CN103636333B - 种苗智能分选移栽机 - Google Patents

Abstract

本发明属于现代农业智能装备技术领域，涉及一种种苗分选移栽装置，包括底座支架，所述底座支架包括底座支架立柱（6）、底座支架连接梁（8）和底座支架横梁（15），其特征在于：所述种苗分选移栽装置还包括平带输送装置、种苗顶升旋转装置、种苗移钵装置、末端执行器和图像信息采集装置。种苗智能分选移栽机的各部件实现模块化设计、传动结构紧凑、机构简单、平移传送装置和种苗顶升装置稳定可靠、动力装置采用电动机，减少了其他辅助设备，采用单一相机、背景板、光源和种苗旋转相配合的方法采集图像，可以同时获取种苗的多个移栽适合度参数，节省了成本，提高了系统数据的处理速度。

Description

种苗智能分选移栽机

技术领域

本发明属于现代农业智能装备技术领域，涉及一种种苗智能移栽机械。

背景技术

种苗移栽是工厂化种苗自动化生产线中一个重要的部分，随着种苗市场的需求不断增加，人工种苗移栽的劳动强度大，为了提高劳动效率，大大减轻人工作业的劳动强度，采用智能机械化的方式移栽种苗。

目前种苗移栽还是以人工操作方式为主，人工成本高，工作劳动强度大，工作效率低。专利号为“200710160391.3”，名称为“基于机器视觉的幼苗移栽系统”的中国发明专利所授权的幼苗移栽系统，采用俯视苗盘的图像采集方式检测幼苗的大小、叶片数目等外观生长指标，不能全面地反映种苗的直立度、高度和子叶方向等综合移栽适合度信息。本发明针对此设计了一种种苗智能分选移栽机，通过使用相机采集图像检测种苗的直立度、高度和子叶方向等移栽适合度信息，根据移栽适合度信息评判准则对种苗进行分级，由控制系统控制横移装置、升降装置和末端执行器动作，按分级结果将种苗放置到相应的种苗盆内，实现分选和移栽的作业过程。

发明内容

本发明目的在于提供一种传动结构简单紧凑、工作效率高、操作简单方便、实现分选移栽一体化作业的种苗智能分选移栽机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种种苗分选移栽装置，包括底座支架，所述底座支架包括底座支架立柱6、底座支架连接梁8和底座支架横梁15，所述种苗分选移栽装置还包括平带输送装置、种苗顶升旋转装置、种苗移钵装置、末端执行器和图像信息采集装置。

所述平带输送装置包括平带输送装置驱动电机5、蜗轮蜗杆减速器4、平带输送装置支架16、驱动滚筒23、从动滚筒24、种苗盘导向板22和平带17；其中，

平带输送装置支架16与所述底座支架横梁15进行连接；驱动滚筒23和从动滚筒24安装在平带输送装置支架16上，驱动滚筒23通过驱动轴与安装在平带输送装置支架16上的蜗轮蜗杆减速器4的蜗轮连接，平带输送装置驱动电机5的输出轴与蜗轮蜗杆减速器4的蜗杆连接；平带输送装置的平带17张紧在平带输送装置的驱动滚筒23和从动滚筒24上。

所述种苗顶升旋转装置包括种苗顶升旋转装置支架36、种苗顶升旋转装置驱动电机11、种苗顶升驱动曲柄41、第一种苗顶升驱动连杆401、第二种苗顶升驱动连杆402、第一顶杆支撑板391、第二顶杆支撑板392、顶杆34、顶杆旋转驱动电机44、大齿轮43、小齿轮38、顶杆支座37、顶杆套筒42和顶杆驱动销45；其中，

种苗顶升旋转装置通过种苗顶升旋转装置支架36连接在底座支架横梁15上；

种苗顶升驱动曲柄41的曲柄轴与种苗顶升旋转装置驱动电机11的电机轴相连；种苗顶升驱动曲柄41的两端分别连接第一种苗顶升驱动连杆401和第二种苗顶升驱动连杆402；第一种苗顶升驱动连杆401和第一顶杆支撑板391通过销轴相互连接，第二种苗顶升驱动连杆402和第二顶杆支撑板392通过销轴相互连接；

