一種智能化甘蔗切種方法與流程
2023-05-11 10:54:36 3
本發明涉及自動化甘蔗切種領域，特別涉及一種智能化甘蔗切種方法。
背景技術：
甘蔗作為我國製糖的主要原料，對國家糖業市場的供給安全起著至關重要的作用。對現有文獻檢索發現，我國現階段研製的甘蔗種植機機型均為實時切種式甘蔗種植機，其需餵入工人多，餵入操作緊張，餵入不均，容易造成漏播。而美國、澳大利巴西等國家普遍採用預切種式甘蔗種植機，該型種植機所需人工少，機箱大，而且種植效率高，可預見預切種式甘蔗種植機為國產種植機將來的重點發展方向之一。預切種式甘蔗種植機需要大量切好的蔗段，切種裝置作為切斷蔗種的關鍵部件，其裝置性能直接影響甘蔗種植效果，因此，研製一種符合國情且切種效率高，對芽損傷小，性能穩定，結構簡單等特點的切種裝置是非常有必要的。
甘蔗種苗的好壞很大程度上決定了甘蔗的產量，不合格的蔗種，即蔗節破損、種芽損壞或病蟲害甘蔗，不能生長成甘蔗，腐爛在地裡，影響正常甘蔗畝產量；不合格的蔗種也沒有作為糖蔗或果蔗出售轉化為經濟效益，而是種植在地裡，造成極大的浪費。據調研發現，甘蔗平均畝產量約為4噸，作為蔗種來年種植的甘蔗平均每畝需1.3噸，而實時切種式甘蔗種植機的切種裝置切斷的蔗段中，不合格的蔗種佔總蔗種的近兩成，即260千克。
目前的甘蔗切種方式為人工切種和人工操作切種機切種兩種，其人工成本高，勞動強度大，生產效率低，安全性可靠性不高。且當前的甘蔗切種機自動化程度低，也不能識別已切斷的蔗種是否符合種植標準，導致不合格的蔗種夾雜在種苗中。
公開於該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種智能化甘蔗切種方法，從而克服自動化甘蔗切種不能識別已切斷的蔗種是否符合種植標準的缺點。
為實現上述目的，本發明提供了一種智能化甘蔗切種方法，具體包括：
S1：將甘蔗由進料導種槽送入；
S2：由第一機械手抓取送入所述進料導種槽的甘蔗傳送至切種臺，並通過圖像攝像裝置獲取甘蔗的莖節和種芽圖像；
S3：圖像處理裝置根據獲取的甘蔗的莖節和種芽圖像提取甘蔗圖像邊緣，獲取甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值，種芽的種芽面積、周長和圓形度以及甘蔗莖節的長度；
S4：處理器根據甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值和種芽的種芽面積、周長和圓形度獲取甘蔗的多個合格段和不合格段，並結合甘蔗莖節的長度確定多個待切割位置；
S5：處理器控制第二機械手抓取甘蔗依次將待切割位置傳送至切割裝置的下方，並由切割裝置依次切斷待切割位置；及
S6：將合格段傳送至第一導種槽通道進行收集，將不合格段傳送至第二導種槽通道進行收集。
優選地，上述技術方案中，所述圖像攝像裝置由三個所述攝像頭組成，三個所述攝像頭分別沿所述進料導種槽與所述切種臺之間的路徑的周向均勻分布。
優選地，上述技術方案中，所述攝像頭的像素為200～500萬，解析度為1920*1080。
優選地，上述技術方案中，步驟S4中處理器根據甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值和種芽的種芽面積、周長和圓形度獲取甘蔗的多個合格段和不合格段具體包括：
將甘蔗的種芽的面積、周長和圓形度的實際測量值的與標準值相比，若兩者誤差在設定範圍內；且同時將甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值的變化率與標準變化率相比，若兩者誤差也在設定範圍內，則為合格段，反之，為不合格段。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
本發明中的方法，能夠自動完成甘蔗傳送、種芽識別、甘蔗莖節切割以及對切割後的種芽段進行分類收集的功能，能夠高效率切種、省人力、保護種芽的同時，對合格蔗種和不合格的蔗種進行識別並分類收集。
附圖說明
圖1是根據本發明智能化甘蔗切種裝置的結構圖。
圖2是根據本發明導種臺的結構圖。
圖3是根據本發明智能化甘蔗切種的單芽切種時切割位置和編號示意圖。
圖4是根據本發明智能化甘蔗切種的流程圖。
主要附圖標記說明：
1-進料導種槽，2-圖像攝像裝置，3-圖像處理裝置，4-第一電機，5-第一橫移導軌，6-第一機械手，7-第二電機，8-第二機械手，9-第二橫移導軌，10-第三電機，11-豎直導軌，12-刀座，13-切刀，14-切種臺，15-導種臺，16-擋板，17-驅動電機，18-第一導種槽通道，19-第二導種槽通道，20-第一傳送帶，21-第二傳送帶。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護範圍並不受具體實施方式的限制。
除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權利要求書中，術語「包括」或其變換如「包含」或「包括有」等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而並未排除其它元件或其它組成部分。
