CN117566187A - 一种球形水果姿态调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，固定框架下端处连接设有嵌入式控制模块，固定框架的X轴方向上连接设有X轴向夹持旋转机构，X轴向夹持旋转机构上连接设有夹持水果的花瓣形旋转片一和花瓣形旋转片二，固定框架的Y轴方向上连接设有Y轴向夹持旋转机构，Y轴向夹持旋转机构上连接设有夹持水果的花瓣形旋转片三和花瓣形旋转片四，固定框架的Z轴方向上连接设有Z轴向水果托举机构，Z轴向水果托举机构上连接设有托举水果用的水果托盘，固定框架上面通过上伸杆连接设有摄像头，摄像头设于水果正上方。本发明的优点在于：适用于大多数的近似球形的水果，准确度较高，对水果的定向效果好。

Description

一种球形水果姿态调整装置

技术领域

本发明涉及鲜果加工技术领域，具体是指一种球形水果姿态调整装置。

背景技术

水果定向技术是一种利用水果的形状、重心、惯性等特性，使其在输送加工过程中调整方向，达到规范化、标准化的目的。这种技术可以提高水果包装、套袋、加工等的效率，降低人工成本。针对苹果、哈密瓜、柿子等轴向特征或沙田柚等大小头特征明显水果，结合重心分布特点利用皮带、辊轮和水果之间的摩擦力使水果旋转，配合自动化装置可以达到自动化定向。

由于球形水果可利用的物理特征非常有限，采用上述方案进行球形水果姿态调整中的随机性和不确定性大大增加，达不到水果姿态调整要求，依靠传统自动化技术进行水果定向比较困难。

为了解决球形水果可利用的物理特征有限、水果定向比较困难的问题，利用机器视觉技术进行球形水果果蒂、果眼等特征点的定位检测，根据果蒂的位置分析评估水果的姿态，进一步设计机械装置进行水果姿态调整完成水果定向摆放，采用夹持旋转的方式进行水果姿态旋转，保证旋转调整的精确度。

发明内容

本发明为解决上述各种问题，提出了适用于大多数的近似球形的水果，准确度较高，对水果的定向效果好的一种球形水果姿态调整装置。

为解决上述的技术问题，本发明提出的技术方案为：一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，所述固定框架下端处连接设有嵌入式控制模块，所述固定框架的X轴方向上连接设有X轴向夹持旋转机构，所述X轴向夹持旋转机构上连接设有夹持水果的花瓣形旋转片一和花瓣形旋转片二，所述固定框架的Y轴方向上连接设有Y轴向夹持旋转机构，所述Y轴向夹持旋转机构上连接设有夹持水果的花瓣形旋转片三和花瓣形旋转片四，所述固定框架的Z轴方向上连接设有Z轴向水果托举机构，所述Z轴向水果托举机构上连接设有托举水果用的水果托盘，所述固定框架上面通过上伸杆连接设有摄像头，所述摄像头设于所述水果正上方。

优选的，所述嵌入式控制模块采用部署在嵌入式终端的改进YOLOx目标检测算法对放置在水果托盘上的水果进行果蒂目标检测，获取果蒂的位置坐标。

优选的，所述X轴向夹持旋转机构包括连接设于所述固定框架X轴方向上的底座一，所述底座一一侧固定连接设有电机二，所述底座一内两侧之间转动连接设有由所述电机二驱动的正反牙丝杆一，所述正反牙丝杆一的正牙端设有滑块一，所述正反牙丝杆一的反牙端设有滑块二，所述滑块一上连接设有X轴固定臂一，所述滑块二上连接设有X轴固定臂二，所述X轴固定臂一外侧连接设有电机一，所述花瓣形旋转片一固定在所述电机一的输出轴上，所述X轴固定臂二外侧连接设有套筒一，所述套筒一内设有可转动旋转片连接件一，所述可转动旋转片连接件一和所述套筒一底部之间连接设有薄膜式压力传感器一，所述花瓣形旋转片二连接于所述可转动旋转片连接件一的伸出端。作为活动旋转端，在夹紧水果后配合花瓣形旋转片一进行从动旋转。薄膜式压力传感器一用于感应夹持水果的力度，并通过主控系统控制滑块的运动，保证夹持机构能够夹紧而不损伤水果。

