亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣设备部分结构优化*

陈行行， 秦培亮， 张 磊， 刘桢筠

（苏州农业职业技术学院智慧农业学院，江苏 苏州 215008）

0 引言

我国是农业大国，土地资源丰富，气候条件适宜，适合大面积种植水果蔬菜， 果蔬成为我国继粮食产业之后的第二大农业支柱产业[1]。 随着农产品加工自动化程度越来越高，采用工业机器人代替传统人工分拣水果、蔬菜等农产品是适应现代农业发展所需[2]。因此，亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备的应用前景很宽广。

苏州农业职业技术学院实训室有5 台亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备， 该设备具有六个单元，分别为送料单元、大小料分拣单元、视觉单元、分拣入库单元、触摸屏单元、机器人。 安装在实训台上实物分别是物料传送、驱动系统、分拣处理系统、视觉检测处理系统、六轴机械手臂气动吸盘、码垛等主要部分。 电气布局采用双抽屉式，所有电气控制器都安装在网孔板式的抽屉上，这种机电分离的布局更加符合工业实际情况。 其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统， 同时也是一个机电一体化的系统。该设备集成了数控系统、PLC 控制、变频调速控制、传感器检测、伺服驱动控制、低压电气控制、机械传动等技术。亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备有效模拟了现实生活中实际果蔬的分拣过程， 给学生提供一个与实际应用非常接近教学设备环境， 从而可以顺利实现从理论教学过渡到实际应用[3]。

1 亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备工作过程及问题描述

亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备（如图1 所示）在分拣处理单元动作时，将需要分拣的果蔬放置在传送带上，果蔬经传送带进入到检测农产品的区域，通过光纤传感器对果蔬的大小进行检测， 依照果蔬的具体情况判断是否满足其所在的机械定位上， 推杆将果蔬推送到各个机械定位的分料口，进行筛选归类。 果蔬进入到视觉检测单元后，通过步进电机驱动传送带输送果蔬，果蔬进入到视觉检测位置，对果实的外形大小、颜色进行检测识别，以及数据采集，从而对视觉检测过的果蔬与预先采集的果蔬模型完整度进行比较，便于分拣出优质果蔬。 最后果蔬搬运码垛入库单元工作时，六轴机械手臂气动吸盘对检测完成的果蔬进行搬运工作，将果蔬输送到各个不同的码垛，实现分拣效果。

图1 智能果蔬分拣实训设备

图2 分料处理单元

在实际使用过程中发现， 亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备在操作过程中存在一些结构问题及不足，因而导致机器运行不流畅、分拣过程中导致果蔬损坏、机器无法正常运行、分拣效果不理想等情况。

1.1 分拣处理单元故障

分拣处理单元（如图2 所示）动作时，推杆推送前，果蔬经过传送带的输送会发生位置变化，推杆不一定会推送果蔬的中心位置， 分料口位置是严格按照果蔬大小设计的，从而导致推杆推送果蔬卡在分料口处，造成果蔬的损坏，分拣系统的部分瘫痪，不能正常工作。

1.2 视觉检测箱内故障

果蔬进入到视觉检测单元（如图3 所示）后，由于果蔬从分料口进入到视觉检测单元的过程中会发生滚落，以及进入到视觉检测位置时会发生偏转， 卡在视觉检测箱内，无法进入到下一阶段的搬运工作。

图3 视觉检测单元

1.3 搬运码垛入库单元故障

果蔬搬运码垛入库单元（如图4 所示）工作时，在六轴机械手臂气动吸盘在吸取果蔬时， 会出现吸取的准确性较低，吸取位置偏置无法进行码垛，甚至导致六轴机械手臂气动吸盘空运行。

图4 码垛入库单元

2 亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备优化改进

针对亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备在实际运行仿真过程过程中遇到的问题及不足之处提出改进方案，优化升级。

2.1 分拣处理单元故障改进

图5 分料口设计图

针对果蔬位置变化导致推杆推送后果蔬损坏的问题，进行以下改造措施，分料口（如图5 所示）采用锥形设计，棱角处采用圆角，解决果蔬位置变化导致不能使果蔬进入分料口，输送到下一单元的原因。

2.2 视觉检测箱内故障改进

对于果蔬发生滚落，以及进入视觉检测箱后发生偏转卡在视觉检测箱内的问题， 采取增添U 型轨道隔板限定果蔬从分料口进入视觉检测单元能够处于中心位置，避免滑落，在视觉检测箱的出口处增加导向限位块，使果蔬进入视觉检测箱后依然能安全输送到出料口。

2.3 搬运码垛入库单元故障改进

六轴机械手臂气动吸盘在吸取果蔬时出现吸取准确性低，吸取时发生偏置无法进行码垛，甚至造成空运行现象，是由于吸盘大小和种类的固定性。

气动吸盘的吸附力大小选择取决于被移送物体的质量， 被移动物体的形状和表面状态决定气动吸盘的种类，因此气动吸盘的吸附力大小和种类选择是至关重要的。

针对气动吸盘的吸附力大小进行计算分析：

其中：F 为理论吸附力，N； P 为绝对压力，即真空度，kPa；S 为吸附有效面积，cm2；G 为重力加速度，值为9.8m/s2。

通过对气动吸盘吸附力大小的计算，不同果蔬给予不同的吸附力，选取3 组果蔬为实验样品，分别为苹果、香蕉、橘子，每组50 颗，进行实际的吸附试验，得到表1 结论：

表1 吸盘吸附力结果分析

选取不同吸盘，综合不同果蔬需要，进行多次测试，总结以下三类：

表2 吸盘的种类选取

通过对吸盘测试研究， 总结出表1、2 吸盘选取结果，解决了六轴机械手臂气动吸盘空运行现象，使得吸取果蔬的准确性和位置稳定性得到较大提高。

3 亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备改进创新点

1） 本文综合分析亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备的现状， 以及智能果蔬分拣设备在实际运行仿真过程中出现的问题和不足之处进行升级改造， 创新优化，使得亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备更加完善。

2） 提高亚龙YL-1522B型智能果蔬分拣实训设备仿真的真实性、 稳定性和可靠性，有利于教育事业的发展，提升教学质量，直观充分地做到理论和实践的有机结合， 同时增强了亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备用户的使用满意度。

4 结束语

随着社会生活水平和生活观念的不断提高， 人们愈加追求新鲜、美观、优质的果蔬产品。 果蔬采摘后分拣时间紧，人工分拣效率低，不能满足市场需求，检测与分拣技术的发展显得尤为关键[5]。 智能分拣有利于逐级分拣出不同等级的果蔬，不同产品对应不同价格，对于农业者而言，做到了利益最大化，对于消费者而言，可以根据所需挑选不同等级的果蔬。

亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备仿真设备的优化升级，使学校在之后的教学工作中更加顺畅，让学生更好的在智能果蔬分拣实训设备中得到实践， 做到理论与实践相结合，不断提升专业能力。 以工业机器人技术为基础的智能化、 自动化加工系统必然会促进农产品加工快速发展，加速农业生产的现代化进程，促进农业经济的快速发展[6]。 亚龙YL-1522B 型智能果蔬分拣实训设备的改进升级对分拣技术的发展有着促进性作用，具有良好的发展应用前景。