基于苹果定向的苹果自动分级系统及分级方法
【专利摘要】本发明提供了基于苹果定向的苹果自动分级系统及分级方法，其解决现有苹果分级系统无法根据苹果表面质量信息进行分级的问题，提高分级效率和分级精准度。包括定节拍组件，用于将待分级的苹果自动排列成行以确定苹果的分级节拍；苹果定向组件，用于将苹果转向定位；视觉处理组件，用于对已定向的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算；分级组件，根据分级运算结果将每一个苹果输送至指定的收集装置中；控制器，用于对控制整个苹果自动分级系统的运行；定节拍组件、苹果定向组件、分级组件之间沿横向依次首尾顺序排布，视觉处理组件设置于苹果定位组件的苹果出口端侧，定节拍组件、苹果定向组件、视觉处理组件、分级组件分别与控制器电控连接。
【专利说明】
基于苹果定向的苹果自动分级系统及分级方法
技术领域
[0001]本发明涉及农业机械设备领域，具体为基于苹果定向的苹果自动分级系统及分级方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上的水果分级主要采用机械式分级设备和称重式分级设备，其分别是针对苹果的果形和重量进行分级，但是无法根据苹果表面质量信息进行分级，特别是现有的分级设备无法对苹果果轴、花萼及表面缺陷进行辨识及分级，因而在采用现有分级设备对苹果分级处理的还需要进行专门的人工表面分级处理，故其总体分级效率低、分组精准底低。
【发明内容】
[0003]针对相述问题，本发明提供了基于苹果定向的苹果自动分级系统，其能解决现有苹果分级系统无法根据苹果表面质量信息进行分级的问题，大大提高分级效率和分级精准度。为此，本发明还提供了分级方法。
[0004]基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:其包括
定节拍组件，用于将待分级的苹果自动排列成单行，确定每一个苹果的分级节拍；苹果定向组件，用于将从定节拍单元接收到的每一个苹果进行转向定位，使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态；
视觉处理组件，用于对每一个已经经所述苹果定向单元定位的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算；
分级组件，根据所述视觉处理单元对每一个苹果的分级运算结果将每一个苹果输送至指定的收集装置中，完成苹果的分级；
控制器，用于对控制整个苹果自动分级系统的运行；
所述定节拍组件、苹果定向组件、分级组件之间沿横向依次首尾顺序排布，所述视觉处理组件设置于所述苹果定位组件的苹果出口端侧，所述定节拍组件、苹果定向组件、视觉处理组件、分级组件分别与所述控制器电控连接。
[0005]进一步的，所述定节拍组件包括第一支架、输送带和导向板，所述第一支架顶部的横向两端分别平行安装有纵向滚轮，所述两个纵向滚轮之间通过所述输送带同步连接，所述输送带上并位于所述输送带输送出口的纵向后侧设置有所述导向板，所述第一支架顶部并位于所述输送带的纵向前侧、输送带输送方向的后侧、以及所述导向板的横向左侧设置有相互接合的护板，所述导向板的纵向内侧边为导向边，所述导向板的导向边与位于纵向前侧的护板形成渐缩的输送出口通道。
[0006]进一步的，所述导向板的导向边一侧上依次排布设置有导向轮。
[0007]进一步的，所述苹果定向组件包括第二支架、传动链条、苹果容置单元和定向驱动单元，所述第二支架顶部的横向两端设有相互平行的纵向转动轴，两所述纵向转动轴之间通过传动链条同步连接，所述传动链条上依次排列安装有苹果容置组件，所述苹果容置单元能够随着传动链条的移动而同步移动及翻转，所述第二支架的纵向一侧水平杆上安装有所述定向驱动单元，在所述传动链条带动所述苹果容置单元向前移动时所述定位驱动单元驱动所述苹果容置组件中的苹果转向定位。
[0008]进一步的，所述定向驱动单元包括双向同步带，所述第二支架的纵向一侧水平杆上设有两个支座，所述两个支座上分别通过第一轴承组件安装有一个驱动轮，所述两个驱动轮通过所述双向同步带同步连接。
