CN104604403B - 自动补苗机械作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动补苗机械作业装置，该装置由机架、行走模块、机械臂模块、移栽机械爪、控制箱、工业相机和计算机组成。该装置安放在作业苗床的轨道上，行走模块安装在机架底部，用于驱动装置在轨道上运动。工业相机能自动拍摄苗盘，计算机处理拍摄的图片，获得作业苗盘上的缺苗位置。移栽机械爪安装在机械臂模块上，机械臂模块根据指令带动移栽机械爪到达需要工作的位置。机械臂模块和移栽机械爪相互配合，将健康苗从备用苗盘移栽到作业苗盘的缺苗位置，完成自动补苗作业。本发明装置避免了传统的补苗设备需要人工将作业苗盘搬运到补苗设备上经行补苗的不便，减少了搬运量，解放了工人的双手。

Description

自动补苗机械作业装置

技术领域

本发明属于农业机械领域，涉及一种自动补苗机械作业装置，主要用于去除作业苗盘上发育不良的苗，并从备用苗盘上移栽健康苗填充作业苗盘上的空穴，完成自动补苗。

背景技术

随着科学技术的发展，农业生产中苗盘育苗技术的应用也越来越普及。在苗盘育苗过程中，由于存在漏播、种子缺陷等因素，会出现部分穴中的苗发育不良或者未出苗的情况。这些不良的穴位对下一步的自动化苗盘移栽造成了很大的影响。所以清理苗盘上的不良苗，补充上发育良好的苗非常必要。

现阶段主要通过人工的方式完成补苗。工人需要先通过肉眼观察确定工作苗盘上发育不良的苗和漏播的苗，并将这些穴位中的苗和残留的基质清理掉，然后从备用苗盘中取出健康苗连同根系附着的基质一同移栽到之前的空穴中。工人补苗多在高温、高湿的环境中，劳动强度大、工作环境恶劣、补苗的效率低下。国内也设计了一些苗盘补苗机，如浙江理工大学设计的基于机器视觉的钵盘自动补苗装置(申请号201310437832.5)，能通过机器视觉自动识别苗盘中的缺苗情况，并精确地自动补苗。存在的问题是需要人工将苗床上的苗盘搬运到传送带上，完成补苗后，又需要再次搬运回苗床，来回搬运苗盘，增加了劳动量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自动补苗机械作业装置，该装置可安放在苗床上，自动拍摄工作苗盘，分析作业苗盘上的缺苗位置，清除发育不良的苗和附带残留的基质，并从备用苗盘上移栽健康苗到作业苗盘的缺苗位置，完成补苗作业。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自动补苗机械作业装置，该装置包括机架、两个行走模块、机械臂模块、移栽机械爪、工业相机、控制箱和计算机；所述机架为三层框架结构；所述每个行走模块均包括万向轮、减速步进电机、联轴器、驱动轮、传动轴和电机安装支架，所述万向轮安装在机架前方底部；所示电机安装支架安装在机架后方底部，其两侧各开有一圆孔；减速步进电机安装在电机安装支架的侧面，其输出轴穿过电机安装支架的圆孔与传动轴通过联轴器连接，轴承通过过盈配合安装在电机安装支架的另一侧圆孔中，传动轴穿过轴承内孔与驱动轮固定连接。

所述机械臂模块包括矩形框架、第一同步带导轨、第二同步带导轨、第三同步带导轨、滑块、圆柱导轨和导轨支座；所述第一同步带导轨、第二同步带导轨和第三同步带导轨的结构相同，均包括滑台、导轨主体、同步带、第一同步带轮支座、第二同步带轮支座和步进电机；所述滑台安装在导轨主体上，可沿着导轨方向滑动；第一同步带轮支座和第二同步带轮支座分别安装在导轨主体的两端；第一同步带轮支座和第二同步带轮支座内部均安装可转动的同步带轮；步进电机固定在第二同步带轮支座上，步进电机的主轴与第二同步带轮支座内的同步带轮固定连接；同步带绕过两个同步带轮，其两端分别固定在滑台的两侧。

