CN207413822U - 一种基于3d打印和图像识别的流水线水果分拣机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于农业设施技术领域，特别涉及一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，包括固定底座、旋转平台及旋转舵机、机械臂及上下摆动舵机、机械爪及开合驱动机构，以及电子控制系统、图像识别模块单元；机械臂至少由上中下三段机械臂首尾转动铰接构成，且至少在上下两段机械臂上分别对应设有上下摆动舵机；机械爪由两半部分分体构成，开合驱动机构包括开合舵机及其安装板，及一对传动齿轮，开合舵机与其中一传动齿轮相连，传动齿轮内侧相啮合，外侧分别与机械爪两半部分连接；开合舵机安装板上设有一对定位杆；各舵机以及图像识别模块单元分别与电子控制系统通过信号通信连接。本实用新型可精准识别水果品质，成本低、易操作，能实现快速、准确分拣，适用于更多水果品种分拣。

Description

一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人

技术领域

本实用新型属于农业设施技术领域，特别是涉及一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人。

背景技术

我国是农业大国，土地资源丰富，气候条件适宜，适合大面积种植蔬菜水果，果蔬成为我国继粮食产业之后的第二大农业支柱产业。而水果分拣成为食品加工中必要的环节。我国市场上出现了各式各样的水果分拣机器设备，市面上现有的水果分选设备大多以大小、重量等粗略特征作为分选指标。由于分选精度普遍较低，且造价昂贵，所以不适合中小企业配备。另外，多数相关设备的功能相对比较单一，只能对某一种水果进行分选，其分选精度与效率都有待于提高。而且，鉴于所分拣的物料为各式各样的水果，不同于别的工件或物品，对于机械爪及开合驱动机构的稳定性及可靠性要求较高，而现有工件或其它物品的流水线分拣设备并不能满足分拣水果在该方面的使用要求。

此外，随着3D打印技术的发展，该技术具有快速制造和成型的优点，能够根据设计，精准打印机器人零部件，具有精度高、效率高、节省大量的成本的优点，因此被广泛应用于模具、零部件、生物医疗器械、机器人等制造行业。而目前尚未见采用3D打印技术在制作流水线水果分拣机器人上的应用。因此研制一款可精准识别水果品质，成本低廉，易于操作并且能够实现快速、准确分拣的水果分拣机器人，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种可精准识别水果品质，成本低廉，易于操作并且能够实现快速、准确分拣，适用于更多水果品种分拣的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

设计一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，包括固定底座、旋转平台及旋转舵机、机械臂及上下摆动舵机、机械爪及开合驱动机构，以及电子控制系统，其中旋转平台及旋转舵机设于固定底座上，机械臂及上下摆动舵机设于旋转平台上，机械爪及开合驱动机构设于机械臂顶部，还包括设于固定底座上的图像识别模块单元；所述机械臂至少由上中下三段机械臂首尾转动铰接构成，且至少在上下两段机械臂上分别对应设有上下摆动舵机；所述机械爪由两半部分分体构成，机械爪开合驱动机构包括开合舵机及其安装板，以及一对传动齿轮，开合舵机与其中一个传动齿轮相连，该对传动齿轮的内侧相啮合，其外侧通过凸缘分别与机械爪的两半部分对应连接；同时相对于机械爪的两半部分，在开合舵机安装板上设有一对定位杆；所述旋转舵机、上下摆动舵机、开合舵机以及图像识别模块单元分别与电子控制系统通过信号通信连接。

优选地，在上述基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人中，每段机械臂均由平行相对设置的左右侧两部分分体构成。

优选地，在上述基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人中，所述开合舵机安装板的后部两侧对应插接固定在机械臂的左右两部分之间。

优选地，在上述基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人中，所述旋转舵机通过舵机固定板及紧固件装于固定底座上，旋转舵机位于固定底座和舵机固定板之间。

优选地，在上述基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人中，所述旋转舵机、上下摆动舵机、开合舵机均为大扭力舵机。

优选地，在上述基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人中，所述机械臂上非受力部位均为镂空结构。