[0009]进一步的，所述苹果容置单元包括果盘、同步轮、定位轮和传动轴，所述果盘开有内凹的用于容置苹果的台阶形容纳槽，所述台阶形容纳槽的表面设置有一层海棉垫层，所述台阶形容纳槽的槽底开有通孔，所述果盘底部通过支撑架固接于所述传动链条的链板上，所述传动轴可转动地安装于所述支撑架上，所述传动轴与所述双向同步带的输送方向垂直，所述传动轴的上分别安装有一个同步轮和一个定位轮，所述定位轮正对所述通孔并且能与所述台阶形容纳槽内的苹果表面接触，所述定位轮与所述苹果表面的接触外圆上设置有橡胶圈，所述同步轮与所述定向驱动单元的双向同步带接触。
[0010]进一步的，所述视觉处理组件包括图像采集单元、逻辑判断单元及分级运算单元，所述图像采集单元用于采集各个苹果容置单元中苹果的表面信息，所述逻辑判断单元用于对所述图像采集单元采集的苹果的表面信息进行是否存在表面缺陷的判断，所述分级运算单元用于根据所述逻辑判断单元判定的苹果表面信息结果以及预设的算法进行分级运算并将运算结果传输给所述控制器，由所述控制器控制所述分级组件对苹果进行逐一的分级输送。
[0011]进一步的，所述图像采集单元包括第三支架和安装于所述第三支架上的两个摄像头，所述第三支架竖向安装于所述第二支架的另一侧纵向水平杆上，所述两个摄像头相背离设置使得所述两个摄像头一个采集苹果的前部表面信息、一个采集苹果的后部表面信息。
[0012]进一步的，所述分级组件包括连接支架和第四支架，所述第四支架的顶部横向两端分别通过第二轴承组件安装有皮带轮，两个所述皮带轮之间通过传送带同步连接，所述第二支架与第四支架之间通过连接支架连接，所述连接支架上设有滑道，所述滑道的入口设置于所述苹果定向组件的传动链条的传动方向末端，所述滑道的出口设置于所述传送带的入口端处，所述传送带的纵向前端设置有苹果分级槽，在所述传送带的纵向后端设置有与每一个所述苹果分级槽正对的分级驱动装置，所述分级驱动装置与所述控制器电控连接。
[0013]进一步的，所述分级驱动装置为推动气缸，所述苹果分级槽、推动气缸分别沿横向设置有四个，所述传送带传送方向的末端设有挡板。
[0014]基于苹果定向的苹果自动分级系统的分级方法，其特征在于:其依次包括以下步骤，
(1)控制器控制定节拍组件将待分级的苹果自动排列成单行，确定每一个苹果的分级节拍；
(2)控制器控制苹果定向组件将从所述定位拍组件接收到的苹果进行转向定位，使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态； (3)控制器视觉处理组件对每个已转向定位的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算；
(4)控制器根据视觉处理组件得以的苹果分级运算结果控制分级组件对相应的苹果进行分级收集。
[0015]本发明的有益效果在于:其通过苹果定向组件对苹果进行转向定位使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态，从而便于视觉处理组件对每一个已经经所述苹果定向单元定位的苹果进行全表面信息的采集并进行判断、分级运算，再由分级组件根据分级运算结果对苹果进行分级回收，其能可靠地分辨苹果果轴、花萼或其它表面缺陷信息，根据苹果的全表面信息对苹果进行高精准底的分级，大大提高苹果的分级效率。
【附图说明】
[0016]图1为本发明基于苹果定向的苹果自动分级系统的结构示意图；
图2为本发明中定节拍组件的立体结构示意图；
图3为本发明中苹果定位组件与视觉处理组件的立体结构示意图；
图4为本发明中苹果定位组件中苹果容置单元的放大结构示意图；
图5为本发明中分级组件的立体结构示意图；
图6为本发明基于苹果定向的苹果自动分级系统的自动控制系统构成图。
[0017]其中，10-定节拍组件，11-第一支架，12-输送带，13-导向板，131-导向边，14-纵向滚轮，15-护板，16-输送出口通道，17-导向轮，20-苹果定向组件，21-第二支架，22-传动链条，23-苹果容置单元，231-果盘，2311-台阶形容纳槽，2312-通孔，2313-支撑架，232-同步轮，233-定位轮，234-传动轴，24-定向驱动单元，241-双向同步带，242-支座，243-第一轴承组件，244-驱动轮，25-纵向转动轴，30-视觉处理组件，31-图像采集单元，311-第三支架，312-摄像头，32-逻辑判断单元，33-分级运算单元，40-分级组件，41-连接支架，42-第四支架，43-第二轴承组件，44-皮带轮，45-传送带，46-滑道，47-苹果分级槽，48-推动气缸，49-挡板，50-控制器。
