CN110447573A - 基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉蜂王浆移虫补虫装置。包括幼虫脾移动机构、浆条输送机构、移虫机构、机器视觉系统和补虫机构，移虫机构会传动到幼虫脾上方，进行挖虫后，再传动到浆条上方，利用气缸拉开移虫机械手横向间距，把幼虫放入浆杯中。机器视觉系统在浆条的上方，由相机对移虫完成的浆条进行图像采集，进行幼虫识别与定位；补虫机构包括移虫机械手与CCD相机，移动到幼虫脾上方，由相机配合短丝杆对幼虫脾进行幼虫识别与空间定位，再由补虫机构进行挖虫，补充到空浆杯中。本发明通过所述装置可以实现从幼虫盘移虫到浆条中，并且利用机器视觉进行移虫反馈，根据反馈情况进行补虫，保证移虫完成后浆条的幼虫数量。
Description
技术领域
本发明属于蜂业生产机械设计技术与机器视觉领域，具体涉及了一种基于机器视觉的蜂王浆移虫补虫的装置。
背景技术
中国是世界养蜂大国，蜂群数量和蜂产品产量多年来一直稳居世界首位。它一直是农业的重要组成部分,是一项集经济、社会、生态效益于一体的事业。蜂王浆是蜂业中的一个重要农产品。蜂王浆是青年工蜂分泌的一种浆状物质，用来喂养蜜蜂幼虫的一种食物。蜂王浆是一种富含蛋白质与氨基酸等大量营养素，因此具有多种功效。
蜂王浆的生产大致分为四步：移虫、工蜂产出蜂王浆、割蜡、去虫、刮浆。现今蜂王浆基本上仍旧处于手工生产，机械化化普及率不高；蜜蜂幼虫呈透明且大小仅有3-5毫米，移虫就对操作人的视力有较高的要求。这些都是导致蜂王浆产量不高的原因。当下社会对蜂王浆的需求急速增长，而产量问题限制了我国蜂业的发展，我国亟待开展蜂王浆机械化生产研究来解决上述问题。
目前针对蜂王浆机械化生产已经有部分蜂王浆取浆机，移虫机等装置的研究制作。移虫是蜂王浆生产四个部分中最难的，幼虫小且脆弱容易死亡。当下的移虫机移虫成功率只有不到50％，还是在幼虫脾的小孔中都存有幼虫的情况下，然而实际情况下幼虫脾上只有一部分会存有幼虫。移虫完成后还不能保证幼虫存活率。为保证蜂王浆的生产效率，就必须保证移虫完成后浆条是满载状态。其他部分的机械化生产设备功能基本能够满足生产，保证生产效率。所以只有提高移虫部分的机械化设备移虫成功率，保证移虫完成后幼虫存活率就能提高蜂王浆的生产效率，提高蜂王浆的产量。本发明正是要解决这一的技术问题。
发明内容
为了克服现有移虫设备的不足，本发明提出了一种基于视觉的蜂王浆移虫补虫的装置，能够完成蜂王浆生产过程中的移虫，再通过机器视觉系统及相关图像处理与空间定位算法，实现浆条空杯的定位，再通过补虫机构对空杯补充幼虫。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括不锈钢框型支撑架安装在不锈钢框型支撑架上的移虫机构、补虫机构、浆条输送机构与机器视觉系统；不锈钢框型支撑架从上至下具有第一层、第二层、第三层和第四层的四层；所述的浆条输送机构包括浆条轨道板、浆条斜滑轨和浆条收集盒，不锈钢框型支撑架在入口侧的第三层安装有浆条轨道板，不锈钢框型支撑架在出口侧的第四层安装有浆条收集盒，浆条斜滑轨设置在不锈钢框型支撑架的第三层与第四层间，浆条斜滑轨顶部与浆条轨道板前部相连，浆条斜滑轨底部与浆条收集盒相连；浆条轨道板上上放置多根浆条，多根浆条平行紧密排布，浆条轨道板上安装双轴推杆气缸和浆条推板，双轴推杆气缸安装在浆条轨道板上靠近入口侧，双轴推杆气缸的气缸杆和浆条推板固接，浆条推板推动浆条朝向出口侧平移；浆条收集盒上方的不锈钢框型支撑架的第三层安装有幼虫脾传送机构，幼虫脾传送机构上方的不锈钢框型支撑架的第二层安装有移虫机构和补虫机构，机器视觉系统安装于浆条轨道板正上方的不锈钢框型支撑架的第一层和补虫机构。
