陳行行， 秦培亮， 張 磊， 劉楨筠

（蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院，江蘇 蘇州 215008）

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，土地資源豐富，氣候條件適宜，適合大面積種植水果蔬菜， 果蔬成為我國繼糧食產(chǎn)業(yè)之后的第二大農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)[1]。 隨著農(nóng)產(chǎn)品加工自動化程度越來越高，采用工業(yè)機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工分揀水果、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品是適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展所需[2]。因此，亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用前景很寬廣。

蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)室有5 臺亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備， 該設(shè)備具有六個單元，分別為送料單元、大小料分揀單元、視覺單元、分揀入庫單元、觸摸屏單元、機(jī)器人。 安裝在實訓(xùn)臺上實物分別是物料傳送、驅(qū)動系統(tǒng)、分揀處理系統(tǒng)、視覺檢測處理系統(tǒng)、六軸機(jī)械手臂氣動吸盤、碼垛等主要部分。 電氣布局采用雙抽屜式，所有電氣控制器都安裝在網(wǎng)孔板式的抽屜上，這種機(jī)電分離的布局更加符合工業(yè)實際情況。 其中，每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)， 同時也是一個機(jī)電一體化的系統(tǒng)。該設(shè)備集成了數(shù)控系統(tǒng)、PLC 控制、變頻調(diào)速控制、傳感器檢測、伺服驅(qū)動控制、低壓電氣控制、機(jī)械傳動等技術(shù)。亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備有效模擬了現(xiàn)實生活中實際果蔬的分揀過程， 給學(xué)生提供一個與實際應(yīng)用非常接近教學(xué)設(shè)備環(huán)境， 從而可以順利實現(xiàn)從理論教學(xué)過渡到實際應(yīng)用[3]。

1 亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備工作過程及問題描述

亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備（如圖1 所示）在分揀處理單元動作時，將需要分揀的果蔬放置在傳送帶上，果蔬經(jīng)傳送帶進(jìn)入到檢測農(nóng)產(chǎn)品的區(qū)域，通過光纖傳感器對果蔬的大小進(jìn)行檢測， 依照果蔬的具體情況判斷是否滿足其所在的機(jī)械定位上， 推桿將果蔬推送到各個機(jī)械定位的分料口，進(jìn)行篩選歸類。 果蔬進(jìn)入到視覺檢測單元后，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動傳送帶輸送果蔬，果蔬進(jìn)入到視覺檢測位置，對果實的外形大小、顏色進(jìn)行檢測識別，以及數(shù)據(jù)采集，從而對視覺檢測過的果蔬與預(yù)先采集的果蔬模型完整度進(jìn)行比較，便于分揀出優(yōu)質(zhì)果蔬。 最后果蔬搬運(yùn)碼垛入庫單元工作時，六軸機(jī)械手臂氣動吸盤對檢測完成的果蔬進(jìn)行搬運(yùn)工作，將果蔬輸送到各個不同的碼垛，實現(xiàn)分揀效果。

圖1 智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備

圖2 分料處理單元

在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)， 亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備在操作過程中存在一些結(jié)構(gòu)問題及不足，因而導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)行不流暢、分揀過程中導(dǎo)致果蔬損壞、機(jī)器無法正常運(yùn)行、分揀效果不理想等情況。

1.1 分揀處理單元故障

分揀處理單元（如圖2 所示）動作時，推桿推送前，果蔬經(jīng)過傳送帶的輸送會發(fā)生位置變化，推桿不一定會推送果蔬的中心位置， 分料口位置是嚴(yán)格按照果蔬大小設(shè)計的，從而導(dǎo)致推桿推送果蔬卡在分料口處，造成果蔬的損壞，分揀系統(tǒng)的部分癱瘓，不能正常工作。

1.2 視覺檢測箱內(nèi)故障

果蔬進(jìn)入到視覺檢測單元（如圖3 所示）后，由于果蔬從分料口進(jìn)入到視覺檢測單元的過程中會發(fā)生滾落，以及進(jìn)入到視覺檢測位置時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 卡在視覺檢測箱內(nèi)，無法進(jìn)入到下一階段的搬運(yùn)工作。

圖3 視覺檢測單元

1.3 搬運(yùn)碼垛入庫單元故障

果蔬搬運(yùn)碼垛入庫單元（如圖4 所示）工作時，在六軸機(jī)械手臂氣動吸盤在吸取果蔬時， 會出現(xiàn)吸取的準(zhǔn)確性較低，吸取位置偏置無法進(jìn)行碼垛，甚至導(dǎo)致六軸機(jī)械手臂氣動吸盤空運(yùn)行。

圖4 碼垛入庫單元

2 亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)

