本实用新型属于番茄分级机器人技术领域，具体涉及一种番茄分级机器人控制系统。
背景技术：
我国是果蔬生产、销售大国，市场中不同品质的果蔬售价往往相差几倍，果蔬的分级管理与销售，是提高其附加值的有效手段，也是必然趋势。机器视觉技术日趋成熟，被广泛应用于农产品品质检测研究。基于计算机视觉技术的果蔬分级系统，一直是国内外研究的热点。而与果蔬分级系统相匹配的控制系统是解决果蔬分级的关键。
技术实现要素：
本实用新型设计了一种番茄分级机器人控制系统，旨在高效地实现对不同品级番茄的分级操作。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下方案：
一种番茄分级机器人控制系统，包括控制器，所述控制器中的主控模块与番茄转运机构、分拣机构、真空吸盘系统连接，所述控制器中的上位机与机器视觉分级系统连接，所述主控模块和所述上位机通讯连接。
进一步，所述机器视觉分级系统包括摄像头i，摄像头ii和摄像头iii，所述摄像头i，摄像头ii和摄像头iii分别与所述上位机连接以获取待检测番茄的俯视图，左视图以及右视图的图像信息。
进一步，所述分拣机构包括两组delta执行机构，每组delta执行机构包括三个机械臂由三个步进电机驱动，所述步进电机通过相对应的步进电机驱动器与所述主控模块连接。
进一步，所述delta执行机构工作空间的入口处设置有光电开关以检测番茄经过，所述光电开关与所述主控模块连接。
进一步，所述真空吸盘系统与所述分拣机构中的delta执行机构一一对应，所述真空吸盘系统的真空吸盘设置在相对应所述delta执行机构的末端；所述真空吸盘系统的电磁阀开关与所述主控模块连接。
进一步，所述番茄转运机构的转运轮驱动电机通过电机驱动器与所述主控模块连接；所述番茄转运机构的传送带与所述主控模块连接。
进一步，所述番茄转运机构的转运轮驱动电机通过电机驱动器与所述主控模块连接；所述番茄转运机构的传送带与所述主控模块连接。
进一步，所述上位机采用工控机，具有可视化操作界面。
进一步，所述主控模块采用工业级stm32f407开发板。
该番茄分级机器人控制系统具有以下有益效果：
（1）本实用新型，包括上位机，分拣机构，机器视觉分级系统，番茄转运机构，真空吸盘系统，具有可视化操作界面，能够显示当前被检测番茄的轮廓信息，成熟度信息以及番茄的缺陷信息，调试过程中，操作人员可以根据不同需求，合理提高传送带和分拣机构的电机转速，可有效提高番茄分级的效率；实现了对番茄的转运、分级、分拣的一体化操作，具有人工方式所不具备的高效、客观、高精度的特点。
（2）本实用新型采用机器视觉作为衡量番茄品质的一种手段，避开了人工分级的主观因素，且效率高，分级速度快，成本低，易普及。
（3）本实用新型，采用delta执行机构作为分拣的手段，具有精准高效的特性；采用正弦修正算法保证了delta能够长时间稳定工作，降低了机器运动时的速度冲击，大大提高了delta执行机构的寿命。
附图说明
图1：本实用新型实施方式中番茄分级机器人控制系统的模块化结构示意图；
图2：本实用新型实施方式中番茄转运机构的模块化控制结构示意图；
图3：本实用新型实施方式中delta执行机构的模块化控制结构示意图；
图4：本实用新型实施方式中机器视觉分级系统的模块化控制结构示意图；
图5：本实用新型实施方式中delta执行机构的工作流程图；
图6：本实用新型实施方式中番茄分级机器人的结构示意图。
附图标记说明：
1—番茄转运机构；11—转运轮驱动电机；12—电机驱动器；13—传送带；2—机器视觉分级系统；21—摄像头i；22—摄像头ii；23—摄像头iii；3—控制器；31—上位机；32—主控模块；4—分拣机构；41—步进电机i；42—步进电机ii；43—步进电机iii；44—步进电机iv；45—步进电机v；46—步进电机vi；47—光电开关i；48—光电开关ii；49—收集箱；5—真空吸盘系统。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：
图1至图6示出了本实用新型一种番茄分级机器人控制系统的具体实施方式。图1是本实施方式中番茄分级机器人控制系统的模块化结构示意图；图2是本实施方式中番茄转运机构的模块化控制结构示意图；图3是本实施方式中delta执行机构的模块化控制结构示意图；图4是本实施方式中机器视觉分级系统的模块化控制结构示意图；图5是本实施方式中delta执行机构的工作流程图；图6是本实施方式中番茄分级机器人的结构示意图。
如图1，本实施方式中的番茄分级机器人控制系统，包括控制器3，控制器3中的主控模块32与番茄转运机构1、分拣机构4、真空吸盘系统5连接，控制器3中的上位机31与机器视觉分级系统2连接，主控模块32和上位机31通讯连接。
