CN109724518A - 单株麦穗的麦粒参数测量装置、单株麦穗脱粒及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械设备领域，提供了一种单株麦穗的麦粒参数测量装置、单株麦穗脱粒及测量系统。该装置包括图像数据处理单元、测量盒、外壳以及设置在外壳内的图像采集单元；所述测量盒可抽拉地设置在所述外壳的下部，所述测量盒内设有用于放置麦粒的样品托盘，所述样品托盘与所述测量盒之间设有称重传感器；所述图像采集单元悬置在所述样品托盘的上方、用于采集所述样品托盘上麦粒的图像；所述图像采集单元和所述称重传感器分别与所述图像数据处理单元电连接。该系统包括小麦脱粒机和所述单株麦穗的麦粒参数测量装置。本发明结构简单、便于移动，工作人员利用该装置就能实现麦粒参数的在线测量，进而小麦产量和质量的评估效率就能得到大幅提高。

Description

单株麦穗的麦粒参数测量装置、单株麦穗脱粒及测量系统

技术领域

本发明涉及农业机械设备领域，具体涉及一种单株麦穗的麦粒参数测量装置、单株麦穗脱粒及测量系统。

背景技术

目前，随着对小麦质量和产量评估逐渐趋于精细化，人们对评估效率的要求也逐渐提高。单株麦穗的麦粒数量、平均重量、平均周长等参数是评价小麦质量和产量的重要依据。但是，现有的测量装置结构复杂、体型笨重，难以运输到麦田现场对单株麦穗进行在线测量，导致评估效率无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作便捷的单株麦穗的麦粒参数测量装置、以实现麦粒参数的快速在线测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种单株麦穗的麦粒参数测量装置，该装置包括图像数据处理单元、测量盒、外壳以及设置在所述外壳内的图像采集单元；所述测量盒可抽拉地设置在所述外壳的下部，所述测量盒内设有用于放置麦粒的样品托盘，所述样品托盘与所述测量盒之间设有称重传感器；所述图像采集单元悬置在所述样品托盘的上方、用于采集所述样品托盘上麦粒的图像；所述图像采集单元和所述称重传感器分别与所述图像数据处理单元电连接。

其中，所述外壳内设有导向杆，所述导向杆的一端与所述外壳的顶部连接、另一端向下延伸；所述图像采集单元的侧壁与所述导向杆滑动连接。

其中，所述图像采集单元为相机，所述相机镜头的周向设有光源。

其中，所述外壳上设有与所述图像数据处理单元连接的定位器。

本发明的另一个目的是提供一种单株麦穗脱粒及测量系统、以实现在线脱粒和麦粒参数的在线测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种单株麦穗脱粒及测量系统，该系统包括小麦脱粒机以及上述所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置。

其中，所述小麦脱粒机包括底座以及设置在所述底座上的鼓风机、机壳、集种盒和旋转驱动单元；所述机壳的两侧分别开设有进风口和废料口，所述鼓风机临近所述进风口设置；所述机壳内设有平行设置的第一滚筒和第二滚筒，所述旋转驱动单元用于驱动所述第一滚筒和所述第二滚筒相向转动；所述机壳的顶面和底面分别开设有进麦口和出麦口，所述出麦口上盖设有筛网，所述集种盒位于所述筛网的下方。

其中，所述第一滚筒和所述第二滚筒的外壁上均贴覆有橡胶层，所述橡胶层表面具有网状凹槽。

其中，所述旋转驱动单元包括电机、传动带、主动轮、张紧轮、第一从动轮和第二从动轮，所述电机通过减速器与所述主动轮连接，所述第一从动轮设置在所述第一滚筒的转轴上，所述第二从动轮设置在所述第二滚筒的转轴上，所述张紧轮设置在所述机壳的侧壁上；所述第一从动轮、所述第二从动轮和所述张紧轮均通过所述传动带与所述主动轮传动连接，所述第一从动轮位于所述传动带的外侧，所述第二从动轮和所述张紧轮位于所述传动带的内侧。

