CN105537777B - 一种双层转盘式育种激光自动切片取样机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种作物育种激光自动切片取样机结构装置，目的在于提供一种新型的作物育种激光自动切片取样机。农作物育种切割，因其籽粒形态和外形尺寸差异度大，目前采用一般方法难以实现自动化切割取样，多采用人工切除法，效率低，准确率差。本发明提供一种双层转盘式育种激光自动切片取样机设备，包括自动上料机构、单籽粒分离机构、籽粒定向机构、籽粒切割定位机构、自动切割机构、样品分离机构和样品标记与储存机构。采用机器视觉识别辅助双层转盘定位机构，应用激光对玉米等作物种子进行自动化切片取样，一定程度上可以克服作物种子因形态等差异大而不能实现自动切片取样问题，为作物育种切片取样提供一种自动化设备。

Description

一种双层转盘式育种激光自动切片取样机

技术领域

本发明涉及农业装备技术领域，尤其涉及一种农作物育种自动化取样设备。

背景技术

农作物分子标记育种技术作为一种战略性新型先进育种技术，已引起世界各国的高度重视。国家的粮食安全、食品安全、环境安全、生态安全、农产品市场竞争力等都离不开先进育种技术。高通量、快速、精确化、通用型的种子样品切割技术和设备是开展分子标记育种技术研究和应用的基础和关键。目前农作物育种切割，特别是玉米等作物种子因其籽粒形态和外形尺寸差异度大，采用一般方法难以实现自动化切割取样，多采用人工切除法，效率低，准确率差，落后的切割方法阻碍了先进育种技术在国内的推广和应用。

以玉米为例，作物育种切片取样的一般工艺流程为：单粒分离→定向→定位→切削→样本分离→标记对应储存。玉米等作物种子因不同品种或即使同一品种，其籽粒形态和外形尺寸差异度大，采用一般的机械式方法难以实现单粒种子的分离和切片所需的精确定向及定位。孟山都技术有限公司的专利CN200780015878.0提出一种利用刀片切削的方法，但刀片切削需要及时清洗刀具，而且易于造成籽粒间的交叉污染。先锋国际良种公司的专利US201101a7570提出的方法采用激光切削，很好的解决了交叉污染问题，但需要在玉米脱粒前增加涂刷磁粉环节，不仅引入了不必要的磁粉、胶等中间物质，也不适宜于通常已脱粒的玉米。

发明内容

为达到玉米等农作物育种样品自动化切割的目的，本发明提供一种双层转盘式育种激光自动切片取样机。采用机器视觉识别辅助双层转盘定位机构，应用激光对玉米等作物种子进行自动化切片取样，以克服因籽粒形态、外形尺寸等差异大而不能自动切片取样的问题，为玉米等作物育种切片取样提供一种自动化设备。

本发明采用的技术方案是：

一种双层转盘式育种激光自动切片取样机，包括机架、料桶、单籽粒分离机构、籽粒定向机构、籽粒切割定位机构、激光切割机构、样品分离机构和样品标记与储存机构，其特征在于：

机架的支架横梁上装设有导轨。料桶设置在机架一侧的下方。

单籽粒分离机构，包括机器人和安装在机器人下端的真空吸盘。机器人竖直设置，机器人通过导轨副与机架上的导轨匹配组合，机器人能沿机架的支架横梁上的导轨作水平方向和竖直方向自由运动。

取料机器人由初始零点沿X方向移动至料桶上方，并沿Z方向向下移动，带动安装于取料机器人末端的真空吸盘插入料桶中的作物籽粒堆，真空系统动作，吸取一粒作物籽粒，由于真空吸盘的合理选择并配合恰当的吸取力，真空吸盘每次保证能够且只能够吸取一粒作物籽粒。

籽粒切割定位机构，包括双层转盘和相机。相机装设在相机支架上，相机支架装设在支架横梁上，能沿装设在支架横梁上的相机用导轨移动。双层转盘由双层转盘动盘和双层转盘定盘组成，双层转盘动盘位于双层转盘定盘的上端面上。双层转盘动盘上沿圆周方向等距离开设有四个切割槽，每一个切割槽内部，右侧壁为反向切割定位面，左侧壁为正向切割定位面。双层转盘定盘上开设有第一被取样种子收集孔、第二被取样种子收集孔、第一样品 孔和第二样品收集孔。双层转盘动盘转轴装设在底座上。

