的一端，电机634固定在第一支撑架64的一侧。在本实施例中，第一安装杆611的下端分别设置有第一支撑架64和第二支撑架65，第二安装杆612下端的同样位置处也对应设置有第一支撑架64和第二支撑架65。第一支撑架64和第二支撑架65的高度相等，或者第一支撑架64略高于第二支撑架65。
如上所述，视觉模块2用于检测在滚筒输送组件6上移动的甘薯的数量和破皮率。本实施例的视觉模块2包括图像采集单元和处理器，其中，图像采集单元用于获取滚筒输送组件6上甘薯的点云数据图像和彩色图像；处理器用于根据点云数据图像获得经过滚筒输送组件6的甘薯数量，以及根据彩色图像获得经过滚筒输送组件6的甘薯破皮率。本实施例的图像采集单元为RGB-D相机，该RGB-D相机实时获取其检测区域内的滚筒输送组件6上的点云数据图像和彩色图像，并实时传输给处理器。
处理器包括数量检测模块和破皮率检测模块，其中，
数量检测模块用于：
对图像采集单元获取的点云数据图像进行分割，提取甘薯的点云数据，利用甘薯的点云数据生成甘薯点云模型，根据甘薯点云模型确定甘薯的数量；
破皮率检测模块用于：
根据甘薯破皮处与正常表皮颜色特征的不同，对图像采集单元获取的甘薯彩色图像进行检测，以甘薯表面是否有白色区域判断当前甘薯是否存在破皮；持续统计经过检测区域的破皮甘薯数量并计算得到甘薯破皮率。
在本实施例中，为了精准计算出甘薯的数量，处理器中的数量检测模块首先需要排除无用点云数据的干扰，为此设计甘薯数量检测模型，通过实时输入点云数据图像，可以输出甘薯的数量。甘薯数量检测模型工作过程为：首先对点云数据图像进行分割，将滚筒输送机、土壤、甘薯秧茎等作为背景进行去除，只保留甘薯的点云数据；随后，利用甘薯的点云数据生成甘薯点云模型，准确检测出每一个经过检测区域的甘薯。持续统计经过检测区域的甘薯点云模型数量，即可得到甘薯数量。
此外，所述破皮率检测模块根据甘薯破皮处与表皮颜色特征不同，表皮呈紫色或粉色，破皮处呈白色，基于此设计甘薯破皮检测模型。甘薯破皮检测模型工作过程为：当上述甘薯数量检测模型检测到的一个甘薯时，甘薯破皮检测模型便调取该甘薯的彩色图像，检测甘薯表面是否有白色区域进而判断甘薯是否有破皮。持续统计经过检测区域的破皮甘薯的数量，与甘薯总数量进行相除，计算得到破皮率。
请一并参见图5、图6、图7和图8，本实施例的甘薯数量及破皮率的在线检测装置的使用过程如下所示：
启动底盘车4和电机634，底盘车4带动整个装置向前移动，电机634带动滚筒62转动，通过挖掘组件5将甘薯7挖掘出地面并在底盘车4向前推动的作用下，甘薯7沿着挖掘组件5的圆弧面向上，进入滚筒输送组件6，如图6所示。
甘薯7进入滚筒输送组件6后，在滚筒62的作用下，使甘薯7不断360°翻滚并向回收箱3一端移动，此时甘薯表面附带的泥土被大致去除并从相邻滚筒之间的间隙掉落到地面上。随后，甘薯7到达相机的可视区域，即检测区域8后，视觉模块2在线检测甘薯7的数量和破皮率，如图7所示。
检测完成后，甘薯7从滚筒输送组件6上掉落入回收箱3，如图8所示，甘薯7表面泥土再次被震落，从回收箱3的网状底部漏出，从而可以获得一定时间内所收获的甘薯的数量和其中的破皮率。
本实施例提供的甘薯数量及破皮率的在线检测装置通过将挖掘出的甘薯送至滚筒输送组件，借助于滚筒输送组件上的滚筒，不仅将甘薯表面附带的泥土去除，而且将甘薯360°翻滚并向前运输，同时通过视觉模块检测出甘薯数量以及甘薯破皮率，检测完成的甘薯最终被输送至回收箱，可以在线检测甘薯数量与破皮率，节省了人工测量成本与劳动力，弥补了现有甘薯收获机功能上的不足。本实施例借助于滚筒输送组件上的滚筒，不仅将甘薯表面附带的泥土去除，而且将甘薯360°翻滚并向前运输，为视觉模块精准检测提供了保障；借助回收箱网状底部结构，可以对甘薯进行回收和二次去土。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，包括视觉模块支架(1)、视觉模块(2)、回收箱(3)、底盘车(4)、挖掘组件(5)、滚筒输送组件(6)，其中，