其中，所述第一滚筒临近所述进风口设置，所述第一滚筒的外径与所述第二滚筒的外径相等，所述第一从动轮的外径小于所述第二从动轮的外径。

其中，所述机壳上开设有第一条形孔、第二条形孔第三条形孔，所述第一条形孔和所述第二条形孔的长度方向与所述机壳的高度方向平行，所述第三条形孔与所述机壳的高度方向之间具有夹角；所述第一条形孔和所述第二条形孔分别用于安装所述第一从动轮和所述第二从动轮，所述第三条形孔用于安装所述张紧轮。

本发明结构简单、便于移动，测量前可直接将该装置携带至麦田现场，测量时将单株麦穗上脱粒下来的麦粒平铺到测量盒后，就可利用设置在测量盒内的称重传感器和设置在外壳顶部的图像采集单元分别采集测量盒内单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像，图像数据处理单元对单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像进行分析计算后就可得到单株麦穗上麦粒的各项参数。可见，工作人员利用该装置就可实现麦粒参数的在线测量，进而小麦产量和质量的评估效率就能得到大幅提高。而该系统不仅能对单株麦穗进行脱粒，而且还能实现麦粒参数的在线测量。

附图说明

图1是本发明实施例1中一种单株麦穗的麦粒参数测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1中测量盒的结构示意图；

图3是本发明实施例1中单株麦穗的麦粒图像；

图4是本发明实施例1中图像采集单元的结构示意图；

图5是本发明实施例2中小麦脱粒机的结构示意图；

图6是本发明实施例2中机壳的结构示意图。

附图标记：

1-1、外壳；1-1-1、图像采集单元接口；1-1-2、称重传感器接口；

1-1-3、电源接口；2-1、相机；2-1-1、相机镜头；2-2、导向杆；

2-3、光源；3、测量盒；3-1、导轨；3-2、把手；4、样品托盘；

5、称重传感器；6、定位器；7、底座；8、鼓风机；9、机壳；

9-1、进风口；9-2、废料口；9-3、进麦口；9-4、出麦口；

9-5、第一条形孔；9-6、第二条形孔；9-7、第三条形孔；

10、第一滚筒；11、第二滚筒；12、集种盒；13-1、电机；

13-2、减速器；13-3、主动轮；13-4、第一从动轮；

13-5、第二从动轮；13-6、张紧轮；13-7、传动带；14、筛网。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“顶”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

实施例1

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种单株麦穗的麦粒参数测量装置，该装置包括图像数据处理单元、外壳1-1、测量盒3以及设置在外壳1-1内的图像采集单元；测量盒3可抽拉地设置在外壳1-1的下部，测量盒3内设有用于放置麦粒的样品托盘4，样品托盘4与测量盒3之间设有称重传感器5；图像采集单元悬置在样品托盘4的上方、用于采集样品托盘4上麦粒的图像；图像采集单元和称重传感器5分别与图像数据处理单元电连接。

可见，该装置结构简单、体型轻巧，因此测量前工作人员可直接将该装置携带至麦田现场。测量时：首先抽出测量盒3，将从单株麦穗上脱粒下来的麦粒平铺到样品托盘4上；然后将测量盒3推入外壳1-1中；最后，启动图像采集单元对样品托盘4上麦粒进行图像采集，称重传感器5和图像采集单元采集完成后分别将采集到的单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像发送给图像数据处理单元。图像数据处理单元根据图像处理算法对单株麦穗的麦粒图像进行分析后，就可得到单株麦穗上的麦粒总数以及每个麦粒的周长、面积、长径长和短径长。需要说明的是，由于图像处理算法为现有技术，因此本实施例对图像处理算法的具体原理和计算过程不再赘述。在此基础上，图像数据处理单元再对每粒麦粒的周长、面积、长径长和短径长进行统计计算后就可得到单株麦穗上麦粒的最大周长、最大面积、最大长径、最大短径、最小周长、最小面积、最小长径、最小短径、平均周长、平均面积、平均长径和平均短径。与此同时，图像数据处理单元还可通过单株麦穗上的麦粒总数和称重传感器5采集的单株麦穗的麦粒重量计算出单株麦穗上麦粒的平均重量。

