茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴制造技术

本发明专利技术涉及一种茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴

【技术实现步骤摘要】
茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴、剔除机器人及剔除方法


[0001]本专利技术涉及农产品加工
，具体涉及一种茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴
、
剔除机器人及剔除方法
。

技术介绍

[0002]茶叶作为世界上最古老和最广泛消费的饮品之一，具有重要的经济和文化价值
。
然而，茶叶加工过程中常常会产生各种杂质，如茶杆
、
茶叶碎屑
、
异物等，这些杂质可能影响茶叶的质量和口感
。
因此，茶叶杂质的剔除对于保证茶叶质量和市场竞争力至关重要
。
目前，人工挑拣是茶叶杂质处理的主要方法之一
。
人工挑拣依赖于工人的视觉和经验，其效率低下且容易出现漏拣或误拣的情况
。
另外，由于工作环境的恶劣以及长时间的重复劳动，工人们容易疲劳和出错，从而进一步影响挑拣效果和茶叶品质，加之劳动力成本提高，加工生产成本高
。
[0003]为了解决这些问题，一些自动化茶叶挑拣系统已经被提出和应用
。
这些系统通常使用机器视觉和机器人技术来实现自动挑拣
。
例如，一些挑拣机器人系统使用摄像头和图像处理算法来检测和分离茶叶中的杂质
。
然而，现有的自动化挑拣系统仍然存在一些挑战和局限性
。
[0004]首先，现有系统对于茶叶中不同类型的杂质识别和分离的准确性有限
。
由于茶叶的外观特征多样，杂质的形状
、
颜色和大小也存在很大差异，这给机器视觉算法的设计和实现带来了挑战
。
目前，仍然缺乏一种能够准确
、
快速地检测和分离茶叶中各种杂质的技术
。
[0005]再次，现有系统在挑拣效率和速度方面仍然存在改进空间
。
由于茶叶挑拣的复杂性和多变性，现有系统都是通过机械臂末端负压装置吸附起杂质再移动到指定位置后将杂质放下，这种除杂方式往往需要较长的处理时间和调整时间，且无法实现传送带连续移动下挑拣杂质，无法满足茶叶行业对高效生产的需求
。
另外，现有系统在处理大规模茶叶挑拣时，往往需要增加设备数量和投入更多的人力资源，从而增加了成本和管理难度
。
[0006]此外，现有的杂质挑拣装备末端负压装置基本采用负压直径固定
、
负压风速固定的负压装置
。
固定直径固定风速的负压装置在面对不同尺寸的杂质时往往在把杂质剔除的同时增加优质茶叶的带出比
。
且采用固定直径和固定负压风速的装备往往采用吸放动作除杂，相较于变直径
、
变风速的直吸式负压除杂装置，其工作效率难以满足大规模的茶叶挑拣控和调整，这增加了系统的复杂性和使用成本
。
另外，对于设备的维护和故障处理，现有系统也需要专业技术人员进行操作和维修，给茶叶企业带来了额外的负担
。
[0007]综上所述，虽然已经有一些自动化茶叶挑拣系统被提出和应用，但仍然存在算法效率低
、
茶叶杂质挑拣的准确性
、
效率和操作便捷性等方面的挑战
。
因此，有必要提出一种新型的茶叶杂质挑拣机器人及末端负压装置的结构和控制算法，以解决现有系统存在的问题，并提高茶叶挑拣的精度
、
速度和品质
。
[0008]为了满足茶叶行业对于高效
、
准确
、
可靠的茶叶挑拣技术的需求，本专利技术专利旨在提供一种新型的茶叶杂质挑拣机器人及末端负压装置的结构和控制方法，以解决现有技术
中的问题，并提供更高效和智能化的茶叶挑拣方案
。
通过本专利技术，预计可以提高茶叶挑拣的准确性
、
效率和自动化水平，从而改善茶叶品质和茶叶行业的竞争力
。