【具体实施方式】
[0018]见图1，基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:其包括
定节拍组件10，用于将待分级的苹果自动排列成行，确定每一个苹果的分级节拍；苹果定向组件20，用于将从定节拍单元接收到的每一个苹果进行转向定位，使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态；
视觉处理组件30，用于对每一个已经经所述苹果定向单元定位的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算；
分级组件40，根据所述视觉处理单元对每一个苹果的分级运算结果将每一个苹果输送至指定的收集装置中，完成苹果的分级；
控制器50，用于对控制整个苹果自动分级系统的运行；
定节拍组件10、苹果定向组件20、分级组件40之间沿横向依次首尾顺序排布，视觉处理组件30设置于苹果定位组件20的苹果出口端侧，定节拍组件10、苹果定向组件20、视觉处理组件30、分级组件40分别与控制器50电控连接。
[0019]见图2，定节拍组件10包括第一支架11、输送带12和导向板13，第一支架11顶部的横向两端分别平行安装有纵向滚轮14，两个纵向滚轮14之间通过输送带12同步连接，输送带12上并位于输送带12输送出口的纵向后侧设置有导向板13，第一支架11顶部并位于输送带12的纵向前侧、输送带12输送方向的后侧、以及导向板13的横向左侧设置有相互接合的护板15，导向板13的纵向内侧边为导向边131，导向板13的导向边131与位于纵向前侧的护板形成渐缩的输送出口通道16;导向板13的导向边131—侧上依次排布设置有导向轮17，导向轮17能够保证苹果不被挤伤并且运行流畅。
[0020]见图3，苹果定向组件20包括第二支架21、传动链条22、苹果容置单元23和定向驱动单元24，第二支架21顶部的横向两端设有相互平行的纵向转动轴25，两纵向转动轴25之间通过传动链条22同步连接，传动链条22上依次排列安装有若干苹果容置组件23，苹果容置单元23能够随着传动链条的移动而同步移动及翻转，第二支架21的纵向一侧水平杆上安装有定向驱动单元24，在传动链条22带动苹果容置单元23向前移动时定位驱动单元24驱动苹果容置23组件中的苹果转向定位；
其中，定向驱动单元24包括双向同步带241，第二支架21的纵向一侧水平杆上设有两个支座242，两个支座242上分别通过第一轴承组件243安装有一个驱动轮244，两个驱动轮244通过双向同步带241同步连接；
见图4，苹果容置单元23包括果盘231、同步轮232、定位轮233和传动轴234，果盘231开有内凹的用于容置苹果的台阶形容纳槽2311，台阶形容纳槽2311的表面设置有一层海棉垫层，以避免苹果在台阶形容纳槽2311内转向定位时表面被擦伤；台阶形容纳槽2311的槽底开有通孔2312，果盘231底部通过支撑架2313固接于传动链条22的链板上，传动轴234可转动地安装于支撑架2313上，传动轴234与双向同步带241的输送方向垂直，传动轴234的上分别安装有一个同步轮232和一个定位轮233，定位轮232正对通孔2312并且能与台阶形容纳槽2311内的苹果表面接触，定位轮233与苹果表面的接触外圆上设置有橡胶圈，橡胶圈能够有效避免苹果在转向定位过程中表面被划伤并且能够增大与苹果表面的摩擦力，便于苹果的转向定位;同步轮232与定向驱动单元24的双向同步带241接触。
[0021]见图3，视觉处理组件30包括图像采集单元31、逻辑判断单元32及分级运算单元33，图像采集单元31用于采集各个苹果容置单元中苹果的表面信息，逻辑判断单元32用于对图像采集单元31采集的苹果的表面信息进行是否存在表面缺陷的判断，分级运算单元33用于根据逻辑判断单元判定32的苹果表面信息结果以及预设的算法进行分级运算并将运算结果传输给控制器50，由控制器50控制分级组件40对苹果进行逐一的分级输送。
[0022]图像采集单元31包括第三支架311和安装于所述第三支架上的两个摄像头312，第三支架311竖向安装于第二支架21的另一侧纵向水平杆上，两个摄像头312相背离设置使得两个摄像头312—个采集苹果的前部表面信息、一个采集苹果的后部表面信息。
