苹果大小分级机构设计及运动仿真毕业设计论文.docx

沁_届本科毕业论文（设计）论文题目：苹果大小分级机构设计及运动仿真本文通过阐述苹果分级中苹果的定位和翻转的实现方法与原理， 完成了基于机器视觉的苹果分级机构的设计和运动仿真本设计中采 用了一种苹果专用输送机构，该机构在输送苹果的过程中完成苹果的 翻转、定位，以机器视觉系统进行苹果图像的采集和处理通过分析 表明该机构能够完成苹果的定位和翻转，此方法分级精度较高，且速 度较快关键词：苹果，分级，定位，运动仿真Size of the apples various agencies and simulation exercisesAbstractThe method and principle of apple orientation and turnover described .Machine vision outlined by the size of automatic classification method Apple. An apple conveyer and turnover mechanism were specially designed to accomplish the orientation of different diameter apples and turn them over by the approximately same angular speed in order to collect and process the images of apples for apple grading in next step. Experiment results indicate that the mechanism could accomplish apple orientation and turnover, image collection results can meet grading requirement, Classification accuracy of this method is high precision, and speeded.Keywords： Apple, Grading, Orientation, Motion simulation1引言 11.1设计研究的意义 11.2文中采用软件的简介 11.3本文主要研究内容 32分级系统方案的比较 32.1系统的总体设计 32.2系统功能的实现 42.3系统方案的选定 42.3.1 方案一 42.3.2 方案二 52.4方案的比较 53分级系统构成 63.1分级输送翻转机构 73.1.1果盘的结构与功能 73.1.2定位果盘的设计 83.2分级执行机构 133.2.1分级执行机构的构成 133.2.2分级执行机构的设计 133.3机器识别控制系统 154苹果图像采集 165图像采集及处理 166分级原理 167结论 17致谢 18参考文献 191引言1.1设计研究的意义我国是苹果生产大国，苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富。

但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争 力很弱目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测在苹果品质 检测方面，国外除了进行外部品质(如大小、形状、颜色、表面缺陷 等)检测外，还进行其内部品质的无损检测，有些检测项目已经商品 化，且能达到实时速度在国内，苹果的品质检测研究从90年代才 开始，仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平 我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的比例，是重要的外 贸出口产品但由于产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证， 在国际市场上缺乏竞争力其原因首先是检测与分选的手段落后在 我国，苹果分级基本上仍由人工完成人工分级的缺点主要有：劳动 量大，生产率低，分级标准难以实现，分级精度不稳定因为在苹果 分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量，仅凭人的视觉难以精确区 分，且人长时间用眼，会造成疲劳及情绪的不稳定，从而造成分级误 差的波动其次，苹果的内部品质缺乏检测手段，使苹果的内外品质 无法保证因此，研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的 苹果，为国家创取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前 >[9]o该系统依据规定的质量品质分类标准，自动完成苹果的等级分 类。

该分级系统具有以下意义：(1) 降低劳动者的劳动强度；(2) 提高劳动生产率；(3) 提高产品分类质量；(4) 降低生产成本1.2文中采用软件的简介本设计中定位果盘采用Pro/E三维画图软件设计，分级执行机构 采用Solidworks软件设计1 ) Pro/E三维画图软件简介Pro/E 系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,简称PTC)的产品本软件采用单一数据库、参数化、 基于特征、全相关的概念，改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观 念,这种全新的概念已成为当今世界机械CAD / CAE / CAM领域的 新标准将现代化的Pro/E三维技术应用到在机械产品的设计中，可 以解决传统设计开发中存在的很多不足问作为全世界最为普及的3DCAD/CAM应用系统，Pro/E软件自问 世以来，广泛应用于机械、汽车、电子、通讯、航天、家电等各个行 业，Pro/E是优秀的三维CAD/CAM集成软件，在生产过程中能将设 计、制造和工程分析3个方面有机结合起来，使企业能够对现代市场 产品的多样性、复杂性、可靠性和经济性等迅速做出反应，以增强企 业的市场竞争能力问。

Pro/E软件是PTC公司开发的设计软件，其“参数化”及“单一 数据库”的设计理念使得产品的设计与更改简易、灵活，Pro/E软件 系统羹括了零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、飯金件设计、 铸造设计、自动测量、机构仿真以及应力分析等各种功能⑶Pro/E 软件内容博大精深，基本涉及平面工程图、三维造型、求逆运算、加 工制造、工业标准交互传输、模拟加工过程、电缆布线和电子线路等 [18]O另外,Pro/E提供了二次开发设计环境及与其他CAD软件进行数 据交换的接口，能够使多种CAD软件配合工作，实现优势互补，从 而提高产品设计的效率Pro/E系统用户界面简洁，概念清晰，符合 工程人员的设计思想与习惯整个系统建立在统一的数据库上，具有 完整而统一的模型2 ) Solid works 软件简介SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD软件， 自1995年问世以来，以其优异的三维设计功能，操作简单等一系列的 优点，极大地提高了设计效率，在与同类软件的激烈竞争中已经确立了 它的市场地位，已经成为三维机械设计软件的标准SolidWorks界面 友好，可充分发挥用三维工具进行产品设计的功能，它提供从现有二维 数据建立三维模型的强大转换工具。

