一种柑橘开皮控制系统及方法

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1.本发明涉及生产自动化领域，特别涉及一种柑橘开皮控制系统及方法。

背景技术：

2.柑橘是制成陈皮的主要原材料，开皮是陈皮炮制工序的重要一环，常用的开皮方法有“正三刀法”，正三刀法要求果蒂朝下，从果顶向果蒂纵划三刀，留果蒂部相连，正三瓣剥开，果蒂部需完整。
3.在现有的陈皮生产线中，开皮主要依靠人工操刀进行，自动化程度不高，用人成本高并且危险系数高。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种柑橘开皮控制系统及方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.本发明解决其技术问题的解决方案是提供一种柑橘开皮控制系统，包括：传送区、检测区和开皮区；所述传送区设有传送带和下滑坡，所述传送带的末端连接所述下滑坡的始端；
6.所述检测区设有限位槽、机械臂、相机和位姿镇定平台，所述下滑坡的末端连接所述限位槽的始端，以使柑橘能够从所述下滑坡滑落到所述限位槽；所述限位槽的末端设有压力传感器；所述相机设置于所述位姿镇定平台的上方，用于获取所述位姿镇定平台的图像；
7.所述位姿镇定平台的顶部分别设有4个六边面和1个四边面，其中4个六边面相接包围四边面；所述位姿镇定平台的内部分别设有4 个电机；
8.4个六边面分别设有安装孔，各个电机通过所述安装孔对应连接有滑轮，各个电机带动所连接的滑轮滑动，以带动放置于所述位姿镇定平台上的柑橘转动。
9.本发明的有益效果是：本发明由于增加了位姿镇定平台，能够将柑橘进行旋转，当柑橘的果蒂朝上时将柑橘移动到开皮区进行开皮，提高自动化程度，避免人工开皮可能会造成的危险。
10.进一步，所述位姿镇定平台的4个六边面的形状和大小都相同。
11.进一步，所述传送带始端的水平高度低于所述传送带末端的水平高度，所述传送带向上倾斜，以提高柑橘高度，更迅速地从所述下滑坡滑落。
12.进一步，所述传送带包括若干个传送柱体、两个基板和两个侧板；所述若干个传送柱体组成传送链，所述传送链设置于所述两个基板的之间，两个侧板分别设置于所述两个基板的上端并向内倾斜。
13.进一步，所述传送柱体为哑铃型结构。
14.进一步，所述两个侧板分别设有阻挡，所述阻挡伸出到所述传送链的上方。
15.进一步，所述开皮区包括圆盘和若干个开皮槽，若干个开皮槽分别沿着所述圆盘
的圆边设置，所述开皮槽包括多个刀片，所述刀片的刀锋朝上。
16.本发明还提出了一种柑橘开皮控制方法，应用于如上述一种柑橘开皮控制系统，所述方法包括：
17.压力传感器检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若否，则压力传感器继续检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若是，控制器控制机械臂将柑橘从限位槽的末端移动到位姿镇定平台；
18.相机获取所述位姿镇定平台的柑橘图像；
19.控制器根据所述柑橘图像，确定柑橘果蒂是否朝上；
20.若否，则控制器控制所述位姿镇定平台旋转柑橘；相机继续获取所述位姿镇定平台的柑橘图像；若是，则控制器控制所述机械臂从所述位姿镇定平台移动到开皮区进行开皮。
附图说明
21.图1是本发明的一种柑橘开皮控制系统的一个实施例的结构示意图；
22.图2是图1实施例中的位姿镇定平台的结构示意图；
23.图3是图1实施例中的位姿镇定平台的另一结构示意图；
24.图4是图1实施例中的局部放大图；
25.图5是本发明的一种柑橘开皮控制方法的一个实施例的流程图；
26.图6是图5实施例中的步骤s200的示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，而不能理解为对本发明的限制。
