CN109258022A - 一种断秧监测及消除装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种断秧监测及消除装置及控制方法，由传送组件、图像摄取装置和数字信号处理器组成。其中传送组件由步进电机、导槽、主动轴和传送带组成并设置于秧箱背面上部，图像摄取装置和数字信号处理器安装于栽插装置上部的固定支架上，其特征在于：利用数字信号处理器将图像摄取装置所获取的秧箱图像信息转化为能被处理的一系列数字化信号，通过进一步分析、处理后得到区域差异特征，根据实时显示的图像颜色信息抽取目标特征，定位到断秧出现的具体位置，然后依据判别结果控制相应步进电机带动上传送带到达断秧位置，实现对断秧现象的监测和消除，确保秧箱上下的毯状苗间连续，避免断秧现象的发生，进而提高取苗的精准性。

Description

一种断秧监测及消除装置及控制方法
技术领域
本发明涉及农业机械中的插秧机，具体为一种断秧监测及消除装置及控制方法，属于智能化农业机械领域。
背景技术
水稻种植机械种类繁多，但大部分秧箱内部尺寸相对统一，一个秧箱采用两块毯状苗铺满较为常见。但目前现有插秧机的纵向送秧装置大多仅由一个传送带将毯状苗送至秧箱底部，再由栽插装置将秧苗植入水田中，而上半部分的毯状苗只能依靠自身重力滑至秧箱进而与下半部分毯状苗相接。
但水稻种植户在育苗时，由于育苗工艺不规范或天气原因导致的畦面盘土水分不均等问题，易出现伤苗涨盘等现象。若在送秧过程中使用此类毯状苗，则会导致毯状苗在送秧过程中出现卡盘、粘连等问题，若不能及时发现，会导致毯状苗无法依靠自身重力与之相接，使得放入秧箱的两块毯状苗之间出现较大断秧，导致栽插装置无法将相应行秧苗植入水田，造成秧苗的漏插。因为秧箱纵向距离较长且秧苗较为茂盛，使得毯状苗断秧处于视觉盲区，所以插秧机机载人员无法直接观察到断秧的出现，主要凭借以往经验通过手推毯状苗至连接处，但经常会发生鼓苗或机载人员注意不到的情况。因此研发一种断秧监测及消除装置，以达到精准送秧的效果。
专利(申请号：201420054512.1)公开了一种钵毯状苗精准送秧装置，包括拨叉组件、四杆机构和荆轮机构组成的带驱动机构，利用荆轮机构和锁死荆轮机构锁住带轮的双向转动，使得秧苗在被插取状态不能发生向下移动，确保秧苗纵向位置的稳定，提高取苗的精准性。该专利主要利用了秧苗输送带条形外齿之间设置的小锥状凸起用以增加秧苗输送带与底部土壤之间的摩擦力，但仍不能解决毯状苗卡盘等问题。
专利(申请号：201610000807.4)公开了一种移栽机纵向送苗机构，包括秧箱内定苗机构及纵向送苗装置，利用纵向送苗定位机构及多个纵向拨杆，使得苗盘上的送料孔对应每行苗钵设置，以使纵向拨杆每次只精准拨动一个苗钵位置。用于解决因传动机构不平稳、整机振动大、惯性大等原因造成送秧过程中由于累积误差使得秧苗无法精准送至取苗位置的问题，但不适合用于秧箱内毯状苗之间断秧的监测与消除。
发明内容
本发明提供了一种断秧监测及消除装置，利用数字信号处理器将图像摄取装置所获取的秧箱图像信息转化为能被处理的一系列数字化信号，通过进一步分析、处理后得到区域差异特征，根据实时显示的图像颜色信息抽取目标特征，定位到断秧出现的具体位置，然后依据判别结果控制相应步进电机带动上传送带到达断秧位置，实现对断秧现象的监测和消除，确保秧箱上下的毯状苗间连续，避免断秧现象的发生。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。
本发明的装置的技术方案为：一种断秧监测及消除装置，包括秧箱(1)、图像摄取装置(4)、固定支架(5)、栽插装置(6)、下传送带(7)、上传送带(8)、数据线(9)、支承座(10)、步进电机(11)、从动轴(12)、导槽(13)、数字信号处理器(14)、主动轴(15)、栽插臂(21)、栽插轨迹控制机构(22)；