本实用新型技术方案的有益技术效果是：

1、本实用新型通过图像识别模块单元对水果的色泽、表面光滑度等参数进行识别分析，判断出流水线上水果的质量优劣，进而将处理之后的信号传递至电子控制系统，最后控制机械臂、机械爪以及旋转平台的动作。采用图像识别的优点在于可以通过色泽、光滑度等直接影响水果品质的参数对水果质量进行辨析评估，识别快速准确，结果可靠。与传统的通过水果大小、重量进行分拣的方法相比，效率更高，分拣所得水果品质更高。

2、本实用新型的机械爪由两半部分分体构成，并分别与一对传动齿轮外侧相连，该对传动齿轮内侧啮合；机械手开合舵机通过控制该对传动齿轮转动，进而带动机械爪的两半部分准确可靠的开合，机械臂定位杆则对机械爪两半部分的运动轨迹进行约束，使机械爪两半部分始终保持平行，从而保证了夹持水果的稳定性和可靠性。因而，本实用新型通过传动齿轮和定位杆共同运动，驱动机械爪开合，来夹取流水线上的水果，其分拣的准确性和效率都大大提高。

3、本实用新型的机械臂由多段构成，具有多个活动关节，机械臂底部设计有旋转平台，转动灵活，活动范围大，可摘取流水线上任意位置的水果。同时，机械臂均使用大扭力舵机驱动，可提高抬升性能，提高载荷，适用于更多水果品种的分拣。此外，本实用新型各零部件非受力部位均可以采用镂空设计，并采用生物质3D打印技术，可使整机结构轻量化，提高机器载荷，节省成本。因而适于推广实施。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人的结构示意图；

图2为本实用新型所含机械爪及开合驱动部分的结构示意图；

图3为本实用新型基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人的工作原理图；

图中序号：1-传动齿轮，2-上段左侧机械臂，3-上段右侧机械臂，4-上段机械臂舵机，5-中段右侧机械臂，6-下段右侧机械臂，7-舵机固定板，8-固定螺柱，9-固定底座，10-旋转舵机，11-图像识别模块单元，12-下段机械臂右端舵机，13-旋转平台，14-下段机械臂左端舵机，15-下段左侧机械臂，16-中段左侧机械臂，17-机械爪开合舵机，18-机械爪，19-机械爪定位杆，20-机械爪开合舵机安装板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

本实施例的水果种类包括草莓，红枣，橘子，桃子，苹果，橄榄，杨梅，樱桃等等。

如图1所示，本实施例提供了一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，该分拣机器人包括一对机械手开合传动齿轮1，上段左侧机械臂2，上段右侧机械臂3，上段机械臂舵机4，中段右侧机械臂5，下段右侧机械臂6，舵机固定板7，固定螺柱8，固定底座9，旋转舵机10，图像识别模块单元11，下段机械臂右端舵机12，旋转平台13，下段机械臂左端舵机14，下段左侧机械臂15，中段左侧机械臂16，机械爪开合舵机17，机械爪18，机械爪定位杆19， 机械爪开合舵机安装板20，以及电子控制系统（图中未示出）等。其中旋转舵机、上下段机械臂对应所设舵机、机械爪开合舵机以及图像识别模块单元分别与电子控制系统通过信号通信连接。

参见图1，图中，旋转舵机通过舵机固定板及固定螺柱装于固定底座上，且旋转舵机位于固定底座和舵机固定板之间。而旋转平台固定于旋转舵机上，通过旋转舵机控制旋转平台的旋转运动。机械臂各部分及相应所设舵机设于旋转平台上，机械爪及开合驱动部分则设于机械臂顶部。机械臂由上中下三段机械臂首尾转动铰接构成，且上下两段机械臂上分别对应设有舵机。且每段机械臂均由平行相对设置的左右侧两部分分体构成。机械臂由多段构成，具有多个活动关节，机械臂底部设计有旋转平台，转动灵活，活动范围大，可摘取流水线上任意位置的水果。

参见图1或2，图中，机械爪由两半部分分体构成，并分别与一对传动齿轮外侧所设凸缘相连，该对传动齿轮内侧啮合，机械爪开合舵机与其中一个传动齿轮相连。机械爪开合舵机设于安装板上，该安装板的后部两侧对应插接固定在上段机械臂的左右侧两部分之间。同时相对于机械爪的两半部分，在开合舵机安装板上设有一对定位杆。通过传动齿轮和定位杆共同运动，驱动机械爪开合，来夹取流水线上的水果，从而大大提高水果分拣的准确性和效率。

