用于脐橙内部腐烂检测的多平台检测分拣方法与流程

本技术方案是一种用于脐橙内部腐烂在线监测方法，属于水果无损检测技术领域的辅助结构设计。

背景技术：

水果的品质问题一直是消费者关注的重点，在存储运输过程中会因为不同的原因导致腐烂破损，若在分拣过程中不及时处理，会造成很大的损失。

水果分拣的工业化流水生产效率还需要很大的提升，缩短水果无损检测到时间可以从两个方面入手，一是提高检测本身过程的速度，另一个是缩短检测过程中的传送时间。第一个问题，现在已经有较好的检测算法(如公开号108872085a的“基于蓝色波段透射图像检测的脐橙烂心无损检测方法”)，应用计算机运算，可极大提高检测速度。第二个问题，目前很多时候，对水果在线检测还较多采用人工手动把被检果品置于检测台上，进行图像采集以及检测，很难做到“在线”检测，效率不高。尤其是，为了提高检测到准确性，需要对脐橙进行多面的图像采集，这进一步提高了在线检测到难度。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本技术方案提出一种用于脐橙内部腐烂多平台检测方法，本方法采用机械手设备，合理地设置检测流程，提高机械设备的使用效率，减少计算机检测程序等待机械动作的时间。具体来说：

一种用于脐橙内部腐烂检测的多平台检测分拣方法，包括如下步骤：

1)准备：

设置检测分拣的作业空间达到暗室要求；

在作业空间内设脐橙的抓取装置，该装置是在一个可升降的旋转平台上安装多个机械手臂单体，各个机械手臂单体围绕旋转平台的轴线对称；各个机械手臂单体用于抓取被检脐橙；抓取装置的所有部件表面都涂覆黑色吸光材料；

2)初始状态下：

在旋转平台的转动方向上，在第1机械手臂单体的脐橙抓取位置的下方设脐橙进料托盘；

第2～n-1机械手臂单体的正下方分别设检测工位，且各个检测工位在被抓取脐橙路径的正下方；

在第2～n机械手臂单体中，相邻机械手臂单体之间的中心位置设不合格脐橙出料口，出料口的位置在随机械手臂单体转动过程中，被抓取脐橙所在路径的正下方；

在第n机械手臂单体的正下方设合格脐橙出料口；合格脐橙出料口在被抓取脐橙所在路径的正下方；

3)对于任一机械手臂单体，当脐橙自进料口进入作业空间，落在脐橙进料托盘上，旋转平台下落，带动机械手臂单体下落，抓取脐橙，开始步骤4)：

4)旋转平台上升并转动，送入第一个检测工位上方位置；然后，旋转平台下降，脐橙被放到第1个检测工位，机械手臂单体离开脐橙，避免影响图像采集效果；

在第1检测工位上，采集一个面的图像，完成后，机械手臂单体抓取该脐橙，旋转平台上升，继续转动；于此同时，在第一个检测工位对相应图像进行分析，基于这个面的图像得到脐橙是否合格的结论；则进行步骤5)，如果不合格则进入步骤6)；

5)旋转平台转动，把机械手臂单体送到下一个检测工位，重复所述检测流程；在转动过程中，机械手臂单体对其抓取的脐橙进行旋转，更改被检测面；

6)旋转平台转动，把机械手臂单体送到第一个不合格脐橙出料口，放开脐橙，使不合格的脐橙落入出料口，并收集；

7)经过所有检测工位的检测，并全部判断为合格，则第在合格脐橙出料口位置，把脐橙放开。

所述抓取装置包括：底座、气缸、旋转平台、平台转动电机、机械手臂底座和n个机械手臂单体，n为自然数；

所述气缸连接在底座上，气缸杆的伸缩方向垂直于地面；所述旋转平台平行于底面，且旋转平台连接于气缸杆；旋转平台由平台转动电机驱动旋转；机械手臂单体通过机械手臂底座连接于旋转平台上；如果n≥2，则各个机械手臂单体围绕旋转平台的转动轴线对称；

