集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置

1.本发明涉及农产品加工机械技术领域，特别涉及集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置。

背景技术：

2.菱角是一年生草本水生植物菱的果实，含有丰富的淀粉、蛋白质、葡萄糖、不饱和脂肪酸及多种维生素，菱角皮脆肉美，还有一定的药用价值。菱角品种比较容易退化，退化将影响售卖以及后续的种植。为保证菱角的品种不断优化，要对菱角进行选种和分类收集工作。传统的选种分级方式主要由人工完成，人工选种的方式工作量大、效率低、成本高，且人工方式主观性较强没有统一的标准，导致错误率较高。因此，采用基于机器视觉的分拣方式能够有效的提升菱角选种的准确度。针对外形较为复杂的菱角，在机器视觉图像采集前的下料环节是该发明研究的关键问题。
3.2012年，浙江大学的成芳等人提出了一种基于机器视觉技术的对虾品质检测分级装置（授权公告号：cn 103056111 b），该装置在出料模块中，采用振荡送料器以及传感器，振荡送料器的振荡速度逐级提升，从而逐级减少对虾的数量，达到每次输出到摄像头下只有单只对虾的效果。但是该装置的振荡送料器对对虾的数量是无序控制，难也保证每次仅输出单只对虾，难以保证检测的准确性。
4.2021年，湘潭大学的马秋成等人提出了一种基于机器视觉的壳莲成熟度检测设备（申请公布号：cn 114192425 a），该设备的送料机构将壳莲通过进料斗滚落至斜直中间轨道，在斜面滚入至两侧送料传送带区域，传送带上的每个推块可容纳一颗壳莲，进而实现壳莲单颗输出。但是该装置具有局限性，仅适合于壳莲之类球形农作物，对于菱角这类形状较为复杂的农作物无法适用。
5.针对上述专利所存在出料效果较差的问题，2021年，西北农林科技大学的刘伟等人设计了一种类圆形果实采后分选流水线（授权公告号：cn 216174338 b），该装置采用四自由度机械手臂搬运果实，可保证单个果实同等时间间隔输出。但是该装置所采用的机械手臂成本较高，且效率较低，不利于菱角批量生产选种分拣所使用。
6.综上所述：针对菱角人工选种所存在的效率低、成本高、精度差等问题，本发明选用基于机器视觉的分拣选种方式。要实现相机等时间间隔采集菱角图片并计算分析给分拣模块发出分类信号的效果，就必须对出料模块进行改进。因此如何将菱角由堆状调整成单个规律输出将是本发明要解决关键问题。

技术实现要素：

7.本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，置能有效地提高菱角分拣的效率和质量。
8.本发明的目的是这样实现的：一种集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，包括：转盘进料机构、多角转轮出料机构、检测机构、分拣机构和工作台；所述转盘进
料机构和多角转轮出料机构放置在工作台上，所述多角转轮出料机构的进料通道对准转盘进料机构的输出口，所述多角转轮出料机构的出料通道对准检测机构的传送带前端；所述分拣机构设置在检测机构的传送带末端，用于接收检测机构的分类信号并做出相应分拣反应实现菱角分类收集。
9.作为本发明的进一步限定，所述转盘进料机构包括：进料仓、拨杆、转盘、导向轮、底座、大电机、齿轮和防叠门机构；所述进料仓呈漏斗状放置在底座之上；所述底座内设置有大电机，所述底座的平台中间设置有一根竖轴，所述转盘、齿轮中的从动轮和拨杆均套设在竖轴上；所述转盘通过大电机驱动齿轮转动而转动，所述底座的平台上等间隔放置有八个导向轮，所述导向轮与转盘的边缘底部相接触；所述防叠门机构设置在转盘进料机构的输出口处。
