CN104488418B - 一种定向定位播种机 - Google Patents

Abstract

一种定向定位播种机，包括工作台、输送装置、穴盘、压穴机构、定向种穴装置、负压排种装置、喷洒装置、导向杆、位置传感器及控制箱，所述工作台包括机架和工作台面；所述输送装置安装在工作台面上，输送穴盘按流水线的工作流程经过压穴装置、定向种穴装置、负压排种装置、喷洒装置；采用PLC进行整机控制，结合机器视觉技术的定向种穴装置实现种子调向，负压排种装置对调完向的种子进行定向定位播种，喷洒装置对播完种穴孔进行浇水，传感器对工作过程进行精确检测反馈，实现对大粒种子进行45°定向定位播种。该定向定位播种机可以解决人工摆种作业效率低，易疲劳的问题，培育出标准化幼苗，为实现自动嫁接提供有利的条件。

Description

一种定向定位播种机

技术领域

本发明涉及一种定向定位播种机，尤其涉及一种可实现对大粒种子长轴保持45°方向，种子发芽口朝向一致并位于穴孔中心位置的定向定位播种装置，属于精密农业机械技术领域。

背景技术

穴盘育苗精密播种机是工厂化育苗技术的关键设备，国内外对穴盘精密播种机的研究较早，并已实现了对形状规则或丸粒化种子进行精密播种。但是南瓜、瓠瓜等大粒种子尺寸和质量都很大，且不成球形，一般精量播种机无法对其精量播种；另外，种苗生长过程中存在子叶相互遮蔽影响生长的问题，育苗生产中通常采用人工45°定向摆种播种，作业效率低，易疲劳；目前嫁接机大多对要嫁接的幼苗也具有一定的要求，如瓜科全自动嫁接机的成批上苗嫁接作业要求秧苗子叶生长方向的一致性。

南瓜等大粒种子扁平呈卵形，发芽口位于种子长轴方向的尖端部位。目前的大粒种子定向播种装置保证了种子长轴方向基本一致，但种子发芽口的朝向不同，发芽口的位置相对于穴孔中心位置也分布不同，偏差距离较大，发芽口位置决定种子出芽后的幼苗茎秆分布位置，分布不同会造成子叶相互遮蔽影响生长的问题，因此识别种子发芽口位置，对大粒种子进行定向定位播种，实现发芽口的朝向和在穴孔位置的分布一致具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向定位播种机，具体说就是针对像南瓜、瓠瓜等体积和质量比较大，扁平成卵形的种子进行播种，解决大粒种子播种后种子发芽口的朝向不同，发芽口的位置相对于穴孔中心位置也分布不同的问题，为培育子叶朝向一致，减少相互遮蔽的标准化嫁接用苗提供了方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种定向定位播种机，包括工作台、输送装置、穴盘、压穴机构、定向种穴装置、负压排种装置、喷洒装置、导向杆、位置传感器及控制箱，

其特殊之处在于：所述工作台包括机架和工作台面；所述输送装置包括一个长输送带和一个短输送带，两个输送带之间存在一定间隔，可以实现穴盘从长输送带移动到短输送带上，长输送带输送穴盘按流水线的工作流程经过压穴装置、定向种穴装置、负压排种装置，短输送带输送穴盘经过喷洒装置；所述导向杆设置于输送带两侧，其宽度能调整；所述的位置传感器安装在上述装置的固定支架上；所述工作台面一侧下方设有控制箱；

上述压穴装置包括设置于压穴支架上的压穴气缸和压穴夯头基座及压穴夯头；所述压穴气缸内的活塞杆顶端安装一个带有五个螺纹孔的压穴夯头基座，所述压穴夯头基座的螺纹孔里设有呈V型的压穴夯头。

上述定向种穴装置包括种箱支架、种箱、移动式转动圆柱、摄像头、固定挡板、往复气缸和步进电机；所述的种箱通过螺钉安装在种箱支架上，种箱相对的另两侧壁各安装有一个往复气缸，种箱的底板均匀分布有五个通孔；所述的往复气缸为小型双杆气缸，两个往复气缸的活塞杆顶端共同与安置在种箱底部的固定挡板相连接；所述的固定挡板平面上均匀分布着与种箱底板通孔位置相对应，直径相同的五个通孔；所述的移动式转动圆柱，直径与种箱底板上通孔直径相同，圆柱贯穿在种箱底板和固定挡板的通孔内，圆柱上端开有定向种穴，仅可以容纳一粒大粒种子，下端通过卡槽与步进电机轴相连接；所述的步进电机安装在固定挡板上，电机轴可以带动与其连接的移动式转动圆柱在种箱底板和固定挡板的通孔内转动；所述的摄像头共有五个，安装在固定支架上，摄像头的镜头放置在移动式转动圆柱的定向种穴正上方。