优选的，所述Y轴向夹持旋转机构包括连接设于所述固定框架Y轴方向上的底座二，所述底座二前侧固定连接设有电机四，所述底座二内两侧之间转动连接设有由所述电机四驱动的正反牙丝杆二，所述正反牙丝杆二的正牙端设有滑块四，所述正反牙丝杆二的反牙端设有滑块三，所述滑块四上连接设有Y轴固定臂一，所述滑块三上连接设有Y轴固定臂二，所述Y轴固定臂二外侧连接设有电机三，所述花瓣形旋转片四固定在所述电机三的输出轴上，所述Y轴固定臂一外侧连接设有套筒二，所述套筒二内设有可转动旋转片连接件二，所述可转动旋转片连接件二和所述套筒二底部之间连接设有薄膜式压力传感器二，所述花瓣形旋转片三连接于所述可转动旋转片连接件二的伸出端。作为活动旋转端，在夹紧水果后配合花瓣形旋转片四进行从动旋转。薄膜式压力传感器二用于感应夹持水果的力度，并通过主控系统控制滑块的运动，保证夹持机构能够夹紧而不损伤水果。

优选的，所述Z轴向水果托举机构包括连接设于所述固定框架中间下端处的电机固定支架，所述电机固定支架上固定连接设有电机五，所述电机五的输出端驱动设有底部丝杆，所述底部丝杆上套接设有丝杆升降螺母及延长臂，所述电机固定支架两侧均设有卡槽，所述丝杆升降螺母及延长臂的两端卡在所述卡槽内，所述水果托盘连接设于所述丝杆升降螺母及延长臂上。随其共同上下直线运动，根据水果大小调整水果的高度位置，使水果竖直方向的中心和X轴夹持旋转机构夹具的中心在同一高度，保证夹持机构的夹具能较好的夹持水果，夹持动作完成后，托举机构向下运动，保证水果有旋转运动的空间。

优选的，所述底座一和所述底座二上内侧均设有导向条，所述滑块一和所述滑块二、滑块三、滑块四上均设有和所述导向条相适配的导向槽。

优选的，所述X轴固定臂一和所述X轴固定臂二均为镰刀形上伸状。

本发明与现有技术相比优点在于：

1、该球形水果姿态调整装置具有嵌入式控制模块，可以通过该模块对水果进行检测和控制。而且摄像头位于水果正上方，能够获取清晰的水果图像，有利于后续的图像处理和分析。

2、采用改进的YOLOx目标检测算法进行果蒂目标检测，能够精准地获取果蒂的位置坐标，为后续的操作提供了准确的数据支持。

3、X轴向夹持旋转机构采用电机驱动的正反牙丝杆和滑块结构，使得花瓣形旋转片一和花瓣形旋转片二可以在X轴方向上灵活夹持和旋转水果，实现了对水果姿态的精细调整。

4、Y轴向夹持旋转机构同样采用电机驱动的正反牙丝杆和滑块结构，可以在Y轴方向上实现对水果的夹持和旋转，而且设有薄膜式压力传感器，可以实时感知水果的受力情况，保证夹持稳固而不损坏水果。

5、Z轴向水果托举机构采用电机驱动的丝杆升降螺母及延长臂结构，可以灵活调整水果的高度，配合水果托盘使用，实现对水果高度的精确控制。

6、设备结构紧凑，且底座和滑块均设置有导向条和导向槽，保证了运动部件的稳定性和精度，同时也降低了零部件之间的摩擦，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的X轴夹持旋转机构示意图；