如圖1所示，示出了一種能夠配合該實施例中方法進行實施的智能化甘蔗切種裝置，包括：進料導種槽1、切種臺14、第一機械手6、第一電機4、第一橫移導軌5、圖像攝像裝置2、圖像處理裝置3、切割裝置、第二機械手8、導種臺15、第二電機7和第二橫移導軌9，切種臺14位於進料導種槽1的後方，第一機械手6設於第一橫移導軌5上，並由第一電機4帶動第一橫移導軌5使得第一機械手6能夠在進料導種槽1和切種臺14之間移動，圖像攝像裝置2位於進料導種槽1和切種臺14之間，切割裝置位於切種臺14的上方，第二機械手8設於第二橫移導軌9上，並由第二電機7帶動第二橫移導軌9使得第二機械手8能夠在導種臺15的長度方向來回移動，切割裝置位於切種臺14的上方，具體由豎直導軌11、刀座12、切刀13和第三電機10組成，導種臺15位於切種臺的後方，用於接入切割後的甘蔗莖節，其中，導種臺上設有兩個導種槽通道。
圖2顯示了根據本發明優選實施方式的智能化甘蔗切種方法，具體包括：
S1：將甘蔗由進料導種槽送入；
蔗种放入進料導種槽之前進行預處理，將蔗種剝葉，將彎曲較大的蔗種從中間切斷。
S2：由第一機械手抓取送入所述進料導種槽的甘蔗傳送至切種臺，並通過圖像攝像裝置獲取甘蔗的莖節和種芽圖像；
圖像攝像裝置由三個攝像頭組成，三個攝像頭分別沿進料導種槽與切種臺之間的路徑的周向均勻分布，優選三個攝像頭呈120°設置；攝像頭的像素為200～500萬，解析度為1920*1080。
S3：圖像處理裝置根據獲取的甘蔗的莖節和種芽圖像提取甘蔗圖像邊緣，獲取甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值，種芽的種芽面積、周長和圓形度以及甘蔗莖節的長度；
圖像處理裝置3將拍攝到的甘蔗的莖節和種芽圖像將其黑色背景轉換為白色，接著對圖像灰度化、閥值化處理，濾波降噪，然後提取圖像邊緣，病蟲害區域邊緣灰度值會突變，強化蔗種輪廓和莖節交線特徵，提取蔗種的種芽面積、周長、圓形度等特徵參數，並計算出甘蔗莖節的長度。
S4：處理器根據甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值和種芽的種芽面積、周長和圓形度獲取甘蔗的多個合格段和不合格段，並結合甘蔗莖節的長度確定多個待切割位置；
S5：處理器控制第二機械手抓取甘蔗依次將待切割位置傳送至切割裝置的下方，並由切割裝置依次切斷待切割位置；及
S6：將合格段傳送至第一導種槽通道進行收集，將不合格段傳送至第二導種槽通道進行收集。
步驟S4中處理器根據甘蔗的病蟲害區域邊緣的突變灰度值和種芽的種芽面積、周長和圓形度獲取甘蔗的多個合格段和不合格段具體包括：
處理器接收到圖像處理裝置3的信號後，以甘蔗莖節交線的中點為基點計算確定蔗種各節尺寸，且將種芽特徵參數與標準參數對比，誤差在一定範圍內即為合格蔗段；將病蟲害區域邊緣灰度值的變化率與用戶輸入的標準變化率對比，誤差範圍超出用戶範圍則為病蟲害蔗段，當同時滿足無病蟲害蔗段的合格蔗段定為合格，接著以用戶對單芽切種或雙芽切種的設定，來確定各節切割尺寸，並從蔗頭開始對蔗段進行預編號，記錄不合格和合格蔗段的編號，如圖3所示。
步驟S6將合格段傳送至第一導種槽通道進行收集，將不合格段傳送至第二導種槽通道進行收集具體實現方式見圖2，導種臺15優選是傾斜的，第一導種槽通道位於傾斜面上，第二導種槽通道位於第一導種槽通道的上方，擋板16鉸接在導種臺15上，驅動電機17通過螺栓與導種臺連接，切好的蔗段由於重力原因向低處滾動，電機17關閉時，擋板16由於重力原因是向下倒伏的，此時蔗種會經過不會經過擋板16直接落入第一導種槽通道18；驅動電機17開啟時，擋板15提升，開啟另一通道，蔗種經過擋板16後電機關閉，擋板16往下運動，蔗種繼續滾動落入第二導種槽通道19。若切好的蔗段編號為合格，則電機17保持關閉狀態，蔗段直接落入第一導種槽通道18，由一號傳送帶20運走，若切好的蔗段編號不合格，則電機17開啟，擋板16提升，蔗段落入第一導種槽通道19，由二號傳送帶21運走。
綜上，本發明中的方法，能夠自動完成甘蔗傳送、種芽識別、甘蔗莖節切割以及對切割後的種芽段進行分類收集的功能，能夠高效率切種、省人力、保護種芽的同時，對合格蔗種和不合格的蔗種進行識別並分類收集。
前述對本發明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述並非想將本發明限定為所公開的精確形式，並且很顯然，根據上述教導，可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在於解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的技術人員能夠實現並利用本發明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發明的範圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。