一种鲜食玉米自动化切头装置与控制方法

1.本发明涉及农产品加工技术领域，具体涉及一种鲜食玉米自动化切头装置与控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着生活水平的提高，鲜食玉米越来越受到人们的喜欢。由于鲜食玉米香甜的口感，特别容易生虫，尤其是鲜食玉米的头部最为严重，所以采收后的鲜食玉米果穗加工前需要进行切头操作。
3.目前加工企业进行鲜食玉米自动化切头操作主要是由人工完成。人工操作主观性强、效率低、成本高，受伤风险高，基于此，亟需针对鲜食玉米采后加工过程中的果穗切头装置及控制方法进行改进。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种一种鲜食玉米自动化切头装置与控制方法，以解决目前加工企业进行鲜食玉米自动化切头操作主要是由人工完成，而人工操作存在主观性强、效率低、成本高以及受伤风险高的问题。
5.本发明实施例提供了一种鲜食玉米自动化切头装置，包括：
6.半圆形玉米果穗托盘，固定在传送带上；
7.橡胶镇压轮，其下端固定在固结于升降机构的第一轴承上的支架顶端；橡胶镇压轮为圆环状；半圆形玉米果穗托盘与传送带穿过橡胶镇压轮；
8.齿轮切刀，由电机驱动；电机安装在固定的第二轴承上；电机通过减速器与齿轮切刀相连；
9.圆形果穗推进机构，由圆形果穗推进块和气缸组成；圆形果穗推进机构用于推动鲜食玉米至齿轮切刀的下方；
10.视觉传感器，设置在齿轮切刀远离半圆形玉米果穗托盘一侧，视觉传感器的镜头面向半圆形玉米果穗托盘；视觉传感器用于对鲜食玉米的果穗头部进行检测；
11.显示器，用于输出视觉传感器检测到的画面。
12.可选地，还包括：
13.第一光电传感器，与齿轮切刀的外切线相切，且第一光电传感器与齿轮切刀位于同一平面内；第一光电传感器用于检测鲜食玉米头部的位置信息。
14.可选地，还包括：
15.第二光电传感器，与第一光电传感器间隔1cm～3cm设置，第二光电传感器用于检测鲜食玉米头部的位置信息。
16.可选地，第二光电传感器位于橡胶镇压轮和第一光电传感器之间，且第二光电传感器发射的光束与半圆形玉米果穗托盘的边缘相切；或，
17.第二光电传感器位于第一光电传感器远离橡胶镇压轮的一侧。
18.可选地，橡胶镇压轮的外表面粘贴有多个应变片式传感器，任意两个相邻应变片式传感器间的夹角为175度。
19.可选地，橡胶镇压轮与齿轮切刀的初始位置关系为：橡胶镇压轮的圆心与齿轮切刀的圆心在水平方向的距离为7cm～10cm；橡胶镇压轮的圆心与齿轮切刀的圆心在竖直方向的距离为10cm。
20.可选地，还包括：回收箱，设置在齿轮切刀下方。
21.本发明实施例提供的鲜食玉米自动化切头装置，可以自动的检测、调整鲜食玉米果穗头部与齿轮切刀的间距，消除之前由于人工摆放鲜食玉米果穗位置不合适而带来的切割不完全的问题，提高了鲜食玉米采后加工质量。并且通过橡胶镇压轮固定鲜食玉米，既起到了良好的固定作用，又不会造成鲜食玉米籽粒破损。
22.本发明实施例还提供了一种鲜食玉米自动化切头控制方法，应用于任一前述的鲜食玉米自动化切头装置，包括：
23.驱动圆形果穗推进机构将鲜食玉米的果穗头部移动至齿轮切刀的正下方；
24.当鲜食玉米的果穗头部移动至目标位置时，停止驱动圆形果穗推进机构；
25.驱动升降机构使橡胶镇压轮下降从而固定住鲜食玉米；
26.控制齿轮切刀对鲜食玉米的果穗头部进行切割；
27.若切割后的鲜食玉米符合标准，则结束本轮切割操作；
28.若切割后的鲜食玉米不符合标准，则进行二次切割操作。
29.可选地，当鲜食玉米的果穗头部移动至目标位置时，停止驱动圆形果穗推进机构，包括：
30.通过视觉传感器和/或第一光电传感器获取鲜食玉米的果穗头部的位置信息：
31.当鲜食玉米的果穗头部的前端超出齿轮切刀在竖直方向上投影的距离大于等于预设距离时，判断鲜食玉米的果穗头部到达目标位置；或，
32.通过第一光电传感器和第二光电传感器获取鲜食玉米的果穗头部的位置信息：
