CN111524186A - 开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置及方法，该装置包括：计算机、工业相机以及成像结构等。相机采集图像，计算机识别开心果轮廓及其倾斜角度。其角度提取算法步骤：中值滤波、提取蓝色分量、图像分割、联通性分析、形态学变换、边缘检测、轮廓提取、椭圆拟合以及提取倾斜角度。具体控制方法包括：1)当开心果进入头尾置换旋转工位时，当前角度与预设角度对比判断，确定角度调整值；2)将调整值转化为脉冲信号，传送给伺服电机；3)伺服电机将输出旋转运动的动力，并依次通过联轴器、旋转主轴、旋转支撑平台，带动开心果进行旋转运动。本发明采用智能视觉提取开心果的倾斜角度，有效替代人工作业、提高生产效率。

Description

开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置及其方法

技术领域

本发明涉及农业食品加工机械制造领域，具体涉及用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置及其方法。

背景技术

目前在开心果的头尾置换的加工工序中，最普遍与最传统的方法是需要通过操作人员人工目视检测后，手动地将开心果一颗一颗地依次旋转到预设的位置上。但是这种方法费时费力，重复性强，劳动强度大，效率低，主观因素影响较大，而且随着操作时间的加长，很容易导致操作人员出现疲劳，从而使工作错误率提高。生产线生产过程中，仅仅靠人工操作不仅费时费力，而且工作精度不够精准，因此通过人工放置法已经满足不了生产线高效率、高质量的要求。

公开号为CN206059284U的中国专利提出了一种用于装配继电器零件的单气缸旋转机构，该方法通过气缸提供动力，借助旋转块，传动块，转轴和零件固定夹头之间的连接传动关系，对继电器零件在水平面上的角度进行调整，从而完成继电器零件的装配。但是这种方法需要采用气缸等自动化设备，容易造成在旋转过程中的震动，从而影响旋转位置的精度。

公开号为CN204980363U的中国专利提出了一种玻璃瓶旋转搬运装置，利用旋转的具有负压功能的圆盘将传送部件上输送过来的玻璃瓶吸起，旋转的圆盘将瓶子带到最上端后，由上方的摩擦棒驱动玻璃瓶进行360°旋转进行检测，最后再将玻璃瓶放置于链条上。但是这种方法在玻璃瓶旋转的过程中没有受到压紧，容易造成玻璃瓶在旋转过程中的不稳定。

综上，本领域内急需能快速、有效、全自动化地完成开心果轮廓提取，并精准调整开心果姿态，提高工作效率，降低错误率。

发明内容

本发明实施例提供了一种开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置及其方法，解决了人工操作耗时长、效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的机械装置技术方案具体如下：

一种用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，包括：旋转支撑平台，所述旋转支撑平台设置有联轴器连接伺服电机，所述伺服电机设置有信号连接的伺服驱动器、控制器与计算机，以及工业相机。所述工业相机用于采集开心果骨架图像并传输给所述计算机，所述计算机通过图像分析与识别算法获得开心果轮廓，提取轮廓倾斜角度，并与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度变化值。

进一步的，所述旋转机械装置还包括：压紧机构，所述压紧机构位于所述旋转支撑平台正上方。

更进一步的，所述工业相机位于操作平台上方，并与操作平台的工作平面呈平行状态。

进一步的，所述工业相机还连接有工业镜头，所述工业镜头位于工业相机正下方并与操作平台的工作平面呈平行状态。

进一步的，所述工业相机还连接有照明装置，所述照明装置正对所述工业相机的下方设置。

进一步的，所述旋转支撑平台设置有机械臂，所述机械臂位于所述旋转支撑平台两侧。

进一步的，所述旋转支撑平台设置有压紧机构，所述压紧机构位于旋转支撑平台正上方。

本发明所采用的控制方法技术方案具体如下：

一种用于开心果头尾置换与姿态调整的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、工业相机获取开心果骨架的图像，并传送给计算机；

步骤2、计算机通过图像分析与识别获得开心果顶部的轮廓，并提取轮廓倾斜角度；

步骤3、当开心果进入头尾置换工位时，开心果位于旋转支撑平台上，所提取的当前角度与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度值；