顶杆支座37连接在种苗顶升旋转装置支架36上，顶杆旋转驱动电机44的轴端安装有大齿轮43，顶杆套筒42安装在顶杆支座37的安装孔内；顶杆套筒42上安装有和大齿轮43啮合的小齿轮38；

第一顶杆支撑板391和第二顶杆支撑板392上分别安装有顶杆34；所述顶杆34穿过种苗顶升旋转装置支架36的导向孔和顶杆旋转驱动装置的顶杆套筒42；

顶杆34是一个带轴向导向通槽47的圆柱形光滑阶梯长轴；顶杆驱动销45径向穿过顶杆套筒42和顶杆34的轴向导向通槽47，固定在小齿轮38的端面上。

两个顶杆套筒42为一组安装在顶杆支座37的一对安装孔内。

所述种苗顶升旋转装置并排设有四个顶杆支座37。

所述种苗移钵装置包括上立柱10、同步带直线横移运动单元19、同步带直线升降运动单元21，其中，上立柱10连接安装在底座支架连接梁8上，同步带直线横移运动单元19连接在上立柱10上，同步带直线升降运动单元21通过横移滑座26连接在同步带直线横移运动单元19的滑块上。

所述末端执行器包括末端执行器连接板27、末端执行器支撑轴31、滑移套筒29、手爪连接板30、手爪28、手爪驱动螺母32和丝杆电机20，其中，

末端执行器连接板27连接在同步带直线升降运动单元21的同步带直线升降滑块33上；末端执行器支撑轴31固定在末端执行器连接板27的安装孔内，丝杠电机20安装在末端执行器连接板27上；手爪驱动螺母32固定在滑移套筒29上，滑移套筒29套在末端执行器支撑轴31上；手爪驱动螺母32连接在滑移套筒29上；四个手爪连接板30通过孔销连接在滑移套筒29下方圆周均布的四个凸耳的安装孔内；四个手爪28通过上端的孔销连接在手爪连接板30，四个手爪28通过其中部的销孔连接在末端执行器支撑轴31下方圆盘上均布槽的销上。

所述图像信息采集装置包括相机2、相机支架7、光源12、背景板13、位置检测传感器25和控制系统箱9；其中，

相机支架7、控制系统箱9和背景板13连接在底座支架连接梁8上，相机2连接在相机支架7上，光源12连接在背景板13上。

本发明的有益效果在于：

种苗智能分选移栽机的各部件实现模块化设计、传动结构紧凑、机构简单、平移传送装置和种苗顶升装置稳定可靠、动力装置采用电动机，减少了其他辅助设备，采用单一相机2、背景板13、光源12和种苗旋转相配合的方法采集图像，可以同时获取种苗的多个移栽适合度参数，节省了成本，提高了系统数据的处理速度。采用分选和移栽一体化作业，减少作业人员的数量，减轻作业人员的劳动强度。

