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基于机器视觉的水果智能分拣系统设计发布时间：2021-11-25T07:09:45.518Z 来源：《中国经济评论》2021年第10期作者：张广宜林家鹏王潇宇[导读] 项目主要利用机器视觉来抓取不同规格的水果，在视觉技术的引导下，通过智能相机把工作区域内被筛选对象图像信息传送到计算机中，然后通过比较之前在计算机中建立的水果模型，包括比较水果和模型的：颜色，外形，大小等因素，确定水果的形状特征是否符合模型的要求。
张广宜林家鹏王潇宇武汉东湖学院摘要：项目主要利用机器视觉来抓取不同规格的水果，在视觉技术的引导下，通过智能相机把工作区域内被筛选对象图像信息传送到计算机中，然后通过比较之前在计算机中建立的水果模型，包括比较水果和模型的：颜色，外形，大小等因素，确定水果的形状特征是否符合模型的要求。
使用工业机器人完成定位，并在此前提下对水果进行抓取，同时，覆盖于机械爪上的材料也保证了抓取力度的适中，以保证不会在抓取过程中，对水果的品相造成损伤，同时在视觉引导的过程中，对于直径、外表存在较大差异的水果进行分类，以抓取到不同的区域，完成水果的分拣工作。
关键词：智能化生产；图像采集；定位；图像处理；抓取一、引言随着现代化农业的普及，生产过程机械化必不可缺，机械化在现代化农业的组成中占有非常重要的地位，在未来的农业中，机械化、智能化也必然取代人工。
我国作为农业大国，水果产业所占的国际贸易额却一直很低，水果总产量和贸易额之间存在着十分巨大的反差，造成这一现象的主要原因便是水果的产后处理能力低下，造成市场核心竞争力较低。
因此，如何利用现有技术，研发出一种能识别坏果、分拣速度快、精度高、通用性较强的分拣系统装置十分有必要。
随着智能制造在我国的广泛应用，传感器技术、图像处理技术及机器人等技术的应用及推广，本项目旨在研发设计一种基于机器视觉的机器人水果分拣装置。
该装置能智能识别水果的类型、好坏、水果大小，并完成水果的分选。
该装置的成功设计及应用将有助于我国水果产地分销商的分拣、装箱等工序的快速完成，满足消费者对水果的不同需求，并提升顾客满意度。
砂糖橘采摘机器人分拣机构设计砂糖橘是一种非常受欢迎的水果，每年在采摘季节，需要大量的人力参与采摘和分拣工作。
然而，传统的人工采摘和分拣方式效率低下，且劳动强度大。
因此，设计一种砂糖橘采摘机器人分拣机构，可以大大提高工作效率和产品质量。
一、机器人结构设计在砂糖橘采摘机器人的结构设计上，可以采用三段式设计。
第一段是机器人的底盘部分，用于提供稳定的支撑和移动功能。
第二段是机械臂部分，用于采摘砂糖橘并将其放置在传送带上。
第三段是传送带部分，用于将采摘好的砂糖橘分拣到不同的区域。
二、机器人工作原理砂糖橘采摘机器人工作原理如下：首先，机器人底盘移动到目标砂糖橘树附近。
然后，机器人的机械臂通过高精度传感器和计算机视觉系统，准确定位并采摘砂糖橘。
采摘后，机械臂将砂糖橘放置在传送带上。
传送带将砂糖橘送到分拣区域，根据不同标准（如大小、颜色等），将砂糖橘分拣到对应的容器中。
整个过程通过程序和控制系统自动完成。
三、机器人的优势相比传统的人工采摘和分拣方式，砂糖橘采摘机器人具有以下优势：1. 提高工作效率：机器人可以快速准确地采摘和分拣砂糖橘，大大提高工作效率，节约人力资源。
2. 减少人力成本：采摘砂糖橘是一项劳动密集型工作，使用机器人可以减少对人力的依赖，降低人力成本。
3. 提高产品质量：机器人采摘和分拣的过程可实现精确控制，保证采摘的砂糖橘质量一致性，提升产品质量。
4. 减少劳动强度：传统的采摘和分拣工作对人力的劳动强度大，使用机器人可以减轻工人的劳动负担。
5. 可持续发展：机器人采摘和分拣砂糖橘所用能源主要是电力，相对于燃油等传统能源更环保，符合可持续发展的要求。
四、机器人的应用前景砂糖橘采摘机器人分拣机构的设计，可以广泛应用于砂糖橘的种植基地和果园。
随着人工智能和机器人技术的不断进步，机器人的精度和性能将不断提高，未来机器人在农业领域的应用前景将更加广阔。
总结：砂糖橘采摘机器人分拣机构的设计是一项利用机械臂和传送带技术来实现采摘和分拣的创新农机。
一种水果自动分拣机的设计摘要：主要设计的是输送水果的装置，水果输送装置采用的单列化结构，是毕业设计中的一个重要装置，本次设计的分拣机器的单列化机构有三个方面，其一是电动机（在选择电动机时不仅要考虑安全还要考虑额定功率问题），其二是传送带，其三是四个滚筒。
水果输送装置的单列化结构是利用一个倾斜的输送装置（这里采用一个凹形板，利用水果的自身重力滑入输送带）和一个V型输送装置垂直分布（从水果输送进来到输送出去的方向），由于大部分的水果的外观像圆形，根据水果外观，故分拣机构选择使用双辊式关键词：品质分级单列化输送1水果品质分拣的背景与意义我国作为历史上及现在国际上的的农业大国，粮食与蔬菜一直是主要的种植的经济农作物，由于社会经济的高速发展，人民经济水平的不断提高，对生活的品质要求也不断提高，水果的消费额大大提高，水果的种植面积产量不断增大，水果也逐渐成为我国第三大农业种植产业。