所述籽粒定向机构，包括进料漏斗和双层转盘动盘上开设的四个切割槽，进料漏斗安装在籽粒上料工位，对应于一个切割槽。

取料机器人在料桶中吸取一粒作物籽粒之后，将带动吸取的籽粒沿Z方向向上移动到一确定高度，随之沿带导轨的支架横梁水平X方向移动至进料漏斗上方，Z方向移动至恰当的高度，安装于取料机器人末端的真空吸盘动作，释放所吸取的一粒作物籽粒，籽粒随之坠落入进料漏斗。进料漏斗出口刚好位于切割槽的正上方，进料漏斗的入口大出口小，入口呈圆形，出口呈椭圆形，入口和出口的尺寸及形状根据对作物籽粒样本外形尺寸的大量统计数据合理设计，保证作物籽粒从进料漏斗出口出来进入切割槽时的姿态为尖端朝前或朝后两种姿态。切割槽的尺寸及形状设计根据对作物籽粒样本外形尺寸的大量统计数据合理设计，只能配合进料漏斗16容纳尖端朝前或朝后两种姿态的作物籽粒。籽粒释放完毕，取料机器人1分别沿X和Z方向回位到初始零位，等待下一轮抓料循环。

所述籽粒切割定位机构包括双层转盘、相机和位于同一个切割槽内部的正反2个切割定位面和，当作物籽粒从进料漏斗出口出来进入切割槽后，相机拍照，根据图像处理算法确定籽粒姿态是尖端朝前还是朝后，根据机器视觉识别判断的结果，确定双层转盘动盘转动的方向（顺时针或逆时针旋转），比如机器视觉判定籽粒尖端朝前，则控制动盘顺时针旋转，切割槽的定位面推动被取样种子顺时针旋转至激光切割与样片分离工位。

所述激光切割机构，包括激光切割头和一套激光切割系统，激光切割头固定在激光切割头支架上。当检测到达激光切割与样片分离工位后，激光切割系统出光，将作物被取样种子由定位面切下1mm-2mm，由于切割槽的正、反定位面，保证切取的样品质量和尺寸的一致性。激光切割支架装设在机架的支架横梁上。激光切割系统包括激光器、激光传输机构，为已知技术。

所述籽粒分离机构包括适用于正反切割的二个取样接料漏斗和二个大端接料漏斗，二个取样接料漏斗分别通过管路与第一取样料盘对应连接。二个大端接料漏斗，分别通过管路与大端盘对应的穴井连接。激光切割取样后，动盘切割槽与取样接料漏斗刚好对正，借助于负压，使样片通过样品收集孔或先后经取样接料漏斗、取样输送支管路、取样接料主漏斗、取样输送主管路进入第一取样料盘中的指定样品穴中。样片通过样品收集孔的尺寸设计大样片尺寸，小于被取样种子尺寸，保证样片易于通过而被取样种子不能通过，通过负压系统的合理设计，利用样片和母体的尺寸差异和所需负压输送力差异，确保样片与母体可靠分离。随后动盘继续旋转至被取样种子分离工位，动盘切割槽与大端接料漏斗刚好对正，借助于负压，使被取样种子通过被取样种子收集孔，先后经被取样种子接料漏斗、被取样种子输送支管路9、被取样种子接料主漏斗、被取样种子输送主管路进入被取样种子料盘中的指定的穴井101a中。所述样品标记与储存机构包括第一取样料盘8、大端料盘各1套及控制料盘平面移动的套二维滑台和套料盘自动堆栈式上料机构，第一取样料盘8和大端料盘均为12行8列阵列式穴井式料盘，分别由1套二维滑台带动能够进行XY二维移动，使相对应的穴井81a和101a同时移动到取样输送主管路出口和被取样种子输送主管路出口的下方，分别使样片和被取样种子滑入对应的穴井81a和101a内，从而保证样片和母体的一一对应。第一取样料盘和大端料盘均有相对应的编号，分别由自动码垛装置完成码盘工作。

本发明具有结构简单、能保证切取的样品质量和尺寸的一致性，易于使用等特点，完成籽粒单粒分离，标记，对应储存全自动化作业，一定程度上克服因籽粒形态和外形尺寸差异而造成的不能自动切片取样问题，为玉米等作物育种切片取样提供一种自动化设备。