（1）种苗移栽分选简单有效，易实现移栽和分选一体化作业。

（2）减少作业人员的数量，减轻作业人员的劳动强度。

（3）结构紧凑，工作效率高，操作简单方便，可靠性高。

（4）成本低，经济上具有可推广性。

附图说明

图1为本发明一种种苗智能分选移栽机的整体结构图；

图2为本发明一种种苗智能分选移栽机的底座支架结构图；

图3为本发明一种种苗智能分选移栽机的平带输送装置结构图；

图4为本发明一种种苗智能分选移栽机的同步带直线横移运动单元结构图；

图5为本发明一种种苗智能分选移栽机的同步带直线升降运动单元和末端执行器结构图；

图6为本发明一种种苗智能分选移栽机的图像采集装置结构图；

图7为本发明一种种苗智能分选移栽机的分选移栽机种苗顶升装置整体结构和右顶升状态图；

图8为本发明一种种苗智能分选移栽机的分选移栽机种苗顶升装置不顶升状态图；

图9为本发明一种种苗智能分选移栽机的分选移栽机种苗顶升装置左顶升状态图；

图10为本发明一种种苗智能分选移栽机的顶杆旋转驱动装置结构图。

【主要组件符号说明】

1制穴种苗盆2相机

3种苗穴盘4蜗轮蜗杆减速器

5平带输送装置驱动电机6底座支架立柱

7相机支架8底座支架连接梁

9控制系统箱10上立柱

11种苗顶升旋转装置驱动电机12光源

13背景板14种苗分选移栽后穴盘

15底座支架横梁16平带输送装置支架

17平带18种苗分选移栽后制穴盆

19同步带直线横移运动单元20丝杠电机

21同步带直线升降运动单元22种苗盘导向板

23驱动滚筒24从动滚筒

25位置检测传感器26横移滑座

27末端执行器连接板28手爪

29滑移套筒30手爪连接板

31末端执行器支撑轴32手爪驱动螺母

33同步带直线升降滑块34顶杆

35被顶升种苗36种苗顶升旋转装置支架

37顶杆支座38小齿轮

391第一顶杆支撑板392第二顶杆支撑板

401第一种苗顶升驱动连杆402第二种苗顶升驱动连杆

41种苗顶升驱动曲柄42顶杆套筒

43大齿轮44顶杆旋转驱动电机

45顶杆驱动销46带座轴承

47轴向导向通槽

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。本发明并不局限于以下实施例。

本发明一种种苗分选移栽装置，包括底座支架、平带输送装置、种苗顶升旋转装置、种苗移钵装置、末端执行器和图像信息采集装置。其中：

底座支架包括底座支架立柱6、底座支架连接梁8和底座支架横梁15。

平带输送装置包括平带输送装置驱动电机5、蜗轮蜗杆减速器4、平带输送装置支架16、驱动滚筒23、从动滚筒24、种苗盘导向板22和平带17。

种苗顶升旋转装置包括种苗顶升旋转装置支架36、顶杆支座37、第一顶杆支撑板391、第二顶杆支撑板392、顶杆34、顶杆套筒42、顶杆驱动销45、大齿轮43、小齿轮38、种苗顶升驱动曲柄41、第一种苗顶升驱动连杆401、第二种苗顶升驱动连杆402和顶杆旋转驱动电机44。

种苗移钵装置包括上立柱10、同步带直线横移运动单元19和同步带直线升降运动单元21。

末端执行器包括末端执行器连接板27、末端执行器支撑轴31、滑移套筒29、手爪连接板30、手爪28、手爪驱动螺母32和丝杆电机20。

图像信息采集装置包括相机2、相机支架7、光源12、背景板13、位置检测传感器25和控制系统箱9。

如图1及图2所示，本发明一种种苗智能分选移栽机的底座支架包括底座支架立柱6、底座支架连接梁8和底座支架横梁15，通过固定连接，底座支架立柱6、底座支架连接梁8和底座支架横梁15形成一个矩形的框架安放在水平地面上。

请进一步参阅图3，平带输送装置通过螺栓螺母连接将平带输送装置支架16与底座支架横梁15进行连接；驱动滚筒23和从动滚筒24通过螺栓螺母连接和带座轴承安装在平带输送装置支架16上，两个滚筒形成一对，驱动滚筒23通过驱动轴与安装在平带输送装置支架16上的蜗轮蜗杆减速器4的蜗轮连接，平带输送装置驱动电机5的输出轴与蜗轮蜗杆减速器4的蜗杆连接；平带输送装置的平带17张紧在平带输送装置的驱动滚筒23和从动滚筒24上。在平带输送装置的末端安装有位置检测传感器25。

如图1所示，每个底座支架安装有四组平带输送装置，分别用于输送分选移栽前的种苗穴盘3和分选移栽后分为三级的制穴种苗盆1。上立柱10通过螺栓螺母连接安装在底座支架连接梁8上。请进一步参阅图4及图5，同步带直线横移运动单元19通过螺栓螺母连接在上立柱10上。同步带直线升降运动单元21通过螺栓螺母连接和横移滑座26连接在同步带直线横移运动单元19的滑块上。末端执行器连接板27通过螺栓螺母连接在同步带直线升降运动单元21的同步带直线升降滑块33上。末端执行器支撑轴31固定在末端执行器连接板27的安装孔内，丝杠电机20通过螺栓螺母连接安装在末端执行器连接板27上；手爪驱动螺母32固定在滑移套筒29上，滑移套筒29套在末端执行器支撑轴31上。手爪驱动螺母32通过螺栓螺母连接在滑移套筒29上；四个手爪连接板30通过孔销连接在滑移套筒29下方圆周均布的四个凸耳的安装孔内；四个手爪28通过上端的孔销连接在手爪连接板30，四个手爪28通过其中部的销孔连接在末端执行器支撑轴31下方圆盘上均布槽的销上。