28.需要说明的是，虽然在示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分。
29.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义的理解，所属技术领域的技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明的具体含义。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.参照图1、图2、图3和图4，在本发明的一些实施例中，一种柑橘开皮控制系统，包括：传送区、检测区和开皮区；传送区设有传送带110和下滑坡120，传送带110的末端连接下滑坡120的始端；
31.检测区设有限位槽210、机械臂220、相机230和位姿镇定平台 240，下滑坡120的末端连接限位槽210的始端，以使柑橘能够从下滑坡120滑落到限位槽210；限位槽210的末端设有压力传感器250；相机230设置于位姿镇定平台240的上方，用于获取位姿镇定平台 240的图像；位姿镇定平台240的顶部分别设有4个六边面和1个四边面，其中4个六边面相接包围四边面；位姿镇定平台240的内部分别设有4个电机；
32.4个六边面分别设有安装孔，各个电机通过安装孔对应连接有滑轮；各个电机带动所连接的滑轮滑动，以带动放置于位姿镇定平台 240上的柑橘转动；
33.柑橘从传送区传送到检测区，当柑橘移动到限位槽210的末端时，机械臂220将柑橘从限位槽210的末端移动到位姿镇定平台240；相机230获取位姿镇定平台240的图像，位姿镇定平台240对柑橘进行旋转直至柑橘果蒂朝上；当柑橘果蒂朝上，机械臂220将柑橘从位姿镇定平台240移动到开皮区进行开皮。
34.本实施例的工作流程如下：若干个柑橘从传送带110的始端投入，若干个柑橘在传送带110上进行向上的传输，然后从传送带110 的末端到下滑坡120，在下滑坡120下滑到限位槽210的始端，只有一个柑橘能进入限位槽210；柑橘由于从高处下滑到低处，所以还具有动能；具有动能的柑橘能够顺势从限位槽210的始端到限位槽210 的末端，因此压力传感器250能够通过柑橘对限位槽210的末端的压力感应到有柑橘，机械臂220将柑橘从限位槽210的末端移动到位姿镇定平台240；相机230获取位姿镇定平台240的图像，位姿镇定平台240对柑橘进行旋转直至柑橘果蒂朝上；当柑橘果蒂朝上，机械臂 220将柑橘从位姿镇定平台240移动到开皮区进行开皮。
35.由于增加了位姿镇定平台240，能够将柑橘进行旋转，当柑橘的果蒂朝上时将柑橘移动到开皮区进行开皮，提高自动化程度，避免人工开皮可能会造成的危险。
36.在本发明的一些实施例中，相机230采用双目相机，检测结果更稳定准确。
37.在本发明的一些实施例中，位姿镇定平台240的4个六边面的形状和大小都相同。使得放置于位姿镇定平台240上的柑橘在旋转时能各方向均匀旋转，更好地控制旋转。
38.参照图1，在本发明的一些实施例中，传送带110始端的水平高度低于传送带110末端的水平高度，传送带110向上倾斜，以提高柑橘高度，更迅速地从下滑坡120滑落。提高开皮速度
39.参照图1，在本发明的一些实施例中，传送带110包括若干个传送柱体111、两个基板112和两个侧板113；若干个传送柱体111组成传送链，传送链设置于两个基板112的之间，两个侧板113分别设置于两个基板112的上端并向内倾斜。
40.向内倾斜的两个侧板避免大量柑橘在传送过程中从侧边掉落；两个基板112能够避免异物进入到传送链，阻碍传送链的工作。
41.参照图1，在本发明的一些实施例中，传送柱体111为哑铃型结构。
42.传送柱体111的两端直径较大，中间直径较小，因此两个传送柱体111之间具有较大的空间，柑橘落入该空间进行传送。
43.参照图1，在本发明的一些实施例中，两个侧板113分别设有阻挡1131，阻挡1131伸出到传送链的上方。
