农产品智能分拣装置

产品设计说明书

         团队编号：127588    

团队名称：智农3Q队

一、产业化前景分析

近年来，在国家大力发展农业，提升农产品重量，提高农民收入方面出台了很多政策文件，一方面要促进农民增收，另一方面也要稳定农产品价格。但是由于气候，种植面积，品种等因素的影响，许多地方出现了农产品滞销现象，而解决农产品滞销的办法之一，出口同样困难。造成出口困难是多方面原因导致的，其中有一个重要的原因就是农产品的质量问题。

以苹果为例，国产苹果质量差，其主要表现在外观不漂亮、苹果内部品质不高、销售苹果产品的外包装不精致等方面。其实，在数量众多的产品中，也不乏档次高，质量好的苹果，但是由于检测与分选手段的落后，这些档次高，质量好的产品只能混杂在差的产品中销售，这些优质高档苹果，由于没有经过严格的品质检测和分级，混杂在其中良莠不齐，导致产品出口品质低，其外销价格远远低于国外同类产品。

因此提高农产品质量，除了从种植角度提升其品种优势，还可以使用先进检测和分级技术来助力农产品提档升级。

二、产品简介

农业是国民经济的基础，是经济社会稳定和发展的重要保证，现代农业是以保障农产品供给、农民持续增收、促进可持续发展为目标，用现代农业装备武装，用现代科学技术改造，用现代产业体系提升，用现代经营形式推进，用现代发展理念引领的农业产业。

现代企业生产自动化程度越来越高，渐渐的代替了传统的生产方式依靠人力进行搬运工作。例如：大到重机生产，汽车流水线，小到快递分拣甚至到京东送货机器人的产生，这极大的提高了生产效率，省下了大量的人力开支。

生产自动化在各个行业以及现代企业之中能够得到迅速的发展，然而作为农业大国，农业生产相对于其他产业的发展，是相对较慢的，尤其是农业生产的自动化程度与其他行业比起来是发展缓慢的。

我们作为农业院校学生，肩负着成为农业应用型高级人才和研究开发推广农业生产自动化装备的重任，在这样的背景下，我们设计开发出了农产品智能分拣装置。

三、产品背景及思路

农业是国民经济的基础，是经济社会稳定和发展的重要保证，现代农业是以保障农产品供给、农民持续增收、促进可持续发展为目标，用现代农业装备武装，用现代科学技术改造，用现代产业体系提升，用现代经营形式推进，用现代发展理念引领的农业产业。现代企业生产自动化程度越来越高，渐渐地代替了传统的生产能方式：依靠人力搬运工作。例如，大到重机生产、汽车流水线，小到快递分拣，甚至到京东送货机器人的产生，都极大地提高了生产效率，省下一笔不菲的人力开资。生产自动化迅速地在现代企业之中发展起来，然而在农业大国，农业生产，尤其是农业的自动化程度，相较于其他行业的发展而言，相对较慢。

作为农业院校的一名学生，我们肩负着成长为农业应用型高级人才、研究开发推广农业生产自动化设备的重任。在大众创新，万众创业的背景下，我们小组成员设计开发出了农产品智能分拣装置。

现代企业生产要求自动化程度高，效率提升，传统生产方式依靠人力进行分拣、搬运工作，在分拣的精度、效率上都有所限制，已不能满足现代企业生产的要求，无法跟上时代发展的步伐，尤其是在要求运行频率高以及工件单件重量大的情况下，人力已不能完成。

智慧农业通过生产领域的智能化、经营领域的差异性以及服务领域的全方位信息服务，推动农业产业链改造升级实现现代农业精细化、高效化与绿色化，保障农产品安全、农业竞争力提升和农业可持续发展。根据农业生产管理的需求，以基于视觉技术的农产品智能分拣装置作为平台，主要体现农业生产环节的把控能力。

充分运用现代农业生产技术、机器人应用技术、PLC控制技术、机械结构装调技术、人机界面应用技术、变频器应用技术、智能视觉应用技术、气动应用技术、传动技术、数据采集分析技术等开发一个用于农产品分拣的装置，经过方案论证，理论设计，生产加工，组装调试等实践环节，已经实现预期目标。

通过项目开发，让学生参与进来，锻炼了动手能力，增强了理论认识，加强了团队合作精神，本系统突出智能化、快速高效的生产过程，助力农业生产向更快更好方向发展。因此，我们设计开发出了农产品智能分拣装置，该设备主要通过视觉系统，X-Y轴简易机器人以及六轴机械手协同工作实现对农产品进行自动分选移载，并且按要求放到指定位置。自动分选系统主要由气缸、机械手、LED显示屏、控制按钮、架子、传送带、视觉感应器几部分构成。

