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1、摘要：橙子作为一种人们经常食用的食品，其营养价值丰富，但是橙子分选是一项令人头痛的事情。目前市场上还没有完全适合于家庭使用的橙子分选装置，本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于橙子分选机的设计与研制，完成的基本工作如下：通过对橙子的物理特性调查取样分析，为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据，在经过理论的指导合理的设计出橙子机械装置的结构，主要设计包括有驱动设计，传动设计，进料口设计，废料收集设计，电器控制设计等，进而对橙子分选机的性能作出优化设计。关键字：橙子 分选装置 关键部件11前言1.1研究背景橙子为人们对商品橙子子、植物宁夏橙子、中华橙子等橙子属下物种的统
2、称。人们 日常食用和药用的橙子子多为宁夏橙子的果实橙子子，而且宁夏橙子是唯一载入2010 年版中国药典的品种，与琼珍灵芝、长白山人参，东阿阿胶并称为中药四宝。我国橙子种植面积大，传统的橙子分选方法为手工分选，其分选速度慢，效率低， 分选缓冲期短，劳动力需求量巨大，这些条件严重制约着橙子产业的发展。目前虽有不少用于橙子分选的机械设备得到实用新型，但都由于操作不便，伤果、 伤树，含杂多，难于区分青红果，投入成本高等诸多因素而得不到推广。1.2 研究意义、国内外动态2.1.1 北京农业机械橙子分选机如图2.1所示为一种 橙子分选器及橙子分选系统，具体在进行果实分选之前，首先需要将橙子分选器装载于高地
3、隙运载车辆下方，前端 与车辆铰链联接，后端采用齿轮齿条连接，以使橙子分选器能够做上下运动，便于卸除果粒。在将橙子分选器装载好之后，利用车辆提供的电源，使橙子分选器随车辆运行到果树 旁，控制器19向箱门驱动电机 14发送开门指令，使橙子分选器打开箱门12，车辆沿柔性夹 持导引器11 方向继续前进，使果树进入橙子分选器，控制器19再向箱门驱动电机14 发送 关门指令，以使箱门12关闭。此时，便可以按下分选启动按钮，启动控制器19的分选程序，使 控制器19向声波产生装置发送控制指令，实现前述的果实分选过程，并发出完成任务的提 示信息。然后再打开箱门12，随着车辆运行离开分选完的果树，移动到下一棵待分
4、选的果树旁，再进行上述分选过程，以此类推。该橙子分选器通过控制器19和声波产生装置，产生预设频率的空气振动波，并传 输至橙子分选器箱体内，以使置于箱体内的果树上的果实，通过与空气振动波的共振作用坠入述橙子分选器箱体中，实现果实的快速分选，可大幅提升分选器的适用面和针对性，减轻橙子分选的劳动强度，提高作业效率，解放劳动力。1、调节机构 2、凸版 3、石磙 4、入料斗 5、样品图2.1 橙子分选机整体示意图2.1.2 江苏理工大学橙子分选机装置 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具备分布式机器视觉系统的智能辨识橙子分选装置。该装置包括机架以及设置在机架上的电源系统、控制系统、驱动系统、机器视
5、觉系统、橙子分选机械手、枝条定位机械手、橙子分选头以及果实收集装置；所述控制系统通过驱动系统与机器视觉系统、橙子分选机械手、枝条定位机械手、橙子分选头以及果实收集装置分别相连。本发明还提出了一种基于上述图像辨识橙子分选机进行橙子分选的方法。所述橙子分选装置实现了对橙子果实自动、高效的收集，解决了橙子果实采收过程中果实易破，树叶易堵的问题，极大地降低了生产成本，具有良好的实际应用前景。图示2.2为1：橙子分选机械手；2：枝条定位机械手；3：控制柜；3-1：触摸屏；3-2：信息融合模块；4：控制系统；5：电源系统7：高位视觉系统；7-1：相机I；7-2：滑轮双轴光杠滑台I；8-1：相机II；8-2
6、：滑轮双轴光杠滑台II；9：滑台升降系统10：视觉升降系统；11：电动转盘；21：防堵式电动阀；23：风机；23-2：进风口软管；24：收集漏斗；25：收集软管；26：三通接口28：集果箱；29：激光传感器图2.2 橙子分选整体示意图2.4 研究目标及研究内容2.4.1 研究目标根据目前的市场上的橙子机械装置，设计一款具有高效率和两个重要物理参数（效率和损伤率）都兼顾的橙子分选机具有相当大的挑战，必须毫不动摇的坚持以实践为主要理论思想，理论基础为辅助，加上目前市场的机械装置技术做支撑，课题主要以研究家庭型橙子分选机为前提，本着以最大化的节省材料、成本低、安全简便、效率高的原则，着眼于橙子分选机
7、械装置的设计与研制，努力设计出适应不同成熟度和尺寸的橙子去壳机，它满足高分选效率和低损伤率的要求，降低了处理成本，同时降低了能耗，提高了效率。2.4.2研究内容依据目前的设计计划和打算，着眼于橙子分选机的设计与研制，力求设计一款可满足不同大小橙子和不同成熟度的机械分选装置，研究的主要内容主要分为以下几个方面。(1) 橙子的预研样品调查。以随县橙子为研究对象，通过调查取样的方式收集一批橙子样本，橙子的几何形状，橙子重量，橙子的含水量等参数作出详细数据统计分析得出橙子的物理特性等规律，为关键组件和未来设计的实验研究提供性能基准。(2) 根据调查结果制定出技术攻关。在初步调查和分析过程中，我们将在技