秧箱(1)由多组独立并排的秧格组成，上传送带(8)位于每一组秧格上部，下传送带(7)位于每一组秧格下部，上传送带(8)套于主动轴(15)与从动轴(12)之间，其中上传送带(8)上设有导槽(13)，用于减少毯状苗(2)在输送带上的冲击和磨损；主动轴(15)一侧与步进电机(11)键连接，主动轴(15)另一侧通过支承座(10)与秧箱(1)固定连接，而从动轴(12)两侧通过支承座(10)与秧箱(1)固定连接；
图像摄取装置(4)的镜头垂直于秧箱(1)放置，且通过固定支架(5)和栽插装置(6)固定连接，并与数字信号处理器(14)处于同一平面，通过数据线(9)相连；栽插装置(6)上有栽插臂(21)和栽插轨迹控制机构(22)；在数字信号处理器(14)的控制下运转，使得上传送带(8)速度高于下传送带(7)传送速度，逐渐消除断秧，确保了纵向送秧的精准度。
进一步，图像摄取装置(4)为CMOS摄像机，图像摄取装置(4)间隔40cm安装有数字信号处理器(14)。
进一步，步进电机(11)共有六个，依次安装于秧箱(1)背部，分别与六组独立秧格的主动轴(15)键连接，并与数字信号处理器(14)连接。
进一步，数字信号处理器(14)包括图像采集卡(3)、脉冲分配电路(16)、光电隔离电路(17)、电源模块(18)、功率放大电路(19)、数字信号处理芯片(20)；在作业过程中，图像摄取装置(4)监测到断秧位置信息时，通过数字信号处理器(14)发出指令，通过脉冲分配电路(16)、光电隔离电路(17)和功率放大电路(19)控制相应步进电机(11)动作使得上传送带(8)运行。
进一步，图像采集卡(3)采用PCI兼容，型号为IEEE1394的捕获卡，将图像传送到存储器进行处理。
进一步，数字信号处理芯片(20)为TMS320C28X系列浮点DSP控制器，该芯片兼容DSP嵌入式图像处理系统，具备32位浮点处理单元，18路的PWM输出，并由电源模块(18)供电。
本发明的方法的技术方案为：一种断秧监测及消除装置的控制方法，在将毯状苗(2)装载到秧箱(1)之前，开启图像摄取装置(4)、步进电机(11)及数字信号处理器(14)并进行开机自检，自检正常后，将毯状苗依次放置于秧箱(1)后，图像摄取装置(4)获取整个秧箱图像信息，并通过图像采集卡(3)分析目标特征，将图像颜色信息提取后进行断秧特征分析；若没有产生断秧，则进行下一轮图像信息捕捉；若确定有断秧产生，则进一步判断断秧所处秧箱区域，将秧箱的六个区域用N＝1～6排序，分别驱动不同区域的步进电机(11)动作，在数字信号处理器(14)的控制下运转，使得上传送带(8)速度高于下传送带(7)传送速度，逐渐消除断秧，然后判断断秧是否消失，若消失，则立即控制步进电机(11)停止动作，然后返回获取下一轮整个秧箱图像信息；反之，则继续下一轮图像获取。
本发明具有有益效果：
本发明利用数字信号处理器将图像摄取装置所获取的秧箱图像信息转化为能被处理的一系列数字化信号，通过进一步分析、处理后得到区域差异特征，根据实时显示的图像颜色信息抽取目标特征，定位到断秧出现的具体位置，然后依据判别结果控制相应步进电机带动上传送带到达断秧位置，实现对断秧现象的监测和消除，确保秧箱上下的毯状苗间连续，避免断秧现象的发生。本发明突破了毯状苗在纵向送秧过程中出现卡盘、粘连等无法解决的技术难题，同时降低了由于卡秧、涨盘等问题导致秧苗漏插的几率和后期人工补插的时间，显著提高插秧机的作业效率和作业质量，该发明提供的一种断秧监测及消除装置，应用范围广，可适用于无人驾驶和有人驾驶插秧机作业。
附图说明
图1为一种断秧监测及消除装置的总体正面三维示意图；
图2为一种断秧监测及消除装置的总体背面三维示意图；
图3为一种断秧监测及消除装置的数字信号处理器原理框图；
图4为一种断秧监测及消除装置的运行流程图；
