CN114210593A - 一种球形果蔬分拣装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球形果蔬分拣装置，包括：机架、输送装置、输送托盘、光谱检测装置、初级分拣单元、识别装置、以及果品分拣单元，其中，输送托盘置于所述主输送带上，包括可容纳所述球形果蔬的凹槽、驱动所述球形果蔬转动的转动机构、以及可发射强光的光源组件，所述转动机构和光源组件均设置在所述凹槽内。有益效果是：分拣过程中，通过输送托盘的保护，避免了球形果蔬相互碰撞，解决了表皮容易损伤的问题。通过光源组件的设置，在输送托盘的下部发射强光照，能够满足光谱检测的需求，同时通过姿态调节功能，提高了光谱检测的识别霉心病的准确率，能够减少坏果的混入，提高分拣的产品品质。

Description

一种球形果蔬分拣装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，尤其是涉及一种球形果蔬分拣装置。

背景技术

在目前的农业应用技术中，有许多农产品，如一些水果或者蔬菜在加工或者销售时，需要进行分拣分类，在这些农产品的分类分拣过程中一般都采用人工或半自动化设备进行处理。以前大多数分拣无法很好的识别果蔬的好坏程度，以苹果为例，简单的人工分拣只能按照个体的大小、颜色进行简单分类，但是，无法通过人工方式筛选出霉心病的苹果。

苹果霉心病又称心腐病，是危害苹果内部品质的主要病害，近年来红富士苹果的发病率普遍较高，一般发病率为21％左右，尤其是套袋红富士，其发病率高达43.5％-79.5％。苹果霉心病发病的主要时期在果实成熟期和贮藏期。早中熟苹果在成熟采收后大多数外表分辨不出来，但进入市场或消费者手中的发病果实不能食用；晚熟品种进入果库后，在贮藏期会继续扩展和发病，使全果腐烂，毫无食用价值。霉心病所含有的神经毒素具有影响生育、致癌和免疫等毒理作用。除了苹果以外，土豆、梨等也存在类似的问题，如：黑心病。

同时，在机械筛选过程中，还存在果蔬之间相互磕碰损伤的问题，虽然，在现有的分拣过程中，增加了果蔬托盘，避免的果蔬的相互磕碰损伤的问题，但是，放置于托盘的果蔬无法自主转动，经过识别过程时，无法判断该果蔬的底部(即置于托盘内的部分)的品质，容易错分烂果，分拣效果差。

因此，本发明提出了一种球形果蔬分拣装置，尤其提出了一种针对苹果、猕猴桃、土豆、西红柿等球形果蔬的分拣装置。

发明内容

本发明提供一种球形果蔬分拣装置，以解决现有技术中针对分拣过程容易造成果蔬损伤、分拣效果差的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种球形果蔬分拣装置，包括：

机架，

输送装置，置于所述机架上，用于输送待分拣的球形果蔬；所述输送装置包括动力机构、主动轮、从动轮、以及围绕所述主动轮和从动轮运动的主输送带；

输送托盘，置于所述主输送带上，包括可容纳所述球形果蔬的凹槽、驱动所述球形果蔬转动的转动机构、以及可发射强光的光源组件，所述转动机构和光源组件均设置在所述凹槽内；

光谱检测装置，固定在所述机架上，位于所述输送装置的上方，用以识别所述球形果蔬是否存在霉心病或黑心病；

初级分拣单元，置于所述光谱检测装置的后侧，包括一分拣推手，以及劣果输送渠道，所述分拣推手承载有霉心病或黑心病的球形果蔬的输送托盘推送至所述劣果输送渠道，完成劣果分级；

识别装置，固定在所述机架上，位于所述输送装置的上方，用以识别所述球形果蔬的图像信息，并生成所述球形果蔬的品质；

果品分拣单元，置于所述输送装置的后侧，所述果品分拣单元包括分拣输送带、分拣摆手、以及多条子输送渠道，所述分拣摆手位于每条的所述子输送渠道的前部，根据所述球形果蔬品质，将承载有所述球形果蔬的输送托盘分拣到对应的子输送渠道，完成所述球形果蔬的分拣。

作为优选的技术方案，所述输送托盘的转动机构包括轴向转动机组和径向转动机组，所述轴向转动机组包括两组对立设置的轴向驱动滚子，所述轴向驱动滚子位于所述凹槽的左右两侧，以实现所述球形果蔬的轴向转动；