由上可知，该装置结构简单、便于移动，测量前可直接将该装置携带至麦田现场，测量时将从单株麦穗上脱粒下来的麦粒平铺到测量盒3后，就可利用设置在测量盒3内的称重传感器5和设置在外壳1-1顶部的图像采集单元分别采集测量盒3内单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像，图像数据处理单元对单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像进行分析计算后就可得到单株麦穗上麦粒的各项参数。可见，工作人员利用该装置就能实现麦粒参数的在线测量，进而小麦产量和质量的评估效率就能得到大幅提高。

进一步地，如图4所示，考虑到小麦品种不同时其麦粒大小也不同，为了保证图像采集单元的采集质量即单株麦穗的麦粒图像的清晰度，外壳1-1内还设有导向杆2-2，导向杆2-2的一端与外壳1-1的顶部连接、另一端向下延伸；图像采集单元的侧壁与导向杆2-2滑动连接。

由此，测量前工作人员可根据小麦品种来调整图像采集单元与样品托盘4之间的距离。具体地，若麦粒尺寸较小则驱动图像采集单元沿导向杆2-2向下移动一定距离；若麦粒尺寸较大则驱动图像采集单元沿导向杆2-2向上移动一定距离。当然，工作人员既可以手动驱动图像采集单元上下移动，也可通过升降驱动单元间接驱动图像采集单元上下移动。例如，导向杆2-2上可设置与图像数据处理单元电连接的升降驱动单元，升降驱动单元与图像采集单元连接、用于驱动图像采集单元沿导向杆2-2上下移动。其中，图像采集单元可为相机2-1，相机镜头2-1-1的周向设有光源2-3。需要说明的是，为了避免样品托盘4因反光而对相机2-1的拍摄效果造成影响，测量前可在样品托盘4表面涂黑漆或直接选用黑色的样品托盘4。

优选地，测量盒3两侧的外壁上设有延其深度方向延伸的导轨3-1，外壳1-1的内壁上设有与导轨3-1一一对应的滑槽，导轨3-1可滑动的嵌设在对应的滑槽中。进一步地，为了便于抽拉，测量盒3上可设置把手3-2。

另外，为了便于图像数据处理单元实时获取现场地理信息，外壳1-1上还设有与图像数据处理单元连接的定位器6。进一步地，图像数据处理单元优选采用笔记本电脑。此时外壳1-1上可设置用于与笔记本电脑连接的图像采集单元接口1-1-1、称重传感器接口1-1-2和电源接口1-1-3。由此测量完成时，图像数据处理单元就可将得到单株麦穗上麦粒的各项参数以及现场地理信息发送给远端服务器。

实施例2

本发明提供了一种单株麦穗脱粒及测量系统，该系统包括小麦脱粒机以及上述所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置。其中，单株麦穗的麦粒参数测量装置的结构与原理与实施例1中的相同，本实施例不再赘述。如图5和图6所述，小麦脱粒机包括底座7以及设置在底座7上的鼓风机8、机壳9、集种盒12和旋转驱动单元；机壳9的两侧分别开设有进风口9-1和废料口9-2，鼓风机8临近进风口9-1设置；机壳9内设有平行设置的第一滚筒10和第二滚筒11，旋转驱动单元用于驱动第一滚筒10和第二滚筒11相向转动；机壳9的顶面和底面分别开设有进麦口9-3和出麦口9-4，出麦口9-4上盖设有筛网14，集种盒12位于筛网14的下方。