33.当第二光电传感器位于橡胶镇压轮和第一光电传感器之间，且第二光电传感器发射的光束与半圆形玉米果穗托盘的边缘相切时，若第二光电传感器未检测到鲜食玉米的果穗头部，则驱动圆形果穗推进机构推动鲜食玉米，直至第一光电传感器检测到鲜食玉米的果穗头部；当鲜食玉米的果穗头部的前端超出齿轮切刀在竖直方向上投影的距离大于等于预设距离时，判断鲜食玉米的果穗头部到达目标位置；
34.当第二光电传感器位于第一光电传感器远离橡胶镇压轮的一侧时，若第一光电传感器未检测到鲜食玉米的果穗头部，则驱动圆形果穗推进机构推动鲜食玉米，直至第二光电传感器检测到鲜食玉米的果穗头部，使圆形果穗推进机构停止运动。
35.可选地，驱动升降机构使橡胶镇压轮下降从而固定住鲜食玉米包括：
36.通过设置在橡胶镇压轮表面的多个应变片式传感器，获取橡胶镇压轮产生的应力形变数值；
37.通过与多个应变片式传感器相连的单片机将应力形变数值转换为电压信号；其中，单片机还与驱动橡胶镇压轮升降的升降机构连接；
38.单片机将电压信号与预设阈值信号进行比较；
39.当电压信号大于等于预设阈值信号时，单片机控制升降机构停止运动。
40.本发明实施例提供的鲜食玉米自动化切头控制方法，采用前述实施例中的装置对鲜食玉米的果穗头部进行切割，可以自动的调整鲜食玉米果穗头部与齿轮切刀的间距，消除之前由于人工摆放鲜食玉米果穗位置不合适而带来的切割不完全的问题，提高了鲜食玉米采后加工质量。
附图说明
41.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
42.图1示出了本发明实施例中一种鲜食玉米自动化切头装置的部分结构图；
43.图2示出了本发明实施例中一种鲜食玉米自动化切头装置中的橡胶镇压轮的结构图；
44.图3示出了本发明实施例中一种鲜食玉米自动化切头装置的电路图；
45.图4示出了本发明实施例中一种鲜食玉米自动化切头控制方法的流程图。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
47.实施例1
48.本发明实施例提供了一种鲜食玉米自动化切头装置，如图1和图2所示，包括半圆形玉米果穗托盘1，传送带，橡胶镇压轮2，升降机构，第一轴承3，齿轮切刀4，圆形果穗推进机构，视觉传感器和显示器，其中：半圆形玉米果穗托盘1固定在传送带上；橡胶镇压轮2的下端固定在固结于升降机构的第一轴承3上的支架顶端；橡胶镇压轮2为圆环状；半圆形玉米果穗托盘1与传送带穿过橡胶镇压轮2；齿轮切刀4由电机驱动；电机安装在固定的第二轴承上；电机通过减速器与齿轮切刀4相连；圆形果穗推进机构由圆形果穗推进块51和气缸52组成；圆形果穗推进机构用于推动鲜食玉米6至齿轮切刀4的下方；视觉传感器设置在齿轮切刀4远离半圆形玉米果穗托盘1一侧，视觉传感器的镜头面向半圆形玉米果穗托盘1；视觉传感器用于对鲜食玉米6的果穗头部进行检测；显示器用于输出视觉传感器检测到的画面。
49.在本实施例中，鲜食玉米6经过流水线置于半圆形玉米果穗托盘1中，通过传送带到达待切割工位，即半圆形玉米果穗托盘1与圆形果穗推进机构位于同一直线上。其中，圆形果穗推进块51的外直径稍小于半圆形玉米果穗托盘1的外直径。
50.通过视觉传感器对鲜食玉米的果穗头部进行位置检测，若鲜食玉米的果穗头部到达目标位置，则控制橡胶镇压轮2下降至固定住鲜食玉米6。橡胶镇压轮2通过丝杠实现上升下降。
51.控制齿轮切刀4对鲜食玉米6进行切割。具体地，齿轮切刀4加有防护盖。
52.通过显示器观察经过切割的鲜食玉米是否合格，以判断是否需要进行二次切割。
53.本发明实施例提供的鲜食玉米自动化切头装置，可以自动的检测、调整鲜食玉米果穗头部与齿轮切刀的间距，消除之前由于人工摆放鲜食玉米果穗位置不合适而带来的切
割不完全的问题，提高了鲜食玉米采后加工质量。并且通过橡胶镇压轮固定鲜食玉米，既起到了良好的固定作用，又不会造成鲜食玉米籽粒破损。
54.作为可选的实施方式，还包括：第一光电传感器7，与齿轮切刀4的外切线相切，且第一光电传感器与齿轮切刀位于同一平面内；第一光电传感器用于检测鲜食玉米头部的位置信息。
55.在本实施例中，由第一光电传感器7对鲜食玉米6的果穗头部位置进行检测。
