• 《中国科学引文数据库(CSCD)》来源期刊
  • 中国科技期刊引证报告(核心版)期刊
  • 《中文核心期刊要目总览》核心期刊
  • RCCSE中国核心学术期刊

苹果在线分级系统设计与试验

张庆怡, 顾宝兴, 姬长英, 方会敏, 郭俊, 沈文龙

张庆怡, 顾宝兴, 姬长英, 方会敏, 郭俊, 沈文龙. 苹果在线分级系统设计与试验[J]. 华南农业大学学报, 2017, 38(4): 117-124. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2017.04.019
引用本文: 张庆怡, 顾宝兴, 姬长英, 方会敏, 郭俊, 沈文龙. 苹果在线分级系统设计与试验[J]. 华南农业大学学报, 2017, 38(4): 117-124. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2017.04.019
ZHANG Qingyi, GU Baoxing, JI Changying, FANG Huimin, GUO Jun, SHEN Wenlong. Design and experiment of an online grading system for apple[J]. Journal of South China Agricultural University, 2017, 38(4): 117-124. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2017.04.019
Citation: ZHANG Qingyi, GU Baoxing, JI Changying, FANG Huimin, GUO Jun, SHEN Wenlong. Design and experiment of an online grading system for apple[J]. Journal of South China Agricultural University, 2017, 38(4): 117-124. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2017.04.019

苹果在线分级系统设计与试验

基金项目: 

江苏省自然科学基金 BK20140720

中央高校基本科研业务费专项 KYZ201325

详细信息
    作者简介:

    张庆怡(1990—),男,硕士研究生,E-mail:zhangqingyi90@126.com

    通讯作者:

    姬长英(1957—),男,教授,博士,E-mail:chyji@njau.edu.cn

  • 中图分类号: S233.74

Design and experiment of an online grading system for apple

  • 摘要:
    目的 

    根据苹果采摘机器人结构和作业特点设计与其配套的在线分级系统, 满足实时分级需求。

    方法 

    通过预分级机构剔除果径在等级外的苹果,减少视觉分级的无用功;利用力传感器获取苹果质量信息并确定质量等级;通过机器视觉技术实现苹果大小和腐烂面积的检测;借助Matlab和VS2008开发图像处理算法和界面控制程序;构建基于CAN总线的分布式控制网络。对苹果进行综合分级试验。

    结果 

    苹果实际直径与检测直径的决定系数为0.990 3,实际质量与检测质量的决定系数为0.999 6,实际腐烂面积与检测腐烂面积的决定系数为0.985 5,综合分级成功率可以达到89.71%,连续分级时单果平均分级时间为2.89 s。

    结论 

    该分级系统工作稳定,方便扩展,有较高的分级效率和分级精度,可以满足采摘机器人的实时分级需求。

    Abstract:
    Objective 

    To design a matched online grading system based on the structure and working behavior of the apple harvesting robot, and meet the needs of grading apples in real time.

    Method 

    The pre-grading principle was proposed to eliminate apples with diameters below standard which could improve the grading efficiency. Apple weight was measured by a force sensor and the weight grade was determinated. Apple size and rot area were detected using the machine vision technology. The image processing algorithm and interface control program were developed using Matlab and VS2008. The distributed control network was constructed based on CAN bus. Comprehensive grading tests on apples were performed.

    Result 

    The determination coefficient of apple actual diameter and detected diameter was 0.990 3, the determination coefficient of the actual weight and test weight was 0.999 6, the determination coefficient of actual rotting area and detected rotting area was 0.985 5. The success rate of comprehensive grading reached 89.71%, and the average grading time per apple was 2.89 s during continuous grading.

    Conclusion 

    The apple grading system is stable, easy to expand, highly efficient and accurate, and can meet the real-time grading needs of the apple harvesting robot.

  • 图  1   总体机械结构图

    1:预分级机构;2:称质量和视觉分级系统;3:分级执行机构;4:控制系统;5:安装架。

    Figure  1.   Diagram of the overall mechanical structure

    图  2   预分级机构

    Figure  2.   Pre-grading mechanism

    图  3   系统工作流程

    Figure  3.   Workflow of system

    图  4   质量和视觉分级系统

    1:翻转电机;2:旋转电机;3:质量传感器;4:果盘;5:LED光源;6:CCD相机;7:光源控制器;8:苹果;9:挡果板。

    Figure  4.   Weight grading and vision grading system

    图  5   视觉分级系统外观

    1:预分级机构;2:工程塑料;3:硅胶垫料;4:黑色混纺布。

    Figure  5.   Appearance of vision grading system

    图  6   分级执行机构

    1:滑道;2:执行电机;3:拨爪;4:输果管道。

    Figure  6.   Grading actuator

    图  7   苹果大小检测

    Figure  7.   Apple size detection

    图  8   苹果腐烂面积检测

    Figure  8.   Apple rot area detection

    图  9   控制系统结构图

    Figure  9.   Structural diagram of the control system

    图  10   控制程序界面

    Figure  10.   Control program interface

    图  11   苹果质量、大小和腐烂面积实测值与系统检测值

    实心点为实际测量值,虚线为系统检测值。

    Figure  11.   The results of apple weight, size and rot area detection

  • [1] 李先锋, 朱伟兴, 花小朋, 等.基于D-S证据理论的决策级多特征融合苹果分级方法[J].农业机械学报, 2011, 42(6): 188-192. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYJX201106039.htm
    [2] 殷勇, 陶凯, 于慧春.基于机器视觉的苹果分级中特征参量选择方法[J].农业机械学报, 2012, 43(6): 118-121. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYJX201206023.htm
    [3]