所述径向转动机组包括两组对立设置的径向驱动滚子，所述径向驱动滚子位于所述凹槽的前后两侧，以实现所述球形果蔬的径向转动。

作为优选的技术方案，每组所述轴向驱动滚子和径向驱动滚子均包括至少两个用于驱动所述球形果蔬转动的滚轮、以及用以支撑所述滚轮的弹性支架，根据所述球形果蔬的大小，所述弹性支架可以弹性调节所述滚轮的位置；

所述弹性支架包括支撑杆、以及弹性机构，所述支撑杆的一端连接有滚轮、另一端固定在所述弹性机构上；当所述球形果蔬置于所述凹槽内时，在重力的作用下压迫所述滚轮，并使得所述弹性机构收缩，以减少所述滚轮对球形果蔬的应力损伤。

作为优选的技术方案，所述弹性支架还包括用以支撑所述支撑杆的倾斜杆、以及与所述倾斜杆铰接的水平杆，所述弹性机构的一端固定在所述水平杆上，另一端连接于所述倾斜杆与支撑杆的连接处。

作为优选的技术方案，所述输送托盘的外侧设外壳，所述外壳的形状为长方形结构，在所述外壳的表面上贴有电子标签。

作为优选的技术方案，所述外壳的直径不小于所述球形果蔬的直径。

作为优选的技术方案，所述输送托盘还包括电子称模块，以实现对所述球形果蔬的重量计量。

作为优选的技术方案，所述滚轮的表面设有防滑层，所述防滑层采用食用级硅胶材料。

作为优选的技术方案，所述光源组件位于所述凹槽的下方，包括至少3组LED光源，所述LED光源等间距的分布于所述凹槽的下方，并向所述凹槽的中心处发射稳定光照辐射。

作为优选的技术方案，所述LED光源的中心波长为710nm、半波宽度为20nm。

作为优选的技术方案，所述子输送渠道的行走方向与分拣输送带的行走方向相互垂直。

本发明具有的有益效果是：

(1)分拣过程中，通过输送托盘的保护，避免了球形果蔬相互碰撞，解决了表皮容易损伤的问题。

(2)通过光源组件的设置，在输送托盘的下部发射强光照，能够满足光谱检测的需求，同时通过姿态调节功能，提高了光谱检测的识别霉心病的准确率，能够减少坏果的混入，提高分拣的产品品质。

(3)通过姿态调节功能，在果品识别过程中，具有极高自动化程度，保证了球形果蔬的360°表皮采样，整体判断球形果蔬的品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明：一种球形果蔬分拣装置的结构示意图；

图2为本发明：一种球形果蔬分拣装置的输送托盘的结构示意图；

图3为本发明输送托盘的俯视图；

图4为本发明输送托盘在光谱检测状态时的结构示意图；

图5为本发明输送托盘的剖面结构示意图；

图6为本发明输送托盘的滚轮未受到压力时的状态示意图；

图7为本发明输送托盘的滚轮受到较大压力时的状态示意图；

图8为本发明轴向驱动滚子驱动苹果旋转的状态示意图；

图9为本发明径向驱动滚子驱动苹果旋转的状态示意图；

图10为本发明滚轮的结构示意图

图11为本发明弹性支架的结构示意图。

其中：99-球形果蔬、100-机架、200-输送装置、300-输送托盘、400-光谱检测装置、500-初级分拣单元、600-识别装置、700-果品分拣单元、

201-主输送带、310-外壳、301-凹槽、302-转动机构、303-光源组件、3031-LED光源、320-电子标签、3021-轴向转动机组、3022-轴向驱动滚子、3031-径向转动机组、3032-径向驱动滚子、3001-滚轮、3002-弹性支架、3003-支撑杆、3004-弹性机构、3005-倾斜杆、3006-水平杆、501-分拣推手、502-劣果输送渠道、701-分拣输送带、702-分拣摆手、703-子输送渠道、704-电磁阀。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参照图1-11所示，一种球形果蔬分拣装置，包括：机架100、输送装置200、输送托盘300、光谱检测装置400、初级分拣单元500、识别装置600、果品分拣单元700。

本发明中的输送装置200置于机架100上，用于输送待分拣的球形果蔬99；输送装置200包括动力机构、主动轮、从动轮、以及围绕主动轮和从动轮运动的主输送带201，一般的，主输送带201可以采用表面平整的PVC材质或PU材质的输送带，主输送带201也可以采用自滑动的辊道式输送带。主输送带201具有一定的承重力，输送过程中其能够保持平整、平稳。