56.作为可选的实施方式，还包括：第二光电传感器8，与第一光电传感器间隔1cm～3cm设置，第二光电传感器用于检测鲜食玉米头部的位置信息。在具体实施例中，第二光电传感器8位于橡胶镇压轮2和第一光电传感器7之间，且第二光电传感器8发射的光束与半圆形玉米果穗托盘1的边缘相切。
57.在本实施方式中，第一光电传感器7检测鲜食玉米果穗头部可以到达的最大极限距离，第二光电传感器8检测鲜食玉米果穗头部到达的最小距离。
58.当第二光电传感器8未检测到鲜食玉米果穗上部时，第二光电传感器8将信号通过控制电路发送给单片机，单片机接到信号后发出指令，控制电路驱动气缸移动，带动与气缸直接相连的圆形果穗推进块向前移动，圆形果穗推进块推动鲜食玉米果穗向前移动；
59.当第一光电传感器7检测到鲜食玉米果穗上部时，第一光电传感器7将信号通过控制电路发给送单片机，单片机发出停止指令，驱动电路停止驱动气缸，带动与气缸直接相连的圆形果穗推进块停止移动，使鲜食玉米果穗到达目标位置。
60.在具体实施例中，第二光电传感器8位于第一光电传感器7远离橡胶镇压轮2的一侧。
61.在本实施方式中，当第一光电传感器7未检测到鲜食玉米果穗上部时，第一光电传感器7将信号通过控制电路发送给单片机，单片机接到信号后发出指令，控制电路驱动气缸移动，带动与气缸直接相连的圆形果穗推进块向前移动，圆形果穗推进块推动鲜食玉米果穗向前移动；
62.当第二光电传感器8检测到鲜食玉米果穗上部时，第二光电传感器8将信号通过控制电路发给送单片机，单片机发出停止指令，驱动电路停止驱动气缸，带动与气缸直接相连的圆形果穗推进块停止移动，使鲜食玉米果穗到达目标位置。
63.在本实施例中，第二光电传感器8与第一光电传感器7的间隔，即为鲜食玉米果穗头部的切割长度。
64.作为可选的实施方式，如图2和图3所示，橡胶镇压轮2的外表面粘贴有多个应变片式传感器9，任意两个相邻应变片式传感器9间的夹角为175度。
65.在本实施例中，第一光电传感器7检测鲜食玉米果穗头部位置信息，如果未检测到鲜食玉米果穗头部信息，将检测结果通过p1_1引脚传送给单片机；
66.单片机通过p1_5引脚驱动控制电路驱动气缸52移动，带动与气缸52直接连接的圆形果穗推进块51向前运动，圆形果穗推进块51推动鲜食玉米果穗向前运动；
67.当第二光电传感器8未检测鲜食玉米果穗头部位置信息时，单片机通过p1_2引脚持续控制气缸52推动圆形果穗推进块51推动鲜食玉米果穗6前进；
68.当第二光电传感器8开始检测到鲜食玉米果穗头部位置信息时，将检测结果通过p1_2引脚传送给单片机。单片机将接收到的鲜食玉米果穗头部位置信息与事先设置的阈值
信息进行比较运算，如果接收到的位置信息大于或等于设定好的阈值，单片机发出停止指令，气缸停止运动，带动与其直接相连的圆形果穗推进块停止运动，使鲜食玉米果穗头部到达目标位置。
69.单片机通过p1_5引脚驱动控制电路，控制升降机构向下运动，带动橡胶镇压轮2向下运动；
70.当鲜食玉米6与橡胶镇压轮2开始接触时，橡胶镇压轮2会发生一定的应力应变，该应变会被安装在橡胶镇压轮2上的应变片式传感器9接收到并将其转换为电压信号，并通过控制电路传递到单片机p2_8引脚。单片机对此信号进行滤波等预处理后，再与事先设定的应变阈值进行对比运算，如果接收到的应变信号大于或等于设定的阈值时，单片机通过p1_5控制升降机构停止下降，带动橡胶镇压轮2停止向下运动。通过此操作，鲜食玉米果穗被固定在半圆形果穗托盘上面，并且更精确地控制了橡胶镇压轮对鲜食玉米施加的压力，进一步确保鲜食玉米籽粒的完整。
71.作为可选的实施方式，橡胶镇压轮与齿轮切刀的初始位置关系为：橡胶镇压轮的圆心与齿轮切刀的圆心在水平方向的距离为7cm～10cm；橡胶镇压轮的圆心与齿轮切刀的圆心在竖直方向的距离为10cm。
72.本实施例提供的鲜食玉米自动化切头装置适用于长度大于7cm的鲜食玉米。
73.作为可选的实施方式，还包括：回收箱10，设置在齿轮切刀下方。
74.实施例2
75.如图4所示，本发明实施例还提供了一种鲜食玉米自动化切头控制方法，应用于实施例1中的鲜食玉米自动化切头装置，包括：
76.步骤s10，驱动圆形果穗推进机构将鲜食玉米的果穗头部移动至齿轮切刀的正下方。