    BLASCO J, ALEIXOS N, CUBERO S, et al. Fruit, vegetable and nut quality evaluation and control using computer vision[M]. Cambridge: Woodhead Publishing, 2012: 379-399.

    [4]

    GARRIDO N C, PEREZ M D, AMIGO J M, et al. Grading and color evolution of apples using RGB and hyperspectral imaging vision cameras[J]. J Food Eng, 2012, 113(2): 281-288. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2012.05.038

    [5]

    LEEMANS V, DESTAIN M F. A real-time grading method of apples based on features extracted from defects[J]. J Food Eng, 2004, 61(1): 83-89. doi: 10.1016/S0260-8774(03)00189-4

    [6] 张麒麟, 姬长英, 高峰, 等.苹果采摘机械手对果实损伤的影响[J].食品工业科技, 2011, 32(12): 404-405. http://youxian.cnki.com.cn/yxdetail.aspx?filename=NYJX20170707001&dbname=CAPJ2015
    [7] 吝凯, 王维新.果品的冲击损伤研究现状及发展趋势[J].农机化研究, 2010, 38(1): 233-235. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NJYJ201001067.htm
    [8] 赵启明. 6GF-500型小杂果分级技术装备的开发[J].中国农机化学报, 2013, 34(1): 142-145. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GLJH201301036.htm
    [9] 毛华先, 莫建灿, 方连发, 等.水果品质智能化实时检测和分级系统研究[J].农机化研究, 2010, 32(10): 95-97. doi: 10.3969/j.issn.1003-188X.2010.10.023
    [10] 饶秀勤. 基于机器视觉的水果品质实时检测与分级生产线的关键技术研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2007.
    [11] 南京农业大学. 一种苹果分级执行机构: 201620277082. 9[P]. 2016-09-07.
    [12] 李庆中. 苹果自动分级中计算机视觉信息快速获取与处理技术的研究[D]. 北京: 中国农业大学, 2000.
    [13] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 鲜苹果: GB/T 10651—2008[S]. 北京: 中国标准出版社: 2008.
    [14] 中华人民共和国农业部. 红富士苹果: NY/T 1075—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
    [15]

    ZHANG B H, HUANG W Q, LI J B, et al. Principles, developments and applications of computer vision for external quality inspection of fruits and vegetables: A review[J]. Food Res Int, 2014, 62: 326-343. doi: 10.1016/j.foodres.2014.03.012

    [16]

    CUBERO S, ALEIXOS N, MOLTO E, et al. Advances in machine vision applications for automatic inspection and quality evaluation of fruits and vegetables[J]. Food Bioprocess Tech, 2011, 4(4): 487-504. doi: 10.1007/s11947-010-0411-8

    [17] 朱蓓. 苹果全表面图像信息获取方法的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2013.
    [18] 曹乐平, 何建湖, 黄中培, 等.基于计算机视觉的图像采集对水果分级准确率的影响[J].西北农业学报, 2008, 17(1): 282-285. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBNX200801068.htm
    [19] 应义斌, 成芳, 马俊福.基于最小矩形法的柑桔横径实时检测方法研究[J].生物数学学报, 2004, 31(3): 352-356. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWSX200403014.htm
    [20] 冯斌, 汪懋华.基于计算机视觉的水果大小检测方法[J].农业机械学报, 2003, 34(1): 73-75. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYJX200301022.htm
    [21]

    RIQUELME M T, BARRERIRO P, RUIZ A M, et al. Olive classification according to external damage using image analysis[J]. J Food Eng, 2008, 87(3): 371-379. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2007.12.018

    [22] 刘佳男. 基于机器视觉的水果表面腐烂伤识别方法的研究[D]. 无锡: 江南大学, 2012.
    [23] 安秋. 农业机器人视觉导航系统及其光照问题的研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2008.
    [24] 李旭辉, 李俊山, 李建军, 等. VC调用MATLAB图形图像处理方法研究[C]//中国计算机学会. 2004年全国第5届嵌入式系统学术交流会论文集. 北京: 中国计算机学会, 2004: 73-77.
    [25] 李文煜. VC与Matlab混合编程实现图像处理[J].计算机仿真, 2005, 22(1): 254-257. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJZ200501072.htm
图(11)
计量
  • 文章访问数:  1262
  • HTML全文浏览量:  7
  • PDF下载量:  1415
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-27
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2017-07-09

目录

    SHEN Wenlong

    1. On this Site
    2. On Google Scholar
    3. On PubMed

    /

    返回文章
    返回