如图1所示，相机支架7、控制系统箱9和背景板13通过螺栓螺母连接在底座支架连接梁8上，相机2通过螺栓连接在相机支架7上，光源12通过螺栓螺母连接在背景板13上。

请进一步参阅图6-图10，本发明一种种苗智能分选移栽机的种苗顶升旋转装置，包括种苗顶升旋转装置支架36、种苗顶升旋转装置驱动电机11、种苗顶升驱动曲柄41、第一种苗顶升驱动连杆401、第二种苗顶升驱动连杆402、第一顶杆支撑板391、第二顶杆支撑板392、顶杆34、顶杆旋转驱动电机44、大齿轮43、小齿轮38、顶杆支座37、顶杆套筒42和顶杆驱动销45。

其中，种苗顶升旋转装置通过种苗顶升旋转装置支架36、使用螺栓螺母连接在底座支架横梁15上。

种苗顶升旋转装置驱动电机11通过螺栓连接在种苗顶升旋转装置支架36上；带座轴承46通过螺栓连接在种苗顶升旋转装置支架36上，用以支撑种苗顶升驱动曲柄41。种苗顶升驱动曲柄41的曲柄轴通过键槽孔与种苗顶升旋转装置驱动电机11的电机轴相连。种苗顶升驱动曲柄41的两端分别连接第一种苗顶升驱动连杆401和第二种苗顶升驱动连杆402。第一种苗顶升驱动连杆401和第一顶杆支撑板391通过销轴相互连接、且用轴用弹性挡圈做轴向固定；第二种苗顶升驱动连杆402和第二顶杆支撑板392通过销轴相互连接、且用轴用弹性挡圈做轴向固定。

顶杆支座37通过螺栓螺母连接在种苗顶升旋转装置支架36上，顶杆旋转驱动电机44通过螺栓连接在顶杆支座37上，在其轴端安装有大齿轮43，两个顶杆套筒42为一组安装在顶杆支座37的一对安装孔内、且用轴用弹性挡圈做轴向固定。每个顶杆套筒42上安装有分别和大齿轮43啮合的小齿轮38。在本实施例中，并排设有四个顶杆支座37。

第一顶杆支撑板391和第二顶杆支撑板392上分别安装有四个顶杆34，用轴用弹性挡圈做轴向固定。所述顶杆34穿过种苗顶升旋转装置支架36的导向孔和顶杆旋转驱动装置的顶杆套筒42，可以做滑移运动。在本实施例中，第一顶杆支撑板391上的顶杆34穿过每组顶杆套筒42中左侧的一个，第二顶杆支撑板392上的顶杆34穿过每组顶杆套筒42中右侧的一个。

顶杆34是一个带轴向导向通槽47的圆柱形光滑阶梯长轴，其中一端是细长针状结构，用来扎入种苗土球内，防止种苗从顶杆上跌落或歪斜。顶杆驱动销45径向穿过顶杆套筒42和顶杆34的轴向导向通槽47，通过螺钉固定在小齿轮38的端面上。当小齿轮38在大齿轮43的驱动下旋转时，通过顶杆驱动销45带动顶杆套筒42和顶杆34旋转。顶杆34在顶升和下降过程中，顶杆驱动销45可以在顶杆34的轴向导向通槽47内滑动。

本发明的种苗智能分选移栽机在移栽分选种苗的过程中，包括以下三个工作过程：（1）种苗移栽参数的视觉识别；（2）种苗分选；（3）种苗移栽。

底座支架安放在水平地面上起到支撑的作用。种苗智能分选移栽机共设有两个底座支架，每个底座支架安装有四组平带输送装置，整个种苗智能分选移栽机共有八组平带输送装置，其中至少一组用于输送种苗穴盘3，其余用于输送制穴种苗盆1。