44.两个侧板113分别设有的阻挡1131能够从两边分别分离多个柑橘，将投入的若干个柑橘在传送带110上能够一个一个分离，逐个落入两个传送柱体111之间的空间。
45.参照图1，在本发明的一些实施例中，开皮区包括圆盘310和若干个开皮槽320，若干个开皮槽320分别沿着圆盘310的圆边设置，开皮槽320包括多个刀片，刀片的刀锋朝上。
46.能够将多个柑橘放置于开皮区进行开皮，能够集中收集柑橘皮；由于柑橘是果蒂朝上的，机械臂220直接抓取柑橘，因此需要对此时柑橘的底部进行切割，刀锋朝上的刀片能够进行切割，从而得到具有完整果蒂的柑橘皮，自动实现“正三刀法”的柑橘开皮。
47.参照图5，在本发明一实施例中，一种柑橘开皮控制方法，应用于上述的一种柑橘开皮控制系统，方法包括：
48.步骤s101、压力传感器检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若否，则压力传感器继续检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若是，执行步骤s102；
49.步骤s102、控制器控制机械臂将柑橘从限位槽的末端移动到位姿镇定平台；
50.步骤s103、相机获取位姿镇定平台的柑橘图像；
51.步骤s104、控制器根据柑橘图像，确定柑橘果蒂是否朝上；
52.若否，则执行步骤s105；
53.步骤s105、控制器控制位姿镇定平台旋转柑橘；相机继续获取位姿镇定平台的柑橘图像；
54.若是，则执行步骤s106；步骤s106、控制器控制机械臂从位姿镇定平台移动到开皮区进行开皮。
55.需要说明的是，本领域技术人员能够结合圆盘、开皮槽以及相关自动设备在开皮区中进行开皮。
56.在本发明一实施例中，根据柑橘图像，确定柑橘果蒂是否朝上包括：
57.步骤s100、将柑橘图像输入到训练好的识别模型，输出识别结果；其中，识别结果包括柑橘位置标注框和果蒂位置标注框；
58.步骤s200、根据识别结果，确定柑橘位姿；其中，柑橘位姿包括在柑橘位置标注框中的第一坐标点和在果蒂位置标注框中的第二坐标点；
59.步骤s300、根据柑橘位姿，确定柑橘是否摆正；
60.若是，则确定柑橘摆正，柑橘位姿调节完成；否则，确定柑橘未摆正后执行步骤s400；
61.步骤s400、进行柑橘位姿调节。
62.本实施例能够通过处理柑橘图像来分析柑橘目前的摆放姿态，然后通过对柑橘位姿的不断调节和图像获取来摆正柑橘，便于后续的加工以及处理。
63.参照图6，在本发明一实施例中，在步骤s200中，根据识别结果，确定柑橘位姿包括：
64.以柑橘位置标注框的左下角点为原点0，柑橘位置标注框的下边 bottom为x轴，柑橘位置标注框的左边left为y轴，建立直角坐标系；
65.根据柑橘位置标注框的左边left上的点的x轴坐标、柑橘位置标注框的右边right上的点的x轴坐标以及柑橘位置标注框的上边 top上的点的y轴坐标，得到第一坐标点；
66.根据果蒂位置标注框的左边left2上的点的x轴坐标、果蒂位置标注框的右边right2上的点的x轴坐标、果蒂位置标注框的上边top2 上的点的y轴坐标、果蒂位置标注框的下边bottom2上的点的y轴坐标，得到第二坐标点。
67.容易理解的是，柑橘位置标注框和果蒂位置标注框均为矩形；在建立的直角坐标系中，柑橘位置标注框的左边left上的所有点的x 轴坐标都相同，柑橘位置标注框的右边right上的所有点的x轴坐标都相同，柑橘位置标注框的上边top上的所有点的y轴坐标都相同；
68.果蒂位置标注框的左边left2上所有点的x轴坐标都相同，果蒂位置标注框的右边
right2上所有点的x轴坐标都相同，果蒂位置标注框的上边top2上所有点的y轴坐标都相同，果蒂位置标注框的下边bottom2上所有点的y轴坐标都相同。
69.参照图6，在本发明一实施例中，根据柑橘位置标注框的左边 left上的点的x轴坐标、柑橘位置标注框的右边right上的点的x 轴坐标以及柑橘位置标注框的上边top上的点的y轴坐标，得到第一坐标点包括：