步骤4、根据步骤3得到的开心果的角度调整值，根据机械结构的传动比，转化为伺服电机的旋转的角度值，然后控制器将得到的数据转化成脉冲信号，并传送给伺服电机驱动器，驱动器驱动伺服电机运动；

步骤5、当伺服电机接收到运动信号时，它将输出旋转运动的动力，并依次通过联轴器、旋转主轴、旋转支撑平台，并带动开心果进行旋转运动。

进一步的，所述步骤5中在伺服电机输出旋转运动的动力之前，旋转支撑平台上方的压紧机构便往下压住开心果上，防止开心果因离心力过大而飞出旋转支撑平台，实现了开心果的定位夹紧的功能。

进一步的，所述步骤1、步骤2和步骤3中基于智能视觉的角度提取算法步骤包括：图像采集、图像中值滤波、提取蓝色分量、图像分割、联通特性分析、形态学变换、边缘检测、轮廓提取、椭圆拟合以及获取椭圆长轴的倾斜角度。

更进一步的，椭圆拟合可以细分为：轮廓点离散化、构造轮廓点坐标数组链表、采用最小二乘法拟合拟合椭圆方程、获取椭圆的长轴所在直线方程、求得直线的斜率、计算直线的倾斜角度。

本发明的有益效果是：本发明的一种用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置与控制方法，采用智能视觉提取开心果在长度方向的倾斜程度，具有成本低、智能化、效率高、精度高、自动化的优点。并且***机械结构简单、伺服电机调整准确且高速、有效替代人工放置操作、提高生产的效率。

附图说明

图1为本发明的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置的结构三维示意图；

图2为本发明的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置的结构侧视示意图；

图3为本发明的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置与控制方法的算法流程图；

图4为本发明的开心果头尾置换与姿态调整控制方法的成像结构示意图；

图5为本发明的开心果头尾置换与姿态调整控制方法的开心果旋转前后示意图。

图1中，101.压紧机构；102.旋转支撑台；103.联轴器；104.伺服电机；105.计算机；106.工业相机；107.机械臂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置与控制方法如图1与图2所示，主要包括：旋转支撑平台102、旋转支撑平台102、联轴器103、伺服电机104、工业相机106等。所述的伺服电机104连接到伺服驱动器，伺服驱动器设置有信号连接于控制器，控制器安装在计算机105内部。所述的工业相机106通过千兆网连接于计算机105的外部网络端口。工业相机106的作用在于：采集开心果骨架图像并传输给所述计算机105，进而计算机105通过图像分析与识别算法获得开心果轮廓，并提取轮廓倾斜角度，并与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度变化值。

进一步的，所述旋转机械装置还包括压紧机构101，所述压紧机构101位于所述旋转支撑平台102正上方。

更进一步的，工业相机106位于操作平台上方，并与操作平台的工作平面呈平行状态。

进一步的，工业相机106还连接有工业镜头，所述工业镜头位于工业相机正下方并与操作平台的工作平面呈平行状态。

进一步的，工业相机106还连接有照明装置，所述照明装置正对所述工业相机的下方设置。

进一步的，旋转支撑平台102设置有机械臂107，机械臂107位于旋转支撑平台102两侧。

进一步的，为了在旋转支撑平台102开始运行时实现开心果的定位夹紧功能，本发明还包括压紧机构101，压紧机构101位于旋转支撑平台102的正上方。

如图3所示，本发明所采用的控制方法的技术方案包括以下步骤：

步骤1、工业相机获取开心果骨架的图像，并传送给计算机；

步骤2、计算机通过图像分析与识别获得开心果顶部的轮廓，并提取轮廓倾斜角度；

步骤3、当开心果进入头尾置换工位时，开心果位于旋转支撑平台上，所提取的当前角度与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度值；

步骤4、根据步骤3得到的开心果的角度调整值，根据机械结构的传动比，转化为伺服电机的旋转的角度值，然后控制器将得到的数据转化成脉冲信号，并传送给伺服电机驱动器，驱动器驱动伺服电机运动；

步骤5、当伺服电机接收到运动信号时，它将输出旋转运动的动力，并依次通过联轴器、旋转主轴、旋转支撑平台，并带动开心果进行旋转运动。

进一步的，所述步骤5中在伺服电机输出旋转运动的动力之前，旋转支撑平台上方的压紧机构便往下压住开心果上，防止开心果因离心力过大而飞出旋转支撑平台，实现了开心果的定位加紧的功能。