在输送种苗穴盘3的平带输送装置的末端安装有位置检测传感器25，当位置检测传感器25检测到平带输送装置输送过来的种苗钵盘时，向平带输送装置发出信号，平带输送装置驱动电机5停止转动。

种苗顶升旋转装置驱动电机11驱动种苗顶升驱动曲柄41旋转，使得第一种苗顶升驱动连杆401上升、第二种苗顶升驱动连杆402下降，从而带动与其连接的第一顶杆支撑板391上升、第二顶杆支撑板392下降。与第一顶杆支撑板391相连接的四个顶杆34上升，将与其对应的种苗穴盘3一行种苗中的四棵顶升，使被顶升种苗35在纵向方向上处在图像采集相机2和背景板13之间。然后，旋转驱动电机44驱动大齿轮43旋转、从而驱动与大齿轮43啮合的小齿轮38旋转。通过顶杆驱动销45带动顶杆套筒42和顶杆34旋转，从而带动被顶升种苗35旋转。在旋转的过程中，相机2采集图像，经过图像处理系统获取种苗的直立度、高度和种苗健康程度的移栽参数。根据图像处理系统获取的种苗移栽参数（直立度、高度、调向参数和种苗健康程度）对种苗进行分级。启动同步带直线横移运动单元19将同步带直线升降运动单元21移动到移栽种苗的上方，同步带直线升降运动单元21的末端执行器连接板27向下移动，从而带动末端执行器下移，丝杆电机20驱动丝杠旋转，使与之啮合的手爪驱动螺母32下移，带动滑移套筒29向下移动，通过与滑移套筒29销孔连接的四个手爪连接板30带动四个手爪28收拢，抓取种苗，同步带直线升降运动单元21带动末端执行器上移，同步带直线横移运动单元19带动被抓取的种苗横移，按种苗的分级结果分别在另外三条传送带的制穴种苗盆1里放下相应级别的种苗，完成种苗的分级移栽过程。

与此同时，种苗顶升旋转装置的种苗顶升驱动曲柄41顺时针旋转130°，与第一顶杆支撑板391连接的四根顶杆34下降，与第二顶杆支撑板392连接的四根顶杆34上升，将种苗穴盘3同一行上的另外四棵种苗顶起。顶杆34旋转，相机2采集图像，图像处理系统进行图像处理分级，种苗移栽移动装置和种苗移栽末端执行器根据分级结果将种苗放置到相应的种苗盆1内。

当钵盘每一行的八株种苗在完成两次顶升分选后，平带输送转置驱动电机5驱动平带17移动，从而带动种苗穴盘3移动，当种苗穴盘3移动经过相邻两行钵苗底部的空隙后，位置检测传感器25再次检测到下一行钵苗时，平带输送转置驱动电机5停止转动。种苗顶升旋转装置先后两次顶起一行钵苗中的四株种苗，分别采集图像分级后，由种苗移栽移动转置和种苗移栽末端执行器将种苗移动到相应的种苗盆内。如此周而往复，可以完成全部钵苗的分选移栽作业。

Claims (7)

1.一种种苗分选移栽装置，包括底座支架，所述底座支架包括底座支架立柱(6)、底座支架连接梁(8)和底座支架横梁(15)，其特征在于：所述种苗分选移栽装置还包括平带输送装置、种苗顶升旋转装置、种苗移钵装置、末端执行器和图像信息采集装置；

所述种苗顶升旋转装置包括种苗顶升旋转装置支架(36)、种苗顶升旋转装置驱动电机(11)、种苗顶升驱动曲柄(41)、第一种苗顶升驱动连杆(401)、第二种苗顶升驱动连杆(402)、第一顶杆支撑板(391)、第二顶杆支撑板(392)、顶杆(34)、顶杆旋转驱动电机(44)、大齿轮(43)、小齿轮(38)、顶杆支座(37)、顶杆套筒(42)和顶杆驱动销(45)；其中，