針對亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備在實際運(yùn)行仿真過程過程中遇到的問題及不足之處提出改進(jìn)方案，優(yōu)化升級。

2.1 分揀處理單元故障改進(jìn)

圖5 分料口設(shè)計圖

針對果蔬位置變化導(dǎo)致推桿推送后果蔬損壞的問題，進(jìn)行以下改造措施，分料口（如圖5 所示）采用錐形設(shè)計，棱角處采用圓角，解決果蔬位置變化導(dǎo)致不能使果蔬進(jìn)入分料口，輸送到下一單元的原因。

2.2 視覺檢測箱內(nèi)故障改進(jìn)

對于果蔬發(fā)生滾落，以及進(jìn)入視覺檢測箱后發(fā)生偏轉(zhuǎn)卡在視覺檢測箱內(nèi)的問題， 采取增添U 型軌道隔板限定果蔬從分料口進(jìn)入視覺檢測單元能夠處于中心位置，避免滑落，在視覺檢測箱的出口處增加導(dǎo)向限位塊，使果蔬進(jìn)入視覺檢測箱后依然能安全輸送到出料口。

2.3 搬運(yùn)碼垛入庫單元故障改進(jìn)

六軸機(jī)械手臂氣動吸盤在吸取果蔬時出現(xiàn)吸取準(zhǔn)確性低，吸取時發(fā)生偏置無法進(jìn)行碼垛，甚至造成空運(yùn)行現(xiàn)象，是由于吸盤大小和種類的固定性。

氣動吸盤的吸附力大小選擇取決于被移送物體的質(zhì)量， 被移動物體的形狀和表面狀態(tài)決定氣動吸盤的種類，因此氣動吸盤的吸附力大小和種類選擇是至關(guān)重要的。

針對氣動吸盤的吸附力大小進(jìn)行計算分析：

其中：F 為理論吸附力，N； P 為絕對壓力，即真空度，kPa；S 為吸附有效面積，cm2；G 為重力加速度，值為9.8m/s2。

通過對氣動吸盤吸附力大小的計算，不同果蔬給予不同的吸附力，選取3 組果蔬為實驗樣品，分別為蘋果、香蕉、橘子，每組50 顆，進(jìn)行實際的吸附試驗，得到表1 結(jié)論：

表1 吸盤吸附力結(jié)果分析

選取不同吸盤，綜合不同果蔬需要，進(jìn)行多次測試，總結(jié)以下三類：

表2 吸盤的種類選取

通過對吸盤測試研究， 總結(jié)出表1、2 吸盤選取結(jié)果，解決了六軸機(jī)械手臂氣動吸盤空運(yùn)行現(xiàn)象，使得吸取果蔬的準(zhǔn)確性和位置穩(wěn)定性得到較大提高。

3 亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備改進(jìn)創(chuàng)新點

1） 本文綜合分析亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備的現(xiàn)狀， 以及智能果蔬分揀設(shè)備在實際運(yùn)行仿真過程中出現(xiàn)的問題和不足之處進(jìn)行升級改造， 創(chuàng)新優(yōu)化，使得亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備更加完善。

2） 提高亞龍YL-1522B型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備仿真的真實性、 穩(wěn)定性和可靠性，有利于教育事業(yè)的發(fā)展，提升教學(xué)質(zhì)量，直觀充分地做到理論和實踐的有機(jī)結(jié)合， 同時增強(qiáng)了亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備用戶的使用滿意度。

4 結(jié)束語

隨著社會生活水平和生活觀念的不斷提高， 人們愈加追求新鮮、美觀、優(yōu)質(zhì)的果蔬產(chǎn)品。 果蔬采摘后分揀時間緊，人工分揀效率低，不能滿足市場需求，檢測與分揀技術(shù)的發(fā)展顯得尤為關(guān)鍵[5]。 智能分揀有利于逐級分揀出不同等級的果蔬，不同產(chǎn)品對應(yīng)不同價格，對于農(nóng)業(yè)者而言，做到了利益最大化，對于消費者而言，可以根據(jù)所需挑選不同等級的果蔬。

亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備仿真設(shè)備的優(yōu)化升級，使學(xué)校在之后的教學(xué)工作中更加順暢，讓學(xué)生更好的在智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備中得到實踐， 做到理論與實踐相結(jié)合，不斷提升專業(yè)能力。 以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、 自動化加工系統(tǒng)必然會促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品加工快速發(fā)展，加速農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化進(jìn)程，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[6]。 亞龍YL-1522B 型智能果蔬分揀實訓(xùn)設(shè)備的改進(jìn)升級對分揀技術(shù)的發(fā)展有著促進(jìn)性作用，具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景。