一种基于图像识别的智能菠萝削皮机的设计

一种基于图像识别的智能菠萝削皮机的设计

刘林林[1]孙钦东[1]孙同岩[1]孙思瑞[1]

（[1]青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266500）

摘要

菠萝去皮在菠萝加工过程中属于较为关键的重要环节，目前，菠萝去皮工作多为人工来完成，存在人工作业劳动强度大、效率低、经济效益低等特点，而目前出现的菠萝去皮机具有机型大、切削量大、便捷性能低的特点。基于以上问题，将高效、环保、一体化作为首要考虑的问题，同时与菠萝的加工和去皮工艺结合起来，通过对比不同装置的特点及存在问题，本文提出一种两级智能菠萝去皮装置，第一级去除最外部果皮，第二级基于视觉识别完成果眼去除操作，并且使菠萝果肉的削减率最低，采用的第二级刀具基于视觉识别，提高了装置的自动化和智能化，保证了去皮工艺生产效率即经济效益得到保证。

前言

菠萝无论在国际市场还是在国内市场，都具有十分积极的发展前景。在菠萝的加工工艺过程中，菠萝去皮这一步骤的方法仍然具有很单一、低效、果肉浪费率高的特点，作为菠萝制品加工工艺过程的一个重要环节，菠萝的去皮处理可防止叶子上的小刺对食用者造成伤害，也是防止皮中残留农药危害人体健康的一种有效办法。不高效的去皮方法也在一定程度上限制了菠萝生产加工行业的发展。通过查阅资料发现传统的去皮过程都是靠人工手动操作工具去完成去皮工艺，劳动强度大、工作效率低，同时对工人的技能有着较高要求，这阻碍了菠萝加工生产业的快速发展，因此本文提出一种基于视觉识别的两级萝去皮装置，对我国菠萝加工产业装置改进有着参考意义。

1.菠萝削皮装置发展现状

目前菠萝的去皮仍然存在靠传统的人工操作去皮刀具来完成，该方法主要用于家庭生活中。常用的去皮工具有菜刀和专用的菠萝凹槽挖孔刀。在使用普通菜刀去皮时，需要人为控制力度，否则容易造成切削不均匀现象，很可能造成果肉的浪费。此外，普通菜刀无法直接完成菠萝的去果眼操作，果眼的存在给食用带来了一定的困难。田朋华发明的“菠萝凹槽挖孔刀”属于专用的手动菠萝去皮装置，既可完成菠萝的去皮和果眼操作。装置的操作方法简单，操作便捷，只要操作合理，可减少果肉的浪费使切削的果皮厚度均匀。但是在去除果眼时，一次只能去除一个，效率低，浪费时间同时无形中降低了经济效益。田中强发明的一种“菠萝水果刀”，操作者只要手动将刀具旋入菠萝内部，在人工对刀具施加力的进程中即可完成菠萝的去皮和果壳分离操作。但是该装置大小形状是固定的，只能完成固定大小菠萝的去皮，对于较大或较小的菠萝，会出现切削浪费或去皮不完全的现象。通过上述分析，菠萝的手动去皮装置结构单一、工作效率低、劳动强度大，不能适应我国菠萝加工产业的快速发展。

2.总体设计方案

基于图像识别的智能菠萝削皮机，包括设置在菠萝两侧的丝杠一和丝杠二，丝杠一上端有步进电动机和远离菠萝一侧有导轨和与丝杠螺母相连的滑块，丝杠螺母的另一侧与预去皮刀具相连，刀具内部有两个定位弹簧，丝杠位于菠萝的另一侧其上端有步进电动机和远离菠萝的一段有导轨和与丝杠螺母相连的滑块，丝杠螺母的另一侧与果眼去除刀具相连，果眼去除刀具的刀架上有图像识别装置，菠萝位于菠萝固定装置上，菠萝固定装置包括手柄、螺栓和固定螺母。菠萝位于机器的正中央，机器由外壳包围。步进电动机均位于机器的顶部，机器的顶部包含控制电路和识别电路，控制电路和识别电路均由PLC或单片机实现。

3.果皮去除装置

该装置由弹性装置和特殊果皮去除刀具组合而成，弹性装置，用于使得刀具能够贴合到菠萝外表面，以实现菠萝果皮的去除，特殊刀具的位置具有2自由度，可实现对不同大小菠萝的紧密贴合，让果皮去除的更干净。

4.传动装置

本装置的传动装置主要是驱动刀具运动的滚珠丝杠系统，丝杆布置在装置的两边，与安装刀具的滑块相配合，在电机的带动下完成丝杠螺母的相对运动，从而控制刀具的上升和下降，在本装置的二级去皮系统中，刀具的进给与停止受视觉识别系统的反馈控制，互相反馈调整。

5.识别装置

装置的识别装置利用图象识别摄像头对二级加工过程中的果眼进行识别，其原理是通过颜色识别对黑色果眼在黄色果肉上的区分，利用深度学习算法对摄像头进行初始化设置，实现识别。

参考文献

[1]宋玲,史勇.菠萝去皮装置的研究现状及发展趋势[J].中国农机化学报,2017,38(06):109-113.