并以智能化的操作方式使设计人 员在轻松的环境下设计产品… 与其他三维CAD软件相比，在 Windows平台下SolidWorks面世最早，以其较高的 性价比和很快 的发展速度赢得了众多用户SolidWorks在设计性能上保持功能强和 效率高等优点的同时，在操作风格上有具备了入门易见效快等特点， 还能够很方便地与其他CAD软件交换数据〔⑺SolidWorks有全面的零件实体建模功能和变量化的草图轮廓绘 制功能，能够自动进行动态约束检查用SolidWorks的拉伸、旋转、 薄壁特征、倒角、高级抽壳、特征阵列、打孔和倒圆等功能可以更简 单地得到要设计的实体模型用户可自定义坐标系，可自动计算零部 件的物理参数，进行可控制的几何测量;所有特征都可以用拖动手柄 改变，并有动态的形状变化预览功能河从独特的、支持Internet的特 征模板中用拖动、放置操作引用特征;可进行变半径倒圆、指定区域 倒圆、填角和圆角过渡等操作;通过对特征和草图的动态修改，用拖拽 的方式实现实时的设计与修改SolidWorks的曲面建模功能，通过带 控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲 面，可以直观地对曲面进行修剪、延伸和缝合等曲面的操作曲。

1.3本文主要研究内容一种用于苹果动态、实时检测的苹果品质智能化实时检测分级生 产线，由苹果输送翻转系统、计算机视觉识别系统、分级系统组成 苹果输送翻转系统采用机械定向的装置，用定位果盘实现苹果竖直方 向定向，并能够实现不同直径苹果滚动角速度基本一致，以满足后续 图像采集需求本文提出的这种专门应用于苹果分级检测的输送翻转 机构，在输送放入过程中完成苹果的定位和不同直径苹果的匀速翻 转，保证检测系统能检测到苹果整个表面，获得足够的苹果图像信息 通过计算机视觉系统的视觉智能识别，综合判断每一苹果的等级，由 计算机识别系统的控制模块将指令传输给分级系统，完成苹果的分 级1) 系统的总体设计；(2) 定位果盘的设计；(3) 分级执行机构的设计；(4) 分级原理2分级系统方案的比较2.1系统的总体设计该系统采用机器视觉对被检测进苹果行整个表面图像信息采集， 并把采集到的图像送给计算机视觉系统进行图象处理，并把处理结果 与给定的指标(大小、形状、颜色、表面损伤等)进行比较，判定其 类别，然后将其送给分级系统，由分级系统自动完成分级苹果从上 料端进入，经过该系统后，自动分级由以上叙述可知，该系统应包含以下分功能：(1) 苹果的输送、定位和翻转功能;(2) 苹果的分级功能；(3) 图象信息采集处理功能。

2.2系统功能的实现基于以上分功能，可以由以下系统实现:(1) 苹果输送翻转机构；(2) 计算机视觉识别系统；(3) 苹果分级系统2.3系统方案的选定2. 3. 1方案一该系统的苹果自动分级试验系统的硬件总体组成如图1所示输 送机构由电机带轮传动下的杯式输送带组成，主要完成等间隔输送 每个苹果，并把苹果整个表面呈CCD摄像机，使CCD摄像机实时摄 取到苹果的形状、颜色、缺陷等视觉图像信息图1苹果自动分级试验系统的硬件组成示意图(a)系统组成简图(b)横向布置图苹果自动分级系统的关键问题是如何把苹果的整个表面快速呈 现给机器视觉系统并由计算机作出快速的处理、识别和判断，对于容 易解决的前面的喂入机构和后面的分选机构本系统没有加入照明室 提供视区内的均匀、恒定的光照，以得到高质量的苹果图像，为图像 的后期处理和识别提供方便成像系统和处理系统主要完成苹果多视 角、多光谱图像信息的摄取和苹果外部品质参数的快速测定和识别 其中输送带由无底的果杯组成，在输送果杯两侧装有与水平面成45 °角的镜子，输送带上下方均装有CCD摄像机，布置情况如图(lb) 所示果杯由黑色橡胶圈组成，口径应小于一般大小的苹果，高度为 2 cm ~ 3 cm ,可使苹果的下部表面在镜子中的成像尽量清楚，黑色 橡胶圈由螺栓固定在12 cm x 12 cm的薄铁片上，薄铁片喷涂非闪 烁黑漆，以保证苹果图像的背景为黑色薄铁片的两端固定在两侧的输 送胶带上。

该机构的特点是通过上下方CCD摄像机的一次摄取就可 得到苹果4个面的图像，在摄像机摄取图像时，苹果只处于水平移动 状态，从而避免因苹果转动而造成图像模糊的问题2. 3. 2方案二图2苹果品质智能化实时检测和分级生产线系统简图1苹果输送翻转系统2计算机视觉识别系统3分级系统4光照箱5图像采集系统6微机7控制模块8分级执行机构9位置传感该系统提出的苹果品质智能化实时检测和分级生产线的总体组 成如图1所示在图1中，苹果输送翻转系统、计算机视觉识别系 统、分级系统组成了整个苹果品。