现阶段，中国对水果质量的分拣研究存在很多局限，只能研究出大小分拣的机器，而且分拣机器的种类非常多，其结构也很复杂。
但是果农基本上对分拣机器知之甚少，要想使水果产品商品化，核心工作就是对水果品质进行分拣处理，在某种程度上，可以提升水果实际的销售利润。
因此，对于分拣机器的研究，不仅要使之结构简单，还要能够应用于实际生产中。
在国内以及国外市场，水果的市场潜力都非常大。
虽然中国属于水果市场生产大国，但是还没有进入强国的行列，中国水果出口额还不足全球总产量的十分之一，主要是因为中国水果质量没达到商品化的要求以及其外观和质量都相对较差，以致于在水果市场中毫无竞争力。
2水果品质分拣机的整体设计原则1.根据不同水果的质量以及其物理状态，发明出一种不仅可以分拣还能满足农户采摘的机器。
2.其分拣机器需要具备的特点有以下几方面，其一是分拣的准确，其二是分拣的高效，其三是分拣的安全度数高，其四是可靠。
3.以减少制造成本为目的，以满足功能需求为基础，机器的组建需要尽可能的简化，以此使农户在使用过程中更加方便操作以及拆卸。
案例二摘果式自动分拣系统1、案例背景这是一个零售企业配送中心摘果式分拣系统的模拟。
模拟零售企业配送中心以摘果式分拣供应商送达的A、B、C、D类产品的流程。
其中A、B、C三类产品由同一家供应商送达，D产品由另一家供应商送达。
产品到达后，A、B、C类产品依其不同类型进行划分，经由分离器处理，把产品按其不同的类型分开来，再送到不同的货架上等待配送；D产品由于其周转速度快送达配送中心后直接进入暂存区等待配送。
配送时，由2名拣选工作人员分别根据供应商订单从四类产品的暂存区中拣选所需产品，捆包后的产品由传送带送出。
由于本模型仅考虑配送中心内部的分拣流程，故产品捆包后所进行的车辆装运外送的部分在本模型中不做讨论。
2、系统数据产品到达：A、B、C产品以整箱的形式到达配送中心，平均每15秒到达一箱产品，标准差为2秒；D产品以平均每20秒，标准差为3秒到达暂存区。
产品运送：使用两辆叉车，分别对产品进行放置和取出的工作，举起和放下速度均为3秒；产品拣选：使用两个拣选工作人员，拣选A、B类产品各2个进行捆包，由传送带送出；拣选C、D类产品各2个进行捆包，由传送带送出。
3、建立Flexsim模型第1步：模型实体设计第2步：实体布局及其参数设置产品送达部分从左边的实体库中将source、combiner、conveyor和Queue拖到模型视图中，并布局连接，如图1所示。
图1 产品送达部分的模型视图（1）Source的参数设置双击发生器，在source下的Inter-Arrivaltime的下拉选项中选择Statistical Distribution来寻找分布函数，如图2所示：图2 Source属性页的Inter-Arrivaltime设置点击Inter-Arrivaltime下拉菜单后的参数编辑按钮进行编辑，选择normal的正态分布，如图3所示。
图3 分布函数的选择视图单击后，编辑为Statistical Distribution: normal（15,2,1）。
毕业设计（论文）题目水果分选机设计二级学院重庆汽车学院专业机械设计制造及其自动化班级2009级机械设计5班学生姓名学号指导教师职称时间2013年5月20日目录摘要 (1)关键词 (1)1 前言 (2)2 总体方案的拟定 (3)2.1 原理分析 (3)2.2 总体结构设计 (5)2.3 各执行机构主要参数的计算 (6)2.4 传动装置的运动和动力参数的计算 (13)3 主要零件的选择和设计 (15)3.1 皮带传动的设计计算 (15)3.2 直齿圆柱齿轮的设计计算 (17)3.3 滚子链传动的设计计算 (20)3.4 轴的设计计算 (21)3.4.1 高速轴的设计计算 (21)3.4.2 低速轴的设计计算 (24)3.5 轴承的校核 (27)3.6 键的设计计算与校核 (27)3.7 润滑与密封 (28)3.8 主要缺点和有待进一步改进的地方 (29)4 结束语 (29)参考文献 (31)致谢 (32)水果分选机的设计学生：指导老师：摘要：本文分析了中国国内外水果分级分选机的研究和发展现状，对未来进行了展望，设计出了一种新型水果分级分选机构。
该水果分级分选机是由分级滚筒、传动机构和电动机组成。
采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上，从而实现水果的分选。
整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低了劳动强度，为实现水果加工机械化与规模化提供了前提。