所述第一同步带导轨通过连接件安装在机架顶端，与机架顶层的梁平行；所述第二同步带导轨通过连接件与第一同步带导轨的滑台固定连接；第二同步带导轨与第一同步带导轨相互垂直；所述第二同步带导轨通过连接条固定在矩形框架上；第三同步带导轨通过连接件固定在第二同步带导轨的滑台上，第三同步带导轨与地面呈垂直关系；在机架中间层的两个相对的横梁上分别固定两个导轨支座，圆柱导轨穿过两个导轨支座的圆孔与导轨支座固定连接；每条圆柱导轨上分别安装两个滑块，矩形框架的四个角分别与四个滑块固定连接；所述移栽机械爪通过连接板固定在第三同步带导轨的滑台上。

所述工业相机固定在矩形框架一侧边的中间位置；所述控制箱固定在机架的侧面，所述工业相机和控制箱均与计算机连接；所述机架的第三层设有一下凹的备用苗盘槽，用于放置备用苗盘。

进一步地，所述控制箱内含PLC控制器和步进电机驱动器。

本发明的有益效果是：本发明装置的行走模块，可以直接安放在苗床两侧的导轨上，驱动装置沿着导轨运动，避免了传统的需要人工将作业苗盘搬运到补苗设备上经行补苗的不便，减少了搬运量。本发明装置机架采用框架结构，结构简单、重量轻、成本小，机械臂模块部分主要有三条同步带导轨组成，三条导轨分布为直角坐标形式，运动精确，控制容易。同时，设备能自动拍摄分析缺苗情况并控制机械臂模块和移栽机械爪相互配合完成补苗，自动化程度高，解放了工人的双手。

附图说明

图1是自动补苗机械作业装置的轴测图；

图2是该装置的正视图；

图3是该装置的步进电机导轨一轴测图；

图4是该装置的行走模块的部分机构的轴测图；

图5是该装置移栽机械爪抓取幼苗的示意图；

图中，减速步进电机1、电机安装支架2、联轴器3、驱动轮4、控制箱5、工业相机6、连接条7、矩形框架8、滑块9、圆柱导轨10、导轨支座11、第二同步带导轨12、第三同步带导轨13、备用苗盘槽14、机架15、万向轮16、移栽机械爪17、第一同步带导轨18、连接板20、传动轴21、轴承22、第二同步带轮支座23、同步带24、第一同步带轮支座25、导轨主体26、滑台27、步进电机28、作业苗盘29、备用苗盘30。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明一种自动补苗机械作业装置，该装置包括机架15、行走模块、机械臂模块、移栽机械爪17、工业相机6、控制箱5和计算机；所述机架15为框架结构，分三层。

如图1、图4所示，所述行走模块用于驱动装置整体运动，它包括两个万向轮16、减速步进电机1、联轴器3、驱动轮4、传动轴21、电机安装支架2和轴承22，所述两个万向轮16分别通过螺栓安装在机架15前方底部；所示电机安装支架2通过螺栓安装在机架15后方底部，其两侧各开有一圆孔；减速步进电机1通过螺丝安装在电机安装支架2的侧面，减速步进电机1的输出轴穿过电机安装支架2的圆孔与传动轴21通过联轴器3连接，轴承22通过过盈配合安装在电机安装支架2的另一侧圆孔中，传动轴21穿过轴承22内孔与驱动轮4固定连接；减速步进电机1转动可以带动驱动轮4转动。