图3是本发明的Y轴夹持旋转机构示意图；

图4是本发明的Z轴向水果托举机构示意图。

如图所示：1、X轴向夹持旋转机构；2、嵌入式控制模块；3、Z轴向水果托举机构；4、Y轴向夹持旋转机构；5、水果；6、摄像头；7、滑块一；8、电机一；9、X轴固定臂一；10、花瓣形旋转片一；11、花瓣形旋转片二；12、X轴固定臂二；13、可转动旋转片连接件一；14、薄膜式压力传感器一；15、套筒一；16、电机二；17、滑块二；18、正反牙丝杆一；19、底座一；20、套筒二；21、薄膜式压力传感器二；22、可转动旋转片连接件二；23、Y轴固定臂一；24、花瓣形旋转片三；25、花瓣形旋转片四；26、Y轴固定臂二；27、电机三；28、电机四；29、滑块三；30、正反牙丝杆二；31、底座二；32、滑块四；33、水果托盘；34、电机固定支架；35、电机五；36、底部丝杆；37、丝杆升降螺母及延长臂。

具体实施方式

水果姿态调整到合适位置后，可以更加方便地进行水果的切割、去皮等加工操作，从而提高加工效率，如果水果没有调整到合适的姿态位置进行加工，可能会导致水果被切割不均匀、处理不完整等情况，从而产生浪费。通过水果姿态调整，可以最大限度地减少这种浪费，水果姿态调整到合适位置后，可以更好地控制水果的切割和处理过程，从而提高产品的质量和一致性，如果需要手工调整水果的姿态位置，需要较大的劳动强度和时间成本。使用自动化的水果姿态调整系统可以降低这种劳动强度，提高工作效率，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

所述固定框架下端处连接设有嵌入式控制模块2，所述嵌入式控制模块2采用部署在嵌入式终端的改进YOLOx目标检测算法对放置在水果托盘33上的水果5进行果蒂目标检测，获取果蒂的位置坐标。进一步分析确定水果的姿态，并根据果蒂姿态数据由X轴向夹持旋转机构和Y轴向夹持旋转机构对水果进行两个方向的旋转将水果的蒂部调整到图像中心位置，将水果姿态调整摆正后，系统停止工作。

所述固定框架的X轴方向上连接设有X轴向夹持旋转机构1，所述X轴向夹持旋转机构1包括连接设于所述固定框架X轴方向上的底座一19，所述底座一19一侧固定连接设有电机二16，所述底座一19内两侧之间转动连接设有由所述电机二16驱动的正反牙丝杆一18，所述正反牙丝杆一18的正牙端设有滑块一7，所述正反牙丝杆一18的反牙端设有滑块二17，所述滑块一7上连接设有X轴固定臂一9，所述滑块二17上连接设有X轴固定臂二12，所述X轴固定臂一9外侧连接设有电机一8，所述花瓣形旋转片一10固定在所述电机一8的输出轴上，所述X轴固定臂二12外侧连接设有套筒一15，所述套筒一15内设有可转动旋转片连接件一13，所述可转动旋转片连接件一13和所述套筒一15底部之间连接设有薄膜式压力传感器一14，所述花瓣形旋转片二11连接于所述可转动旋转片连接件一13的伸出端。所述X轴固定臂一9和所述X轴固定臂二12均为镰刀形上伸状。