[0023]见图4，分级组件40包括连接支架41和第四支架42，第四支架42的顶部横向两端分别通过第二轴承组件43安装有皮带轮44，两个皮带轮44之间通过传送带45同步连接，第二支架21与第四支架42之间通过连接支架41连接，连接支架41上设有滑道46，滑道46的入口设置于苹果定向组件20的传动链条22的传动方向末端，滑道46的出口设置于传送带45的入口端处，传送带45的纵向前端设置有苹果分级槽47，在传送带45的纵向后端设置有与每一个苹果分级槽47正对的分级驱动装置，分级驱动装置为推动气缸48，推动气缸48与控制器50电控连接;本实施例中，苹果分级槽47、推动气缸48分别沿横向设置有四个，传送带45传送方向的末端设有挡板49。
[0024]下面结合附图描述一下基于本发明系统的苹果分级运行方法:
(1)待分级的苹果人工码放于定节拍组件10的输送带12上，控制器50控制输送带12运行，苹果随输送带12向出口侧移动，受导向板13导向边131的导向作用，苹果在渐缩的输送出口通道16内逐渐排布成单行从而实现苹果水平输送的单个节拍定时；
(2)控制器50同时控制苹果定向组件20的传动链条22、双向同步带241、传送带45运行，由定节拍组件10的输送带12出口输送的苹果依次正好落入翻转至传动链条22进口端呈水平状态的苹果容置单元23的果盘231内，双向同步带241的运行带动苹果容置单元23的同步轮232同步转动，在传动轴234的带下定向轮233同时转动，定向轮233与果盘231内的苹果之间的摩擦力作用带动苹果在果盘中转动，直至苹果的果轴或者花萼连线处于垂直状态，此时定向轮233与苹果表面间的摩擦力较小无法再带动苹果转动，从而苹果被定向在果盘231内；
(3)图像采集单元31的两个相背离设置的摄像头312采集已经被定向的苹果进行前部表面信息和后部表面信息的采集，并将采集到的表面信息传递给逻辑判断单元32进行是否存在表面缺陷的判断，而分级运算单元33再根据逻辑判断单元判定32的苹果表面信息结果以及预设的算法进行分级运算并将运算结果传输给控制器50;
(4)当容置有苹果的果盘231在传动链条22的带动下移动至末端时，果盘231随着传动链条22的进一步运行而发生向下的翻转，果盘231内的苹果遂落入滑道46内并沿滑道46滑至传送带45上，控制器50根据分级运算单元33的分级运算结果控制相应的推动气缸48动作将传送带45上对应的苹果推入与推动气缸48相应的苹果分级槽47内，从而完成苹果的分级处理。
【主权项】
1.基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:其包括 定节拍组件，用于将待分级的苹果自动排列成行，确定每一个苹果的分级节拍； 苹果定向组件，用于将从定节拍单元接收到的每一个苹果进行转向定位，使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态； 视觉处理组件，用于对每一个已经经所述苹果定向单元定位的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算； 分级组件，根据所述视觉处理单元对每一个苹果的分级运算结果将每一个苹果输送至指定的收集装置中，完成苹果的分级； 控制器，用于对控制整个苹果自动分级系统的运行； 所述定节拍组件、苹果定向组件、分级组件之间沿横向依次首尾顺序排布，所述视觉处理组件设置于所述苹果定位组件的苹果出口端侧，所述定节拍组件、苹果定向组件、视觉处理组件、分级组件分别与所述控制器电控连接。2.根据权利要求1所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述定节拍组件包括第一支架、输送带和导向板，所述第一支架顶部的横向两端分别平行安装有纵向滚轮，所述两个纵向滚轮之间通过所述输送带同步连接，所述输送带上并位于所述输送带输送出口的纵向后侧设置有所述导向板，所述第一支架顶部并位于所述输送带的纵向前侧、输送带输送方向的后侧、以及所述导向板的横向左侧设置有相互接合的护板，所述导向板的纵向内侧边为导向边，所述导向板的导向边与位于纵向前侧的护板形成渐缩的输送出口通道。3.根据权利要求2所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述导向板的导向边一侧上依次排布设置有导向轮。4.