关键词：水果；形状；分选机构；分级滚筒；The design of fruit sorting machineStudents:Tutor:Abstract:This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign fruit sorting machine research and development, on the future prospects, we design a new type of fruit sorting mechanism. The fruit sorting machine is composed of grading cylinder, transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor, through a belt pulley transmission mechanism, the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer, and then through the chain wheel transmission mechanism, the required movement and power is transmitted to the classification on the drum, thereby we can realize the separation of fruit. The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain, improve production efficiency, reduce labor intensity, which help to achieve the fruit processing mechanization and scale and to provide the premise.Key Words:fruit; shape; the grading mechanism; grading cylinder1 前言1.1 选题研究意义水果分选是水果进入流通领域的一个重要环节，直接关系到水果生产的效益。
苹果采摘及分拣一体化机械设计曹亚楠; 刘达志; 金华明; 徐平平; 朱文艳; 段宝玉【期刊名称】《《现代农业装备》》【年(卷),期】2019(010)005【总页数】5页(P30-34)【关键词】采摘; 分拣; 气缸; 夹取; 伸缩【作者】曹亚楠; 刘达志; 金华明; 徐平平; 朱文艳; 段宝玉【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头 014010; 华北电力大学动力机械及工程学院北京 102206; 内蒙古科技大学分析测试中心【正文语种】中文【中图分类】S2250 引言随着我国经济发展和人民生活水平的提高，水果市场需求持续扩大，因而对水果种植、采摘、供应等一系列环节提出更高要求。
其中，水果采摘大约占到整个产业工作量的50%，水果收获（采摘）成本大概占到水果总成本的35%～45%[1]。
目前我国大部分水果产区在水果采摘时依然以手工作业为主，机械化程度不高。
以苹果为例，在丘陵产区，适用机械少，而平原产区受果园规模、果农购买力等原因影响，机械化水平也较低，导致我国苹果优势产区的综合机械化水平不到20%，非优势产区的综合机械化水平不到10%[2]。
水果采摘的机械化程度低，制约了苹果产业的发展。
苹果采摘是一项季节性较强的工作，目前的采摘仍以人力为主，我国面临人口结构老龄化和农村劳动力不断减少的现状，这进一步制约了苹果产业的发展。
为解决当前的矛盾，急需研究开发适合生产实际的水果采摘机械，以此减轻劳动强度、提高生产效率 [3,4]。
本文旨在设计一种低成本的通用型苹果采摘机械，以适应市场需求，促进苹果产业的发展。
1 总体装置介绍美国、英国、日本等国家较早开始进行振摇式水果采摘机械的设计，其机理是通过机械力或气动摇动果树的树枝和树干使果实与果蒂分离[5]。
但是振动需要的动力通常较大，而且振动的过程存在很多不稳定的因素，有可能对果树和果实造成损伤，对于桔子、橄榄等对果实表面损伤要求低的水果适用[6,7]，因而振摇式采摘装置在苹果采摘中较少应用。
二级学院重庆汽车学院专业机械设计制造及其自动化班级2009级机械设计5班学生姓名学号指导教师职称时间2013年5月20日目录摘要 (1)关键词 (1)1前言 (2)2总体方案的拟定 (3)2.1原理分析 (3)2.2总体结构设计 (5)2.3各执行机构主要参数的计算 (6)2.4传动装置的运动和动力参数的计算 (13)3主要零件的选择和设计 (15)3.1皮带传动的设计计算 (15)3.2直齿圆柱齿轮的设计计算 (17)3.3滚子链传动的设计计算 (20)3.4轴的设计计算 (21)3.4.1高速轴的设计计算 (21)3.4.2低速轴的设计计算 (24)3.5轴承的校核 (27)3.6键的设计计算与校核 (27)3.7润滑与密封 (28)3.8主要缺点和有待进一步改进的地方 (29)4结束语 (29)参考文献 (31)致谢 (32)水果分选机的设计学生：指导老师：摘要：本文分析了中国国内外水果分级分选机的研究和发展现状，对未来进行了展望，设计出了一种新型水果分级分选机构。