本发明中的输送托盘300置于主输送带201上，包括可容纳球形果蔬99的凹槽301、驱动球形果蔬99转动的转动机构302、以及可发射强光的光源组件303，转动机构302和光源组件303均设置在凹槽301内。为了能够避免球形果蔬99在输送过程中相互磕碰，输送托盘300的外侧设外壳310，外壳310的形状为长方形结构，外壳310的直径不小于球形果蔬99的直径。为了能够便于识别，在外壳310的表面上贴有电子标签320，其中，电子标签320可以为二维码、条形码、RFID等。本发明的电子标签320优选为RFID电子标签，RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。

本发明中的光谱检测装置400固定在机架100上，位于输送装置200的上方，用以识别球形果蔬99是否存在霉心病或黑心病。以苹果为例，一般的，果霉心病发病于心室，光谱检测霉心病的方法是通过强光对苹果的心室照射，光谱检测装置400获取苹果的漫反射或投射的光谱，判断其是否发生霉心病，以实现无损检测。光谱检测装置400的判断结果发送给RFID电子标签，并形成该球形果蔬99的数据画像，以便于后期的果蔬分拣分类。

具体的，本发明中的输送托盘300通过在其内部设有光源组件303，该光源组件303可以向凹槽301的中心处发射稳定光照辐射，当苹果置于凹槽301内时，光源组件303发射的强光直径照射到苹果的心房位置，光谱检测装置400能够提高识别效果。

由于在光谱检测装置400的识别病果时需要稳定的光照辐射，因此，本发明的光源组件303位于凹槽301的下方，包括至少3组LED光源3031，LED光源3031等间距的分布于凹槽301的下方，并向凹槽301的中心处发射稳定光照辐射。本实施例中的LED光源3031为4组，等间距的分布在凹槽301的下方。

本发明中的LED光源3031的中心波长为710nm、半波宽度为20nm。根据实验数据表面，710nm波长的穿透性最好，根据建立的判别模型，识别效果均达到95％以上，甚至达到98％的识别率。

为了能达到上述的识别效果，苹果的摆放姿态也很重要，一般的要求苹果需要水平放置，即苹果的赤道线正对着凹槽301的最低点，同时正对于光谱检测装置400。当然，在苹果的放置过程中必然不能完全保证上述的姿态。因此，本发明中的输送托盘300通过在其内部设有转动机构302，摆正苹果的姿态。具体转动机构302的结构在后文详细阐述，本发明的转动机构302的主要作用在于，将苹果摆放成适宜的姿态，便于光谱检测装置400的识别判断。

本发明中的初级分拣单元500置于光谱检测装置400的后侧，包括一分拣推手501，以及劣果输送渠道502，输送托盘300移动至此区域时，分拣推手501承载有霉心病或黑心病的球形果蔬99的输送托盘300推送至劣果输送渠道502，完成劣果分级，承载有正常的球形果蔬99的输送托盘300移动至后续单元。分拣推手501一般有PLC控制器来控制，根据输送托盘300上的FRID电子标签的信息控制分拣推手501完成相应的推送动作，例如，将承载有霉心病或黑心病的球形果蔬99的输送托盘300推送至劣果输送渠道502。

本发明中的识别装置600固定在机架100上，位于输送装置200的上方，用以识别球形果蔬99的图像信息，并生成球形果蔬99的品质。承载有正常的球形果蔬99的输送托盘300进入该识别装置600区域，识别装置600对球形果蔬99表面进行识别，经过数据计算分析，进而获得球形果蔬99的尺寸、成熟度、品质等信息，上述的数据计算分析方法为成熟技术，例如采用阿里云的图像识别服务，根据球形果蔬99的表面图像来判断球形果蔬99的尺寸、成熟度、品质等。识别装置600将识别结果发送给RFID电子标签，并形成该球形果蔬99的数据画像，以便于后期的果蔬分拣分类。

同样以苹果为例，一般的，在识别过程中，需要对苹果360度的扫描识别，判断苹果大小、色泽、完整性、典型性、新鲜度、光洁度、果实整齐度等。为了实现苹果360度的扫描识别，转动机构302包括轴向转动机组3021和径向转动机组3031，通过轴向转动机组3021和径向转动机组3031的分别运行，可以完成苹果的360度扫描识别。

具体的，轴向转动机组3021包括两组对立设置的轴向驱动滚子3022，轴向驱动滚子3022位于凹槽301的左右两侧，以实现苹果的轴向转动，例如朝向苹果的果蒂-果柄方向旋转。径向转动机组3031包括两组对立设置的径向驱动滚子3032，径向驱动滚子3032位于凹槽301的前后两侧，以实现苹果的径向转动，例如朝向苹果的赤道线方向旋转。