使用时，首先将该系统移动至麦田现场；然后对采摘的单株麦穗进行脱粒；最后对从单株麦穗上脱粒下来的麦粒进行测量。其中，脱粒和测量的具体过程如下：

脱粒时：首先启动鼓风机8和旋转驱动单元；然后，手持单株麦穗的麦秆将麦穗头通过进麦口9-3伸入第一滚筒10与第二滚筒11之间的间隙。由于此时旋转驱动单元已被启动，因此整个麦穗会被顺势卷入第一滚筒10和第二滚筒11之间，随着第一滚筒10和第二滚筒11的相向转动，麦穗上的麦粒便被揉搓下来。在麦粒和麦壳的下落过程中，质量相对较轻的大部分麦壳会随鼓风机8的气流从废料口9-2飞出，剩余的麦壳则被筛网14拦截在集种盒12的上方，而质量相对较重的麦粒则在自身重力作用下穿过筛网14的网孔后落入集种盒12。

测量时：首先抽出测量盒3，将集中盘上的麦粒平铺到样品托盘4上；然后将测量盒3推入外壳1-1中；最后，启动图像采集单元对样品托盘4上麦粒进行图像采集，称重传感器5和图像采集单元采集完成后分别将采集到的单株麦穗的麦粒重量和麦粒图像发送给图像数据处理单元。图像数据处理单元根据图像处理算法对单株麦穗的麦粒图像进行分析后，就可得到单株麦穗上的麦粒总数以及每粒麦粒的周长、面积、长径长和短径长。需要说明的是，由于图像处理算法为现有技术，因此此处对图像处理算法的具体原理和计算过程不再赘述。在此基础上，图像数据处理单元再对每粒麦粒的周长、面积、长径长和短径长进行统计计算后就可得到单株麦穗上麦粒的最大周长、最大面积、最大长径、最大短径、最小周长、最小面积、最小长径、最小短径、平均周长、平均面积、平均长径和平均短径。与此同时，图像数据处理单元还可通过单株麦穗上的麦粒总数和称重传感器5采集的单株麦穗的麦粒重量计算出单株麦穗上麦粒的平均重量。可见，该系统不仅能对单株麦穗进行脱粒，而且还能实现麦粒参数的在线测量，大大提高了评估效率。

优选地，旋转驱动单元包括电机13-1、传动带13-7、主动轮13-3、张紧轮13-6、第一从动轮13-4和第二从动轮13-5，电机13-1通过减速器13-2与主动轮13-3连接，第一从动轮13-4设置在第一滚筒10的转轴上，第二从动轮13-5设置在第二滚筒11的转轴上，张紧轮13-6设置在机壳9的侧壁上；第一从动轮13-4、第二从动轮13-5和张紧轮13-6均通过传动带13-7与主动轮13-3传动连接，第一从动轮13-4位于传动带13-7的外侧，第二从动轮13-5和张紧轮13-6位于传动带13-7的内侧。

由此，电机13-1经过减速器13-2减速后就可驱动主动轮13-3转动，主动轮13-3又可通过传动带13-7带动第一从动轮13-4、第二从动轮13-5和张紧轮13-6转动。由于，第一从动轮13-4设置在第一滚筒10的转轴上，第二从动轮13-5设置在第二滚筒11的转轴上，因此第一滚筒10与第一从动轮13-4以及第二滚筒11与第二从动轮13-5为同步转动。而由于第一从动轮13-4位于传动带13-7的外侧，而第二从动轮13-5位于传动带13-7的内侧，因此第一从动轮13-4和第二从动轮13-5的转向相反，也就是说，此时第一滚筒10和第二滚筒11相向转动。

进一步地，第一滚筒10临近进风口9-1设置，第一滚筒10的外径与第二滚筒11的外径相等，第一从动轮13-4的外径小于第二从动轮13-5的外径。

由于第一从动轮13-4和第二从动轮13-5均通过传动带13-7与主动轮13-3传动连接，因此第一从动轮13-4的线速度和第二从动轮13-5的线速度相同。而又由于第一从动轮13-4的外径小于第二从动轮13-5的外径，因此第一从动轮13-4的角速度大于第二从动轮13-5的角速度，也就是说，第一从动轮13-4的转速大于第二从动轮13-5的转速，从而在第一滚筒10和第二滚筒11外径相等的情况下，第一滚筒10的转速大于第二滚筒11转速。由此将麦穗头放置在第一滚筒10和第二滚筒11之间时，整个麦穗就能被快速卷入第一滚筒10和第二滚筒11之间。

