CN102847684A

CN102847684A - 一种带气动装置的球形水果自动分级机

Info

Publication number: CN102847684A
Application number: CN2011101764767A
Authority: CN
Inventors: 高云; 李盼; 韩赟波; 何志龙; 杨华; 周小军; 武小栋; 徐伟; 黎煊
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明是一种带气动装置的球形水果自动分级机，包括空压机，主电机，分级气缸，双光源箱，双摄像头，水果托盘，传动齿轮，并行双链条，同步链轮，导槽，水果收集箱，机架，电磁阀，电控***；主电机转动时带动水果在分级机上匀速运行；分级机上方依次安装有双光源箱、分级气缸和导槽，导槽末端与水果收集箱相联接；遥控器发出控制信号通过红外遥控接收电路接收并传给FPGA***，FPGA***内的水果分级软件处理水果信息，得出分级结果并通过气动控制电路控制电磁阀驱动分级气缸进行分级，VGA显示器上显示分级结果和分级过程。水果分级软件可设置分级模式和分级参数，适用于不同种类的球形水果分级要求，也可适用于同种水果的不同分级标准要求。

Description

一种带气动装置的球形水果自动分级机

技术领域

本发明涉及一种水果分级机，特别涉及一种带气动装置的球形水果自动分级机。

背景技术

新鲜水果的产后商品化处理包括清洗、打蜡、分级、包装，其中分级是果品商品化处理的重要环节。水果产量较大的农户或水果生产基地，已出现采用水果自动分级机代替人工进行水果分级的分级方式。现已公开的球形水果自动分级机，分为机械式和基于机器视觉式两种，前者主要采用塞孔和滚筒式，这种方法只能针对水果的大小、重量进行分级，对于水果的表面颜色、表面缺陷等则不能判别且伤果率相对较高；后者主要基于机器视觉技术，采用CCD摄像头、数据采集卡、A/D转换器、计算机等配合水果输送流水线进行分级操作，为了用摄像头采集到水果全表面的图像，水果输送流水线一般安装有水果翻转机构，否则只能获取到水果单侧表面面积，所获面积占全面积的比率小于50％。这种方法虽然可以实现根据水果的大小、表面颜色、表面缺陷进行分级，但是分级机整体结构复杂，体积大，造价高，目前还不适合在所有水果农户和水果生产基地间大面积推广。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种带有气动装置的球形水果快速无损分级机，它能够依据球形水果的大小、表面颜色、表面缺陷进行分级，整机结构简单，体积小，功耗低，制造成本低，易于大面积推广。

本发明采用的技术方案是：包括空压机，主电机，分级气缸，双光源箱，双摄像头，水果托盘，传动齿轮，并行双链条，同步链轮，导槽，水果收集箱，机架，电磁阀，电控***。1)主电机通过传动齿轮与同步链轮上的齿轮啮合；2)并行双链条绕在两对同步链轮上，上面装配有水果托盘，两对同步链轮安装在机架上，同步链轮可绕轴转动，主电机转动时带动放在托盘上的水果在分级机上匀速运行；3)并行双链条上最右端的水果托盘为上料口，双光源箱并行安装在上料口后，连续两个水果托盘上方；4)分级气缸安装在紧邻双光源箱的水果托盘的后方，对应托盘前面且与之平齐装配有导槽，导槽末端与水果收集箱相联接，分级气缸、导槽和水果收集箱的数量与水果需分级级数相等；5)双摄像头分别安装在双光源箱中，每个光源箱箱体的一侧，双摄像头的安装方向相对，摄像头的镜头在光源箱内部，摄像头的接线口在光源箱外部通过电线与电控***相连；6)双光源箱的侧面安装有两个相对的流水线位置检测电路，两个流水线位置检测电路通过电线与FPGA***相连；7)空压机通过气管与电磁阀连接，电磁阀分别通过气管与分级气缸相连，电磁阀通过电缆与电控***连接且电磁阀装配在机架侧面，电磁阀数量与气缸数量相同；8)分级气缸、电磁阀、水果托盘、导槽、水果收集箱的个数等于实际球形水果需要分级的级数，并行双链条和机架的长度根据实际球形水果需要分级的级数进行调节；9)VGA显示器与电控***通过电缆连接；10)电控***和VGA显示器固定在机架上；11)电控***包括FPGA***，流水线位置检测电路，气动控制电路，报警电路，VGA显示器，遥控器，红外遥控接收电路，水果分级软件；12)流水线位置检测电路、气动控制电路、报警电路、VGA显示器、红外遥控接收电路与FPGA***电气连接；13)遥控器发出控制信号通过红外遥控接收电路接收并传给FPGA***，FPGA***内的水果分级软件处理水果信息，得出分级结果并通过气动控制电路控制电磁阀驱动分级气缸进行分级。

