全自動玉米單果穗考種裝置及方法
2023-10-23 00:38:42
專利名稱：全自動玉米單果穗考種裝置及方法
技術領域：
本發明涉及自動化農業器械技術領域，具體涉及一種全自動玉米單果穗考種裝置及方法。
背景技術：
玉米在我國農業生產中佔有重要地位，是我國主要的糧食作物，玉米育種是我國種業科研、生產等領域的重要組成部分，玉米種業的核心問題之一是玉米考種，一般針對果穗和籽粒進行各項指標的計量，傳統的考種方法中，大多依賴於手工操作，佔用大量人力資源，工作效率低下，成為制約玉米種業發展的重要問題之一。現有技術中的考種設備不支持針對單個玉米果穗的全自動精細化考種，具體而言，傳統考種方法以及裝置主要存在以下技術缺陷:I)、針對玉米的考種方法和裝置可計量的參數指標不全面，難以使用一個獨立的系統實現精細化考種；2)、人工操作繁瑣，工作量較大，工作效率難以提高，考種流程周期較長；3)、考種過程自動化程度較低，多個環節需要人工幹預，人工操作影響考種的準確性。隨著現代信息技術的快速發展，特別是計算機圖形圖像技術、現代傳感器技術以及機械自動化技術在農業領域的深入應用，為傳統農業`帶來全新的技術手段和實用工具，針對玉米考種問題，引入計算機圖形圖像技術、現代傳感器技術以及機械自動化技術，設計實現全自動玉米單果穗精細化考種方法和機械系統裝置及配套的軟硬體系統，實現準確、快速、高效的玉米單果穗精細化考種作業，對於推動現代玉米種業乃至農業信息化發展有著巨大的促進作用。綜上所述，亟需引入現代計算機圖形圖像技術、傳感器技術和機械自動化技術，實現全自動玉米單果穗精細化考種方法和裝置。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明的目的在於提供一種一體式的全自動玉米單果穗精細化考種裝置及方法，實現準確、快速、高效的玉米單果穗精細化考種作業，提高考種作業的自動化程度，降低人工成本和操作複雜度，提高玉米考種作業的效率和質量。(二)技術方案本發明技術方案如下:一種全自動玉米單果穗考種裝置，包括:順次設置的果穗夾運機構、第一圖像採集機構、稱重機構、脫粒機構、籽粒傳送機構、第二圖像採集機構以及籽粒容重測量機構；所述果穗夾運機構用於將果穗夾運至目標位置；所述脫粒機構用於實現果穗脫粒；
所述第一圖像採集機構用於採集果穗以及穗軸的圖像信息；所述稱重機構用於採集果穗以及穗軸的重量信息；所述籽粒傳送機構第一端位於所述脫粒機構下方接收脫落的籽粒；所述第二圖像採集機構用於採集籽粒的圖像信息；所述籽粒傳送機構第二端將籽粒輸運至籽粒容重測量機構測量籽粒容重。優選的，所述果穗夾運機構包括:第一旋轉架、固定在所述第一旋轉架頂部的果穗夾，所述第一旋轉架底部連接第一驅動單元，所述第一驅動單元驅動第一旋轉架以底部為圓心旋轉，所述果穗夾連接控制單元，所述控制單元控制果穗夾夾持與卸下果穗。優選的，所述第一圖像採集機構包括與第三驅動單元連接並由其驅動旋轉的託輥。優選的，所述脫粒機構包括第二旋轉架、固定在所述第二旋轉架頂部的壓輥，所述第二旋轉架底部連接第二驅動單元，所述第二驅動單元驅動第二旋轉架以底部為圓心旋轉，所述壓輥連接第四驅動單元，所述第四驅動單元驅動壓輥旋轉。優選的，所述託輥與壓輥的旋轉方向相反。優選的，所述籽粒容重測量機構包括測量筒、用於壓實測量筒內籽粒的推桿、測量所述推桿位移的位移傳感器。優選的，所述第一驅動單元為第一步進電機，所述第二驅動單元為第二步進電機。優選的，所述第一步進電機輸出軸與第一旋轉架的底部、所述第二步進電機輸出軸與第二旋轉架的底部均 為齒輪嚙合傳動。