10.作为本发明的进一步限定，所述转盘的内圈呈雨伞状向下倾斜一定角度，使得进入进料仓的菱角向转盘的边缘运动，所述转盘的外圈设置有四个凸起的拨料板，所述拨杆安装在转盘的斜面上，所述拨杆呈弧形固定不动，且与斜面贴合，在转盘的转动下，结合拨杆及转盘边缘的拨料板的共同作用使菱角运动至输出口。
11.作为本发明的进一步限定，所述防叠门机构采用v字型结构，包括滑道、滑块、防叠板一、防叠板二、弹簧、滑轮；所述防叠板一的一端与防叠板二的一端通过轴相互铰接，所述轴上还安装有滑轮；所述防叠板一的另一端采用滑块固定于滑道内，所述滑道固定在转盘进料机构的输出口上；所述防叠板二的另一端与转盘进料机构的输出口的上板铰接，所述弹簧的两个钩环分别固定于防叠板一和防叠板二中间的圆形孔中。
12.作为本发明的进一步限定，所述多角转轮出料机构包括进料通道、转轮机身、出料通道、小电机、电机座和多角转轮；所述进料通道与出料通道分别固定在转轮机身上，所述进料通道用于承接转盘进料机构输出的菱角，所述出料通道用于向检测机构输出单个菱角；所述多角转轮与小电机的轴相连接；所述电机座固定于小电机的尾部；所述电机座的底部呈一定角度倾斜，与工作台贴合。
13.作为本发明的进一步限定，所述多角转轮的四周向内侧凹陷形成弧形槽，每个弧形槽与转轮机身的内腔形成仅能容纳一个菱角的间隔空间；所述多角转轮的四个角上都设置有一个滚轮。
14.作为本发明的进一步限定，所述检测机构包括传送带、相机和驱动电机；所述相机固定在传送带上方，所述驱动电机驱动传送带转动，将菱角通过传送带传送到相机下方。
15.作为本发明的进一步限定，所述分拣机构包括分级箱、分拣底座、分拣盘、分拣带和驱动及控制系统；所述分拣底座的三面分别放置有分级箱，所述分拣底座内设有驱动及控制系统，所述分拣盘设置在分拣底座的上方，所述分拣带置于分拣盘之上，所述分拣带和分拣盘通过驱动及控制系统实现多角度转动；所述驱动及控制系统根据检测机构所发出的分类信号，使分拣盘旋转相应的角度通过分拣带使得菱角向前运动至对应的分级箱之中。
16.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：第一，转盘进料机构采用带有斜面的转盘，结合拨杆和拨料板的作用下可以使进料仓中的菱角源源不断的送至输出口，防叠门机构的设置可以使菱角出料第一阶段以单列形式排出；同时可以防止经过的菱角卡住，避免重叠。
17.第二，多角转轮出料机构的多角转轮的弧形槽与转轮机身内壁间的间隙仅能容纳
一个菱角，且多角转轮每个角都安装了一个滚轮，可以防止菱角在转轮机身中卡住，保证每个间隔空间仅存在一个菱角，在菱角出料第二阶段实现单个排出。
18.第三，一方面，菱角单个等时间间隔有规律的输出到相机之下，有效的解决了人工手动放料效率低的问题，提高了菱角智能分拣的效率，降低人工成本；另一方面，该装置保证了相机采集的每副图像中仅有一个菱角，提高了图像的有效性及质量，进而提高计算机检测的准确度，最终提升菱角分拣的准确性。
附图说明
19.图1为本发明的菱角智能分拣装置总装图。
20.图2为本发明的转盘进料机构内部示意图。
21.图3为本发明的防叠门机构示意图。
22.图4为本发明的多角转轮出料机构的右视图。
23.图5为本发明的多角转轮出料机构的内部示意图。
24.图6为本发明的多角转轮示意图。
25.图7为本发明的菱角智能分拣装置俯视图。
26.其中，1转盘进料机构，11进料仓，12拨杆，13转盘，14导向轮，15底座，16大电机，17齿轮，18防叠门机构，181滑道，182滑块，183防叠板一，184防叠板二，185弹簧，186滑轮，19拨料板，2多角转轮出料机构，21进料通道，22转轮机身，23出料通道，24小电机，25电机座，26多角转轮，261滚轮，3检测模块，31传送带，32相机，33驱动电机，4分拣模块，41分级箱，42分拣底座，43分拣带，44分拣盘，5工作台。
具体实施方式