上述负压排种装置包括排种支架、竖直气缸、水平气缸、集气管、吸针头以及固定块；所述竖直气缸安置在排种支架一侧，所述水平气缸固定在竖直气缸活塞杆顶端的链接板上，气缸的活塞杆顶端安装有固定块，所述的固定块上有一圆形通孔，所述的集气管形状呈倒T型，集气管的竖直管安装在固定块的通孔内，上端并与空气压缩机的气管相连接，集气管的水平管两端封闭，管道壁上均匀分布着五个接头，安装着五个吸针头；

上述喷洒装置包括水管和喷头，所述的水管为刚性钢管，共两根，以一定间隔安装在播种平台的上方，方向与播种平台长边平行，水管的两端各安装有一个圆形喷头，水管的中部有管口，通过水管与水压泵相连接。

上述控制箱内的控制系统为PLC；所述计算机通过串口和PLC进行通信。

所述输送装置、压穴装置、定向种穴装置、负压排种装置、喷洒装置与控制箱内的控制系统连接；所述摄像头和位置传感器与控制箱内的控制系统外接、内部装有图像处理软件的计算机。

本发明的有益效果是：

本装置采用PLC进行整机控制，利用摄像头进行图像采集，计算机图像处理技术判别种子方向，步进电机转动实现种子调向，负压吸种、正压排种原理实现种子播种，传感器对工作过程进行精确检测反馈，实现对大粒种子进行45°定向定位播种。该定向定位播种机可以解决人工摆种作业效率低，易疲劳的问题，培育出标准化幼苗，有利于幼苗的统一管理，减轻降低劳动成本，为实现自动嫁接、自动供苗、自动移栽提供有利的条件，保证自动化装置的工作效率与成功率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的压穴装置结构示意图。

图3为本发明的定向种穴装置结构示意图。

图4为本发明的负压播种装置机构示意图。

附图标号说明：1-输送装置、2-导向杆、3-压穴装置、4-定向种穴装置、5-负压排种装置、6-水管、7-喷头、8-播种平台、9-穴盘、10-控制箱、11-压穴支架、12-压穴气缸、13-压穴夯头、14-夯头基座、15-排种支架、16-竖直气缸、17-水平气缸、18-固定块、19-集气管、20-吸针、21-摄像头、22-定向种穴、23-移动式转动圆柱、24-种箱、25-步进电机、26-往复气缸、27-固定挡板、28-种箱支架。

具体实施方式

参见图1，一种定向定位播种机，包括播种平台8、输送装置1、穴盘9、压穴装置3、定向种穴装置4、负压排种装置5、喷洒装置、导向杆2、位置传感器及控制箱10，其特殊之处在于：所述播种平台8包括机架和工作台面；所述输送装置1包括一个长输送带和一个短输送带，两个输送带之间存在一定间隔，可以实现穴盘9从长输送带移动到短输送带上，长输送带输送穴盘9按流水线的工作流程经过压穴装置3、定向种穴装置4、负压排种装置5，短输送带输送穴盘9经过喷洒装置；所述的位置传感器安装在上述装置的支架上；所述工作台面一侧下方设有控制箱10；

参见图2，压穴装置3包括设置于压穴支架11上的压穴气缸12和压穴夯头基座14及压穴夯头13；所述压穴气缸12内的活塞杆顶端安装一个带有五个螺纹孔的压穴夯头基座14，所述压穴夯头基座14的螺纹孔里设有呈V型的压穴夯头13。