优选地，为了增大摩擦力，第一滚筒10和第二滚筒11的外壁上均贴覆有橡胶层，橡胶层表面具有网状凹槽。

进一步地，机壳9上开设有第一条形孔9-5、第二条形孔9-6第三条形孔9-7，第一条形孔9-5和第二条形孔9-6的长度方向与机壳9的高度方向平行，第三条形孔9-7与机壳9的高度方向之间具有夹角；第一条形孔9-5和第二条形孔9-6分别用于安装第一从动轮13-4和第二从动轮13-5，第三条形孔9-7用于安装张紧轮13-6。这样设置的好处在于，脱粒前工作人员可根据小麦瓶中即麦粒的尺寸调整第一滚筒10和第二滚筒11之间的间距以及张紧轮13-6的位置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种单株麦穗的麦粒参数测量装置，其特征在于，包括图像数据处理单元、测量盒、外壳以及设置在所述外壳内的图像采集单元；所述测量盒可抽拉地设置在所述外壳的下部，所述测量盒内设有用于放置麦粒的样品托盘，所述样品托盘与所述测量盒之间设有称重传感器；所述图像采集单元悬置在所述样品托盘的上方、用于采集所述样品托盘上麦粒的图像；所述图像采集单元和所述称重传感器分别与所述图像数据处理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置，其特征在于，所述外壳内设有导向杆，所述导向杆的一端与所述外壳的顶部连接、另一端向下延伸；所述图像采集单元的侧壁与所述导向杆滑动连接。

3.根据权利要求1所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置，其特征在于，所述图像采集单元为相机，所述相机镜头的周向设有光源。

4.根据权利要求1至3任一项所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置，其特征在于，所述外壳上设有与所述图像数据处理单元连接的定位器。

5.一种单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，包括小麦脱粒机以及如权利要求1至4任一项所述的单株麦穗的麦粒参数测量装置。

6.根据权利要求5所述的单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，所述小麦脱粒机包括底座以及设置在所述底座上的鼓风机、机壳、集种盒和旋转驱动单元；所述机壳的两侧分别开设有进风口和废料口，所述鼓风机临近所述进风口设置；所述机壳内设有平行设置的第一滚筒和第二滚筒，所述旋转驱动单元用于驱动所述第一滚筒和所述第二滚筒相向转动；所述机壳的顶面和底面分别开设有进麦口和出麦口，所述出麦口上盖设有筛网，所述集种盒位于所述筛网的下方。

7.根据权利要求6所述的单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，所述第一滚筒和所述第二滚筒的外壁上均贴覆有橡胶层，所述橡胶层表面具有网状凹槽。

8.根据权利要求6所述的单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，所述旋转驱动单元包括电机、传动带、主动轮、张紧轮、第一从动轮和第二从动轮，所述电机通过减速器与所述主动轮连接，所述第一从动轮设置在所述第一滚筒的转轴上，所述第二从动轮设置在所述第二滚筒的转轴上，所述张紧轮设置在所述机壳的侧壁上；所述第一从动轮、所述第二从动轮和所述张紧轮均通过所述传动带与所述主动轮传动连接，所述第一从动轮位于所述传动带的外侧，所述第二从动轮和所述张紧轮位于所述传动带的内侧。

9.根据权利要求8所述的单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，所述第一滚筒临近所述进风口设置，所述第一滚筒的外径与所述第二滚筒的外径相等，所述第一从动轮的外径小于所述第二从动轮的外径。

10.根据权利要求8所述的单株麦穗脱粒及测量系统，其特征在于，所述机壳上开设有第一条形孔、第二条形孔第三条形孔，所述第一条形孔和所述第二条形孔的长度方向与所述机壳的高度方向平行，所述第三条形孔与所述机壳的高度方向之间具有夹角；所述第一条形孔和所述第二条形孔分别用于安装所述第一从动轮和所述第二从动轮，所述第三条形孔用于安装所述张紧轮。