27.如图1所示的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，包括转盘进料机构1、多角转轮出料机构2、检测机构3、分拣机构4和工作台5；转盘进料机构1和多角转轮出料机构2放置在工作台5上，多角转轮出料机构2的进料通道对准转盘进料机构1的输出口，多角转轮出料机构2的出料通道对准检测机构3的传送带前端；分拣机构4设置在检测机构3的传送带末端，用于接收检测机构3的分类信号并做出相应分拣反应实现菱角分类收集。
28.如图2所示，转盘进料机构1包括：进料仓11、拨杆12、转盘13、导向轮14、底座15、大电机16、齿轮17和防叠门机构18；进料仓11呈漏斗状放置在底座15之上；底座15内设置有大电机16，底座15的平台中间设置有一根竖轴，转盘13、齿轮17中的从动轮和拨杆12均套设在竖轴上；转盘13通过大电机16驱动齿轮17转动而转动，底座15的平台上等间隔放置有八个导向轮，导向轮与转盘13的边缘底部相接触；使转盘13转动更加稳定；防叠门机构18设置在转盘进料机构1的输出口初处。
29.转盘13的内圈呈雨伞状向下倾斜一定角度，使得进入进料仓11的菱角向转盘13的边缘运动，转盘13的外圈设置有四个凸起的拨料板19，拨杆12安装在转盘13的斜面上，拨杆12呈弧形固定不动，且与斜面贴合，在转盘13的转动下，结合拨杆12及转盘13边缘的拨料板19的共同作用使菱角运动至输出口；输出口位于进料仓11侧边，菱角从该输出口输出到多角转轮机构2的进料通道21。
30.如图3所示，防叠门机构18采用v字型结构，包括滑道181、滑块182、防叠板一183、防叠板二184、弹簧185、滑轮186；防叠板一183的一端与防叠板二184的一端通过轴相互铰接，轴上还安装有滑轮186；防叠板一183的另一端采用滑块182固定于滑道181内，滑道181固定在转盘进料机构1的输出口上；防叠板二184的另一端与转盘进料机构1的输出口的上板铰接，弹簧185的两个钩环分别固定于防叠板一183和防叠板二184中间的圆形孔中，使得防叠门机构18在承受水平外力时增加开合的角度，在丧失或减小外力时通过弹簧185回到最初的角度，滑轮186用以防止经过的菱角卡住，同时避免重叠。
31.当滑块182分别运动至滑道181的两个极端时，即两防叠板开合角度达到极大值和极小值。当开合角度最小时，即为初始位置，滑轮186最低点与转盘13表面的距离为菱角短轴长度均值；当开合角度最大时，滑轮186最低点与转盘13表面的距离小于两个短轴平均距离之和，此距离设定可让菱角通过防叠门机构18时单列无重叠输出。
32.如图4所示，多角转轮出料机构2包括进料通道21、转轮机身22、出料通道23、小电机24、电机座25和多角转轮26；进料通道21与出料通道23分别固定在转轮机身22上，进料通道21用于承接转盘进料机构1输出的菱角，出料通道23用于向检测机构3输出单个菱角；多角转轮26与小电机24的轴相连接，小电机24轴驱动多角转轮26转动；电机座25固定于小电机24的尾部；电机座25的底部呈一定角度倾斜，与工作台5贴合；可以实现整个多角转轮出料机构2向左下方倾斜，即菱角通过重力作用进入转轮机身22中，又依靠重力作用从出料通道23排出。
33.如图5所示，多角转轮26的四周向内侧凹陷形成弧形槽，弧形槽的形状符合菱角的外形结构，每个弧形槽与转轮机身22的内腔形成仅能容纳一个菱角的间隔空间；如图6所示，多角转轮26的四个角上都设置有一个滚轮261；用以防止菱角在转轮机身22中卡住，保证每个间隔空间仅存在一个菱角，当菱角通过多角转轮26旋转到下方出口，则依靠重力从出料通道23下落至检测模块3。
34.如图7所示，检测机构包括传送带31、相机32和驱动电机33；相机32固定在传送带31上方，驱动电机33驱动传送带31转动，将菱角通过传送带31传送到相机32下方；相机32对单个菱角采集图像信息并传输至计算机，根据菱角外形、颜等特征将其分类。