優選的，還包括控制中心，所述第一圖像採集機構以及第二圖像採集機構均通過圖像採集卡與所述控制中心連接，所述稱重機構以及籽粒容重測量機構均通過數據採集卡與所述控制中心連接，所述第一驅動單元、第二驅動單元、第三驅動單元以及第四驅動單元均通過電機驅動器與所述控制中心連接。本發明還提供了一種根據上述全自動玉米單果穗考種裝置實現的全自動玉米單果穗考種方法:一種全自動玉米單果穗考種方法，包括步驟:S1.所述果穗夾運機構將果穗夾運至所述稱重機構稱重；S2.所述果穗夾運機構將果穗從稱重機構夾運至所述託輥；S3.所述第三驅動單元驅動託輥旋轉，所述第一圖像採集機構採集果穗圖像信息；S4.所述第二驅動單元驅動第二旋轉架旋轉至所述壓輥壓緊果穗；所述第四驅動單元驅動壓棍旋轉，進行脫粒；S5.所述第二驅動單元驅動第二旋轉架復位；所述第三驅動單元驅動託輥旋轉，所述第一圖像採集機構採集穗軸圖像信息；S6.所述果穗夾運機構將穗軸夾運至所述稱重機構稱重；S7.所述籽粒傳送機構將籽粒輸運至所述第二圖像採集機構下方，所述第二圖像採集機構採集籽粒圖像信息；S8.所述籽粒傳送機構將籽粒輸運至所述籽粒容重測量機構，所述籽粒容重測量機構採集籽粒容重信息。
(三)有益效果本發明所提供的全自動玉米單果穗考種裝置，集成了多種機構:通過果穗夾運機構將果穗夾運至稱重機構稱重，通過脫粒機構實現果穗脫粒，通過圖像採集機構採集果穗、穗軸以及籽粒的圖像信息，通過籽粒容重測量機構採集籽粒容重信息；因此，是一體式的全自動玉米單果穗精細化考種裝置，能夠實現準確、快速、高效的玉米單果穗精細化考種作業，提高了考種作業的自動化程度，降低了人工成本和操作複雜度，提高了玉米考種作業的效率和質量。
圖1是本發明實施例中全自動玉米單果穗考種裝置的結構示意圖；圖2是本發明實施例中全自動玉米單果穗考種方法的流程示意圖。圖中:1:第一步進電機；2:第一旋轉架；3:果穗夾；4:第五步進電機；5:稱重傳感器；6:第三步進電機；7:託輥；8:第二步進電機；9:壓輥；10:第二旋轉架；11:第四步進電機；12:第一圖像採集相機；13:第二圖像採集相機；14:第六步進電機；15:傳送帶；16:推桿；17:第七步進電機； 18:位移傳感器；19:第八步進電機；20:測量筒；21:閥門；22:圖像採集卡；23:數據採集卡；24:電機驅動器；25:控制中心。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
做進一步描述。以下實施例僅用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。本發明所提供的全自動玉米單果穗考種裝置，主要包括:順次設置的果穗夾運機構、第一圖像採集機構、稱重機構、脫粒機構、籽粒傳送機構、第二圖像採集機構以及籽粒容重測量機構；果穗夾運機構用於將果穗夾運至目標位置；脫粒機構用於實現果穗脫粒;第一圖像採集機構用於採集果穗以及穗軸的圖像信息；稱重機構用於採集果穗以及穗軸的重量信息；籽粒傳送機構第一端位於脫粒機構下方接收脫落的籽粒；第二圖像採集機構用於採集籽粒的圖像信息；籽粒容重測量機構第二端將籽粒輸運至籽粒容重測量機構測量籽粒容重。因此，本發明所提供的全自動玉米單果穗考種裝置是一體式的全自動玉米單果穗精細化考種裝置，能夠實現準確、快速、高效的玉米單果穗精細化考種作業，提高了考種作業的自動化程度，降低了人工成本和操作複雜度，提高了玉米考種作業的效率和質量。下面結合圖1對本實施例中全自動玉米單果穗考種裝置的各個機構加以說明。