所述滚筒输送组件(6)设置在所述底盘车(4)上，所述挖掘组件(5)安装在所述底盘车(4)的前侧，所述挖掘组件(5)的上端与所述滚筒输送组件(6)齐平，所述回收箱(3)安装在所述底盘车(4)的后侧，所述挖掘组件(5)用于挖掘和采摘甘薯并将甘薯输送至所述滚筒输送组件(6)，所述滚筒输送组件(6)用于将甘薯从所述挖掘组件(5)的前端运输至后端并最终落入所述回收箱(3)中，所述回收箱(3)上端开口，下表面为网状结构；
所述视觉模块支架(1)固定在所述滚筒输送组件(6)上，所述视觉模块(2)固定在所述视觉模块支架(1)上且定位在所述滚筒输送组件(6)上方，用于检测在所述滚筒输送组件(6)上移动的甘薯的数量和破皮率；
所述视觉模块(2)包括图像采集单元和处理器，其中，
所述图像采集单元用于获取所述滚筒输送组件(6)上甘薯的点云数据图像和彩色图像；
所述处理器用于根据所述点云数据图像获得经过所述滚筒输送组件(6)的甘薯数量，以及根据所述彩色图像获得经过所述滚筒输送组件(6)的甘薯破皮率；
所述处理器包括数量检测模块和破皮率检测模块，其中，
所述数量检测模块用于：
对所述图像采集单元获取的点云数据图像进行分割，提取甘薯的点云数据，利用甘薯的点云数据生成甘薯点云模型，根据所述甘薯点云模型确定甘薯的数量；
所述破皮率检测模块用于：
根据甘薯破皮处与正常表皮颜色特征的不同，对所述图像采集单元获取的甘薯彩色图像进行检测，以甘薯表面是否有白色区域判断当前甘薯是否存在破皮；持续统计经过检测区域的破皮甘薯数量并计算得到甘薯破皮率。
2.根据权利要求1所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述挖掘组件(5)包括一个固定杆(51)，所述固定杆(51)连接在所述滚筒输送组件(6)的前端，所述固定杆(51)的下端均匀设置有多个弧状的挖掘齿(52)，所述挖掘齿(52)朝向所述底盘车(4)斜下方平滑弯曲。
3.根据权利要求2所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述固定杆(51)的两端分别设置有一个圆弧形挡板(53)，多个挖掘齿(52)均位于两个挡板(53)之间。
4.根据权利要求1所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述滚筒输送组件(6)包括滚筒传输框架(61)、多个滚筒(62)和驱动模块(63)，其中，
所述滚筒传输框架(61)至少包括平行设置的第一安装杆(611)和第二安装杆(612)，所述多个滚筒(62)平行间隔设置在所述第一安装杆(611)与所述第二安装杆(612)之间且能够在所述驱动模块(63)的驱动下相对于所述第一安装杆(611)与所述第二安装杆(612)沿同一方向转动；
每个滚筒(62)的表面沿周向设置有多个橡胶凸出部(621)。
5.根据权利要求4所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述驱动模块(63)包括滚子(631)、滚筒皮带(632)、电机皮带(633)和电机(634)，其中，
每个滚筒(62)的一端均固定连接有一个滚子(631)，相邻滚筒(62)之间通过滚筒皮带(632)连接以传递动力，所述电机皮带(633)连接在所述电机(634)的输出轴与任一个滚子(631)之间，用于将电机(634)的驱动力传输至滚筒(62)，所述电机(634)设置在所述滚筒传输框架(61)的下方。
6.根据权利要求5所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述第一安装杆(611)和所述第二安装杆(612)中的至少一个为空心杆，所述滚子(631)和所述滚筒皮带(632)置于第一安装杆(611)或第二安装杆(612)的中空内腔。
7.根据权利要求5所述的甘薯数量及破皮率的在线检测装置，其特征在于，所述滚筒传输框架(61)的下端安装有第一支撑架(64)和第二支撑架(65)，以支撑所述滚筒传输框架(61)，其中，所述第一支撑架(64)位于靠近所述回收箱(3)的一端，所述第二支撑架(65)位于靠近所述挖掘组件(5)的一端，所述电机(634)固定在所述第一支撑架(64)的一侧。
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