如图1-3所示，所述机械臂模块用于带动与之相连的移栽机械爪17移动，它包括矩形框架8、第一同步带导轨18、第二同步带导轨12、第三同步带导轨13、滑块9、圆柱导轨10和导轨支座11；所述第一同步带导轨18、第二同步带导轨12和第三同步带导轨13的结构相同，均包括滑台27、导轨主体26、同步带24、第一同步带轮支座25、第二同步带轮支座23和步进电机28；所述滑台27安装在导轨主体26上，可以沿着导轨方向滑动；第一同步带轮支座25和第二同步带轮支座23分别安装在导轨主体26的两端；第一同步带轮支座25和第二同步带轮支座23内部均安装可转动的同步带轮；步进电机28通过螺丝固定在第二同步带轮支座23上，步进电机28的主轴与第二同步带轮支座23内的同步带轮固定连接，步进电机28可带动同步带轮转动；同步带24绕过两个同步带轮，其两端分别固定在滑台27的两侧；同步带24处于张紧状态，可拉动滑台27运动。

所述第一同步带导轨18通过连接件安装在机架15顶端，与机架15顶层的梁平行；所述第二同步带导轨12通过连接件与第一同步带导轨18的滑台27固定连接；第二同步带导轨12与第一同步带导轨18相互垂直；所述第二同步带导轨12通过连接条7固定在矩形框架8上；第三同步带导轨13通过连接件固定在第二同步带导轨12的滑台27上，第三同步带导轨13与地面呈垂直关系；在机架15中间层的两个相对的横梁上分别固定两个导轨支座11，圆柱导轨10穿过两个导轨支座11的圆孔与导轨支座11固定连接，两条圆柱导轨10和第一同步带导轨18平行；每条圆柱导轨10上分别安装两个滑块9，矩形框架8的四个角分别与四个滑块9固定连接；矩形框架8与地面呈水平关系；所述移栽机械爪17通过连接板20固定在第三同步带导轨13的滑台27上。

所述工业相机6固定在矩形框架8一侧边的中间位置；所述控制箱5固定在机架15的侧面，所述工业相机6和控制箱5均与计算机连接；所述机架15的第三层设有一下凹的备用苗盘槽14，用于放置备用苗盘30。

本发明的工作过程如下：

在苗床两侧安装两条带凹槽的导轨，将该装置的驱动轮4和万向轮16嵌入导轨上，该装置可沿着轨道方向运行。

如图1所示，苗床上的作业苗盘29处于该装置的下方空位处，该装置在苗床上沿轨道运动时可自由对应需要作业的苗盘。备用苗盘30安放在备用苗盘槽14内，随该装置一起移动。

该装置上电启动后，机械臂模块运动，三条同步带导轨分别归零运动，直到触碰各自导轨上的行程开关，完成第一步机械臂归零。然后，补苗装置整体沿着轨道运动到第一个作业苗盘29上方。第一同步带导轨18运动，带动矩形框架8沿着圆柱导轨10运动，安装在矩形框架8上的工业相机6的位置调整并对正作业苗盘29。工业相机6调整到需要的位置后，计算机触发工业相机6对作业苗盘29拍照，并把图像传输到计算机。

将采集的图像通过灰度化处理、灰度阈值分割、噪声去除等手段进行幼苗提取，然后通过苗盘框架提取、空穴边长及位置确定、缺苗判断等手段进行缺苗检测。通过图像处理得到缺苗位置的坐标信息，并将缺苗坐标数据传送到控制箱5。控制箱5根据坐标指令驱动三根同步带导轨运动，使得移栽机械爪17在前后、左右、上下三个方向上运动，并到达指定位置。如图5所示，移栽机械爪17作业苗盘29上空运动，调整位置后，当到达缺苗位置正上空，移栽机械爪17打开，并向下运动，插入缺苗位置的残留的基质中，移栽机械爪17并拢然后提起，移开到苗盘外，将残留基质抛弃。如果该位置是发育不良的苗，同样通过上述步骤，将发育不良的苗和附着的基质一并去除。完成清除工作后，机械臂模块带动移栽机械爪17移动到备用苗盘30上空，备用苗盘30事先安放在备用苗盘槽14内。移栽机械爪17从备用苗盘30里抓取一个健康苗，在抓取时候，移栽机械爪17前端插入健康苗所在的基质中，夹住基质，将基质连同健康苗一起取出，并移动到作业苗盘29上的缺苗位置，将健康苗连同基质一起在缺苗位置释放，完成一个补苗过程。同理，完成作业苗盘29上其他缺苗的补苗工作。该作业苗盘29上全部的补苗工作结束后，行走模块驱动补苗装置沿着苗床的轨道向前行走一个苗盘的距离，到达新的位置，开始新的补苗流程。