根据权利要求2或3所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述苹果定向组件包括第二支架、传动链条、苹果容置单元和定向驱动单元，所述第二支架顶部的横向两端设有相互平行的纵向转动轴，两所述纵向转动轴之间通过传动链条同步连接，所述传动链条上依次排列安装有苹果容置组件，所述苹果容置单元能够随着传动链条的移动而同步移动及翻转，所述第二支架的纵向一侧水平杆上安装有所述定向驱动单元，在所述传动链条带动所述苹果容置单元向前移动时所述定位驱动单元驱动所述苹果容置组件中的苹果转向定位。5.根据权利要求4所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述定向驱动单元包括双向同步带，所述第二支架的纵向一侧水平杆上设有两个支座，所述两个支座上分别通过第一轴承组件安装有一个驱动轮，所述两个驱动轮通过所述双向同步带同步连接。6.根据权利要求5所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述苹果容置单元包括果盘、同步轮、定位轮和传动轴，所述果盘开有内凹的用于容置苹果的台阶形容纳槽，所述台阶形容纳槽的表面设置有一层海棉垫层，所述台阶形容纳槽的槽底开有通孔，所述果盘底部通过支撑架固接于所述传动链条的链板上，所述传动轴可转动地安装于所述支撑架上，所述传动轴与所述双向同步带的输送方向垂直，所述传动轴的上分别安装有一个同步轮和一个定位轮，所述定位轮正对所述通孔并且能与所述台阶形容纳槽内的苹果表面接触，所述定位轮与所述苹果表面的接触外圆上设置有橡胶圈，所述同步轮与所述定向驱动单元的双向同步带接触。7.根据权利要求4所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述视觉处理组件包括图像采集单元、逻辑判断单元及分级运算单元，所述图像采集单元用于采集各个苹果容置单元中苹果的表面信息，所述逻辑判断单元用于对所述图像采集单元采集的苹果的表面信息进行是否存在表面缺陷的判断，所述分级运算单元用于根据所述逻辑判断单元判定的苹果表面信息结果以及预设的算法进行分级运算并将运算结果传输给所述控制器，由所述控制器控制所述分级组件对苹果进行逐一的分级输送。8.根据权利要求7所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述图像采集单元包括第三支架和安装于所述第三支架上的两个摄像头，所述第三支架竖向安装于所述第二支架的另一侧纵向水平杆上，所述两个摄像头相背离设置使得所述两个摄像头一个采集苹果的前部表面信息、一个采集苹果的后部表面信息。9.根据权利要求4所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统，其特征在于:所述分级组件包括连接支架和第四支架，所述第四支架的顶部横向两端分别通过第二轴承组件安装有皮带轮，两个所述皮带轮之间通过传送带同步连接，所述第二支架与第四支架之间通过连接支架连接，所述连接支架上设有滑道，所述滑道的入口设置于所述苹果定向组件的传动链条的传动方向末端，所述滑道的出口设置于所述传送带的入口端处，所述传送带的纵向前端设置有苹果分级槽，在所述传送带的纵向后端设置有与每一个所述苹果分级槽正对的分级驱动装置，所述分级驱动装置与所述控制器电控连接;所述分级驱动装置为推动气缸，所述苹果分级槽、推动气缸分别沿横向设置有四个，所述传送带传送方向的末端设有挡板。10.权利要求5-9中任一所述的基于苹果定向的苹果自动分级系统的分级方法，其特征在于:其依次包括以下步骤， (1)控制器控制定节拍组件将待分级的苹果自动排列成单行，确定每一个苹果的分级节拍； (2)控制器控制苹果定向组件将从所述定位拍组件接收到的苹果进行转向定位，使得苹果的果轴或花萼连线处于垂直状态； (3)控制器视觉处理组件对每个已转向定位的苹果进行全表面信息的采集、判断及分级运算； (4)控制器根据视觉处理组件得以的苹果分级运算结果控制分级组件对相应的苹果进行分级收集。
【文档编号】B07C5/02GK105903689SQ201610400971
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】马垚, 俞经虎, 代欣, 詹民民
【申请人】江南大学