本實施例中的果穗夾運機構主要包括:第一旋轉架2，固定在第一旋轉架2頂部的果穗夾3，第一旋轉架2底部與第一驅動單元連接，第一驅動單元驅動第一旋轉架2以底部為圓心旋轉，果穗夾3連接控制單元，控制單元控制果穗夾3夾持與卸下果穗。第一旋轉架2整體為一個平行四邊形結構支架，第一驅動單元優選為第一步進電機1，這因為步進電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，能夠滿足本發明對精確性的要求；第一旋轉架2底部與第一步進電機I輸出軸米用齒輪哨合，以第一步進電機I的正反轉實現第一旋轉架2在圓周內的運動；控制單元主要包括與果穗夾3連接的絲槓滑塊以及與絲槓滑塊連接的第五步進電機4，第五步進電機4通過正反轉，利用絲槓滑塊控制果穗夾3的夾緊與釋放。
本實施例中的稱重機構主要包括承載果穗的託盤以及設置在託盤下方的稱重傳感器5，稱重傳感器5是一種能夠將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置。本實施例中的第一圖像採集機構主要包括第一圖像採集相機12，第二圖像採集機構主要包括第二圖像採集相機13 ;為了能夠全方位的採集果穗以及下述的穗軸的圖像信息，第一圖像採集機構還包括託輥7，託輥7與第三驅動單元連接，在第三驅動單元的驅動下，託輥7帶動果穗同向同步旋轉；除此之外，其還用於在脫粒過程中起到承載以及旋轉果穗的作用，同時，託輥7的表面進行了粗糙處理，保證託輥7對果穗和穗軸的摩擦力；第三驅動單元優選為第三步進電機6。本實施例中的脫粒機構主要包括第二旋轉架10、固定在第二旋轉架10頂部的壓輥9，第二旋轉架10底部與第二驅動單元連接，第二驅動單元驅動第二旋轉架10以底部為圓心旋轉，壓輥9連接第四驅動單元，第四驅動單元驅動壓輥9旋轉。第二旋轉架10整體為一個平行四邊形結構支架，第二驅動單元優選為第二步進電機8 ;第二旋轉架10底部與第二步進電機8輸出軸採用齒輪嚙合，以第二步進電機8的正反轉實現第二旋轉架10在圓周內的運動；為了保證壓輥9對果穗和穗軸的摩擦力，對壓輥9的表面進行了粗糙處理；第四驅動單元優選為第四步進電機11，壓輥9與第四步進電機11輸出軸採用齒輪嚙合，脫粒過程中，第四步進電機11驅動壓輥9同向同步旋轉，壓輥9與託輥7旋轉方向相反。本實施例中的籽粒傳送機構主要包括傳送帶15,傳送帶15由第六步進電機14驅動，傳送帶15的第一端位於脫粒機構下方接收脫落的籽粒，傳送帶15的第二端將籽粒輸運至籽粒容重測量機構。本實施例中的籽粒容重測量機構主要包括測量筒20、用於壓實測量筒20內籽粒的推桿16、測量推桿16位移的位移傳感器18。測量筒20為圓柱形空心筒，測量筒20的底部設置有閥門21，推桿16頂端設置有壓盤，測量筒20的內橫截面與推桿16頂端的壓盤均為圓形，且直徑相同；籽粒由傳送帶15向測量筒20內輸送時，推桿16完全脫離測量筒20，不遮擋測量筒20的入口，並且底部的閥門21處於關閉狀態，推桿16與第七步進電機17連接，第七步進電機17通過齒輪齒條方式驅動推桿16的上下運動；閥門21與第八步進電機19連接，第八步進電機19控制閥門21的開閉狀態。本實施例中的全自動玉米單果穗考種裝置還包括控制中心25，第一圖像採集相機12以及第二圖像採集相機13均通過圖像採集卡22與控制中心25連接，稱重傳感器5以及位移傳感器18均通過數據採集卡23與控制中心25連接，所有步進電機均通過電機驅動器24與控制中心25連接，由控制中心25實現數據採集匯總以及控制，採集匯總的數據保存在控制中心25，並在控制中心25實現各項參數指標的計算，參數指標包括果穗長、直徑、重量、粒行數、行粒數、籽粒數目、籽粒重量、籽粒容重等；從而實現全自動玉米單果穗精細化考種。