77.在本实施例中，通过视觉传感器或第一光电传感器对鲜食玉米的果穗头部进行位置检测。
78.步骤s20，当鲜食玉米的果穗头部移动至目标位置时，停止驱动圆形果穗推进机构。
79.在本实施例中，若通过第一光电传感器对鲜食玉米的果穗头部进行位置检测，由于第一光电传感器位于齿轮切刀的一侧，假设第一光电传感器设置在齿轮切刀靠近半圆形玉米果穗托盘的一侧，则第一光电传感器与齿轮切刀之间的间隔即可作为切割长度。在具体实施例中，可以在第一光电传感器检测到鲜食玉米的果穗头部的位置信息以后，控制圆形果穗推进机构继续运动2～3秒的时间，以调整切割长度。圆形果穗推进机构继续运动的时间长度可以根据实际需要进行调整。
80.步骤s30，驱动升降机构使橡胶镇压轮下降从而固定住鲜食玉米。
81.在本实施例中，通过橡胶镇压轮固定鲜食玉米，既起到了良好的固定作用，又不会造成鲜食玉米籽粒破损。
82.步骤s40，控制齿轮切刀对鲜食玉米的果穗头部进行切割。
83.步骤s51，若切割后的鲜食玉米符合标准，则结束本轮切割操作。
84.步骤s52，若切割后的鲜食玉米不符合标准，则进行二次切割操作。
85.在本实施例中，通过视觉传感器和显示器对切割后的鲜食玉米果穗头部进行再次
检测、观察，如果不合格，需要再进行二次切割操作，即重复步骤s10～步骤s40，确保鲜食玉米品质。
86.本发明实施例提供的鲜食玉米自动化切头控制方法，采用前述实施例中的装置对鲜食玉米的果穗头部进行切割，可以自动的调整鲜食玉米果穗头部与齿轮切刀的间距，消除之前由于人工摆放鲜食玉米果穗位置不合适而带来的切割不完全的问题，提高了鲜食玉米采后加工质量。
87.作为可选的实施方式，步骤s20包括：
88.通过视觉传感器和/或第一光电传感器获取鲜食玉米的果穗头部的位置信息：
89.当鲜食玉米的果穗头部的前端超出齿轮切刀在竖直方向上投影的距离大于等于预设距离时，判断鲜食玉米的果穗头部到达目标位置；或，
90.通过第一光电传感器和第二光电传感器获取鲜食玉米的果穗头部的位置信息：
91.当第二光电传感器位于橡胶镇压轮和第一光电传感器之间，且第二光电传感器发射的光束与半圆形玉米果穗托盘的边缘相切时，若第二光电传感器未检测到鲜食玉米的果穗头部，则驱动圆形果穗推进机构推动鲜食玉米，直至第一光电传感器检测到鲜食玉米的果穗头部；当鲜食玉米的果穗头部的前端超出齿轮切刀在竖直方向上投影的距离大于等于预设距离时，判断鲜食玉米的果穗头部到达目标位置；
92.当第二光电传感器位于第一光电传感器远离橡胶镇压轮的一侧时，若第一光电传感器未检测到鲜食玉米的果穗头部，则驱动圆形果穗推进机构推动鲜食玉米，直至第二光电传感器检测到鲜食玉米的果穗头部，使圆形果穗推进机构停止运动。
93.作为可选的实施方式，步骤s30包括：
94.通过设置在橡胶镇压轮表面的多个应变片式传感器，获取橡胶镇压轮产生的应力形变数值；
95.通过与多个应变片式传感器相连的单片机将应力形变数值转换为电压信号；其中，单片机还与驱动橡胶镇压轮升降的升降机构连接；
96.单片机将电压信号与预设阈值信号进行比较；
97.当电压信号大于等于预设阈值信号时，单片机控制升降机构停止运动。
98.上述控制方法具体细节可以对应参阅图1至图3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
99.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read
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only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid
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state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
100.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。