其中：1-秧箱；2-毯状苗；3-图像采集卡；4-图像摄取装置；5-固定支架；6-栽插装置；7-下传送带；8-上传送带；9-数据线；10-支承座；11-步进电机；12-从动轴；13-导槽；14-数字信号处理器；15-主动轴；16-脉冲分配电路；17-光电隔离电路；18-电源模块；19-功率放大电路；20-数字信号处理芯片；21-栽插臂；22-栽插轨迹控制机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1及图2所示，本发明一种断秧监测及消除装置主要包括:秧箱1、毯状苗2、图像采集卡3、图像摄取装置4、固定支架5、栽插装置6、下传送带7、上传送带8、数据线9、支承座10、步进电机11、从动轴12、导槽13、数字信号处理器14、主动轴15、脉冲分配电路16、光电隔离电路17、电源模块18、功率放大电路19、数字信号处理芯片20、栽插臂21、栽插轨迹控制机构22；
所述的秧箱1由六组独立并排的秧格组成，上传送带8位于每一组秧格上部，其中主动轴15一侧与步进电机11键连接，另一侧通过支承座10与秧箱1固定连接，而从动轴12两侧通过支承座10与秧箱1固定连接；
所述的图像摄取装置4为CMOS摄像机，与固定支架5固定连接且镜头垂直于秧箱放置，并与数字信号处理器14处于同一平面，其中图像摄取装置4与数字信号处理器14通过数据线9相连，在作业过程中实时获取秧箱图像，依据图像颜色信息抽取目标特征并转化成数字化信号，然后通过数据线9将其传送到数字信号处理器14；
所述的固定支架5底部与栽插装置6固定连接，固定支架5顶部安装有图像摄取装置4，并且间隔40cm安装有数字信号处理器14；
所述的上传送带8套于主动轴15与从动轴12之间，其中传送带上设有导槽13，可用于减少毯状苗2在输送带上的冲击和磨损；
所述的步进电机11共有六个，依次安装于秧箱1背部，分别与六组独立秧格的主动轴15键连接，并与数字信号处理器14连接。在数字信号处理器14的控制下运转，使得上传送带8速度高于下传送带7传送速度，逐渐消除断秧，确保了纵向送秧的精准度；
所述的主动轴15固定在秧箱1上，一端与支承座10连接，另一端与步进电机11键连接，从动轴12通过支承座10与秧箱1连接；
所述的数字信号处理器14包括图像采集卡3、脉冲分配电路16、光电隔离电路17、电源模块18、功率放大电路19、数字信号处理芯片20。在作业过程中，图像摄取装置4监测到断秧位置信息时，通过数字信号处理器14发出指令，通过脉冲分配电路16、光电隔离电路17和功率放大电路19控制相应步进电机11动作使得上传送带8运行；
所述的图像采集卡3采用PCI兼容，型号为IEEE1394的捕获卡，可以将图像迅速传送到存储器进行处理；
所述的数字信号处理芯片20为TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器，该芯片兼容DSP嵌入式图像处理系统，具备32位浮点处理单元，18路的PWM输出，并由电源模块18供电；
根据图4，本发明一种断秧监测及消除装置的工作流程：在将毯状苗装载到秧箱之前，开启图像摄取装置4、步进电机11及数字信号处理器14并进行开机自检，自检正常后，将毯状苗依次放置于秧箱1后，图像摄取装置4获取整个秧箱图像信息，并通过图像采集卡3分析目标特征，将图像颜色信息提取后进行断秧特征分析，若没有产生断秧，则进行下一轮图像信息捕捉；若确定有断秧产生，则进一步判断断秧所处秧箱区域，将秧箱的六个区域用N＝1～6排序，分别驱动不同区域的步进电机11动作，进而带动上传送带8将毯状苗2运送到相应位置，然后判断断秧是否消失，若消失，则立即控制步进电机11停止动作，然后返回获取下一轮整个秧箱图像信息；反之，则继续下一轮图像获取。
综上，本发明提供了一种断秧监测及消除装置，由传送组件、图像摄取装置和数字信号处理器组成。其中传送组件由步进电机、导槽、主动轴和传送带组成并设置于秧箱背面上部，图像摄取装置和数字信号处理器安装于栽插装置上部的固定支架上，利用数字信号处理器将图像摄取装置所获取的秧箱图像信息转化为能被处理的一系列数字化信号，通过进一步分析、处理后得到区域差异特征，根据实时显示的图像颜色信息抽取目标特征，定位到断秧出现的具体位置，然后依据判别结果控制相应步进电机带动上传送带到达断秧位置，实现对断秧现象的监测和消除，确保秧箱上下的毯状苗间连续，避免断秧现象的发生，进而提高取苗的精准性。