技术实现思路

[0009]为了克服
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴
、
剔除机器人及剔除方法，旨在提高挑拣效率和操作便利性
。
[0010]为实现本专利技术目的，采用的技术方案是：
[0011]一种茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴，包括有若干片的变直径锥形扇叶合页，变直径锥形扇叶合页的下端外侧安装有锥形扇叶底铰链，锥形扇叶底铰链通过铰链球头连杆连接安装在剔除吸嘴滑动套管外侧的滑动套管铰链；变直径锥形扇叶合页的上端安装有锥形扇叶顶铰链，并通过锥形扇叶顶铰链安装在剔除吸嘴负压涵道下端外侧部，剔除吸嘴负压涵道上端侧部安装有步进电机固定板，步进电机固定板的下部通过至少四个定位孔和固定安装螺栓安装有剔除吸嘴步进电机；剔除吸嘴步进电机的下部安装有与剔除吸嘴步进电机步进连接的步进电机转动丝杆，步进电机转动丝杆与安装在滑动套管固定支架上的步进电机丝杆滑台螺纹咬合连接
。
[0012]优选的，滑动套管固定支架对称固定安装在剔除吸嘴滑动套管下端外侧部，与滑动套管铰链交错安装固定，变直径锥形扇叶合页之间安装设置有锥形扇叶硅胶覆膜，变直径锥形扇叶合页变直径时锥形扇叶硅胶覆膜在变直径锥形扇叶合页之间展开，密封变直径锥形扇叶合页之间的缝隙
。
[0013]一种茶叶杂质变直径负压剔除机器人，包括有
DELTA
并联机器臂和安装在
DELTA
并联机器臂下端的变直径负压剔除吸嘴，变直径负压剔除吸嘴的上端通过负压吸尘软管安装连接负压吸尘器，变直径负压剔除吸嘴的下端安装有茶叶传送带，茶叶传送带的下游安装有茶叶收集箱；
DELTA
并联机器臂的侧部安装有图像采集箱，图像采集箱的下部安装有电气控制柜，茶叶传送带的上游安装有
V
型电磁振动筛，
V
型电磁振动筛的上游安装有茶叶进料斗
。
[0014]优选的，茶叶进料斗固定于
V
型电磁振动筛前端正上方，
V
型电磁振动筛和图像采集箱固定于茶叶传送带前端正上方；图像采集箱包括有视觉相机
、
图像处理模组计算机和条状光源，至少两根的条状光源分别固定在图像采集箱两侧用于安装固定图像采集箱的立柱中间，条状光源的光源面板与茶叶传送带平面呈
45
度夹角
。
[0015]优选的，视觉相机固定在图像采集箱顶端中央，茶叶传送带固定于用于安装固定
DELTA
并联机器臂的固定架上，图像采集箱内的图像处理模组计算机安装在电气控制柜的中间，电气控制柜固定于固定架的左侧；
DELTA
并联机器臂安装固定于固定架的顶端，变直径负压剔除吸嘴固定于
DELTA
并联机器臂的末端，负压吸尘器固定在茶叶传送带上，负压吸尘器与变直径负压剔除吸嘴通过负压吸尘软管连接，茶叶传送带末端同样安装有
V
型电磁振动筛，茶叶收集箱固定于茶叶传送带末端的
V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴，其特征在于，包括有若干片的变直径锥形扇叶合页
(25)
，变直径锥形扇叶合页
(25)
的下端外侧安装有锥形扇叶底铰链
(27)
，锥形扇叶底铰链
(27)
通过铰链球头连杆
(23)
连接安装在剔除吸嘴滑动套管
(21)
外侧的滑动套管铰链
(22)
；所述变直径锥形扇叶合页
(25)
的上端安装有锥形扇叶顶铰链
(24)
，并通过锥形扇叶顶铰链
(24)
安装在剔除吸嘴负压涵道
(10)
下端外侧部，剔除吸嘴负压涵道
(10)
上端侧部安装有步进电机固定板
(11)
，步进电机固定板
(11)
的下部通过至少四个定位孔和固定安装螺栓安装有剔除吸嘴步进电机
(12)
；所述剔除吸嘴步进电机
(12)
的下部安装有与剔除吸嘴步进电机
(12)
步进连接的步进电机转动丝杆
(13)
，步进电机转动丝杆
(13)
与安装在滑动套管固定支架
(15)
上的步进电机丝杆滑台
(14)
螺纹咬合连接
。2.