该水果分级分选机是由分级滚筒、传动机构和电动机组成。
采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上，从而实现水果的分选。
整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低了劳动强度，为实现水果加工机械化与规模化提供了前提。
关键词：水果；形状；分选机构；分级滚筒；The design of fruit sorting machineStudents:Tutor:Abstract:This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign fruit sorting machine research and development,on the future prospects,we design a new type of fruit sorting mechanism.The fruit sorting machine is composed of grading cylinder,transmission mechanism and a motor.The power provided by a motor,through a belt pulley transmission mechanism,the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer,and then through the chain wheel transmission mechanism,the required movement and power is transmitted to the classification on the drum,thereby we can realize the separation of fruit.The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain,improve production efficiency,reduce labor intensity,which help to achieve the fruit processing mechanization and scale and to provide the premise.Key Words:fruit;shape;the grading mechanism;grading cylinder1前言1.1选题研究意义水果分选是水果进入流通领域的一个重要环节，直接关系到水果生产的效益。
在市场经济高度发达的今天，异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化。
而水果分选就是实现苹果商品标准化的最基础的一步。
我国是水果生产大国，但绝大部分苹果来源于农村集体和个体种植户，其品质差别很大，加上采摘及运输过程中不同程度的损伤等影响，给水果的分选工作带来一定的困难。
目前苹果分选工作多由人工完成，缺点是劳动强度大，生产率低且分选精度不稳定。
采用微机控制的机电一体化设备来代替人工作业，可以实现苹果分选的自动化，有效地提高分选效率和分选精度。
因此，研究开发水果采后的自动化处理设备，对苹果进行分级筛选然后销售或加工。
1.2国内外水果机械化发展概况我国是世界水果生产消费大国，但还不是水果加工强国。
水果的品质还难以完全满足国内外消费者的要求，水果市场主要还在国内。
随着我国加入WTO，水果生产销售面临着激烈的全球市场竞争，因此必须尽快提升我国水果种植和加工的水平，缩短与国外的差距。
近几十年来，我国的水果加工水平提高缓慢，主要是我国的水果机械加工技术水平落后造成的。
20世纪50年代以前，我国几乎没有食品机械工业，更不用说水果加工。
水果的生产加工主要以手工操作为主，基本属于传统作坊生产方式。
仅在沿海一些大城市有少量工业化生产方式的水果加工厂，所用设备几乎是国外设备。
进入20世纪50～70年代，水果加工业及水果机械行业得到一定的发展，全国各地新建了一大批水果加工工厂。
但这样依然没有从根本上改变水果加工落后的面貌，这些加工厂尚处于半机械半手工的生产方式，机械加工仅用于一些主要的工序中，而其他生产工序仍沿用传统的手工操作方式。
到了20世纪80年代以后，水果工业发展迅速。
这得益于80年代以后的改革开放政策。
随着外资的引入，出现很多独资、合资等形式的外商水果加工企业。
这些企业在将先进的水果生产技术引进国内的同时，也将大量先进的水果机械带入国内。
再加上社会对水果加工质量、品种、数量要求的不断提高，极大地推进了我国水果工业以及水果机械制造业的发展。