种苗顶升旋转装置通过种苗顶升旋转装置支架(36)连接在底座支架横梁(15)上；

种苗顶升驱动曲柄(41)的曲柄轴与种苗顶升旋转装置驱动电机(11)的电机轴相连；种苗顶升驱动曲柄(41)的两端分别连接第一种苗顶升驱动连杆(401)和第二种苗顶升驱动连杆(402)；第一种苗顶升驱动连杆(401)和第一顶杆支撑板(391)通过销轴相互连接，第二种苗顶升驱动连杆(402)和第二顶杆支撑板(392)通过销轴相互连接；

顶杆支座(37)连接在种苗顶升旋转装置支架(36)上，顶杆旋转驱动电机(44)的轴端安装有大齿轮(43)，顶杆套筒(42)安装在顶杆支座(37)的安装孔内；顶杆套筒(42)上安装有和大齿轮(43)啮合的小齿轮(38)；

第一顶杆支撑板(391)和第二顶杆支撑板(392)上分别安装有顶杆(34)；所述顶杆(34)穿过种苗顶升旋转装置支架(36)的导向孔和顶杆旋转驱动装置的顶杆套筒(42)；

顶杆(34)是一个带轴向导向通槽(47)的圆柱形光滑阶梯长轴；顶杆驱动销(45)径向穿过顶杆套筒(42)和顶杆(34)的轴向导向通槽(47)，固定在小齿轮(38)的端面上。

2.如权利要求1所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：所述平带输送装置包括平带输送装置驱动电机(5)、蜗轮蜗杆减速器(4)、平带输送装置支架(16)、驱动滚筒(23)、从动滚筒(24)、种苗盘导向板(22)和平带(17)；其中，

平带输送装置支架(16)与所述底座支架横梁(15)进行连接；驱动滚筒(23)和从动滚筒(24)安装在平带输送装置支架(16)上，驱动滚筒(23)通过驱动轴与安装在平带输送装置支架(16)上的蜗轮蜗杆减速器(4)的蜗轮连接，平带输送装置驱动电机(5)的输出轴与蜗轮蜗杆减速器(4)的蜗杆连接；平带输送装置的平带(17)张紧在平带输送装置的驱动滚筒(23)和从动滚筒(24)上。

3.如权利要求1或2所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：两个顶杆套筒(42)为一组，安装在顶杆支座(37)的一对安装孔内。

4.如权利要求1或2所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：所述种苗顶升旋转装置并排设有四个顶杆支座(37)。

5.如权利要求1或2所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：所述种苗移钵装置包括上立柱(10)、同步带直线横移运动单元(19)、同步带直线升降运动单元(21)，其中，上立柱(10)连接安装在底座支架连接梁(8)上，同步带直线横移运动单元(19)连接在上立柱(10)上，同步带直线升降运动单元(21)通过横移滑座(26)连接在同步带直线横移运动单元(19)的滑块上。

6.如权利要求5所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：所述末端执行器包括末端执行器连接板(27)、末端执行器支撑轴(31)、滑移套筒(29)、手爪连接板(30)、手爪(28)、手爪驱动螺母(32)和丝杆电机(20)，其中，

末端执行器连接板(27)连接在同步带直线升降运动单元(21)的同步带直线升降滑块(33)上；末端执行器支撑轴(31)固定在末端执行器连接板(27)的安装孔内，丝杠电机(20)安装在末端执行器连接板(27)上；手爪驱动螺母(32)固定在滑移套筒(29)上，滑移套筒(29)套在末端执行器支撑轴(31)上；手爪驱动螺母(32)连接在滑移套筒(29)上；四个手爪连接板(30)通过孔销连接在滑移套筒(29)下方圆周均布的四个凸耳的安装孔内；四个手爪(28)通过上端的孔销连接在手爪连接板(30)，四个手爪(28)通过其中部的销孔连接在末端执行器支撑轴(31)下方圆盘上均布槽的销上。

7.如权利要求1或2所述的种苗分选移栽装置，其特征在于：所述图像信息采集装置包括相机(2)、相机支架(7)、光源(12)、背景板(13)、位置检测传感器(25)和控制系统箱(9)；其中，

相机支架(7)、控制系统箱(9)和背景板(13)连接在底座支架连接梁(8)上，相机(2)连接在相机支架(7)上，光源(12)连接在背景板(13)上。