江川　王正　舒高旺　邱月　李挺宇

摘? 要：核桃仁的完整度對(duì)其商品價(jià)值有很大影響，目前國(guó)內(nèi)核桃脫殼主要仍為手工脫殼，效率低，成本高，核桃加工和出口時(shí)間正值三秋和農(nóng)田建設(shè)的大忙時(shí)節(jié)，傳統(tǒng)手工已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)需求。文章針對(duì)于此提出了一種基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)，介紹了其各組成單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作原理。本設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)械與電控兩部分，實(shí)現(xiàn)核桃切分的機(jī)電一體化，效率高，節(jié)省人力物力資源，同時(shí)也對(duì)同類產(chǎn)品提供一定參考方向。

關(guān)鍵詞：核桃切分機(jī);視覺識(shí)別;機(jī)電一體化;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.4? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）08-0029-03

Abstract： The integrity of walnut kernels has a great impact on the value of its products. At present， domestic walnut shelling is still mainly by manual shelling， with low efficiency and high cost. The walnut processing and export time coincides with the busy season of the three autumns and farmland construction. Traditional handwork unable to meet market demand. Aiming at this， this paper proposes a walnut cutting machine based on visual recognition， and introduces the mechanical structure design and working principle of its constituent units. This design combines the mechanical and electrical control parts to achieve the mechatronics integration of walnut cutting， with high efficiency， saving human and material resources， and providing a certain reference direction for similar products at the same time.

Keywords： walnut slitter; visual recognition; mechatronics; structural design

引言

在世界四大堅(jiān)果中，核桃排名高居第一位[1]，而我國(guó)栽培的核桃品種繁多，約40余種，且分布十分廣泛，在全國(guó)的24個(gè)省（區(qū)）均有種植，其面積與產(chǎn)量高居世界首位[2]。核桃營(yíng)養(yǎng)豐富，保健功能突出，核桃蛋白質(zhì)中有18種人體需要的氨基酸，其中含量較高的是天門冬氨酸、谷氨酸、精氨酸[3]，在國(guó)內(nèi)一直享有“萬歲子”、“長(zhǎng)壽果”、“美容果”的美稱。藥理上，核桃具有補(bǔ)腎壯陽[4]、抗氧化[5]、防癌抗癌、健腦益智、延緩衰老[6]的作用，深受人們的喜愛，是生活中不可或缺的食品。目前國(guó)內(nèi)銷售的核桃仁大部分仍采用傳統(tǒng)的手工脫殼，存在著衛(wèi)生差，質(zhì)量低，效率低，成本高，出口競(jìng)爭(zhēng)力低等問題，且核桃加工和出口時(shí)間正值三秋和農(nóng)田建設(shè)的大忙時(shí)節(jié)，傳統(tǒng)手工無法滿足市場(chǎng)需求。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于山核桃破殼機(jī)理的研究以及破殼機(jī)械的研制[7]均關(guān)注于殼體的破碎，而對(duì)于在保證較高的破殼率的同時(shí)，保證核桃果仁的完整性與低損傷率，以此獲得更高的商品價(jià)值與出口競(jìng)爭(zhēng)力卻缺少關(guān)注[8]。針對(duì)于此，本文提出一種基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)，采用視覺識(shí)別，調(diào)整擺放姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)切分。本設(shè)計(jì)在一方面減少了人力物力資源的浪費(fèi)，解放了生產(chǎn)力，另一方面提升脫殼效率，保證核桃果仁完整性，保證其商品價(jià)值，同時(shí)也推動(dòng)了核桃加工產(chǎn)業(yè)向機(jī)電一體化方向發(fā)展。