分级准备时，水果分级软件可设置分级模式和分级参数，通过遥控器发送控制命令至红外遥控接收电路，红外遥控接收电路将控制命令传送至FPGA***来进行分级模式和参数的设置；安装在FPGA上的水果分级软件可设置三种单独模式和两种综合模式，三种单独模式分为大小模式、表面颜色模式、缺陷检测模式，两种综合模式分为大小优先综合模式，表面颜色优先综合模式；在参数设置中，可设置不同级别大小范围参数和不同级别的水果表面颜色参数。适用于不同种类的球形水果，如苹果、梨、脐橙、柑橘等的分级要求，也可适用于同种水果的不同分级要求。

分级工作时，主电动机转动通过传动齿轮与链轮上的齿轮啮合，将动力传送到并行双链条，并行双链条绕两对同步链轮转动，带动安装在并行双链条上的水果托盘在机架上匀速运行。球形水果从上料口处放到水果托盘上，水果托盘带动球形水果通过双光源箱，双光箱内的流水线位置检测电路检测到球形水果的到位信息，触发摄像头采集球形水果的图像。由于双摄像头安装在双光源箱的相对位置，可采集到球形水果两个相对侧面的图像，使水果表面的被采集到的面积占总面积的90％以上，提高了后期用水果分级软件判断水果表面颜色和表面缺陷的判断精度。采集到的两幅水果图像传送至FPGA***中，FPGA***中的水果分级软件对两幅图像进行处理，根据球形水果的大小、表面颜色、表面缺陷、球形水果形状等得出分级信号，并控制电磁阀驱动分级气缸将水果推入导槽，水果从导槽滚入收集箱，完成自动分级动作。

本发明的有益效果是：采用FPGA***实现球形水果的大小、表面颜色、表面缺陷、球形水果形状等的判别，适用于不同种类的球形水果，如苹果、梨、脐橙、柑橘等的分级要求，也可适用于同种水果的不同分级标准要求，分级功能强，适用性广。FPGA***同时控制摄像头采集图像和气动设备的分级动作，并控制在VGA显示器上显示分级结果和分级过程，所有控制工作全部由FPGA***完成，分级速度快，结构简单，功耗低，使用方便，成本低，能有效地代替人工适用于大、中、小型农户以及水果生产基地的水果分级操作，便于进行大面积推广。

附图说明

图1是本发明的总结构正向示意图。

图2是本发明的总结构反向示意图。

图3是本发明的总结构俯视示意图。

图4是电控***方框图。

图5是水果分级软件工作流程图。

下面结合图1、图2、图3、图4、图5对本发明详细说明。

图中1空压机，2水果托盘，3同步链轮，4并行双链条，5分级气缸，6导槽，7双光源箱，8 VGA显示器，9机架，10水果收集箱，11主电机，12传动齿轮，13双摄像头，14电磁阀，15电控***，16流水线位置检测电路，17红外遥控接收电路，18遥控器，19气动控制电路，20报警电路，21 FPGA***。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括空压机1，主电机11，分级气缸5，双光源箱7，双摄像头13，水果托盘2，传动齿轮12，并行双链条4，同步链轮3，导槽6，水果收集箱10，机架9，电磁阀14，电控***15；主电机11通过传动齿轮12与同步链轮3上的齿轮啮合；并行双链条4绕在两对同步链轮3上，上面装配有水果托盘2，两对同步链轮3安装在机架9上，同步链轮3可绕轴转动，主电机11转动时带动放在托盘上的水果在分级机上匀速运行；并行双链条4上最右端的水果托盘2为上料口，双光源箱7并行安装在上料口顺序第三和第四个水果托盘2上方；分级气缸5分别安装在紧邻双光源箱7第二个水果托盘2以后，顺序四个水果托盘2的后方，对应托盘前面且与之平齐装配有四个导槽6，导槽6末端与水果收集箱10相联接。