35.分拣机构4包括分级箱41、分拣底座42、分拣盘44、分拣带43和驱动及控制系统；分拣底座42的三面分别放置有分级箱41，每个分级箱41分别收集不同品质等级的菱角；分拣底座42内设有驱动及控制系统，分拣盘44设置在分拣底座42的上方，且位于分拣底座42的中间，分拣带43置于分拣盘44之上，分拣带43和分拣盘44通过驱动及控制系统实现多角度转动；驱动及控制系统根据检测机构3所发出的分类信号，使分拣盘44旋转相应的角度通过分拣带43逆时针转动，将传送带31传送的菱角向前排出，使得菱角向前运动至对应的分级箱41之中，完成菱角的智能分拣工作。
36.本发明工作时，第一，将菱角倒入进料仓11中，转盘13开始转动，菱角依靠重力在转盘13斜面上慢慢滑落至转盘13边缘，结合拨杆12和拨料板19的作用使菱角源源不断的送至进料仓11的输出口，菱角经过防叠门机构18实现单列无重叠输出。
37.第二，从转盘进料机构1输出的单列菱角通过进料通道21进入转轮机身22，在小电机24的驱动下多角转轮26开始转动，实现每个弧形槽中仅有一个菱角，当旋转至下方出口，菱角依靠自身重力从出料通道23滑下。
38.第三，由多角转轮出料机构2输出的单个菱角在传送带31上传送至相机32之下，相机32采集单个菱角图像，根据其形状、颜等特征，由计算机计算分类。
39.第四，计算机给分拣机构4的驱动及控制系统发送分拣信号，分拣盘44做出相应的分拣反应旋转相应的角度，通过分拣带43将菱角传送至对应等级的分级箱41中，完成菱角的智能分拣。
40.本发明提供的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，与现有技术相比较体现了其提高了菱角智能分拣的效率，降低人工成本的优点，提高了所采集图像的有效性及质量，提升了菱角分拣的准确性。在实际生产过程中，通过改进防叠门的高度以及多角转轮槽的大小形状，可以适应多种农作物智能分拣前的出料工作，具有很大的市场前景和推广价值。
41.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，包括：转盘进料机构（1）、多角转轮出料机构（2）、检测机构（3）、分拣机构（4）和工作台（5）；所述转盘进料机构（1）和多角转轮出料机构（2）放置在工作台（5）上，所述多角转轮出料机构（2）的进料通道对准转盘进料机构（1）的输出口，所述多角转轮出料机构（2）的出料通道对准检测机构（3）的传送带前端；所述分拣机构（4）设置在检测机构（3）的传送带末端，用于接收检测机构（3）的分类信号并做出相应分拣反应实现菱角分类收集。2.根据权利要求1所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述转盘进料机构（1）包括：进料仓（11）、拨杆（12）、转盘（13）、导向轮（14）、底座（15）、大电机（16）、齿轮（17）和防叠门机构（18）；所述进料仓（11）呈漏斗状放置在底座（15）之上；所述底座（15）内设置有大电机（16），所述底座（15）的平台中间设置有一根竖轴，所述转盘（13）、齿轮（17）中的从动轮和拨杆（12）均套设在竖轴上；所述转盘（13）通过大电机（16）驱动齿轮（17）转动而转动，所述底座（15）的平台上等间隔放置有八个导向轮，所述导向轮与转盘（13）的边缘底部相接触；所述防叠门机构（18）设置在转盘进料机构（1）的输出口处。3.根据权利要求2所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述转盘（13）的内圈呈雨伞状向下倾斜一定角度，使得进入进料仓（11）的菱角向转盘（13）的边缘运动，所述转盘（13）的外圈设置有四个凸起的拨料板（19），所述拨杆（12）安装在转盘（13）的斜面上，所述拨杆（12）呈弧形固定不动，且与斜面贴合，在转盘（13）的转动下，结合拨杆（12）及转盘（13）边缘的拨料板（19）的共同作用使菱角运动至输出口。