根据权利要求1所述的茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴，其特征在于，所述滑动套管固定支架
(15)
对称固定安装在剔除吸嘴滑动套管
(21)
下端外侧部，与滑动套管铰链
(22)
交错安装固定
。3.
根据权利要求1所述的茶叶杂质变直径负压剔除吸嘴，其特征在于，所述变直径锥形扇叶合页
(25)
之间安装设置有锥形扇叶硅胶覆膜
(26)
，变直径锥形扇叶合页
(25)
变直径时锥形扇叶硅胶覆膜
(26)
在变直径锥形扇叶合页
(25)
之间展开，密封变直径锥形扇叶合页
(25)
之间的缝隙
。4.
一种茶叶杂质变直径负压剔除机器人，其特征在于，包括有
DELTA
并联机器臂
(05)
和安装在
DELTA
并联机器臂
(05)
下端的变直径负压剔除吸嘴
(07)
，变直径负压剔除吸嘴
(07)
的上端通过负压吸尘软管安装连接负压吸尘器
(06)
，所述变直径负压剔除吸嘴
(07)
的下端安装有茶叶传送带
(08)
，茶叶传送带
(08)
的下游安装有茶叶收集箱
(09)
；所述
DELTA
并联机器臂
(05)
的侧部安装有图像采集箱
(04)
，图像采集箱
(04)
的下部安装有电气控制柜
(03)
，茶叶传送带
(08)
的上游安装有
V
型电磁振动筛
(02)
，
V
型电磁振动筛
(02)
的上游安装有茶叶进料斗
(01)。5.
根据权利要求4所述的茶叶杂质变直径负压剔除机器人，其特征在于，所述茶叶进料斗
(01)
固定于
V
型电磁振动筛
(02)
前端正上方，
V
型电磁振动筛
(02)
和图像采集箱
(04)
固定于茶叶传送带
(08)
前端正上方；所述图像采集箱
(04)
包括有视觉相机
、
图像处理模组计算机和条状光源，至少两根的条状光源分别固定在图像采集箱
(04)
两侧用于安装固定图像采集箱
(04)
的立柱中间，条状光源的光源面板与茶叶传送带
(08)
平面呈
45
度夹角
。6.
根据权利要求5所述的茶叶杂质变直径负压剔除机器人，其特征在于，所述视觉相机固定在图像采集箱
(04)
顶端中央，茶叶传送带
(08)
固定于用于安装固定
DELTA
并联机器臂
(05)
的固定架上，图像采集箱
(04)
内的图像处理模组计算机安装在电气控制柜
(03)
的中间，电气控制柜
(03)
固定于固定架的左侧；所述
DELTA
并联机器臂
(05)
安装固定于固定架的顶端，变直径负压剔除吸嘴
(07)
固定于
DELTA
并联机器臂
(05)
的末端，负压吸尘器
(06)
固定在茶叶传送带
(08)
上，负压吸尘器
(06)
与变直径负压剔除吸嘴
(07)
通过负压吸尘软管连接，茶叶传送带
(08)
末端同样安装有
V
型电磁振动筛
(02)
，茶叶收集箱
(09)
固定于茶叶传送带
(08)
末端的
V
型电磁振动筛
(02)
的
下方
。7.
根据权利要求6所述的茶叶杂质变直径负压剔除机器人，其特征在于，所述图像采集箱
(04)
内的图像处理模组计算机通过
USB
与视觉相机连接并采集图像，通过
CAN
总线通讯与
DELTA
并联机器臂
(05)
建立连接，通过
CAN
总线通讯控制连接负压吸尘器
(06)
和变直径负压剔除吸嘴
(07)。8.
根据权利要求7所述的茶叶杂质变直径负压剔除机器人，其特征在于，所述
DELTA
并联机器臂
(05)
的最下端通过负压剔除吸嘴固定支架
(37)
安装有与变直径负压剔除吸嘴
(07)
直接连接的末端负压装置
(41)
，末端负压装置固定支架
(37)
上安装有末端负压装置动平台
(36)
，末端负压装置动平台
(36)
通过支撑连接碳素杆
(34)
及其两端的碳素杆球头铰链
(32)
连接机械臂法兰盘
(31)
；所述机械臂法兰盘
(31)
安装在机械臂主动臂
(30)
上，机械臂主动臂
(30)
末端通过主动臂步进电机
(33)
连接安装在主动臂固定法兰盘
(35)
上，主动臂步进电机
(33)
于机械臂主动臂
(30)
的下端安装在电机固定下支架
(40)
上
、
于机械臂主动臂