所述机械手臂单体包括手臂支架、支撑板、支架连杆和成对的两个抓手；

任一抓手包括：第一转轴、气压升缩杆、第二转轴、末端支架和果品角度调节机构；

气压升缩杆的末端通过第一转轴连接在手臂支架的一侧，气压伸缩杆的首端通过第二转轴连接于末端支架的背面；末端支架的末端通过支架连接杆转动连接在支撑板上，支撑板连接在手臂支架上；所述第一转轴、第二转轴以及支架连杆与支持的转轴相互平行，且都垂直于地面；在末端支架的正面连接所述果品角度调节机构；

成对的两抓手中：两个抓手关于手臂支架成轴对称，两个末端支架的正面是相对的；

果品角度调节机构包括第一电机、弧形滑块、弧形滑道、第二电机和卡盘；卡盘的背面中心位置连接第二电机输出轴的顶端，第二电机输出轴的转动轴线垂直于卡盘的表面；第二电机的主体连接在弧形滑块上；弧形滑块与弧形滑道配合连接；弧形滑道连接在末端支架的正面；第一电机的主体连接在末端支架上，且弧形滑块与第一电机的输出轴通过联动机构连接，并随着第一电机地输出轴的转动，在弧形滑道上移动；弧形滑块移动的弧形路径所在的平面垂直于地面，且两末端支架上的弧形滑块的弧形路径在同一平面上；两末端支架上的弧形滑块的弧形路径的圆心在两末端支架之间。

进一步，所述卡盘表面附有柔性材质薄膜，在卡盘与第二电机之间连接压敏传感器。该压敏传感器还可以连接在在第二电机的主体与其连接柱之间。

所述第一电机的输出轴上连接有锥形齿轮；

所述弧形滑块的主体为圆筒的一部分；在弧形滑块的外凸面开有内凹的弧形的槽，槽的圆心在弧形滑块所在圆筒的轴线上；槽的一侧壁上设有与锥形齿轮对应啮合的齿条，锥形齿轮在槽内；

所述弧形滑道有成对的两个，它们一左一右位于弧形滑块的两侧，在弧形滑道的内侧设有滑槽，两个弧形滑道围成弧形滑块所在的区域，弧形滑块的两侧壁分别在两弧形滑道的滑槽内；锥形齿轮在了弧形滑道之间；

第二电机的主体通过连接柱与弧形滑块连接，且连接位置在弧形滑块的内凹面。

所述压敏传感器还可以连接在第二电机的主体与其连接柱之间。

在实际使用时候，卡盘本身是球冠形状，在卡盘的内侧面连接柔性材质薄膜，柔性材质薄膜可以是黑色的弹性橡胶片等。在常态下，柔性材质薄膜与卡盘的边缘连接，而柔性材质薄膜与卡盘的内凹部分不连接。

进一步，所述旋转平台底面的中心位置连接有轴承，所述气缸杆的顶端连接于该轴承；气缸杆套有齿环，所述平台转动电机的主体连接于旋转平台底面，平台转动电机的输出轴上连接有齿轮，齿轮与齿环啮合。

本机械手臂可以应用于流水线，取代人工抓取果品，并送到检测工位，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是一个机械手臂单体的结构示意图；

图3是第一电机、弧形滑块和弧形滑道部分的结构示意图；

图4是图3结构的另一个视角的示意图；

图5是旋转平台的转动结构的结构示意图；

图中：底座1、气缸2、气缸杆3、平台转动电机4(步进电机)、旋转平台5、机械手臂底座6、第一机械手臂单体7、第二机械手臂单体8、第三机械手臂单体9、第四机械手臂单10、第五机械手臂单11、第六机械手臂单12、轴承13、齿环14、齿轮15、手臂支架701、第一转轴702、气压升缩杆703、第二转轴704、第一电机705、弧形滑块706、弧形滑道707、第二电机708、带有力传感器的卡盘709、柔性材质薄膜710、末端支架711、支撑板712、支架连杆713、锥形齿轮714、槽715、齿条716、滑槽717、第二电机的主体与弧形滑块之间的连接柱718。