此外，为了提高抬升性能，提高载荷，适用于更多水果品种的分拣，旋转舵机、上下摆动舵机、开合舵机可优先采用大扭力舵机。而且，机械臂上非受力部位均为镂空结构（可参见图1），并采用生物质3D打印技术，可使整机结构轻量化，提高机器载荷，节省成本。

参见图3，具体使用时，其分拣过程包括图像识别过程和机械爪分拣水果过程。其中图像识别过程如下：

当开始水果分拣过程之后，水果开始在流水线上被传送带带动，依次移动，此时分拣水果机器人位于流水线的末端，且图像识别模块单元11与流水线传送带位于同一水平面上。此时，图像识别模块单元11开始识别位于其正前方的水果，通过图像识别模块单元11分析水果的色泽和表面光滑程度从而判断水果的品质优劣，图像识别模块单元11将传输至电子控制系统，电子控制系统会根据传来的信号做出判断，发出下一步的命令给各个舵机，做出下一步的动作。

其中机械爪分拣水果过程如下：

假如图像识别模块单元11传来的信号是水果品质不良，那么首先电子控制模块将会传输信号给各级舵机，下段机械臂右侧舵机12和下段机械臂左侧舵机14同时向下转动一定角度，控制下段左侧机械臂15和下段右侧机械臂6向下摆动一段距离，其次，电子控制系统会控制上段机械臂舵机4向下转动指定角度，带动上段右侧机械臂3向下摆动指定角度，此时机械爪刚好位于流水线上，最后，电子控制系统块控制机械爪开合传动齿轮转动，传动齿轮和机械爪定位杆共同运动，驱动机械爪1开合，夹取流水线上的水果，然后电子控制系统通过控制旋转舵机10转动，带动旋转平台7旋转一定角度，此时，机械爪18松开，将夹取的水果放到指定位置，将劣质水果从流水线上分拣出来。从而完成劣质水果的分拣任务。

假如图像识别模块单元传来的信号是水果品质为良好，则电子控制系统将不会传输任何信号给各级舵机，机器人将不做任何动作。优质的水果会继续留在流水线上，进而传输至下一级进行处理。

综上所述，本实用新型通过图像识别模块单元输入识别信号，由电子控制系统控制舵机，再由舵机控制机械臂以及机械爪抓取流水线上的劣质水果，之后由舵机控制旋转平台及机械爪将夹取的水果在旋转一定角度后放到指定位置，从而实现从流水线上分拣劣质水果的功能。该基于图像识别的流水线水果分拣机器人，大幅提高了水果分拣的精度和准确度，提高了水果分拣的效率，节省了用户的时间和精力，而且成本低廉，易于操作。因而适于推广实施。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，包括固定底座、旋转平台及旋转舵机、机械臂及上下摆动舵机、机械爪及开合驱动机构，以及电子控制系统，其中旋转平台及旋转舵机设于固定底座上，机械臂及上下摆动舵机设于旋转平台上，机械爪及开合驱动机构设于机械臂顶部，其特征是：还包括设于固定底座上的图像识别模块单元；所述机械臂至少由上中下三段机械臂首尾转动铰接构成，且至少在上下两段机械臂上分别对应设有上下摆动舵机；所述机械爪由两半部分分体构成，机械爪开合驱动机构包括开合舵机及其安装板，以及一对传动齿轮，开合舵机与其中一个传动齿轮相连，该对传动齿轮的内侧相啮合，其外侧通过凸缘分别与机械爪的两半部分对应连接；同时相对于机械爪的两半部分，在开合舵机安装板上设有一对定位杆；所述旋转舵机、上下摆动舵机、开合舵机以及图像识别模块单元分别与电子控制系统通过信号通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，其特征是：每段机械臂均由平行相对设置的左右侧两部分分体构成。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，其特征是：所述开合舵机安装板的后部两侧对应插接固定在机械臂的左右两部分之间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，其特征是：所述旋转舵机通过舵机固定板及紧固件装于固定底座上，旋转舵机位于固定底座和舵机固定板之间。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，其特征是：所述旋转舵机、上下摆动舵机、开合舵机均为大扭力舵机。

6.根据权利要求1至3任一项所述的基于3D打印和图像识别的流水线水果分拣机器人，其特征是：所述机械臂上非受力部位均为镂空结构。