突破了毯状苗在纵向送秧过程中出现卡盘、粘连等无法解决的技术难题，同时降低了由于卡秧、涨盘等问题导致秧苗漏插的几率和后期人工补插的时间，显著提高插秧机的作业效率和作业质量，该发明提供的一种断秧监测及消除装置，应用范围广，可适用于无人驾驶和有人驾驶插秧机作业。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种断秧监测及消除装置，其特征在于：包括秧箱(1)、图像摄取装置(4)、固定支架(5)、栽插装置(6)、下传送带(7)、上传送带(8)、数据线(9)、支承座(10)、步进电机(11)、从动轴(12)、导槽(13)、数字信号处理器(14)、主动轴(15)、栽插臂(21)、栽插轨迹控制机构(22)；
秧箱(1)由多组独立并排的秧格组成，上传送带(8)位于每一组秧格上部，下传送带(7)位于每一组秧格下部，上传送带(8)套于主动轴(15)与从动轴(12)之间，其中上传送带(8)上设有导槽(13)，用于减少毯状苗(2)在输送带上的冲击和磨损；主动轴(15)一侧与步进电机(11)键连接，主动轴(15)另一侧通过支承座(10)与秧箱(1)固定连接，而从动轴(12)两侧通过支承座(10)与秧箱(1)固定连接；
图像摄取装置(4)的镜头垂直于秧箱(1)放置，且通过固定支架(5)和栽插装置(6)固定连接，并与数字信号处理器(14)处于同一平面，图像摄取装置(4)与数字信号处理器(14)通过数据线(9)相连；栽插装置(6)上有栽插臂(21)和栽插轨迹控制机构(22)；在数字信号处理器(14)的控制下运转，使得上传送带(8)速度高于下传送带(7)传送速度，逐渐消除断秧，确保了纵向送秧的精准度。
2.根据权利要求1所述的一种断秧监测及消除装置，其特征在于：图像摄取装置(4)为CMOS摄像机，图像摄取装置(4)间隔40cm安装有数字信号处理器(14)。
3.根据权利要求1所述的一种断秧监测及消除装置，其特征在于：步进电机(11)共有六个，依次安装于秧箱(1)背部，分别与六组独立秧格的主动轴(15)键连接，并与数字信号处理器(14)连接。
4.根据权利要求1所述的一种断秧监测及消除装置，其特征在于：数字信号处理器(14)包括图像采集卡(3)、脉冲分配电路(16)、光电隔离电路(17)、电源模块(18)、功率放大电路(19)、数字信号处理芯片(20)；在作业过程中，图像摄取装置(4)监测到断秧位置信息时，通过数字信号处理器(14)发出指令，通过脉冲分配电路(16)、光电隔离电路(17)和功率放大电路(19)控制相应步进电机(11)动作使得上传送带(8)运行。
5.根据权利要求4所述的一种断秧监测及消除装置，其特征在于：图像采集卡(3)采用PCI兼容，型号为IEEE1394的捕获卡，将图像传送到存储器进行处理。
6.根据权利要求4所述的一种断秧监测及消除装置，其特征在于：数字信号处理芯片(20)为TMS320C28X系列浮点DSP控制器，该芯片兼容DSP嵌入式图像处理系统，具备32位浮点处理单元，18路的PWM输出，并由电源模块(18)供电。
7.一种断秧监测及消除装置的控制方法，其特征在于：在将毯状苗(2)装载到秧箱(1)之前，开启图像摄取装置(4)、步进电机(11)及数字信号处理器(14)并进行开机自检，自检正常后，将毯状苗依次放置于秧箱(1)后，图像摄取装置(4)获取整个秧箱图像信息，并通过图像采集卡(3)分析目标特征，将图像颜色信息提取后进行断秧特征分析；
若没有产生断秧，则进行下一轮图像信息捕捉；若确定有断秧产生，则进一步判断断秧所处秧箱区域，将秧箱的六个区域用N＝1～6排序，分别驱动不同区域的步进电机(11)动作，在数字信号处理器(14)的控制下运转，使得上传送带(8)速度高于下传送带(7)传送速度，逐渐消除断秧，然后判断断秧是否消失，若消失，则立即控制步进电机(11)停止动作，然后返回获取下一轮整个秧箱图像信息；反之，则继续下一轮图像获取。
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