发明内容

目前，国内已经出现各种条柱状果蔬去皮、切块、切丝和分级设备，但还未出现条柱状果蔬缺陷修整设备。目前，条柱状果蔬去皮、切丝、切块机械已经得到广泛应用。并且国内有些果蔬加工企业根据果蔬的直径不同，采用不同间隙的滚轴等机械方式使果蔬按照一定的直径分级，但不能把存在缺陷的果蔬分离出来，更不能对有缺陷的果蔬进行修整。国内还有些企业利用机器视觉技术实现果蔬的更准确分级，可以将缺陷的果蔬分离出来，但缺少对缺陷果蔬进一步处理的技术装备。本发明利用机器视觉技术和机器人技术实现对果蔬多种缺陷识别修整。

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种条柱状果蔬缺陷识别修整机构。

所述条柱状果蔬缺陷识别修整机构包括：机架210、定位旋转机构、夹紧机构、修整机构、深度相机206和控制器；

所述定位旋转机构、夹紧机构和修整机构均安装于机架210上，所述定位旋转机构位于夹紧机构两侧，修整机构则安装在夹紧机构上方，所述深度相机206安装于修整机构上；所述控制器分别与定位旋转机构、夹紧机构、修整机构和深度相机206连接；

所述机架210包括支柱一、支柱二、支柱三、支柱四、横梁一、横梁二、横梁三、横梁四、纵梁一、纵梁二、纵梁三和纵梁四；

所述纵梁一的两端分别与支柱一和支柱二的顶端连接；所述纵梁二的两端分别与支柱三和支柱四的顶端连接；所述纵梁三的两端分别与支柱一和支柱二的中上部连接；所述纵梁四的两端分别与支柱三和支柱四的中上部连接；所述横梁一的两端分别与支柱一和支柱三的中上部连接；所述横梁二的两端分别与纵梁三和纵梁四的前部连接；所述横梁三的两端分别与纵梁三和纵梁四的后部连接；所述横梁四的两端分别与支柱二和支柱四的中上部连接；

所述定位旋转机构包括两个定位旋转部件，所述定位旋转部件包括：支撑架、步进电机一301、丝杠一302、对心圆盘204、圆盘支撑座305、联轴器306和水平布置的滑台一307；

所述支撑架的底部固接在纵梁二的内侧中间位置，所述支撑架的一端设置有步进电机301，所述步进电机一301通过联轴器306与丝杠一302连接，所述丝杠一302上设有滑台一307，所述对心圆盘204通过圆盘支撑座305安装在滑台一307上；

夹紧机构包括：三个步进电机二401，三个竖直布置的丝杠二402；三个竖直布置的滑台二403、夹紧机构支撑座404、夹紧机构悬臂202、三个水平布置的夹爪209、夹紧机构固定座408、三个竖直布置的滑台底座409和三个联轴器一410；

所述夹紧机构支撑座404的两端分别固接于横梁二、横梁三上；

所述夹紧机构支撑座404的下方安装有三个滑台底座409，每个滑台底座409的下端均设置有电机401，每个滑台底座409上还设置有丝杠二402，所述丝杠二402上设置有滑台二403，所述滑台二403与丝杠二402通过螺纹连接，所述丝杠二402通过联轴器二410与电机401相连，

所述三个滑台二403均于夹紧机构悬臂202下方铰接，所述夹紧机构悬臂202与三个夹爪209铰连，所述每个夹爪209与夹紧机构固定座408滑动相连，所述夹紧机构固定座408固接于夹紧机构支撑座404上方。

修整机构由直角移动机械臂和旋转剔除机构组成，

所述直角移动机械臂包括：一个X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂；

所述旋转剔除机构安装于Z方向机械臂上；

所述X方向机械臂、两个Y方向机械臂和一个Z方向机械臂均包括：支撑架三、丝杠三501、滑台三502和步进电机三503；

所述两个Y方向机械臂上的支撑架三的底部分别固接于纵梁一、纵梁二的中间位置；

所述丝杠三501设置在支撑架三上，所述滑台三502安装于丝杠三501上，所述支撑架三的一端安装有步进电机三503，所述步进电机三503安装于支撑架三的一端，并通过联轴器三506与步进电机三503连接；

所述X方向机械臂的两端分别安装于两个Y方向机械臂的滑台三502上，所述Z方向机械臂安装于X方向机械臂的滑台三502上；

在上述方案的基础上，所述两个定位旋转部件呈镜像对称；

在上述方案的基础上，左侧定位旋转部件还包括步进电机座303和步进电机Ⅰ308，步进电机座303安装于滑台一307上，所述步进电机Ⅰ308安装于步进电机座303内部并与对心圆盘204连接。

