作品名稱：農產品智能分揀裝置產品設計說明書
學校名稱：蘇州農業職業技術學院
參賽隊伍：智農3Q隊
參賽學生：張磊 劉楨筠 祝欣
指導老師：秦培亮 潘樹勛
農產品智能分揀裝置
產品設計說明書
團隊編號：127588
團隊名稱：智農3Q隊
一、產業化前景分析
近年來，在國家大力發展農業，提升農產品重量，提高農民收入方面出臺了很多政策文件，一方面要促進農民增收，另一方面也要穩定農產品價格。但是由于氣候，種植面積，品種等因素的影響，許多地方出現了農產品滯銷現象，而解決農產品滯銷的辦法之一，出口同樣困難。造成出口困難是多方面原因導致的，其中有一個重要的原因就是農產品的質量問題。
以蘋果為例，國產蘋果質量差，其主要表現在外觀不漂亮、蘋果內部品質不高、銷售蘋果產品的外包裝不精致等方面。其實，在數量眾多的產品中，也不乏檔次高，質量好的蘋果，但是由于檢測與分選手段的落后，這些檔次高，質量好的產品只能混雜在差的產品中銷售，這些優質高檔蘋果，由于沒有經過嚴格的品質檢測和分級，混雜在其中良莠不齊，導致產品出口品質低，其外銷價格遠遠低于國外同類產品。
因此提高農產品質量，除了從種植角度提升其品種優勢，還可以使用先進檢測和分級技術來助力農產品提檔升級。
二、產品簡介
農業是國民經濟的基礎，是經濟社會穩定和發展的重要保證，現代農業是以保障農產品供給、農民持續增收、促進可持續發展為目標，用現代農業裝備武裝，用現代科學技術改造，用現代產業體系提升，用現代經營形式推進，用現代發展理念引領的農業產業。
現代企業生產自動化程度越來越高，漸漸的代替了傳統的生產方式依靠人力進行搬運工作。例如：大到重機生產，汽車流水線，小到快遞分揀甚至到京東送貨機器人的產生，這極大的提高了生產效率，省下了大量的人力開支。
生產自動化在各個行業以及現代企業之中能夠得到迅速的發展，然而作為農業大國，農業生產相對于其他產業的發展，是相對較慢的，尤其是農業生產的自動化程度與其他行業比起來是發展緩慢的。
我們作為農業院校學生，肩負著成為農業應用型高級人才和研究開發推廣農業生產自動化裝備的重任，在這樣的背景下，我們設計開發出了農產品智能分揀裝置。
三、產品背景及思路
農業是國民經濟的基礎，是經濟社會穩定和發展的重要保證，現代農業是以保障農產品供給、農民持續增收、促進可持續發展為目標，用現代農業裝備武裝，用現代科學技術改造，用現代產業體系提升，用現代經營形式推進，用現代發展理念引領的農業產業。現代企業生產自動化程度越來越高，漸漸地代替了傳統的生產能方式：依靠人力搬運工作。例如，大到重機生產、汽車流水線，小到快遞分揀，甚至到京東送貨機器人的產生，都極大地提高了生產效率，省下一筆不菲的人力開資。生產自動化迅速地在現代企業之中發展起來，然而在農業大國，農業生產，尤其是農業的自動化程度，相較于其他行業的發展而言，相對較慢。
作為農業院校的一名學生，我們肩負著成長為農業應用型高級人才、研究開發推廣農業生產自動化設備的重任。在大眾創新，萬眾創業的背景下，我們小組成員設計開發出了農產品智能分揀裝置。
現代企業生產要求自動化程度高，效率提升，傳統生產方式依靠人力進行分揀、搬運工作，在分揀的精度、效率上都有所限制，已不能滿足現代企業生產的要求，無法跟上時代發展的步伐，尤其是在要求運行頻率高以及工件單件重量大的情況下，人力已不能完成。
智慧農業通過生產領域的智能化、經營領域的差異性以及服務領域的全方位信息服務，推動農業產業鏈改造升級實現現代農業精細化、高效化與綠色化，保障農產品安全、農業競爭力提升和農業可持續發展。根據農業生產管理的需求，以基于視覺技術的農產品智能分揀裝置作為平臺，主要體現農業生產環節的把控能力。
充分運用現代農業生產技術、機器人應用技術、PLC控制技術、機械結構裝調技術、人機界面應用技術、變頻器應用技術、智能視覺應用技術、氣動應用技術、傳動技術、數據采集分析技術等開發一個用于農產品分揀的裝置，經過方案論證，理論設計，生產加工，組裝調試等實踐環節，已經實現預期目標。
通過項目開發，讓學生參與進來，鍛煉了動手能力，增強了理論認識，加強了團隊合作精神，本系統突出智能化、快速高效的生產過程，助力農業生產向更快更好方向發展。因此，我們設計開發出了農產品智能分揀裝置，該設備主要通過視覺系統，X-Y軸簡易機器人以及六軸機械手協同工作實現對農產品進行自動分選移載，并且按要求放到指定位置。自動分選系統主要由氣缸、機械手、LED顯示屏、控制按鈕、架子、傳送帶、視覺感應器幾部分構成。
四、產品結構原理
①設備結構：
設備運轉主要由X-Y軸機器人、六軸機械手、輸送帶、視覺感應器、擋板組成。
該設備主體框架采用鋁型材搭建而成，配有可拆裝靈活的布線底板和按鈕安裝盒，底部地腳組成，整體美觀大方，機械結構件采用鋁件加工并做氧化處理。