优选地，机器视觉分级系统2包括摄像头i21，摄像头ii22和摄像头iii23，摄像头i21，摄像头ii22和摄像头iii23分别与上位机31连接以获取待检测番茄的俯视图，左视图以及右视图的图像信息，如图4和图6所示。本实施例中，机器视觉分级系统2还包括一视觉箱，视觉箱为方形共五个面，两个面镂空，在视觉箱内部剩余三个面的每个面的中心位置处分别放置一个摄像头，视觉箱安置在传送带13上方，能够实现观测番茄的俯视图图像，左视图图像以及右视图图像。该控制系统中，机器视觉分级系统2配合上位机31能够实现对番茄的缺陷检测，成熟度检测，以及番茄轮廓的最大曲率半径计算。
优选地，分拣机构4包括两组delta执行机构，每组delta执行机构包括三个机械臂由三个步进电机驱动，步进电机通过相对应的步进电机驱动器与主控模块32连接，如图1和图3所示，所述delta机构轨迹规划的控制方法采用正弦修正梯形加速度算法。本实施例中，两组delta执行机构包括步进电机i41、步进电机ii42、步进电机iii43、步进电机iv44、步进电机v45和步进电机vi46，步进电机i41、步进电机ii42、步进电机iii43、步进电机iv44、步进电机v45和步进电机vi46分别通过相对应的步进电机驱动器与主控模块32连接。所述delta执行机构，将抓取的番茄依照其对应的机器视觉分级结果放置在对应分级的收集箱49中，收集箱49共四个，代表四种分级结果，如图5和图6所示。
优选地，所述delta执行机构工作空间的入口处设置有光电开关以检测番茄经过，光电开关与主控模块32连接。如图6所示，本实施例中，两组delta执行机构分别对应光电开关i47和光电开关ii48，光电开关i47和光电开关ii48分别与主控模块32连接。
优选地，真空吸盘系统5与所述delta执行机构一一对应，真空吸盘系统5的真空吸盘设置在相对应所述delta执行机构的末端；真空吸盘系统的电磁阀开关与主控模块32连接，如图6所示。采用气动方式对番茄进行抓取，可避免因抓取力度过大对番茄造成损伤。
优选地，番茄转运机构1的转运轮驱动电机11通过电机驱动器12与主控模块32连接；番茄转运机构1的传送带13与主控模块32连接，如图2和图6所示。
本实施例中，上位机31采用工控机，具有可视化操作界面。上位机31是系统控制中心的窗口，能够实现对番茄转运机构1的转速调整，实现对控制系统的实时监控，实现与delta执行机构的通信，还能够实时显示当前被检测番茄的大小信息、成熟度信息（待检测番茄的hsv阈值与成熟番茄表面在hsv颜色空间的数值进行对比，依照此法来判断番茄的成熟度信息）、缺陷信息，并能将被检测番茄经机器视觉处理后的图像显示。
本实施例中，主控模块32采用工业级stm32f407开发板。stm32f407开发板通过串口与工控机31连接，工控机31利用工控机接口向开发板发送番茄的分级信息，指导主控模块32控制delta执行机构正确抓取番茄。主控模块32能够实现对番茄转运机构1中传送带13以及转轮的速度控制。
工作时，首先，上位机31开启，上位机软件具有一键启动该分级机器人的功能和实时监控番茄信息的功能。启动分级机器人时，主控模块32开始初始化，delta执行机构复位，机器视觉分级系统2开始等待番茄出现在检测区域，番茄转运机构1开始转动，番茄转运机构1的转轮机构将待检测番茄以一定频率转运到运动中的传送带13上，转轮机构采用橡胶材料，具有缓冲作用，降低番茄转运时因碰撞对番茄造成损伤，如图6所示；番茄通过传送带14运送经过机器视觉分级系统2，番茄在经过机器视觉分级系统2时，摄像头i21，摄像头ii22和摄像头iii23拍摄番茄的俯视图，左视图与右视图，并将拍摄的图像信息反馈到上位机31上，上位机31内的上位机软件在后台处理图像信息，并将待检测番茄的大小，成熟度，缺陷状况以及处理前、后的番茄图像显示在上位机软件，同时将番茄的分级结果通过串口发送到主控模块32以指导番茄delta执行机构的分拣；当光电开关检测到番茄出现在delta执行机构的复位位置下方时，主控模块32根据上位机31的信息通过定时器输出比较功能实现对delta执行机构的控制，上位机31通过usbtottl与主控模块32连接，实现两者之间的通信，控制delta执行机构的运转速度。也即机器视觉分级系统3能将分级的最终结果反馈到上位机31，上位机31将已检测番茄的分级信息传送到主控模块32，指导番茄delta执行机构正确地将不同品级的番茄放置到相应的收集箱49内。其中，品级i与品级ii的番茄由delta执行机构i负责分拣，并根据相应的品级放置在收集箱i与收集箱ii内，品级iii与品级iv的番茄由delta执行机构ii负责分拣，并根据相应的品级放置在收集箱iii与收集箱iv内，如图5和图6所示。