70.根据柑橘位置标注框的左边left上的点的x轴坐标和柑橘位置标注框的右边right上的点的x轴坐标，得到第一坐标点o的x轴坐标，计算公式如下：
[0071][0072]
其中，x
left
为柑橘位置标注框的左边left上的点的x轴坐标，x
right
为柑橘位置标注框的右边right上的点的x轴坐标, xo为第一坐标点o的x轴坐标；
[0073]
并且根据柑橘位置标注框的上边top上的点的y轴坐标，得到第一坐标点o的y轴坐标，计算公式如下：
[0074]yo
＝y
top
；
[0075]
其中，y
top
为柑橘位置标注框的上边top上的点的y轴坐标， yo为第一坐标点o的y轴坐标。
[0076]
参照图6，在本发明一实施例中，根据果蒂位置标注框的左边 left2上的点的x轴坐标、果蒂位置标注框的右边right2上的点的x 轴坐标、果蒂位置标注框的上边top2上的点的y轴坐标、果蒂位置标注框的下边bottom2上的点的y轴坐标，得到第二坐标点包括：
[0077]
根据果蒂位置标注框的左边left2上的点的x轴坐标和果蒂位置标注框的右边right2上的点的x轴坐标，得到第二坐标点s的x轴坐标，计算公式如下：
[0078][0079]
其中，x
left2
为果蒂位置标注框的左边left2上的点的x轴坐标，y
right2
为果蒂位置标注框的右边right2上的点的x轴坐标，xs为第二坐标点s的x轴坐标；
[0080]
并且根据果蒂位置标注框的上边top2上的点的y轴坐标和果蒂位置标注框的下边bottom2上的点的y轴坐标，得到第二坐标点s的 y轴坐标，计算公式如下：
[0081][0082]
其中，y
top2
为果蒂位置标注框的上边top2上的点的y 轴坐标，y
bottom2
为果蒂位置标注框的下边bottom2上的点的y轴坐标，ys为第二坐标点s的y轴坐标。
[0083]
参照图6，在本发明一实施例中，在步骤s300中，根据柑橘位姿，确定柑橘是否摆正包括：
[0084]
根据第一坐标点o的x轴坐标、第二坐标点s的x轴坐标和柑橘位置标注框的横向宽度w，得到横向位置偏差；
[0085]
并且根据第一坐标点o的y轴坐标、第二坐标点s的y轴坐标和柑橘位置标注框的纵向长度h，得到纵向位置偏差；
[0086]
确定横向位置偏差是否小于等于横向偏差阈值，并且确定纵向位置偏差是否小于
等于纵向偏差第一阈值且大于等于纵向偏差第二阈值；
[0087]
若都为是，则确定柑橘摆正，柑橘位姿调节完成；否则，则确定柑橘未摆正；对柑橘进行旋转动作后继续获取柑橘图像。
[0088]
在本发明一实施例中，横向偏差阈值为0.1，纵向偏差第一阈值为0.3，纵向偏差第二阈值为0.1。
[0089]
参照图6，在本发明一实施例中，根据第一坐标点o的x轴坐标、第二坐标点s的x轴坐标和柑橘位置标注框的横向宽度w，得到横向位置偏差包括：
[0090]
根据如下计算公式得到横向位置偏差：
[0091][0092]
其中，xo为第一坐标点o的x轴坐标，xs
为
第二坐标点s的x轴坐标,w为柑橘位置标注框的横向宽度，d
x
为横向位置偏差。
[0093]
参照图6，在本发明一实施例中，根据第一坐标点o的y轴坐标、第二坐标点s的y轴坐标和柑橘位置标注框的纵向长度h，得到纵向位置偏差包括：
[0094]
根据如下计算公式得到纵向位置偏差：
[0095][0096]
其中，yo为第一坐标点o的y轴坐标，ys为第二坐标点s的y轴坐标，h为柑橘位置标注框的横向宽度，dy为纵向位置偏差。
[0097]
在本发明一实施例中，训练好的识别模型通过以下方式得到：
[0098]
获取若干张柑橘样本图像；
[0099]
将柑橘样本图像中的柑橘和果蒂进行图像标注，得到标注样本图像；
[0100]
将标注样本图像输入到深度学习模型进行训练，得到训练好的识别模型。
[0101]
在本发明一实施例中，在上述识别模型的训练过程中，通过 pytorch中的yolov4框架进行深度学习与训练。