4.根据权利要求2所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述防叠门机构（18）采用v字型结构，包括滑道（181）、滑块（182）、防叠板一（183）、防叠板二（184）、弹簧（185）、滑轮（186）；所述防叠板一（183）的一端与防叠板二（184）的一端通过轴相互铰接，所述轴上还安装有滑轮（186）；所述防叠板一（183）的另一端采用滑块（182）固定于滑道（181）内，所述滑道（181）固定在转盘进料机构（1）的输出口上；所述防叠板二（184）的另一端与转盘进料机构（1）的输出口的上板铰接，所述弹簧（185）的两个钩环分别固定于防叠板一（183）和防叠板二（184）中间的圆形孔中。5.根据权利要求1所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述多角转轮出料机构（2）包括进料通道（21）、转轮机身（22）、出料通道（23）、小电机（24）、电机座（25）和多角转轮（26）；所述进料通道（21）与出料通道（23）分别固定在转轮机身（22）上，所述进料通道（21）用于承接转盘进料机构（1）输出的菱角，所述出料通道（23）用于向检测机构（3）输出单个菱角；所述多角转轮（26）与小电机（24）的轴相连接；所述电机座（25）固定于小电机（24）的尾部；所述电机座（25）的底部呈一定角度倾斜，与工作台（5）贴合。6.根据权利要求5所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述多角转轮（26）的四周向内侧凹陷形成弧形槽，每个弧形槽与转轮机身（22）的内腔形成仅能容纳一个菱角的间隔空间；所述多角转轮（26）的四个角上都设置有一个滚轮（261）。7.根据权利要求1所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述检测机构包括传送带（31）、相机（32）和驱动电机（33）；所述相机（32）固定在传送
带（31）上方，所述驱动电机（33）驱动传送带（31）转动，将菱角通过传送带（31）传送到相机（32）下方。8.根据权利要求1所述的集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，其特征在于，所述分拣机构（4）包括分级箱（41）、分拣底座（42）、分拣盘（44）、分拣带（43）和驱动及控制系统；所述分拣底座（42）的三面分别放置有分级箱（41），所述分拣底座（42）内设有驱动及控制系统，所述分拣盘（44）设置在分拣底座（42）的上方，所述分拣带（43）置于分拣盘（44）之上，所述分拣带（43）和分拣盘（44）通过驱动及控制系统实现多角度转动；所述驱动及控制系统根据检测机构（3）所发出的分类信号，使分拣盘（44）旋转相应的角度通过分拣带（43）使得菱角向前运动至对应的分级箱（41）之中。

技术总结

本发明公开了集成转盘及多角转轮的菱角自动排列智能分拣装置，包括转盘进料机构、多角转轮出料机构、检测机构、分拣机构和工作台，通过转盘进料机构向多角转轮出料机构输出单列无重叠的菱角，通过多角转轮机构将菱角等时间间隔单个输出到检测机构；相机采集菱角图像信息通过计算机计算分类，给分拣机构发送对应的分拣信号，完成菱角分级收集。本发明针对传统农作物智能分拣需要手动放料效率低等问题，在检测机构及分拣机构前加入了转盘进料机构以及多角转轮出料机构，有效的提高了菱角智能检测分拣的效率，降低了人工成本，提升了相机所采集图像的质量，提高了最终菱角分拣的准确性。性。性。