进一步的，所述步骤1、步骤2和步骤3中基于智能视觉的角度提取算法步骤包括：图像采集S001、图像中值滤波S002、提取蓝色分量S003、图像分割S004、联通特性分析S005、形态学变换S006、边缘检测S007、轮廓提取S008、椭圆拟合S009以及获取椭圆长轴的倾斜角度S016。

更进一步的，椭圆拟合可以细分为：轮廓点离散化S010、构造轮廓点坐标数组链表S011、采用最小二乘法拟合拟合椭圆方程S012、获取椭圆的长轴所在直线方程S013、求得直线的斜率S014、计算直线的倾斜角度S015。

如图4所示，开心果头尾置换与姿态调整控制方法的成像结构示意图，相机采集开心果的端部图像，如果拍摄位置为尾部，从截面A-A可见尾部椭圆形标记与水平方向存在明显的倾斜角度。

如图5所示，开心果头尾置换与姿态调整控制方法的开心果旋转前后示意图，展示了开心果倾斜角度旋转前后的角度变化情况。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，包括旋转支撑平台、旋转支撑平台、有联轴器、伺服电机、工业相机；所述伺服电机连接到伺服驱动器，伺服驱动器设置有信号连接于控制器，控制器安装在计算机的外部网络端口；工业相机的作用在于：采集开心果骨架图像并传输给所述计算机，进而计算机通过图像分析与识别算法获得开心果轮廓，并提取轮廓倾斜角度，并与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度变化值。

2.如权利要求1所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，还包括压紧机构，所述压紧机构位于所述旋转支撑平台正上方。

3.如权利要求1所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，工业相机位于操作平台上方，并与操作平台的工作平面呈平行状态。

4.如权利要求3所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，工业相机还连接有工业镜头，所述工业镜头位于工业相机正下方并与操作平台的工作平面呈平行状态。

5.如权利要求4所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，工业相机还连接有照明装置，所述照明装置正对所述工业相机的下方设置。

6.如权利要求1所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，旋转支撑平台设置有机械臂，所述机械臂位于所述旋转支撑平台两侧。

7.如权利要求1所述的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，旋转支撑平台设置有压紧机构，所述压紧机构位于旋转支撑平台正上方。

8.如权利要求1的开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置，其特征在于，为了在旋转支撑平台开始运行时实现开心果的定位夹紧功能，还包括压紧机构，压紧机构位于旋转支撑平台的正上方。

9.一种用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、工业相机获取开心果骨架的图像，并传送给计算机；

步骤2、计算机通过图像分析与识别获得开心果顶部的轮廓，并提取轮廓倾斜角度；

步骤3、当开心果进入头尾置换工位时，开心果位于旋转支撑平台上，所提取的当前角度与预设的开心果轮廓角度允许范围进行对比判断，确定所需要调整的角度值；

步骤4、根据步骤3得到的开心果的角度调整值，根据机械结构的传动比，转化为伺服电机的旋转的角度值，然后控制器将得到的数据转化成脉冲信号，并传送给伺服电机驱动器，驱动器驱动伺服电机运动；

步骤5、当伺服电机接收到运动信号时，它将输出旋转运动的动力，并依次通过联轴器、旋转主轴、旋转支撑平台，并带动开心果进行旋转运动；

进一步的，所述步骤5中在伺服电机输出旋转运动的动力之前，旋转支撑平台上方的压紧机构便往下压住开心果上，防止开心果因离心力过大而飞出旋转支撑平台，实现了开心果的定位加紧的功能。

10.如权利要求9所述的用于开心果头尾置换与姿态调整的旋转机械装置的控制方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2和步骤3中基于智能视觉的角度提取算法步骤包括：图像采集、图像中值滤波、提取蓝色分量、图像分割、联通特性分析、形态学变换、边缘检测、轮廓提取、椭圆拟合以及获取椭圆长轴的倾斜角度；

更进一步的，椭圆拟合可以细分为：轮廓点离散化、构造轮廓点坐标数组链表、采用最小二乘法拟合拟合椭圆方程、获取椭圆的长轴所在直线方程、求得直线的斜率、计算直线的倾斜角度。

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