②電氣配置：
控制部分使用PLC控制，使用24V低壓安全電路，并設置人機界面方便操作。
③安全設置：
關鍵部位設置傳感器，驅動部分采用自鎖保護。
④ 操作模式：
設備設置自動、手動、單步模式，通過觸摸屏設置。
自動模式：在自動模式下裝置做循環分揀；
手動模式：切換為手動模式后裝置可控制單個元件的動作，以便維護和調試；
單步模式：在單步模式下裝置完成單個循環以便調試。通過觸摸屏以及按鈕來實現對設備的控制。
人工將產品放至傳送帶，通過電缸搭建的模組移動托盤配合機械手將傳送帶上的產品移載至托盤，控制柜區域為各電控元器件安裝區域。
五、產品使用操作
?操作方式：
設有操作盤和觸摸屏，操作盤上包括啟動、復位、急停等基本按鈕開關。觸摸屏上也可以進行程序的基本操作。
1） 控制區域：
通過觸摸屏，以及按鈕來實現對設備的控制。
2） 上料區域：
人工將產品放至傳送帶。
3） 裝料區域：
通過電缸搭建的模組移動托盤配合機械手將傳送帶上的產品移載至托盤。
4） 控制柜：
此區域為各電控，氣控元件安裝區域。
?操作模式：
設備設置自動、手動、單步模式通過觸摸屏設置；
自動模式：在自動模式下設備做循環分揀。
手動模式：切換為手動模式后設備可控制單個元件的動作，以便維護調試。
單步模式：在單步模式下設備設備完成單個循環以便調試。
六、技術創新的內容
在“互聯網+”智慧農業發展的背景下，通過基于視覺技術的農產品智能分揀的應用實現智慧農業生產的目的。本裝置旨在借助攝像機，傳感器，PLC，機械手的應用，提高分揀的準確行及效率，而且農產品智能分揀裝置只需要改動較少的硬軟件部分就可以完成不同產品的分揀，其可作為球形水果的分揀平臺，也可進行柱形水果分揀。
本分揀裝置由供料部分、視覺檢測環節、物流輸送機構以及分揀執行設備等組成，體現了農業生產環節的智能化，充分運用現代農業生產技術、機器人應用技術、PLC控制技術、人機界面應用技術、智能視覺應用技術、氣動應用技術、傳動技術、數據采集分析技術等。本系統設有操作盤和觸摸屏，可以進行程序的基本操作，快速有效的實現了農產品的分揀。
關于國內外的同類技術比較方面，分揀裝置在工業生產、物流等領域應用的非常廣泛，其技術手段和設備也較為完備，無論是在國內市場上還是國外的場合都有非常成熟的應用案例，無論是使用重量分揀、使用顏色分揀還是使用尺寸分揀，都有比較成熟的案例，使用視覺技術的分揀在一些工業生產領域也較為普遍，如：某公司視覺分揀系統主要用于緊固件以及其他部件尺寸、缺陷、硬度、材料性能的自動檢測及分揀。緊固件通過自動上料裝置進入旋轉盤，旋轉盤帶動工件圓周向移動，相機拍照并將結果傳輸到主機，主機依據用戶設定數據進行快速分選，將工件分選到合格與不合格出口。
某公司飲料檢測系統采用多相機進行圖像采集或者X-射線檢測技術，檢測高/低蓋、歪蓋、封斷橋等封蓋缺陷，具備不良品自動報警，顯示、剔除功能。灌裝后的每一瓶產品都直接受到檢查和品質監控，通過對每一瓶產品進行圖像收集同時對封蓋質量情況進行準確識別和分析，將存在高低蓋，歪蓋、防盜環斷裂等質量不良的產品進行檢查，報警、顯示、統計、剔除等。也可根據生產線工藝要求配置：瓶蓋噴碼缺陷、鋁蓋封蓋螺紋、瓶蓋印刷圖案等質量缺陷的檢查。保障生產線上的產品品質的一致性。而在農業領域，分揀系統和設備還比較少，目前很多生產過程還是停留在人工分揀階段，尤其是使用基于視覺技術的分揀在農產品上的應用更少。
最后是產品設計的產業化前景分析，近年來，在國家大力發展農業，提升農產品重量，提高農民收入方面出臺了很多政策文件，一方面要促進農民增收，另一方面也要穩定農產品價格。但是由于氣候，種植面積，品種等因素的影響，許多地方出現了農產品滯銷現象，而解決農產品滯銷的辦法之一，出口同樣困難。造成出口困難是多方面原因導致的，其中有一個重要的原因就是農產品的質量問題。 以蘋果為例，國產蘋果質量差，其主要表現在外觀不漂亮、蘋果內部品質不高、銷售蘋果產品的外包裝不精致等方面，其實，在數量眾多的產品中，也不乏檔次高，質量好的蘋果，但是由于檢測與分選手段的落后，這些檔次高，質量好的產品只能混雜在差的產品中銷售，這些優質高檔蘋果，由于為沒有經過嚴格的品質檢測和分級，混雜在其中良莠不齊，導致產品出口品質低，其外銷價格遠遠低于國外同類產品。因此提高農產品質量，除了從種植角度提升其品種優勢， 還可以使用先進檢測和分級技術來助力農產品提檔升級。
所以我們產品的優點可以從特色和創新兩方面來看:
(1)特色：結構簡單、成本低廉、簡單易用。
(2)創新之處：設有操作盤和觸摸屏，操作盤上包括啟動、復位、急停等基本按鈕開關。觸摸屏上也可以進行程序的基本操作。