本發明還提供了一種根據上述全自動玉米單果穗考種裝置實現的全自動玉米單果穗考種方法，其流程圖如圖2中所示，主要包括步驟:S1.果穗夾運機構將待考玉米果穗夾運至託盤中，通過稱重傳感器5完成果穗的稱重；S2.果穗夾 運機構將果穗從稱重機構夾運至傳遞到果穗圖像採集區，即託輥7上；S3.第三驅動單元驅動託輥7旋轉360度，託輥7上方的第一圖像採集相機12採集果穗側面連續圖像序列；S4.第二步進電機8驅動第二旋轉架10向下旋轉，直至壓輥9壓緊位於託輥7上的果穗；第四步進電機11驅動壓輥9旋轉，與託輥7形成擠壓力實現果穗的脫粒；S5.脫粒完成後，第二步進電機8驅動第二旋轉架10向上旋轉復位，第三驅動單元驅動託輥7旋轉360度，第一圖像採集機構採集穗軸側面圖像序列；S6.果穗夾運機構將穗軸夾運至託盤中，通過稱重傳感器5完成穗軸的稱重；S7.籽粒傳送機構將脫落的籽粒輸運至籽粒圖像採集區域，即第二圖像採集相機13下方，第二圖像米集相機13米集籽粒圖像序列信息；S8.籽粒傳送機構將籽粒輸運至籽粒容重測量機構，籽粒容重測量機構採集籽粒容重信息。具體為，籽粒在傳送帶15末端落入測量筒20內，全部籽粒落入後，第七步進電機17驅動推桿16向下壓實測量筒20中的籽粒，位移傳感器18記錄推桿16的位移，結合測量筒20截面積計算籽粒容重，而後第八步進電機19驅動測量筒20底部的閥門21打開，籽粒落下回收；最後，控制中心25 對採集的圖像信息和傳感數據進行處理，得到玉米果穗的形態參數指標。綜上所述，本發明綜合利用計算機圖形圖像技術、現代傳感器技術和機械自動化技術，提供了一種全自動玉米單果穗精細化考種裝置以及方法，針對單個玉米果穗的精細化考種問題，實現一體式的自動化考種操作，大幅度提高了玉米果穗考種效率和精度，減少了人工幹預環節，有效降低了人工成本。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的保護範疇。
權利要求
1.一種全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，包括:順次設置的果穗夾運機構、第一圖像採集機構、稱重機構、脫粒機構、籽粒傳送機構、第二圖像採集機構以及籽粒容重測量機構； 所述果穗夾運機構用於將果穗夾運至目標位置； 所述脫粒機構用於實現果穗脫粒； 所述第一圖像採集機構用於採集果穗以及穗軸的圖像信息； 所述稱重機構用於採集果穗以及穗軸的重量信息； 所述籽粒傳送機構第一端位於所述脫粒機構下方接收脫落的籽粒； 所述第二圖像採集機構用於採集籽粒的圖像信息； 所述籽粒傳送機構第二端將籽粒輸運至籽粒容重測量機構測量籽粒容重。
2.根據權利要求1所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述果穗夾運機構包括:第一旋轉架、固定在所述第一旋轉架頂部的果穗夾，所述第一旋轉架底部連接第一驅動單元，所述第一驅動單元驅動第一旋轉架以底部為圓心旋轉，所述果穗夾連接控制單元，所述控制單元控制果穗夾夾持與卸下果穗。
3.根據權利要求2所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述第一圖像採集機構包括與第三驅動單元連接並由其驅動旋轉的託輥。