通过消化吸收国外先进的水果机械技术，使我国的水果机械工业的发展水平得到很大提高。
20世纪80年代中期，我国水果工业实现了机械化和自动化。
进入20世纪90年代以后，又进行了新一轮的技术改造工程。
在这一轮的技术改造工程中，许多水果加工厂对设备进行了更新换代，或直接引进全套的国外先进设备，或采用国内厂家消化吸收生产出的新型机械设备。
经过两轮的技术改造工程，极大推进了我国水果机械工业的发展，水果机械工业现已形成门类齐全、品种配套的产业，已经为机械工业中的重要产业之一。
1.3国内水果机械化未来发展方向水果在中国食品产业占有重要地位，随着社会发展和进步，水果不但是人们生活的必需品，而且对经济起了很好的作用，而水果分选机是水果生产中的一种主要机械。
21世纪，中国将实现水果生产和加工全程机械化，以满足水果生产规模化、经营产业化、水果产品多元化、水果质量无公害化的要求。
水果机械将集机、电、液于一体，向智能化、自动化跨越。
1.4目前国内常见的水果分选机主要有以下几种类型目前我国水果业生产上使用的分选机类型很多，大小不一。
根据水果检测指标的不同，水果分选机大致可以分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分选机。
本课题主要研究的是大小分选机，而根据其结构和工作原理的不同，大小分选机可分为筛子分选机、回转带分选机、辊轴分选机、滚筒式分选机。
2总体方案的拟定2.1原理分析分选机上的分级装置的孔眼的大小和形状必须根椐水果的大小、形状和产品工艺要求确定。
特别注意分级级数的设计计算，提高分选质量，以保证后序工序的顺利进行。
水果分选机是由分选机构、传动机构和电动机组成。
水果分选时将水果运送至进料斗，然后流入到分级滚筒或摆动筛中，使水果在滚筒里滚转和移动或在摆动筛中作相对运动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。
2.1.1方案选择为了实现预定的功用，有两套方案可以实现：(参见图1、图2)方案一采用摆动筛式进行水果的分选图1方案一示意图Fig1The figure of program1方案二采用滚筒式进行水果分选图2方案二示意图Fig2The figure of program22.1.2方案的比较方案一采用摆动筛式来进行水果的分选，其机械振动装置由皮带传动使偏心轮回转，偏心轮带动曲柄连杆机构实现机体的直线往返式摆动。
摆动筛分选机的优点为：结构简单，制造、安装容易；筛面调整方便，利用率高；以直线往复摆动为主。
振动为辅，对物料损伤少；适用多物料及同一物料多种不同规格的分级。
缺点为：动力平衡困难，噪音大，清洗不方便等。
方案二采用滚筒式来进行水果的分选，其滚筒由摩擦轮带动，物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。
滚动式分选机的优点为：结构简单，分级效率高，工作平稳，不存在动力不平衡现象。
缺点为：机器占地面积大，筛面利用率低；由于筛孔调整困难，对原料的适应性差。
本课题研究的主要目的是实现水果生产的规模化和机械化，而且主要针对单一物料进行分级，对水果的损伤情况不做过多要求，故采用方案二比较合理。
2.2总体结构设计2.2.1总体结构总体结构分为以下主要部分（如图3所示）：进料斗、滚筒、收集料斗、机架、传动装置、摩擦轮等。
图3水果分选机结构图Fig3The principle figure of the structure of the fruit sorter2.2.2传动路线水果分选机的传动路线如图4所示，该机构是通过电动机驱动皮带传动，将运动和动力直齿圆柱齿轮减速器，通过减速器减速后，再由链轮传动机构将运动和动力传递给摩擦轮，在摩擦轮的带动下，以实现对水果的分级。
1.电机2.皮带轮3.摩擦轮4.摩擦轮轴5.单级直齿圆柱齿轮减速器6.链传动图4水果分选机的传动路线Fig4The transmission route of the fruit sorter2.3各执行机构主要参数的计算2.3.1滚筒设计考虑到水果大小形状的差异，将滚筒的分级情况定为6级。
在实际分级中，可以将相邻的两级料斗合为一级，以满足不同分级的需要。
现在设计采用5节筛筒，6级分级。
2.3.2滚筒孔眼总数的确定生产能力G可由下式计算：G＝3600zλm／1000×1000（2-1）式中：z为滚筒上的孔眼总数；G为生产能力；λ为在同一秒内从筛孔掉下物料的系数，因分选机型和物料性质不同而异，滚筒式可取1．0％～2．5％；m为物料的平均质量。
根据设计要求给定的参数G=12t/h，m=400g，λ=2.0％可求出z=1000×1000G／3600λm=1000×1000×12／3600×0.02×400=417（个）2.3.3滚筒直径D、长度L以及各级排数P和各排孔数Z的确定在生产能力已知的情况下，通过式（2-1）求取的Z为滚筒上所需的孔数。