上述的姿态调整过程是由处理器结合识别装置600的图像信息自动完成的，通过轴向转动机组3021和径向转动机组3031的分别运行，识别装置600完成苹果的360度扫描识别，进而获得苹果的等级，如特等、一级、二级等。为了能够获取苹果的重量，输送托盘300还包括电子称模块。

参照图6-7所示，每组轴向驱动滚子3022和径向驱动滚子3032均包括至少两个用于驱动球形果蔬99转动的滚轮3001、以及用以支撑滚轮3001的弹性支架3002，根据球形果蔬99的大小，弹性支架3002可以弹性调节滚轮3001的位置。弹性支架3002包括支撑杆3003、以及弹性机构3004，支撑杆3003的一端连接有滚轮3001、另一端固定在弹性机构3004上。其中，弹性机构3004可以直接固定在输送托盘300的底部。当球形果蔬99置于凹槽301内时，在重力的作用下压迫滚轮3001，并使得弹性机构3004收缩，以减少滚轮3001对球形果蔬99的应力损伤。

参照图11所示，本发明中的弹性支架3002还包括了用以支撑所述支撑杆的倾斜杆3005、以及与所述倾斜杆3005铰接的水平杆3006，所述弹性机构3004的一端固定在所述水平杆3006上，另一端连接于所述倾斜杆3005与支撑杆3003的连接处。通过上述结构的设定，能够解决弹性支架3002的安装难度，使得整个结构更加稳定。

参照图10所示，本发明中的滚轮3001的表面设有防滑层3005，防滑层3005采用食用级硅胶材料。采用防滑层3005能够有效地提高滚轮3001与球形果蔬99之间的摩擦力，能够更好的驱动球形果蔬99的转动。

值得说明的是，本发明中输送托盘300中还包括了必要的电源、动力装置、及处理器等部件，动力装置一般采用的是电机或马达，其能够驱动滚轮3001进行旋转，处理器能够控制动力装置，进而控制并驱动滚轮3001正向或反向转动，以及滚轮3001转动的圈数或幅度。电源一般为可充电电池，为动力装置、电子标签320、光源组件303、处理器等提供电能，使得上述部件能够正常工作。处理器为整个装置的大脑核心，其可以控制光源组件303的照射与关闭；控制动力装置的工作，等等。

本发明中的果品分拣单元700置于输送装置200的后侧，果品分拣单元700包括分拣输送带701、分拣摆手702、以及多条子输送渠道703，分拣摆手702位于每条的子输送渠道703的前部，根据球形果蔬99品质，将承载有球形果蔬99的输送托盘300分拣到对应的子输送渠道703，完成球形果蔬99的分拣。其中，子输送渠道703的行走方向与分拣输送带701的行走方向相互垂直。

本发明中的每个分拣摆手702均由单独的电磁阀704控制，当对应品质的球形果蔬99经过时，分拣摆手702横挡在分拣输送带701上，球形果蔬99到达子输送渠道703时，通过分拣摆手702的拦截和摆动，是的对应品质的球形果蔬99进入相应单独分拣输送带701上，进而完成了球形果蔬99的分拣。

具体的使用方法如下：

以苹果为例，首先将苹果放置于输送托盘300内，输送托盘300在输送装置200上输送至光谱检测装置400的下方，进行初步的检测，判断苹果是否存在霉心病，并将判断结果发送至输送托盘300的RFID电子标签内存储，并形成该苹果的数据画像。在光谱检测过程中，为了更加准确的检测苹果是否存在霉心病，通过输送装置200的转动机构302驱动调节苹果的姿态，使得苹果水平放置，即苹果的赤道线正对着输送装置200的凹槽301的最低点，同时正对于光谱检测装置400，在通过输送装置200的光源组件303向苹果的心房位置发射强光照，光谱检测装置400的识别率可以达到95％以上，甚至达到99％。

进过光谱检测装置400的检测，输送托盘300进入初级分拣单元500，根据输送托盘300上的FRID电子标签的信息，PLC控制分拣推手501完成相应的推送动作，例如，将承载有霉心病的苹果的输送托盘300推送至劣果输送渠道502。

承载有正常的球形果蔬99的输送托盘300进入该识别装置600区域，识别装置600对苹果表面进行识别，经过数据计算分析，进而获得球形果蔬99的尺寸、成熟度、品质等信息，识别装置600将识别结果发送给RFID电子标签，并形成该苹果的数据画像，以便于后期的果蔬分拣分类。