所述固定框架的Y轴方向上连接设有Y轴向夹持旋转机构4，所述Y轴向夹持旋转机构4包括连接设于所述固定框架Y轴方向上的底座二31，所述底座二31前侧固定连接设有电机四28，所述底座二31内两侧之间转动连接设有由所述电机四28驱动的正反牙丝杆二30，所述正反牙丝杆二30的正牙端设有滑块四32，所述正反牙丝杆二30的反牙端设有滑块三29，所述滑块四32上连接设有Y轴固定臂一23，所述滑块三29上连接设有Y轴固定臂二26，所述Y轴固定臂二26外侧连接设有电机三27，所述花瓣形旋转片四25固定在所述电机三27的输出轴上，所述Y轴固定臂一23外侧连接设有套筒二20，所述套筒二20内设有可转动旋转片连接件二22，所述可转动旋转片连接件二22和所述套筒二20底部之间连接设有薄膜式压力传感器二21，所述花瓣形旋转片三24连接于所述可转动旋转片连接件二22的伸出端。所述底座一19和所述底座二31上内侧均设有导向条，所述滑块一7和所述滑块二17、滑块三29、滑块四32上均设有和所述导向条相适配的导向槽。

所述固定框架的Z轴方向上连接设有Z轴向水果托举机构3，所述Z轴向水果托举机构3上连接设有托举水果5用的水果托盘33，所述固定框架上面通过上伸杆连接设有摄像头6，所述摄像头6设于所述水果5正上方，所述Z轴向水果托举机构3包括连接设于所述固定框架中间下端处的电机固定支架34，所述电机固定支架34上固定连接设有电机五35，所述电机五35的输出端驱动设有底部丝杆36，所述底部丝杆36上套接设有丝杆升降螺母及延长臂37，所述电机固定支架34两侧均设有卡槽，所述丝杆升降螺母及延长臂37的两端卡在所述卡槽内，所述水果托盘33连接设于所述丝杆升降螺母及延长臂37上。

本发明的具体实施方式：

S1:将水果5放置在水果托盘33上，摄像头6拍摄图像后，先由机器视觉模组估计水果5的大小，再由Z轴向水果托举机构3将水果5托举到适合轴向夹持的高度，使水果5竖直方向的中心和X轴向夹持旋转机构1夹具的中心在同一高度，保证夹持机构的夹具能较好的夹持水果；

S2:进行水果5姿态检测，检测模块输出水果5果蒂检测结果和位置坐标。由于球形水果摆放的随机性，装置中摄像头6方向是单向固定的，在摄像头视野内可能出现无果蒂的情况，此时启动异常处理程序，通过两个轴向对水果每次120度的3次夹持旋转和果蒂检测，通常情况下通过6次的调整旋转就可以检测到果蒂，通过调整程序检测到果蒂则进入水果姿态调整，否则结束流程，不再进行水果的姿态调整；

S3:根据检测模块输出的水果5果蒂检测结果和位置坐标与目标位置的差值，X轴向夹持旋转机构1中的花瓣形旋转片一10和花瓣形旋转片二11开始双向运行以夹持水果，当薄膜式压力传感器一14感应到合适的夹持的力度时，电机二16停止驱动，夹持动作完成；

S4:Z轴向水果托举机构3中的水果托盘33向下运动，保证水果5有旋转运动的空间；

S5:X轴向夹持旋转机构1中的电机一8驱动花瓣形旋转片一10进行主动旋转，带动花瓣形旋转片二11同时进行从动旋转调整水果5果蒂位置；

S6:X轴向调整完成后，Y轴向夹持旋转机构4开始运行，过程与S3过程一致；

S7:Y轴向夹持动作完成后，X轴向夹持旋转机构1回到原始位置系统；

S8:Y轴向夹持旋转机构4调整水果5果蒂位置的过程与S5过程一致；

S9:Y轴向调整完成后，Z轴向水果托举机构3向上运动将水果5用水果托盘33重新托住，Y轴向夹持旋转机构4回到原始位置，至此已将水果5果蒂调整到目标位置。

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“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；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。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述固定框架下端处连接设有嵌入式控制模块(2)，所述固定框架的X轴方向上连接设有X轴向夹持旋转机构(1)，所述X轴向夹持旋转机构(1)上连接设有夹持水果(5)的花瓣形旋转片一(10)和花瓣形旋转片二(11)，所述固定框架的Y轴方向上连接设有Y轴向夹持旋转机构(4)，所述Y轴向夹持旋转机构(4)上连接设有夹持水果(5)的花瓣形旋转片三(24)和花瓣形旋转片四(25)，所述固定框架的Z轴方向上连接设有Z轴向水果托举机构(3)，所述Z轴向水果托举机构(3)上连接设有托举水果(5)用的水果托盘(33)，所述固定框架上面通过上伸杆连接设有摄像头(6)，所述摄像头(6)设于所述水果(5)正上方。