Claims (2)

1.一种自动补苗机械作业装置，其特征在于，该装置包括机架(15)、两个行走模块、机械臂模块、移栽机械爪(17)、工业相机(6)、控制箱(5)和计算机；所述机架(15)为三层框架结构；

所述每个行走模块均包括万向轮(16)、减速步进电机(1)、联轴器(3)、驱动轮(4)、传动轴(21)和电机安装支架(2)，所述万向轮(16)安装在机架(15)前方底部；所述电机安装支架(2)安装在机架(15)后方底部，其两侧各开有一圆孔；减速步进电机(1)安装在电机安装支架(2)的侧面，其输出轴穿过电机安装支架(2)的圆孔与传动轴(21)通过联轴器(3)连接，轴承(22)通过过盈配合安装在电机安装支架(2)的另一侧圆孔中，传动轴(21)穿过轴承(22)内孔与驱动轮(4)固定连接；

所述机械臂模块包括矩形框架(8)、第一同步带导轨(18)、第二同步带导轨(12)、第三同步带导轨(13)、滑块(9)、圆柱导轨(10)和导轨支座(11)；所述第一同步带导轨(18)、第二同步带导轨(12)和第三同步带导轨(13)的结构相同，均包括滑台(27)、导轨主体(26)、同步带(24)、第一同步带轮支座(25)、第二同步带轮支座(23)和步进电机(28)；所述滑台(27)安装在导轨主体(26)上，可沿着导轨方向滑动；第一同步带轮支座(25)和第二同步带轮支座(23)分别安装在导轨主体(26)的两端；第一同步带轮支座(25)和第二同步带轮支座(23)内部均安装可转动的同步带轮；步进电机(28)固定在第二同步带轮支座(23)上，步进电机(28)的主轴与第二同步带轮支座(23)内的同步带轮固定连接；同步带(24)绕过两个同步带轮，其两端分别固定在滑台(27)的两侧；

所述第一同步带导轨(18)通过连接件安装在机架(15)顶端，与机架(15)顶层的梁平行；所述第二同步带导轨(12)通过连接件与第一同步带导轨(18)的滑台(27)固定连接；第二同步带导轨(12)与第一同步带导轨(18)相互垂直；所述第二同步带导轨(12)通过连接条(7)固定在矩形框架(8)上；第三同步带导轨(13)通过连接件固定在第二同步带导轨(12)的滑台(27)上，第三同步带导轨(13)与地面呈垂直关系；在机架(15)中间层的两个相对的横梁上分别固定两个导轨支座(11)，圆柱导轨(10)穿过两个导轨支座(11)的圆孔与导轨支座(11)固定连接；每条圆柱导轨(10)上分别安装两个滑块(9)，矩形框架(8)的四个角分别与四个滑块(9)固定连接；所述移栽机械爪(17)通过连接板(20)固定在第三同步带导轨(13)的滑台(27)上；

所述工业相机(6)固定在矩形框架(8)一侧边的中间位置；所述控制箱(5)固定在机架(15)的侧面，所述工业相机(6)和控制箱(5)均与计算机连接；所述机架(15)的第三层设有一下凹的备用苗盘槽(14)，用于放置备用苗盘(30)。

2.根据权利要求1所述的一种自动补苗机械作业装置，其特征在于，所述控制箱(5)内含PLC控制器和步进电机驱动器。