[0102]
在本发明一实施例中，获取300张柑橘样本图像。
[0103]
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：

1.一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，包括：传送区、检测区和开皮区；所述传送区设有传送带和下滑坡，所述传送带的末端连接所述下滑坡的始端；所述检测区设有限位槽、机械臂、相机和位姿镇定平台，所述下滑坡的末端连接所述限位槽的始端，以使柑橘能够从所述下滑坡滑落到所述限位槽；所述限位槽的末端设有压力传感器；所述相机设置于所述位姿镇定平台的上方，用于获取所述位姿镇定平台的图像；所述位姿镇定平台的顶部分别设有4个六边面和1个四边面，其中4个六边面相接包围四边面；所述位姿镇定平台的内部分别设有4个电机；4个六边面分别设有安装孔，各个电机通过所述安装孔对应连接有滑轮，各个电机带动所连接的滑轮滑动，以带动放置于所述位姿镇定平台上的柑橘转动。2.根据权利要求1所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述位姿镇定平台的4个六边面的形状和大小都相同。3.根据权利要求1所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述传送带始端的水平高度低于所述传送带末端的水平高度，所述传送带向上倾斜，以提高柑橘高度，更迅速地从所述下滑坡滑落。4.根据权利要求1所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述传送带包括若干个传送柱体、两个基板和两个侧板；所述若干个传送柱体组成传送链，所述传送链设置于所述两个基板的之间，两个侧板分别设置于所述两个基板的上端并向内倾斜。5.根据权利要求4所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述传送柱体为哑铃型结构。6.根据权利要求4所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述两个侧板分别设有阻挡，所述阻挡伸出到所述传送链的上方。7.根据权利要求1所述的一种柑橘开皮控制系统，其特征在于，所述开皮区包括圆盘和若干个开皮槽，若干个开皮槽分别沿着所述圆盘的圆边设置，所述开皮槽包括多个刀片，所述刀片的刀锋朝上。8.一种柑橘开皮控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任意一项所述的一种柑橘开皮控制系统，所述方法包括：压力传感器检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若否，则压力传感器继续检测是否有柑橘进入到限位槽的末端；若是，控制器控制机械臂将柑橘从限位槽的末端移动到位姿镇定平台；相机获取所述位姿镇定平台的柑橘图像；控制器根据所述柑橘图像，确定柑橘果蒂是否朝上；若否，则控制器控制所述位姿镇定平台旋转柑橘；相机继续获取所述位姿镇定平台的柑橘图像；若是，则控制器控制所述机械臂从所述位姿镇定平台移动到开皮区进行开皮。

技术总结

本发明公开了一种柑橘开皮控制系统及方法，系统包括：传送区、检测区和开皮区；传送区设有传送带和下滑坡，传送带的末端连接下滑坡的始端；检测区设有限位槽、机械臂、相机和位姿镇定平台，下滑坡的末端连接限位槽的始端，以使柑橘能够从下滑坡滑落到限位槽；限位槽的末端设有压力传感器；相机设置于位姿镇定平台的上方；位姿镇定平台的顶部分别设有4个六边面和1个四边面，4个六边面相接包围四边面；位姿镇定平台的内部分别设有4个电机；4个六边面分别设有安装孔，各个电机通过安装孔对应连接有滑轮。本发明由于增加了位姿镇定平台，能够将柑橘进行旋转，提高自动化程度，避免人工开皮可能会造成的危险。可能会造成的危险。可能会造成的危险。