2.根据权利要求1所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述嵌入式控制模块(2)采用部署在嵌入式终端的改进YOLOx目标检测算法对放置在水果托盘(33)上的水果(5)进行果蒂目标检测，获取果蒂的位置坐标。

3.根据权利要求1所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述X轴向夹持旋转机构(1)包括连接设于所述固定框架X轴方向上的底座一(19)，所述底座一(19)一侧固定连接设有电机二(16)，所述底座一(19)内两侧之间转动连接设有由所述电机二(16)驱动的正反牙丝杆一(18)，所述正反牙丝杆一(18)的正牙端设有滑块一(7)，所述正反牙丝杆一(18)的反牙端设有滑块二(17)，所述滑块一(7)上连接设有X轴固定臂一(9)，所述滑块二(17)上连接设有X轴固定臂二(12)，所述X轴固定臂一(9)外侧连接设有电机一(8)，所述花瓣形旋转片一(10)固定在所述电机一(8)的输出轴上，所述X轴固定臂二(12)外侧连接设有套筒一(15)，所述套筒一(15)内设有可转动旋转片连接件一(13)，所述可转动旋转片连接件一(13)和所述套筒一(15)底部之间连接设有薄膜式压力传感器一(14)，所述花瓣形旋转片二(11)连接于所述可转动旋转片连接件一(13)的伸出端。

4.根据权利要求3所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述Y轴向夹持旋转机构(4)包括连接设于所述固定框架Y轴方向上的底座二(31)，所述底座二(31)前侧固定连接设有电机四(28)，所述底座二(31)内两侧之间转动连接设有由所述电机四(28)驱动的正反牙丝杆二(30)，所述正反牙丝杆二(30)的正牙端设有滑块四(32)，所述正反牙丝杆二(30)的反牙端设有滑块三(29)，所述滑块四(32)上连接设有Y轴固定臂一(23)，所述滑块三(29)上连接设有Y轴固定臂二(26)，所述Y轴固定臂二(26)外侧连接设有电机三(27)，所述花瓣形旋转片四(25)固定在所述电机三(27)的输出轴上，所述Y轴固定臂一(23)外侧连接设有套筒二(20)，所述套筒二(20)内设有可转动旋转片连接件二(22)，所述可转动旋转片连接件二(22)和所述套筒二(20)底部之间连接设有薄膜式压力传感器二(21)，所述花瓣形旋转片三(24)连接于所述可转动旋转片连接件二(22)的伸出端。

5.根据权利要求1所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述Z轴向水果托举机构(3)包括连接设于所述固定框架中间下端处的电机固定支架(34)，所述电机固定支架(34)上固定连接设有电机五(35)，所述电机五(35)的输出端驱动设有底部丝杆(36)，所述底部丝杆(36)上套接设有丝杆升降螺母及延长臂(37)，所述电机固定支架(34)两侧均设有卡槽，所述丝杆升降螺母及延长臂(37)的两端卡在所述卡槽内，所述水果托盘(33)连接设于所述丝杆升降螺母及延长臂(37)上。

6.根据权利要求4所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述底座一(19)和所述底座二(31)上内侧均设有导向条，所述滑块一(7)和所述滑块二(17)、滑块三(29)、滑块四(32)上均设有和所述导向条相适配的导向槽。

7.根据权利要求3所述的一种球形水果姿态调整装置,包括固定框架，其特征在于：所述X轴固定臂一(9)和所述X轴固定臂二(12)均为镰刀形上伸状。