4.根據權利要求3所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述脫粒機構包括第二旋轉架、固定在所述第二旋轉架頂部的壓輥，所述第二旋轉架底部連接第二驅動單元，所述第二驅動單元驅動第二旋轉架以底部為圓心旋轉，所述壓輥連接第四驅動單元，所述第四驅動單元驅動壓輥旋轉。
5.根據權利要求4所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述託輥與壓輥的旋轉方向相反。
6.根據權利要求5所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述第一驅動單元為第一步進電機，所述第二驅動單元為第二步進電機。
7.根據權利要求5所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述第一步進電機輸出軸與第一旋轉架的底部、所述第二步進電機輸出軸與第二旋轉架的底部均為齒輪哨合傳動。
8.根據權利要求4-7任意一項所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，所述籽粒容重測量機構包括測量筒、用於壓實測量筒內籽粒的推桿、測量所述推桿位移的位移傳感器。
9.根據權利要求8所述的全自動玉米單果穗考種裝置，其特徵在於，還包括控制中心，所述第一圖像採集機構以及第二圖像採集機構均通過圖像採集卡與所述控制中心連接，所述稱重機構以及籽粒容重測量機構均通過數據採集卡與所述控制中心連接，所述第一驅動單元、第二驅動單元、第三驅動單元以及第四驅動單元均通過電機驅動器與所述控制中心連接。
10.根據權利要求8或9所述考種裝置的全自動玉米單果穗考種方法，其特徵在於，包括步驟: .51.所述果穗夾運機構將果穗夾運至所述稱重機構稱重； .52.所述果穗夾運機構將果穗從稱重機構夾運至所述託輥；. 53.所述第三驅動單元驅動託輥旋轉，所述第一圖像採集機構採集果穗圖像信息；. 54.所述第二驅動單元驅動第二旋轉架旋轉至所述壓輥壓緊果穗；所述第四驅動單元驅動壓輥旋轉，進行脫粒；. 55.所述第二驅動單元驅動第二旋轉架復位；所述第三驅動單元驅動託輥旋轉，所述第一圖像採集機構採集穗軸圖像信息；. 56.所述果穗夾運機構將穗軸夾運至所述稱重機構稱重；. 57.所述籽粒傳送機構將籽粒輸運至所述第二圖像採集機構下方，所述第二圖像採集機構採集籽粒圖像信息；. 58.所述籽 粒傳送機構將籽粒輸運至所述籽粒容重測量機構,所述籽粒容重測量機構採集籽粒容重信息。
全文摘要
本發明涉及自動化農業器械技術領域，具體涉及一種全自動玉米單果穗考種裝置及方法。該裝置包括順次設置的果穗夾運機構、第一圖像採集機構、稱重機構、脫粒機構、籽粒傳送機構、第二圖像採集機構以及籽粒容重測量機構；通過果穗夾運機構將果穗夾運至稱重機構稱重，通過脫粒機構實現果穗脫粒，通過圖像採集機構採集果穗、穗軸以及籽粒的圖像信息，通過籽粒容重測量機構採集籽粒容重信息；因此，是一體式的全自動玉米單果穗精細化考種裝置，能夠實現準確、快速、高效的玉米單果穗精細化考種作業，提高了考種作業的自動化程度，降低了人工成本和操作複雜度，提高了玉米考種作業的效率和質量。
文檔編號A01C1/00GK103155744SQ20131010539
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者趙春江, 肖伯祥, 郭新宇, 王傳宇, 杜建軍 申請人:北京農業信息技術研究中心