具体实施方式

一种用于脐橙内部腐烂检测的多平台检测分拣方法，包括步骤：1)准备：设置检测分拣的作业空间达到暗室要求；在作业空间内设脐橙的抓取装置，该装置是在一个可升降的旋转平台上安装多个机械手臂单体；2)初始状态下：在旋转平台的转动方向上，设脐橙进料托盘、检测工位、不合格脐橙出料口、合格脐橙出料口；3)对于任一机械手臂单体，当脐橙自进料口进入作业空间，抓取脐橙，依次送入各个检测工位；采集一个面的图像，并判断；不合格品放入不合格脐橙出料口，合格品送入合格脐橙出料口。本机械手臂可以应用于流水线，取代人工抓取果品，并送到检测工位，提高了生产效率。

本例结合具体使用过程，对本发明进一步说明如下：

如附图所示，本例所用的抓取装置包括：底座、气缸、旋转平台、平台转动电机、机械手臂底座和n个机械手臂单体，n为自然数；本例中，n为6。

所述气缸连接在底座上，气缸杆的伸缩方向垂直于地面；所述旋转平台平行于底面，且旋转平台连接于气缸杆；旋转平台由平台转动电机驱动旋转；机械手臂单体通过机械手臂底座连接于旋转平台上；如果n≥2，则各个机械手臂单体围绕旋转平台的转动轴线对称；

所述机械手臂单体包括手臂支架、支撑板、支架连杆和成对的两个抓手；

任一抓手包括：第一转轴、气压升缩杆、第二转轴、末端支架和果品角度调节机构；

气压升缩杆的末端通过第一转轴连接在手臂支架的一侧，气压伸缩杆的首端通过第二转轴连接于末端支架的背面；末端支架的末端通过支架连接杆转动连接在支撑板上，支撑板连接在手臂支架上；所述第一转轴、第二转轴以及支架连杆与支持的转轴相互平行，且都垂直于地面；在末端支架的正面连接所述果品角度调节机构；

成对的两抓手中：两个抓手关于手臂支架成轴对称，两个末端支架的正面是相对的；

果品角度调节机构包括第一电机、弧形滑块、弧形滑道、第二电机和卡盘；卡盘的背面中心位置连接第二电机输出轴的顶端，第二电机输出轴的转动轴线垂直于卡盘的表面；第二电机的主体连接在弧形滑块上；弧形滑块与弧形滑道配合连接；弧形滑道连接在末端支架的正面；第一电机的主体连接在末端支架上，且弧形滑块与第一电机的输出轴通过联动机构连接，并随着第一电机地输出轴的转动，在弧形滑道上移动；弧形滑块移动的弧形路径所在的平面垂直于地面，且两末端支架上的弧形滑块的弧形路径在同一平面上；两末端支架上的弧形滑块的弧形路径的圆心在两末端支架之间。

进一步，所述卡盘表面附有柔性材质薄膜，在卡盘上连接有压敏传感器。

在实际使用时候，卡盘本身是球冠形状，在卡盘的内侧面连接柔性材质薄膜，柔性材质薄膜可以是黑色的弹性橡胶片等。在常态下，柔性材质薄膜与卡盘的边缘连接，而柔性材质薄膜与卡盘的内凹部分不连接。

本例中，所述第一电机的输出轴上连接有锥形齿轮；

所述弧形滑块的主体为圆筒的一部分；在弧形滑块的外凸面开有内凹的弧形的槽，槽的圆心在弧形滑块所在圆筒的轴线上；槽的一侧壁上设有与锥形齿轮对应啮合的齿条，锥形齿轮在槽内；

所述弧形滑道有成对的两个，它们一左一右位于弧形滑块的两侧，在弧形滑道的内侧设有滑槽，两个弧形滑道围成弧形滑块所在的区域，弧形滑块的两侧壁分别在两弧形滑道的滑槽内；锥形齿轮在了弧形滑道之间；

第二电机的主体通过连接柱与弧形滑块连接，且连接位置在弧形滑块的内凹面。.