附图说明

图1是本发明的一种实施例结构示意图。

图2是图1旋转180度视图。

图3是双层转盘动盘结构示意图。

图4是双层转盘定盘结构示意图。

图5是取样料盘结构示意图。

图6是大端料盘结构示意图。

具体实施方式

一种双层转盘式育种激光自动切片取样机，包括机架5、料桶14、单籽粒分离机构、籽粒定向机构、籽粒切割定位机构、激光切割机构、样品分离机构和样品标记与储存机构，其特征在于：

机架5的支架横梁4上装设有导轨。料桶14设置在机架5一侧的下方。

单籽粒分离机构，包括机器人1和安装在机器人1下端的真空吸盘15。机器人1竖直设置，机器人1通过导轨副与机架1上的导轨匹配组合，机器人1能沿机架5的支架横梁4上的导轨作水平方向和竖直方向自由运动。

取料机器人1由初始零点沿X方向移动至料桶14上方，并沿Z方向向下移动，带动安装于取料机器人1末端的真空吸盘15插入料桶14中的作物籽粒堆，真空系统动作，吸取一粒作物籽粒，由于真空吸盘15的合理选择并配合恰当的吸取力，真空吸盘15每次保证能够且只能够吸取一粒作物籽粒。

籽粒切割定位机构，包括双层转盘和相机3。相机3装设在相机支架2上，相机支架2装设在支架横梁4上，能沿装设在支架横梁上的相机用导轨移动。双层转盘由双层转盘动盘6和双层转盘定盘26组成，双层转盘动盘6位于双层转盘定盘26的上端面上。双层转盘动盘6上沿圆周方向等距离开设有四个切割槽27，每一个切割槽27内部，右侧壁为反向切割定位面28，左侧壁为正向切割定位面29。双层转盘定盘26上开设有第一被取样种子收集孔32、第二被取样种子收集孔33、第一样品 孔30和第二样品收集孔31。双层转盘动盘6转轴25装设在底座24上。

所述籽粒定向机构，包括进料漏斗16和双层转盘动盘6上开设的四个切割槽27，进料漏斗16安装在籽粒上料工位，对应于一个切割槽27。

取料机器人1在料桶14中吸取一粒作物籽粒之后，将带动吸取的籽粒沿Z方向向上移动到一确定高度，随之沿带导轨的支架横梁4水平X方向移动至进料漏斗16上方，Z方向移动至恰当的高度，安装于取料机器人1末端的真空吸盘15动作，释放所吸取的一粒作物籽粒，籽粒随之坠落入进料漏斗16。进料漏斗16出口刚好位于切割槽27的正上方，进料漏斗16的入口大出口小，入口呈圆形，出口呈椭圆形，入口和出口的尺寸及形状根据对作物籽粒样本外形尺寸的大量统计数据合理设计，保证作物籽粒从进料漏斗16出口出来进入切割槽27时的姿态为尖端朝前或朝后两种姿态。切割槽27的尺寸及形状设计根据对作物籽粒样本外形尺寸的大量统计数据合理设计，只能配合进料漏斗16容纳尖端朝前或朝后两种姿态的作物籽粒。籽粒释放完毕，取料机器人1分别沿X和Z方向回位到初始零位，等待下一轮抓料循环。

所述籽粒切割定位机构包括双层转盘、相机3和位于同一个切割槽27内部的正反两个切割定位面28和29，当作物籽粒从进料漏斗16出口出来进入切割槽27后，相机3拍照，根据图像处理算法确定籽粒姿态是尖端朝前还是朝后，根据机器视觉识别判断的结果，确定双层转盘动盘6转动的方向（顺时针或逆时针旋转），比如机器视觉判定籽粒尖端朝前，则控制动盘6顺时针旋转，切割槽27的定位面推动被取样种子顺时针旋转至激光切割与样片分离工位。

所述激光切割机构，包括激光切割头17和一套激光切割系统，激光切割头17固定在激光切割头支架18上。当检测到达激光切割与样片分离工位后，激光切割系统出光，将作物被取样种子由定位面切下1mm-2mm，由于切割槽27的正、反定位面28或29，保证切取的样品质量和尺寸的一致性。激光切割支架18装设在机架的支架横梁4上。激光切割系统包括激光器、激光传输机构，为已知技术。