参见图3，上述定向种穴装置包括种箱支架28、种箱24、移动式转动圆柱23、摄像头21、固定挡板27、往复气缸26和步进电机25；所述的种箱24通过螺钉安装在种箱支架28上，种箱24相对的另两侧壁各安装有一个往复气缸26，种箱24的底板均匀分布有五个通孔；所述的往复气缸26为小型双杆气缸，两个往复气缸26的活塞杆顶端共同与安置在种箱24底部的固定挡板27相连接；所述的固定挡板27平面上均匀分布着与种箱24底板通孔位置与大小相对应的五个通孔；所述的移动式转动圆柱23，直径与种箱24底板上通孔直径相同，圆柱体贯穿在种箱24底板和固定挡板27的通孔内，圆柱体上端开有种子形状的定向种穴22，仅可以容纳一粒大粒种子，下端通过卡槽与步进电机25轴相连接；所述的步进电机25安装在固定挡板27上，电机轴可以带动与其连接的移动式转动圆柱23在种箱24底板和固定挡板27的通孔内转动；所述的摄像头21共有五个，安装在固定支架上，摄像头21的镜头放置在移动式转动圆柱23的定向种穴22正上方。

参见图4，上述负压排种装置5包括排种支架15、竖直气缸16、水平气缸17、集气管19、吸针20以及固定块18；所述竖直气缸16安置在排种支架15一侧，所述水平气缸17固定在竖直气缸16活塞杆顶端的链接板上，气缸的活塞杆顶端安装有固定块18，所述的固定块18上有一圆形通孔，所述的集气管19形状呈倒T型，集气管19的竖直管安装在固定块18的通孔内，上端并与空气压缩机的气管，集气管19的水平管两端封闭，管道上均匀分布着五个接头，安装着五个吸针20；

具体步骤如下：

需要播种的穴盘9通过播种平台8上的输送装置1，在宽度可以根据穴盘9尺寸调节的导向杆2引导下，沿播种平台8移动进入各个工作流程，当压穴装置3压穴支架12上的位置传感器检测到穴盘9的空穴移动到压穴夯头13正下方时，向控制箱10内的控制系统发送信号，控制系统接收到信息后做出反应，首先对输送装置1发出指令使其停止移动，然后发出脉冲信号控制气缸气动电磁阀，使压穴气缸12运动，实现对穴盘9中的每个穴的压穴操作，用以引导大粒种子导向。压完穴的穴盘9向前移动，当安装在定向种穴装置4固定支架上位置传感器检测到穴盘12的空穴时，向控制箱11内的控制系统发送信号，控制系统接收到信息后做出反应。首先对输送装置1发出指令使其停止移动，然后发出脉冲信号控制安装在种箱24上的气缸和负压排种装置5上竖直气缸16与水平气缸17气动电磁阀动作，一方面安装在种箱24上的气缸活塞杆收缩，带动安装在其顶端的固定挡板27往上运动，固定挡板27上安装的五个步进电机25及与步进电机25连接的移动式转动圆柱23往上移动，由于种箱24内放置有大粒种子，在移动式转动圆柱23往上移动的过程中，种子会落入移动式转动圆柱23的定向种穴22内，种穴大小可容纳一粒种子，进入定向种穴22的种子在种穴边缘约束下固定方向，当气缸活塞杆收缩到极限位置时，摄像头21对定向种穴22的种子进行图像采集，利用计算机的图像处理技术对摄像头21采集的种子的图像进行处理，从而得到种子发芽口朝向，计算机将获得的种子发芽口方向信息通过串口通信传到控制系统，控制系统根据发芽口方向信息对步进电机25进行控制，步进电机25转动带动移动式转动圆柱23转动，从而对定向种穴22内的种子进行调向，实现种子的出芽口朝向穴孔45°方向；另一方面负压排种装置5上的竖直气缸16收缩和水平气缸17伸张，使得安装在水平气缸17活塞杆顶端的吸针20移动到了定向种穴装置4的定向种穴22的上面。控制系统在发出控制上述三个气缸脉冲指令之后，将对真空发生器发出指令使其工作，使得集气管19内产生负压，吸针20产生吸力，将定向种穴22内的种子吸附起来。然后，控制系统再次发出脉冲信号控制安装在种箱24上的气缸和负压排种装置5上竖直气缸16与水平气缸17气动电磁阀动作，安装在种箱24上的气缸伸张，使得安装在其活塞杆顶端的固定挡板27向下移动，并带动步进电机25和移动式转动圆柱23向下移动回复到原先位置；竖直气缸16伸张和水平气缸17收缩，使得吸针20吸附种子移动到穴盘9穴孔的上部。控制系统再一次对真空发生器发出指令，真空发生器动作，集气管18充气，吸针20产生吹气，将种子排入穴孔内，实现对种子45°定向定位播种。