所述压敏传感器还可以连接在第二电机的主体与其连接柱之间。

本例中，旋转平台的转动机构为：所述旋转平台底面的中心位置连接有轴承，所述气缸杆的顶端连接与该轴承；气缸杆套有齿环，所述平台转动电机的主体连接于旋转平台底面，平台转动电机的输出轴上连接有齿轮，齿轮与齿环啮合。该转动机构可采用的方式较多，本例为其中一种。

在实际使用时：本装置的所有零件表面都涂有黑色吸光材料(如黑色油漆)；

在应用环境下，无损检测分拣的空间是黑暗的密闭空间，内部的材质为吸光的黑色材质；

下面，以在多检测平台检测脐橙内部腐烂中的应用，对本旋转手臂的工作原理进行说明：

初始状态：

第一机械手臂单体7对应着进料口；

第二机械手臂单体8、第三机械手臂单体9、第四机械手臂单10、第五机械手臂单11下对应着第一～四检测工位；

第六机械手臂单12对应着内部未腐烂(合格)脐橙出料口；

第二机械手臂单体8、第三机械手臂单体9、第四机械手臂单10、第五机械手臂单11、第六机械手臂单12的相邻两个夹角中间位置对应着内部腐烂(不合格)脐橙出料口；

动作一：进料口进橙，气缸2带动气缸杆3下移；

第一机械手臂单体7上的气压升缩杆703推动末端支架711抓取脐橙，带有力传感器的卡盘709与脐橙接触，卡盘上的柔性材质薄膜710受力时根据脐橙的形状而形变，覆盖在脐橙的夹持受力面，当卡盘受力达到一定值时，力传感器传出信号，进而气压伸缩杆703停止推动，保持当前的夹持状态；

气缸2带动气缸杆3上移；

动作二：旋转平台5带动第一机械手臂单体7顺时针旋转至第一个检测工位(第二机械手臂单体8初始位置对应的位置)；

气缸2带动气缸杆3下移，气压升缩杆703带动末端支架711，使其张开将脐橙放置在检测工作台，采集脐橙第一面图像，并进检测。

采集完毕，气压升缩杆703推动末端支架711抓取脐橙，气缸2带动气缸杆3上移；

动作三：旋转平台5带动第一机械手臂单体7旋转，如果第一个工位检测结果有腐烂，第一机械手臂单体7旋转至第一、二工位夹角中间位置，末端支架711张开使脐橙掉落；

如果检测结果正常，则第一电机705驱动弧形滑块706在弧形滑道707上进行运动，第二电机708带动带有力传感器卡盘709旋转，脐橙由卡盘709带动旋转一定的角度，到第二个工位后，将脐橙放置在检测工作台上，采集脐橙第二面图像；采集完毕，气压升缩杆703推动末端支架711抓取脐橙，气缸2带动气缸杆3上移；再重复本动作，继续转动到下一检测工位或抛弃脐橙；

重复上述过程，直至所有面的图像全部检测完成。如果脐橙为合格品，则把脐橙送到未腐烂脐橙出料口。

其它各个机械臂单体的动作与上述动作一致。

有益效果及原理：

1)卡盘上的柔性材质薄膜是一种黑色可吸光、可膨胀收缩的材质(例如黑色弹性橡胶片)，不会对脐橙造成二次挤压损伤。

本方案通过一个机械手臂单体在夹持脐橙时，在保持脐橙中心位置不变且不影响脐橙在工位上的图像拍摄情况下，可将脐橙在空间上旋转，具体在脐橙与夹盘面平行的面可进行360°旋转，脐橙与旋转平台旋转面和夹盘面垂直的面可进行0～±30°的旋转(旋转角度亦可更精细)。

2)本方案可视要求改变旋转平台的大小以及机械手臂单体的个数，使脐橙能够获取不同面数的图像，以达到不同程度要求的检测。

本卡盘上的柔性材质膜层是一种黑色可吸光、可膨胀收缩的材质，不会对脐橙造成二次挤压损伤。

本发明通过一个机械手臂在夹持脐橙时，在保持脐橙中心位置不变且不影响脐橙在工位上的图像拍摄情况下，可将脐橙在空间上旋转，具体在脐橙与夹盘面平行的面可进行360°旋转，脐橙与旋转平台旋转面和夹盘面垂直的面可进行0～±30°的旋转。本发明可根据脐橙内部腐烂检测的具体要求，改变旋转平台的大小以及机械手臂的个数，使脐橙能够获取不同面数的图像，以达到不同程度要求的检测。本发明操作简单方便，分拣效率高，人工智能化较高。