四、产品结构原理  

 ①设备结构：

设备运转主要由X-Y轴机器人、六轴机械手、输送带、视觉感应器、挡板组成。

该设备主体框架采用铝型材搭建而成，配有可拆装灵活的布线底板和按钮安装盒，底部地脚组成，整体美观大方，机械结构件采用铝件加工并做氧化处理。   

②电气配置：

控制部分使用PLC控制，使用24V低压安全电路，并设置人机界面方便操作。

③安全设置：

关键部位设置传感器，驱动部分采用自锁保护。

④ 操作模式：

设备设置自动、手动、单步模式，通过触摸屏设置。

自动模式：在自动模式下装置做循环分拣；

手动模式：切换为手动模式后装置可控制单个元件的动作，以便维护和调试；

单步模式：在单步模式下装置完成单个循环以便调试。通过触摸屏以及按钮来实现对设备的控制。

人工将产品放至传送带，通过电缸搭建的模组移动托盘配合机械手将传送带上的产品移载至托盘，控制柜区域为各电控元器件安装区域。

五、产品使用操作

操作方式：

设有操作盘和触摸屏，操作盘上包括启动、复位、急停等基本按钮开关。触摸屏上也可以进行程序的基本操作。

1） 控制区域：

通过触摸屏，以及按钮来实现对设备的控制。

2） 上料区域：

人工将产品放至传送带。    

3） 装料区域：

通过电缸搭建的模组移动托盘配合机械手将传送带上的产品移载至托盘。

4） 控制柜：

此区域为各电控，气控元件安装区域。

‚操作模式：

设备设置自动、手动、单步模式通过触摸屏设置；

自动模式：在自动模式下设备做循环分拣。

手动模式：切换为手动模式后设备可控制单个元件的动作，以便维护调试。

单步模式：在单步模式下设备设备完成单个循环以便调试。

六、技术创新的内容

在“互联网+”智慧农业发展的背景下，通过基于视觉技术的农产品智能分拣的应用实现智慧农业生产的目的。本装置旨在借助摄像机，传感器，PLC，机械手的应用，提高分拣的准确行及效率，而且农产品智能分拣装置只需要改动较少的硬软件部分就可以完成不同产品的分拣，其可作为球形水果的分拣平台，也可进行柱形水果分拣。

本分拣装置由供料部分、视觉检测环节、物流输送机构以及分拣执行设备等组成，体现了农业生产环节的智能化，充分运用现代农业生产技术、机器人应用技术、PLC控制技术、人机界面应用技术、智能视觉应用技术、气动应用技术、传动技术、数据采集分析技术等。本系统设有操作盘和触摸屏，可以进行程序的基本操作，快速有效的实现了农产品的分拣。

  关于国内外的同类技术比较方面，分拣装置在工业生产、物流等领域应用的非常广泛，其技术手段和设备也较为完备，无论是在国内市场上还是国外的场合都有非常成熟的应用案例，无论是使用重量分拣、使用颜色分拣还是使用尺寸分拣，都有比较成熟的案例，使用视觉技术的分拣在一些工业生产领域也较为普遍，如：某公司视觉分拣系统主要用于紧固件以及其他部件尺寸、缺陷、硬度、材料性能的自动检测及分拣。紧固件通过自动上料装置进入旋转盘，旋转盘带动工件圆周向移动，相机拍照并将结果传输到主机，主机依据用户设定数据进行快速分选，将工件分选到合格与不合格出口。

某公司饮料检测系统采用多相机进行图像采集或者X-射线检测技术，检测高/低盖、歪盖、封断桥等封盖缺陷，具备不良品自动报警，显示、剔除功能。灌装后的每一瓶产品都直接受到检查和品质监控，通过对每一瓶产品进行图像收集同时对封盖质量情况进行准确识别和分析，将存在高低盖，歪盖、防盗环断裂等质量不良的产品进行检查，报警、显示、统计、剔除等。也可根据生产线工艺要求配置：瓶盖喷码缺陷、铝盖封盖螺纹、瓶盖印刷图案等质量缺陷的检查。保障生产线上的产品品质的一致性。而在农业领域，分拣系统和设备还比较少，目前很多生产过程还是停留在人工分拣阶段，尤其是使用基于视觉技术的分拣在农产品上的应用更少。

最后是产品设计的产业化前景分析，近年来，在国家大力发展农业，提升农产品重量，提高农民收入方面出台了很多政策文件，一方面要促进农民增收，另一方面也要稳定农产品价格。但是由于气候，种植面积，品种等因素的影响，许多地方出现了农产品滞销现象，而解决农产品滞销的办法之一，出口同样困难。造成出口困难是多方面原因导致的，其中有一个重要的原因就是农产品的质量问题。 以苹果为例，国产苹果质量差，其主要表现在外观不漂亮、苹果内部品质不高、销售苹果产品的外包装不精致等方面，其实，在数量众多的产品中，也不乏档次高，质量好的苹果，但是由于检测与分选手段的落后，这些档次高，质量好的产品只能混杂在差的产品中销售，这些优质高档苹果，由于为没有经过严格的品质检测和分级，混杂在其中良莠不齐，导致产品出口品质低，其外销价格远远低于国外同类产品。因此提高农产品质量，除了从种植角度提升其品种优势， 还可以使用先进检测和分级技术来助力农产品提档升级。

所以我们产品的优点可以从特色和创新两方面来看:

(1)特色：结构简单、成本低廉、简单易用。

(2)创新之处：设有操作盘和触摸屏，操作盘上包括启动、复位、急停等基本按钮开关。触摸屏上也可以进行程序的基本操作。