(30)
的上端安装在电机固定上支架
(39)
上，电机固定上支架
(39)
的上端安装有与用于安装固定
DELTA
并联机器臂
(05)
的固定架直接连接的机械臂静平台
(38)。9.
一种基于权利要求1‑8中任一项所述的茶叶杂质变直径负压剔除方法，其特征在于，具体包括有以下步骤：
S01
：将含有梗
、
焦叶
、
黄片及非茶类杂质的干茶放入茶叶进料斗
(01)
，
V
型电磁振动筛
(02)
将干茶均匀地送入茶叶传送带
(08)
表面，通过调整
V
型电磁振动筛
(02)
的振动频率及振动幅度调节送入茶叶传送带
(08)
的干茶的传送均匀度和传送速度；
S02
：图像采集箱
(04)
内的图像处理模组计算机根据茶叶传送带
(08)
的传送速度及视觉相机的视场大小定时驱动视觉相机采集图像，获得干茶杂质原始图像数据集；
S03
：对原始图像数据集中的梗
、
焦叶
、
黄片及非茶类杂质通过
Labelimg
进行画框标注并生成
xml
信息后，通过变亮
、
变暗
、
锐化
、
卷积
、
旋转
、
镜像
、
翻转的方法对标注后的数据集进行增广，得到增广后信息更丰富的数据集，将增广后的图像数据集按照
7:2:1
的比例划分为训练集
、
验证集
、
测试集；
S04
：将步骤
03
中训练集
、
验证集送入神经网络进行训练，生成杂质检测模型的权重文件用于杂质检测，其中，神经网络模型为
YOLOV8
模型，训练涉及到修改模型训练的权重
、
训练的学习率
、
训练总步数
、
批次训练大小
、
图像输入大小
、
色彩空间
hsv
的参数调节等参数；
S05
：将视觉相机采集图像输入所生成的杂质检测模型及视觉处理程序，分别输出图像中杂质的种类和图像坐标信息以及杂质尺寸，根据图像尺寸大小与视觉相机的视场大小的比例尺关系确定图像中不同杂质在茶叶传送带
(08)
上的位置，将该位置通过矩阵坐标变换转换成
DELTA
并联机器臂
(05)
的坐标位置，将这些位置按照距离
DELTA
并联机器臂
(05)
的坐标系原点位置的远近程度存入数组，并根据茶叶传送带
(08)
的传送速度对数组数据进行实时更新，最终得到杂质图像的实时位置；
S06
：步骤
S05
中，根据茶叶传送带
(08)
的传送速度将杂质位置建立杂质位置跟踪模型，将杂质位置跟踪分为三个阶段，分别对应
A、B、C、D、E
五个位置；位置
A
为视觉相机拍摄杂质图像时杂质的原始位置，位置
A
位于茶叶传送带
(08)
上靠近图像采集箱
(04)
的一端，位置
B
为杂质图像经过处理器识别处理得到位置坐标过程后杂质
的坐标，位置
B
位于茶叶传送带
(08)
上位置
A
的下游，位置
C
为
DELTA
并联机器臂
(05)
执行除杂动作起始时刻杂质坐标，位置
C
位于茶叶传送带
(08)
上位置
B
的下游，位置
D
为
DELTA
并联机器臂
(05)
执行除杂动作结束杂质被吸走时的杂质坐标，位置
D
位于茶叶传送带
(08)
上位置
C
的下游，位置
E
为
DELTA
并联机器臂
(05)
执行除杂动作时的起始坐标，位置
E
位于靠近位置
D
的茶叶传送带
(08)
外侧；位置
A
更新到位置
B
的时间为
t1，位置
B
更新到位置
C
的时间为
t2，位置
C
更新到位置
D
的时间为
t3，进而可以得到目标杂质从识别到被挑走过程沿茶叶传送带
(08)
运动方向的水平位移
X
；
X
＝
(t1+t2+t3)vS07
：步骤
S06
中速度
v
和
t1均已知，
t3是
DELTA
并联机器臂
(05)
执行分拣运动的时间，求解时间
t3等价于求解
DELTA
并联机器臂
(05)
的主动臂步进电机
(33)
的运行时间；求解
DELTA...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹成茂，张雪晨，孙燕，吴正敏，吴慢玉，毕海军，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：