具体地，番茄经过机器视觉分级系统2区域后，进入番茄delta执行机构工作空间，光电开关i47检测到番茄经过，反馈低电平到主控模块32，主控模块32通过接收上位机31传过来的番茄分级结果，对i、ii品级地番茄进行相应的抓取，并放置在相应品级的收集箱中。同理，对于iii、iv品级的番茄，通过delta执行机构第二部分负责分拣，并放置于相应的收集箱中。
具体地，delta执行机构的各个模块间的关系如图3所示。delta执行机构由三大部分组成，delta执行机构i接收主控模块32的指令，依据输出比较功能输出脉冲控制步进电机驱动器驱动步进电机。品级i与品级ii的番茄由delta执行机构i负责分拣，品级iii与品级iv的番茄由delta执行机构ii负责分拣。具体地，如图6所示，delta执行机构受stm32f407主控模块控制，利用定时器输出比较功能，输出不同频率的脉冲，实现对步进电机的控制。其中，delta执行机构的路径采用直线圆弧路径，在算法中采用插补算法实现路径曲线拟合。在delta执行机构的启动与制动增加正弦修正梯形加速度算法实现，降低番茄执行机构的速度冲击，提高delta执行机构的稳定性，提高delta执行机构的工作寿命。
本实用新型，具有可视化操作界面的一种番茄分级机器人的控制系统，包括上位机，delta执行机构，机器视觉分级系统，番茄转运机构，主控模块。上位机能够显示当前被检测番茄的轮廓信息，成熟度信息以及番茄是否存在缺陷。调试过程中，操作人员可以根据不同需求，合理提高传送带和delta执行机构的转速，可有效提高分级的效率。
本实用新型采用机器视觉作为衡量番茄品质的一种手段，避开了人工分级的主观因素，且效率高，分级速度快，成本低，易普及。
本实用新型，采用delta执行机构作为分拣的手段。delta目前广泛应用于分拣、包装等工业领域，其精准高效的特性，越来越受到各行各业的关注。为保证delta能够长时间稳定工作，在合理计算了delta的正逆解并分析了其运动空间后，增加了驱动delta电机启动与制动的正弦修正加速度算法，降低了机器运动时可能存在的加速度冲击和速度冲击，大大提高delta执行机构的寿命。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
1.一种番茄分级机器人控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器中的主控模块与番茄转运机构、分拣机构、真空吸盘系统连接，所述控制器中的上位机与机器视觉分级系统连接，所述主控模块和所述上位机通讯连接。
2.根据权利要求1所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述机器视觉分级系统包括摄像头i，摄像头ii和摄像头iii，所述摄像头i，摄像头ii和摄像头iii分别与所述上位机连接以获取待检测番茄的俯视图，左视图以及右视图的图像信息。
3.根据权利要求1所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述分拣机构包括两组delta执行机构，每组delta执行机构包括三个机械臂由三个步进电机驱动，所述步进电机通过相对应的步进电机驱动器与所述主控模块连接。
4.根据权利要求3所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述delta执行机构工作空间的入口处设置有光电开关以检测番茄经过，所述光电开关与所述主控模块连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述真空吸盘系统与所述分拣机构中的delta执行机构一一对应，所述真空吸盘系统的真空吸盘设置在相对应所述delta执行机构的末端；所述真空吸盘系统的电磁阀开关与所述主控模块连接。
6.根据权利要求1至4任一所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述番茄转运机构的转运轮驱动电机通过电机驱动器与所述主控模块连接；所述番茄转运机构的传送带与所述主控模块连接。
7.根据权利要求5所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述番茄转运机构的转运轮驱动电机通过电机驱动器与所述主控模块连接；所述番茄转运机构的传送带与所述主控模块连接。
8.根据权利要求1、2、3、4或7所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述上位机采用工控机，具有可视化操作界面。
9.根据权利要求1、2、3、4或7所述的番茄分级机器人控制系统，其特征在于，所述主控模块采用工业级stm32f407开发板。
技术总结