在上述方案的基础上，所述旋转剔除机构包括：高速电机207和旋转刀具208；

所述高速电机207通过高速电机固定架安装于Z方向机械臂的滑台三502上，所述旋转刀具208与高速电机207连接。

在上述方案的基础上，所述对心圆盘204为喇叭状。

在上述方案的基础上，所述控制器分别与步进电机一301、步进电机二401和高速电机207连接。

在上述方案的基础上，所述深度相机206安装于X方向机械臂的中间位置。

条柱状果蔬缺陷识别修整机构工作流程：

所述对心圆盘随滑台一307运动，左右两个滑台一307相向运动，当对心圆盘204向中间运动碰到条柱状果蔬205时，喇叭状对心圆盘204会将条柱状果蔬205提升至对心圆盘的圆心处，实现条柱状果蔬205对心定位；当条柱状果蔬205完成对心定位后，步进电机Ⅰ308带动对心圆盘204旋转，条柱状果蔬205在两对心圆盘204间也随对心圆盘204旋转，实现360度的图像采集、缺陷识别与修整。

当定位旋转机构将条柱状果蔬205表面缺陷旋转至最上端后，滑台二403向下运动，带动夹爪209向中间运动实现对条柱状果蔬205的周向夹紧，以使修整过程顺利进行。一个缺陷修整完毕后，滑台二403向上运动，使夹爪209张开，松开条柱状果蔬205，定位旋转机构重新使条柱状果蔬205旋转，继续修整下一个缺陷，将缺陷位置旋转至最上端，夹紧机构重新夹紧条柱状果蔬205，修整过程继续进行。重复上述操作，直到所有缺陷修整完毕。

所述三个滑台二403通过铰连接与夹紧机构悬臂202相连，滑台二403上下运动时通过夹紧机构悬臂202带动夹爪209水平运动开合。

当获得条柱状果蔬205缺陷的位置、尺寸后，通过定位旋转和夹紧机构动作，使条柱状果蔬205缺陷处在最上端，再通过机械臂控制刀具移动到缺陷正上方，然后按照规划路径控制刀具移动并配合定位旋转和夹紧机构动作，完成条柱状果蔬205表面所有缺陷的剔除。

直角移动机械臂控制旋转剔除机构的XYZ三个自由度的移动，旋转剔除机构由电机、联轴器和刀具构成，电机提供刀具旋转方向的动力。

深度相机206在定位旋转机构带动条柱状条柱状果蔬205旋转过程中，利用安装在机架210上的深度相机206采集条柱状果蔬205的360度图像，然后通过图像处理方法和图像三维重建技术识别条柱状果蔬205表面缺陷类型、位置和大小。

修整过程中刀具始终与条柱状条柱状果蔬205接触，所以待缺陷条柱状果蔬205完成第一次修整后，深度相机206配合条柱状果蔬205旋转再次采集360度图像，判断表面缺陷是否剔除彻底，循环多次，直至缺陷剔除完全。

所述控制器用于控制定位旋转机构、夹紧机构和修整机构的动作，包括：

1.条柱状果蔬对心定位控制，通过控制丝杠滑台的相向运动，实现条柱状果蔬的对心定位；

2.条柱状果蔬的旋转控制，控制条柱状果蔬对心圆盘的旋转从而带动条柱状果蔬旋转；

3.条柱状果蔬周向夹持控制，控制夹紧机构的三个丝杠滑台上下移动，带动夹爪开合动作；

4.旋转刀具位置控制，控制直角坐标机器人的运动，使刀具按照规划路径运动。

本发明的有益效果：

可以实现条柱状果蔬对心定位、表面缺陷识别、定位与量化、缺陷修整。这种装置便于调节校准，操作方便且无任何环境污染。通过本发明的上述技术方案，所述的条柱状果蔬缺陷修整装备结构合理简单，生产制造容易且成本低，操作简单，且能够高效实现果蔬缺陷修整，克服传统果蔬加工过程中的浪费问题，提高经济效益，在提高设备市场竞争力的同时还具有很好的推广应用价值。

本发明涉及农产品加工机械领域。本发明结构简单，可根据条柱状果蔬图像快速识别条柱状果蔬表面缺陷类型、范围和空间坐标等，剔除条柱状果蔬表面存在的相关缺陷，实现条柱状果蔬的表面缺陷修整，有效解决条柱状果蔬表面缺陷导致的果蔬浪费和种植效益问题，大大提高果蔬利用率，具有广阔的市场前景、可观的经济效益和良好的社会效益。