小型智能獼猴桃分揀機系統的設計

游釤栗　高潔　王鳳琴

摘?要：隨著生活水平的不斷提高，人們對果蔬需求也在不斷提高，尤其是在果蔬的新鮮程度上。以獼猴桃為例，如不能對果子的成熟度進行分類，就不利于果子的保存和運輸。而現有的普通分揀設備只能對果子的大小進行分類。所以本文利用自動控制技術及傳感器技術，設計了一種小型智能獼猴桃分揀機系統，能對獼猴桃的大小和成熟度進行分類。方便儲存和運輸，有一定的推廣價值。

關鍵詞：智能;分揀;PLC;傳感器

1 研究背景

目前，果蔬類分揀設備普及度并不高，目前大部分果園和蔬菜園還是個人承包，管理都為家庭式，分揀工作大多由人工完成。[1]市場上也有分揀設備，但普遍體積較大、整機費用高，還只能按照重量進行分揀。傳統果蔬分揀領域主要有兩種分揀方法：其一是純手工分揀，這種方法存在手工操作疲勞、效率低等缺點，隨著時間的推移，人工成本會越來越高。其二是機器與人工配合分揀，這種方法是通過機器來代替一部分人工操作，在一定程度上提高了工作效率。[2]這兩種方式僅僅能對果子的大小進行分類。以獼猴桃為例，如不能對果子的成熟度進行分類，就不利于果子的保存和運輸。

所以我們考慮設計了一種能進行成熟度判斷的小型智能獼猴桃分揀機系統。

2 設計原理

2.1 系統總體設計

按照農戶的需要，本系統具備能判斷果蔬的大小重量、成熟度，外形平滑度等功能。

果蔬從進料斗進入，然后一個一個地落在與出料管連接的傳送帶上。出料管位于料斗的另一側。出料板的頂部與轉軸垂直連接，轉軸可以自由旋轉，以便于將果蔬運輸到每個旋轉車輛。整條輸送帶有多種檢測儀器，從右到左分別是紅外傳感器，重力傳感器，分別測試外觀和重量，傳送帶兩側是紅外傳感器，重力傳感器設置于傳送帶的下方。本次設計的系統流程圖如下圖所示。

2.2 平滑度判定

紅外線傳輸采用不擴散原理，因為紅外線穿過其他材料時折射率很小，所以長時間會考慮紅外線測距儀，而紅外線傳輸則需要時間，當紅外線遇到反射物時，從測距儀反射回來被接受，然后根據發出的紅外線接受到的時間和紅外線傳輸速度可以計算出距離。幾個檢測值比較可以得到獼猴桃表面的平滑程度。

2.3 成熟度和水分含量檢測

果蔬是否成熟是果蔬檢測中的最重要的一個環節，所以成熟度的檢測對果蔬來說至關重要。本來打算是用水分測試儀來測試果蔬的水分含量，但是由于資金問題沒有購到相應的儀器，所以先利用重力傳感器測出待測果蔬的重量G，再利用紅外傳感器測出來的果蔬的直徑d，通過球體計算公式可以計算出果蔬的體積V。再利用密度公式，求出果子的密度，生的獼猴桃和熟的密度存在差異，利用這點從而判斷果子成熟度和水分含量。

3 總結

本文只是對設計的小型智能獼猴桃分揀機系統的基本介紹，現在正處于實驗室階段，與實際運用還有一定差距。下一步，我們考慮提高系統的應急能力，應對特殊情況時系統可能會無法及時做出判斷;進一步進行優化通過調整參數可以讓系統識別多種類的水果;希望通過進一步改進，能使該設備真正地被農戶運用。

參考文獻：

[1]張凱良，楊麗，張鐵中.草莓收獲機器人采摘執行機構設計與試驗[J].農業機械學報，2011（09）.

[2]廖敬恩.自動分揀控制系統的設計及研究[D].華南理工大學，2011.

[3]張潔，李艷文.果蔬采摘機器人的研究現狀、問題及對策[J].機械設計，2010（06）.

[4]Development of a row guidance system for an autonomous robot for white asparagus harvesting[J].Fuhong Dong，Wolfgang Heinemann，Roland Kasper.Computers and Electronics in Agriculture，2011（2）.

課題：江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目《智能獼猴桃分揀機的設計》201912056023Y

*通訊作者：王鳳琴，南通理工學院。