所述籽粒分离机构包括适用于正反切割的二个取样接料漏斗19和二个大端接料漏斗7，二个取样接料漏斗19分别通过管路20、23、22与第一取样料盘8对应连接。二个大端接料漏斗7，分别通过管路9、13、11与大端料盘10对应的穴井连接。激光切割取样后，动盘切割槽与取样接料漏斗刚好对正，借助于负压，使样片通过第一样品收集孔30或第二样品收集孔31，先后经取样接料漏斗19、取样输送支管路20、取样接料主漏斗21、取样输送主管路22进入第一取样料盘8中的指定样品穴中。样片通过第一样品收集孔30或第二样品收集孔31的尺寸设计大样片尺寸，小于被取样种子尺寸，保证样片易于通过而被取样种子不能通过，通过负压系统的合理设计，利用样片和母体的尺寸差异和所需负压输送力差异，确保样片与母体可靠分离。随后动盘6继续旋转至被取样种子分离工位，动盘切割槽27与大端接料漏斗7刚好对正，借助于负压，使被取样种子通过第一被取样种子收集孔32或第二被取样种子收集孔33，先后经被取样种子接料漏斗7、被取样种子输送支管路9、被取样种子接料主漏斗12、被取样种子输送主管路11进入被取样种子料盘中的指定的穴井101a中。所述样品标记与储存机构包括第一取样料盘8、大端料盘10各1套及控制料盘平面移动的2套二维滑台和2套料盘自动堆栈式上料机构，第一取样料盘8和大端料盘10均为12行8列阵列式穴井式料盘，分别由1套二维滑台带动能够进行XY二维移动，使相对应的穴井81a和101a同时移动到取样输送主管路11出口和被取样种子输送主管路22出口的下方，分别使样片和被取样种子滑入对应的穴井81a和101a内，从而保证样片和母体的一一对应。第一取样料盘8和大端料盘10均有相对应的编号，分别由自动码垛装置完成码盘工作。

Claims (3)

1.一种双层转盘式育种激光自动切片取样机，包括机架（5）、料桶（14）、单籽粒分离机构、籽粒定向机构、籽粒切割定位机构、激光切割机构、样品分离机构和样品标记与储存机构；

单籽粒分离机构，包括机器人（1）和安装在机器人（1）下端的真空吸盘（15），机器人（1）竖直设置，机器人（1）通过导轨副与机架（5）上的导轨匹配组合，机器人（1）能沿机架（5）的支架横梁（4）上的导轨作水平方向和竖直方向自由运动，其特征在于：

所述籽粒切割定位机构，包括双层转盘和相机（3），相机（3）装设在相机支架（2）上，相机支架（2）装设在支架横梁（4）上，能沿装设在支架横梁上的相机用导轨移动；双层转盘由双层转盘动盘（6）和双层转盘定盘（26）组成，双层转盘动盘（6）位于双层转盘定盘（26）的上端面上；双层转盘动盘（6）上沿圆周方向等距离开设有四个切割槽（27），每一个切割槽（27）内部，右侧壁为反向切割定位面（28），左侧壁为正向切割定位面（29）；双层转盘定盘（26）上开设有第一被取样种子收集孔（32）、第二被取样种子收集孔（33）、第一样品收集孔（30）和第二样品收集孔（31）；双层转盘动盘（6）转轴（25）装设在底座（24）上；

所述籽粒定向机构，包括进料漏斗（16）和双层转盘动盘（6）上开设的四个切割槽（27），进料漏斗（16）安装在籽粒上料工位，对应于一个切割槽（27）；

所述籽粒切割定位机构包括双层转盘、相机（3）和位于同一个切割槽（27）内部的反向切割定位面（28）和正向切割定位面（29）；所述激光切割机构，包括激光切割头（17），激光切割头（17）固定在激光切割头支架（18）上，激光切割头支架（18）装设在机架的支架横梁（4）上，激光支架（18）能沿支撑横梁上的导轨作X方向和Y方向移动；

所述样品分离机构包括适用于正反切割的二个取样接料漏斗（19）和二个大端接料漏斗（7），二个取样接料漏斗（19）分别通过管路与第一取样料盘（8）对应连接；二个大端接料漏斗（7），分别通过管路与大端料盘（10）对应的穴井连接。

2.根据权利要求1所述的一种双层转盘式育种激光自动切片取样机，其特征在于：

真空吸盘（15）每次只能够吸取一粒作物籽粒。

3.根据权利要求1或2所述的一种双层转盘式育种激光自动切片取样机，其特征在于：

所述双层转盘，能够根据对相机（3）拍照的图像，确定籽粒姿态是尖端朝前还是朝后，根据机器视觉识别判断的结果，确定双层转盘动盘（6）顺时针转动还是逆时针转动。