同样的，为了完成对苹果表面进行识别，需要对苹果完成至少2次的旋转，例如一次的朝向苹果的果蒂-果柄方向旋转，以及一次的朝向苹果的赤道线方向旋转；上述的姿态调整过程是由处理器结合识别装置600的图像信息自动完成的，通过轴向转动机组3021和径向转动机组3031的分别运行，识别装置600完成苹果的360度扫描识别，进而获得苹果的等级，如特等、一级、二级等。

经过识别装置600后，承载有苹果的输送托盘300移动至果品分拣单元700，在果品分拣单元700中，输送托盘300依次在分拣输送带701上输送，由于每个分拣摆手702均由单独的电磁阀704控制，根据当前顺序中的苹果大小及成熟度信息，电磁阀704分别控制每个分拣摆手702的打开或闭合的过程，进而使得苹果进入对应的子输送渠道703上，进入后续的包装环节。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，包括：

机架，

输送装置，置于所述机架上，用于输送待分拣的球形果蔬；所述输送装置包括动力机构、主动轮、从动轮、以及围绕所述主动轮和从动轮运动的主输送带；

输送托盘，置于所述主输送带上，包括可容纳所述球形果蔬的凹槽、驱动所述球形果蔬转动的转动机构、以及可发射强光的光源组件，所述转动机构和光源组件均设置在所述凹槽内；

光谱检测装置，固定在所述机架上，位于所述输送装置的上方，用以识别所述球形果蔬是否存在霉心病或黑心病；

初级分拣单元，置于所述光谱检测装置的后侧，包括一分拣推手，以及劣果输送渠道，所述分拣推手承载有霉心病或黑心病的球形果蔬的输送托盘推送至所述劣果输送渠道，完成劣果分级；

识别装置，固定在所述机架上，位于所述输送装置的上方，用以识别所述球形果蔬的图像信息，并生成所述球形果蔬的品质；

果品分拣单元，置于所述输送装置的后侧，所述果品分拣单元包括分拣输送带、分拣摆手、以及多条子输送渠道，所述分拣摆手位于每条的所述子输送渠道的前部，根据所述球形果蔬品质，将承载有所述球形果蔬的输送托盘分拣到对应的子输送渠道，完成所述球形果蔬的分拣。

2.根据权利要求1所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述输送托盘的转动机构包括轴向转动机组和径向转动机组，所述轴向转动机组包括两组对立设置的轴向驱动滚子，所述轴向驱动滚子位于所述凹槽的左右两侧，以实现所述球形果蔬的轴向转动；

所述径向转动机组包括两组对立设置的径向驱动滚子，所述径向驱动滚子位于所述凹槽的前后两侧，以实现所述球形果蔬的径向转动。

3.根据权利要求2所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，每组所述轴向驱动滚子和径向驱动滚子均包括至少两个用于驱动所述球形果蔬转动的滚轮、以及用以支撑所述滚轮的弹性支架，根据所述球形果蔬的大小，所述弹性支架可以弹性调节所述滚轮的位置；

所述弹性支架包括支撑杆、以及弹性机构，所述支撑杆的一端连接有滚轮、另一端固定在所述弹性机构上；当所述球形果蔬置于所述凹槽内时，在重力的作用下压迫所述滚轮，并使得所述弹性机构收缩，以减少所述滚轮对球形果蔬的应力损伤。

4.根据权利要求3所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述弹性支架还包括用以支撑所述支撑杆的倾斜杆、以及与所述倾斜杆铰接的水平杆，所述弹性机构的一端固定在所述水平杆上，另一端连接于所述倾斜杆与支撑杆的连接处。

5.根据权利要求1所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述输送托盘的外侧设外壳，所述外壳的形状为长方形结构，在所述外壳的表面上贴有电子标签。

6.根据权利要求5所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述外壳的直径不小于所述球形果蔬的直径。

7.根据权利要求3所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述滚轮的表面设有防滑层，所述防滑层采用食用级硅胶材料。

8.根据权利要求1所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述光源组件位于所述凹槽的下方，包括至少3组LED光源，所述LED光源等间距的分布于所述凹槽的下方，并向所述凹槽的中心处发射稳定光照辐射。

9.根据权利要求8所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述LED光源的中心波长为710nm、半波宽度为20nm。

10.根据权利要求1所述的一种球形果蔬分拣装置，其特征在于，所述子输送渠道的行走方向与分拣输送带的行走方向相互垂直。

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