8、术路径上进行技术突破，通过理论研究制定技术目标，并通过理论分析该方案的可行性。参考以往的橙子分选机技术关键思想，做出思维导图然后逐项解决。(3) 橙子分选机械装置的三维研究与设计；对橙子分选工作关键部件设计，通过各工作部件设计,利用三维建模的方式将橙子样机呈现出来，通过建模的方式则可以直观的看出样机的整体结构装配方式，根据机体结构，为以下设计提供科学和理论可行性依据。（1） 橙子分选机的结构设计和样机设计；根据前面机械装置的进料装置，传动装置，驱动装置，废料收集装置，电器控制装置的设计，通过技术攻关，接下来就是以设计技术思想为核心，理论思路是指导样机设计的前提，并根据样机的实际情况进行适当的改
9、进。本着节省材料、成本低廉、安全简易、高效率的五大原则继续为产品做可行性方案。（2） 橙子分选机械装置的测试及其优化设计；对橙子分选机装置的关键部件进行设计，然后通过三维建模将样机制作出来,最后再分析模拟进行试验,以去壳率和果肉损伤率为指标进行数据统计比对分析,求得高剥净率、损伤率低的最佳试验性能参数，然后优化橙子分选机的性能。2.4.3研究方法通过查找文献和其他参考资料，研究方法主要以借助互联网和其他媒介为主，通过搜集方法为主要手段，着眼于解决橙子分选机的研究方法为主要目标，主要方法主要分为以下几个方面：(1) 调查取样法：通过调查取样的方法将一批橙子收集并加以整理和分析，利用数学模型的方法
10、将取样所得的橙子逐一进行分析，从初步的橙子模型中得出橙子物理特性等物理规律，为未来关键部件的设计和实验研究提供了坚实的技术支持，同时也为后期试验提供保障。(2) 文献研究法：根据研究主题，通过搜索文档获取技术数据4，通过以往的研究成果分析出最佳技术方案。(3) 定量分析法：根据调查结果制定出技术攻关，依据工作原理制定出力学或者材料学分析论证。(4) 模拟法：通过使用3D建模平台组装零件5，创建类似的模型，然后用于研究机械模型的一些基本特征。3 橙子的物理学研究3.1橙子样本的物理学研究为达到早日设计板出橙子分选机样机，针对家庭为目标，以随县橙子为研究对象。通过调查取样5的方法将一批橙子收集并加
11、以分析，利用数学模型的方法将橙子逐一分析，从初步的数学模型中得出橙子物理特性等规律，为橙子机械装置的关键部件的设计和实验研究提供了技术支持，为研究方向提供了关键思路，取样主要以正常成熟半个月以内的橙子为实验对象，通过随机抽样以避免数据统计不正确，待取样完毕后立即整理出样品，利用数学模型的方法将橙子逐个进行分析，从初步的橙子模型中得出橙子物理特性等规律。图3.1 橙子样本模型示意图如图3.1所示为枝条细弱，弓状弯曲或俯垂，淡灰色，有纵条纹，棘刺长0.5-2厘米，生叶和花的棘刺较长，小枝顶端锐尖成棘刺状。叶纸质或栽培者质稍厚，单叶互生或2-4枚簇生，卵形、卵状菱形、长椭圆形、卵状披针形，顶端急尖，
12、基部楔形，长1.5-5厘米，宽0.5-2.5厘米，栽培者较大，可长达10厘米以上，宽达4厘米；叶柄长0.4-1厘米。3.2 橙子的物理学特征 橙子的物理学特性为研究橙子分选机装置提供了重要理论依据，本小节将采取随机取样的方法对橙子的长度，宽度，高度，含水率进行收集和统计，并对实验结果通过分析说明。我们从随县将一批成熟后半个月以内的橙子进行收集，然后我们从中随机取样100个完整橙子。将这100个橙子进行下面的研究。将随机取样的橙子进行测量，测量工具为游标卡尺，直尺，等工具。橙子的长度和宽度，高度记载如下表3.1所示。 表3.1 样本橙子的长度，宽度，高度测量统计表长度/cm 样品占比/%宽度/c
13、m 样品占比/%高度/cm 样品占比/%18.0 018.0，20.0） 617.0 517.0，18.0） 636.0 2平均值 26.8821.0，22.0） 622.0，23.0） 423.0，24.0） 1124.0，25.0） 2125.0，26.0） 1226 7平均值 22.1617.0，18.0） 1118.0，19.0） 1519.0，20.0） 820.0，21.0） 921.0，22.0） 1122 8平均值 17.82标准差 3.23标准值 1.05标准值 0.85上表3.1所示所取样本橙子的长度分布在区间18.0，36.0）之间，其中平均值为26.88mm，其中分布在
14、26.0，28.0）占总样本的9%；所取样本橙子的宽度分布在区间17.0，26.0）之间，其中平均值为22.16mm，其中宽度分布在区间22.0，26.0）的橙子占样品总数48%；橙子的高度分布在区间13.0，22.0）之间，其中平均值为17.82mm，其中宽度分布在13.0，22.0）的样本数占样本总数的86%。图3.2 样品橙子长度分布直方图图3.3 样品橙子宽度分布直方图图3.4 样品橙子高度分布直方图如上图所示3.2，3.3,3.4为样品橙子长度分布直方图，从图表中可以清晰的得出样本橙子长度分布区间范围，其中分布在区间22.0,24.0)和区间28.0,30.0)的样本居多，其中平均值为26.88mm；上表所示3.3为样品橙子宽度分布直方图，其中分布在区间24.0,25.0)的样本明显高于其他区间，其中样本橙子的平均值为22.16mm，总体样本符