1 基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)結(jié)構(gòu)組成

基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)主要由間歇進(jìn)料單元1，姿態(tài)調(diào)整單元2，傳送單元3，切分單元4組成。其具體各部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 間歇進(jìn)料單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使核桃實(shí)現(xiàn)間歇進(jìn)料，進(jìn)而輸送到縱向姿態(tài)調(diào)整單元，設(shè)計(jì)所需要的間歇進(jìn)料機(jī)構(gòu)，其主要組成部分為進(jìn)料槽1，攪拌機(jī)構(gòu)2，間歇旋轉(zhuǎn)閥3。其具體三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 姿態(tài)調(diào)整單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使核桃進(jìn)入切分單元時(shí)可以切出完整的核仁，設(shè)計(jì)姿態(tài)調(diào)整單元，其主要由縱向姿態(tài)調(diào)整單元，橫向姿態(tài)調(diào)整單元組成，其具體三維結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.2.1 縱向姿態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使核桃呈縱向擺放，設(shè)計(jì)所需要的縱向姿態(tài)調(diào)整單元，其主要組成部分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)1，齒輪傳動(dòng)2，縱向調(diào)整輥3。裝置通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向調(diào)整輥主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)縱向調(diào)整輥從動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)相向轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整輥葉片呈螺旋結(jié)構(gòu)，推動(dòng)核桃勻速運(yùn)動(dòng)至縱向擺放姿態(tài)。其具體三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.2.2 橫向姿態(tài)調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使核桃縱向姿態(tài)調(diào)整后，呈橫向擺放，設(shè)計(jì)所需要的橫向姿態(tài)調(diào)整單元，其主要組成部分為控制電機(jī)1，帶傳動(dòng)2，U型調(diào)整輥3，視覺識(shí)別模塊4。其具體三維結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1.3 傳送單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為使核桃實(shí)現(xiàn)調(diào)整單元與切分單元之間的傳送，設(shè)計(jì)所需要的傳送單元，其主要組成部分為電機(jī)1，滾珠絲杠2，滑軌3，其具體三維結(jié)構(gòu)如圖6所示。

1.4 切分單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證核仁完整性與低損傷率以保證其商品價(jià)值，需實(shí)現(xiàn)垂直與棱縱向切分，設(shè)計(jì)所需要的切分單元，其主要組成部分為汽缸1，U型切分機(jī)構(gòu)2組成。其具體三維結(jié)構(gòu)如圖7所示。

2 基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)工作原理

本文提出的基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)與傳統(tǒng)的核桃脫殼機(jī)相比，采用視覺識(shí)別模塊及姿態(tài)調(diào)整模塊來調(diào)整核桃擺放姿態(tài)，垂直于棱縱向切割，最大程度上保證核桃果仁的完整性與低損傷率，以保證其商品價(jià)值。

該設(shè)計(jì)涉及視覺圖像的采集處理與分析，利用PLC的控制功能實(shí)現(xiàn)整體的機(jī)電一體化。核桃通過間歇進(jìn)料單元的攪拌機(jī)構(gòu)，間歇旋轉(zhuǎn)閥實(shí)現(xiàn)間歇進(jìn)料，即核桃可以間歇進(jìn)入縱向姿態(tài)調(diào)整單元;通過電機(jī)與齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)縱向調(diào)整輥的主從動(dòng)軸相向旋轉(zhuǎn)，在葉片推動(dòng)下平穩(wěn)調(diào)整姿態(tài);核桃進(jìn)入橫向姿態(tài)調(diào)整單元后，通過視覺識(shí)別模塊，控制電機(jī)，U型調(diào)整輥調(diào)整核桃橫向擺放姿態(tài)，再通過傳送單元，送至切分單元進(jìn)行垂直于棱縱向切分。其具體工作原理圖如圖8所示。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)為保證核桃果仁的完整性與低損傷率，進(jìn)而保證其商品價(jià)值，同時(shí)解決目前核桃手工脫殼衛(wèi)生差、質(zhì)量低、效率低、成本高的問題，以及減緩核桃加工、出口時(shí)間與三秋和農(nóng)田建設(shè)的大忙時(shí)間沖突的壓力，設(shè)計(jì)了一種基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)。

基于視覺識(shí)別的核桃切分機(jī)主要包括間歇進(jìn)料單元、姿態(tài)調(diào)整單元、傳送單元與切分單元，介紹了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理，采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，提高操作效率。其優(yōu)點(diǎn)在于采用圖像識(shí)別，可以保證在核桃果仁的完整性的前提下實(shí)現(xiàn)切分，推動(dòng)核桃加工產(chǎn)業(yè)向機(jī)電一體化方向發(fā)展，同時(shí)為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供一定程度上的參考。

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