如图3所示，双摄像头13分别安装在双光源箱7中每个光源箱的一侧，双摄像头13的安装方向相对，摄像头的镜头在光源箱内部，摄像头的接线口在光源箱外部通过电线与电控***15相连；双光源箱7的侧面安装有两个流水线位置检测电路16，两个流水线位置检测电路16通过电线与FPGA***21相连；空压机1通过气管与电磁阀14连接，四个电磁阀14分别通过气管与四个分级气缸5相连，电磁阀14通过电缆与电控***15连接且电磁阀14装配在机架9侧面；VGA显示器8与电控***15通过电缆连接；电控***15和VGA显示器8固定在机架上。

如图4所示，电控***15包括FPGA***21，流水线位置检测电路16，气动控制电路19，报警电路20，VGA显示器8，遥控器18，红外遥控接收电路17，水果分级软件；流水线位置检测电路16、气动控制电路19、报警电路20，VGA显示器8、红外遥控接收电路17与FPGA***21电气连接；遥控器18发出控制信号通过红外遥控接收电路17接收并传给FPGA***21，FPGA***21内的水果分级软件处理水果信息，得出分级结果并通过气动控制电路19控制电磁阀14驱动分级气缸5进行分级。

如图5所示，水果分级软件可设置分级模式和分级参数，通过遥控器发送控制命令至红外遥控接收电路，红外遥控接收电路将控制命令传送至FPGA***来进行分级模式和参数的设置；安装在FPGA上的水果分级软件可设置三种单独模式和两种综合模式，三种单独模式分为大小模式、表面颜色模式、缺陷检测模式，两种综合模式分为大小优先综合模式，表面颜色优先综合模式；在参数设置中，可设置不同级别大小范围参数和不同级别的水果表面颜色参数。

Claims

1.一种带气动装置的球形水果自动分级机，其特征在于：它包括空压机，主电机，分级气缸，双光源箱，双摄像头，水果托盘，传动齿轮，并行双链条，同步链轮，导槽，水果收集箱，机架，电磁阀，电控***；其中，

1)主电机通过传动齿轮与同步链轮上的齿轮啮合；

2)主电机转动时带动托盘上的水果在分级机上匀速运行；

3)并行双链条上最右的水果托盘为上料口，双光源箱并行安装在上料口后，连续两个水果托盘上方；

4)分级气缸安装在紧邻双光源箱的水果托盘的后方，对应托盘前面且与之平齐装配有导槽，导槽末端与水果收集箱相联接，分级气缸、导槽和水果收集箱的数量与水果需分级级数相等；

5)双摄像头分别安装在双光源箱中，每个光源箱箱体的一侧，双摄像头的安装方向相对，摄像头的镜头在光源箱内部，摄像头的接线口在光源箱外部通过电线与电控***相连；

6)双光源箱的侧面安装有两个相对的流水线位置检测电路，两个流水线位置检测电路通过电线与FPGA***相连；

7)空压机通过气管与电磁阀连接，电磁阀分别通过气管与分级气缸相连，电磁阀通过电缆与电控***连接且电磁阀装配在机架侧面，电磁阀数量与气缸数量相同；

8)分级气缸、电磁阀、水果托盘、导槽、水果收集箱的个数等于实际球形水果需要分级的级数，并行双链条和机架的长度根据实际球形水果需要分级的级数进行调节；

9)VGA显示器与电控***通过电缆连接；

10)电控***和VGA显示器固定在机架上。

2.根据权利要求1所述的一种带气动装置的球形水果自动分级机，其特征是：所述电控***包括FPGA***，流水线位置检测电路，气动控制电路，报警电路，VGA显示器，遥控器，红外遥控接收电路，水果分级软件；流水线位置检测电路、气动控制电路、报警电路、VGA显示器、红外遥控接收电路与FPGA***电气连接。

3.根据权利要求2所述的水果分级软件，其特征是：水果分级软件可设置分级模式和分级参数，通过遥控器发送控制命令至红外遥控接收电路，红外遥控接收电路将控制命令传送至FPGA***来进行分级模式和参数的设置；安装在FPGA上的水果分级软件可设置三种单独模式和两种综合模式，三种单独模式分为大小模式、表面颜色模式、缺陷检测模式，两种综合模式分为大小优先综合模式，表面颜色优先综合模式；在参数设置中，可设置不同级别大小范围参数和不同级别的水果表面颜色参数。