播完种的穴盘9向前移动，当喷洒装置上的位置传感器检测到穴盘移动到喷头7下面时，喷洒装置开始开始喷水，当检测到穴盘移开喷头7下面时，喷头7停止喷水，实现对播种完的穴盘进行浇水。

本装置采用PLC进行整机控制，利用摄像头进行图像采集，计算机图像处理技术判别种子方向，步进电机转动实现种子调向，负压吸种、正压排种原理实现种子播种，传感器对工作过程进行精确检测反馈，实现对大粒种子进行45°定向定位播种。该大粒种子定向定位播种机可以解决人工摆种作业效率低，易疲劳的问题，培育出标准化幼苗，为实现自动嫁接、自动供苗、自动移栽提供有利的条件，保证自动化装置的工作效率与成功率。

Claims (4)

1.一种定向定位播种机，包括工作台、输送装置、穴盘、压穴机构、定向种穴装置、负压排种装置、喷洒装置、导向杆、位置传感器及控制箱，其特征在于：所述工作台包括机架和工作台面；所述输送装置包括一个长输送带和一个短输送带，两个输送带之间存在一定间隔，可以实现穴盘从长输送带移动到短输送带上，长输送带输送穴盘按流水线的工作流程经过压穴装置、定向种穴装置、负压排种装置，短输送带输送穴盘经过喷洒装置；所述导向杆设置于输送带两侧，其宽度能调整；所述的位置传感器安装在上述装置的固定支架上；所述工作台面一侧下方设有控制箱；

所述的压穴装置包括设置于压穴支架上的压穴气缸和压穴夯头基座及压穴夯头；所述压穴气缸内的活塞杆顶端安装一个带有五个螺纹孔的压穴夯头基座，所述压穴夯头基座的螺纹孔里设有呈V型的压穴夯头；

所述的定向种穴装置包括种箱支架、种箱、移动式转动圆柱、摄像头、固定挡板、往复气缸和步进电机；所述的种箱通过螺钉安装在种箱支架上，种箱相对的另两侧壁各安装有一个往复气缸，种箱的底板均匀分布有五个通孔；所述的往复气缸为小型双杆气缸，两个往复气缸的活塞杆顶端共同与安置在种箱底部的固定挡板相连接；所述的固定挡板平面上均匀分布着与种箱底板通孔位置相对应，直径相同的五个通孔；所述的移动式转动圆柱，直径与种箱底板上通孔直径相同，圆柱贯穿在种箱底板和固定挡板的通孔内，圆柱上端开有定向种穴，仅可以容纳一粒大粒种子，下端通过卡槽与步进电机轴相连接；所述的步进电机安装在固定挡板上，电机轴可以带动与其连接的移动式转动圆柱在种箱底板和固定挡板的通孔内转动；所述的摄像头共有五个，安装在固定支架上，摄像头的镜头放置在移动式转动圆柱的定向种穴正上方。

2.根据权利要求1所述的一种定向定位播种机，其特征在于所述负压排种装置包括排种支架、竖直气缸、水平气缸、集气管、吸针头以及固定块；所述竖直气缸安置在排种支架一侧，所述水平气缸固定在竖直气缸活塞杆顶端的链接板上，气缸的活塞杆顶端安装有固定块，所述的固定块上有一圆形通孔，所述的集气管形状呈倒T型，集气管的竖直管安装在固定块的通孔内，上端并与空气压缩机的气管相连接，集气管的水平管两端封闭，管道壁上均匀分布着五个接头，安装着五个吸针头。

3.根据权利要求1所述的一种定向定位播种机，其特征在于所述喷洒装置包括水管和喷头，所述的水管为刚性钢管，共两根，以一定间隔安装在播种平台的上方，方向与播种平台长边平行，水管的两端各安装有一个圆形喷头，水管的中部有管口，通过水管与水压泵相连接。

4.根据权利要求1~3所述任一种定向定位播种机，其特征在于：所述控制箱内的控制系统为PLC；计算机通过串口和PLC进行通信。