所述的幼虫脾传送机构包括幼虫脾传送底座、幼虫脾安装座和幼虫脾传动步进电机；安装于不锈钢框型支撑架的第三层上，且位于浆条收集盒上方，幼虫脾传送底座上方设有幼虫脾安装座，幼虫脾安装座上放置固定幼虫脾，幼虫脾传送底座上安装有短滑块底座和幼虫脾传动步进电机，短滑块底座上安装有短滑轨，幼虫脾安装座底部嵌装在短滑轨上并沿短滑轨水平移动，幼虫脾传动步进电机输出轴连接丝杠轴，丝杠轴的轴向平行于短滑轨，幼虫脾安装座底部固定安装有丝杠螺母，丝杠螺母通过螺纹套装在丝杠轴上。
所述的机器视觉系统包括浆条CCD相机、补虫CCD相机；补虫CCD相机安装于补虫机构的补虫拉杆块底面，多个浆条CCD相机安装在不锈钢框型支撑架的第一层。
所述的不锈钢框型支撑架第二层的两侧上均安装有长滑轨，上横杠横跨布置在不锈钢框型支撑架第二层的两侧之间并且两端嵌装于长滑轨上，其中一侧的长滑轨端部附近安装有纵向移动步进电机，纵向移动步进电机的输出轴通过联轴器与长滚珠丝杆的一端相连，长滚珠丝杆的另一端支撑安装在长丝杆末端底座上，长滚珠丝杆上通过螺纹套装有长丝杆移动座，长丝杆移动座和上横杠固定连接，上横杠和横向滑轨底座固定连接，移虫机构安装于上横杠，补虫机构安装于横向滑轨底座；补虫机构包括横向滑轨底座、横向滚珠丝杆、移动步进电机、横向丝杆移动座、补虫上下移动单轴推杆气缸、补虫挖取单轴推杆气缸、补虫拉杆块；横向滑轨底座上部侧面安装有分别位于上下方平行的两根横向滑轨，横向滑轨底座一端上安装有横向丝杆末端固定座，另一端上安装有横向移动步进电机，横向丝杆末端固定座与横向移动步进电机之间安装有横向滚珠丝杆，横向滚珠丝杆上通过螺纹套装有横向丝杆移动座，横向丝杆移动座上下分别嵌装连接两根横向滑轨，形成丝杠螺母副；横向丝杆移动座上固定安装有补虫上下移动单轴推杆气缸，补虫上下移动单轴推杆气缸的推杆朝下且和补虫机械手连接板固定连接，补虫机械手连接板上安装有补虫挖取单轴推杆气缸，补虫机械手固定座固定于补虫机械手连接板底面，补虫挖取单轴推杆气缸的推杆朝下且和补虫拉杆块固定连接，补虫拉杆块一侧安装有补虫CCD相机，补虫拉杆块另一侧和补虫推杆连接，补虫推杆和补虫机械手固定座均与补虫机械手相连。
移虫机构包括单轴推杆气缸、移虫连接板、移虫挖取单轴推杆气缸、推虫单轴推杆气缸、移虫安装板、移虫拉杆和移虫推杆块；上横杠上固定安装有两个单轴推杆气缸，单轴推杆气缸的气缸杆朝下穿过上横杠和移虫连接板固定连接，移虫连接板上安装有两个移虫挖取单轴推杆气缸和两个推虫单轴推杆气缸，移虫连接板底面固定安装有竖直布置的移虫安装板，移虫安装板侧方和移虫连接板的下方设置有一排移虫推杆块和一排移虫手固定座，；移虫挖取单轴推杆气缸的气缸杆穿过移虫连接板后和移虫拉杆固定连接，一排移虫推杆块上部固定连接移虫拉杆，移虫推杆块下端穿过移虫手固定座的下部连接移虫机械手，移虫机械手用于伸入到幼虫脾上的蜂巢孔中将幼虫挖出转移到浆条上孔位中进行移虫工作；一排移虫手固定座中，相邻两个移虫手固定座在各自靠近补虫机构的侧面之间通过限位片连接，限位片一端开设通孔，另一端开设腰型孔，移虫手固定座在靠近补虫机构的侧面设置凸轴，一个移虫手固定座的凸轴套装于限位片的腰型孔中，另一个移虫手固定座的凸轴套装于限位片的通孔中，形成可相对分离靠拢移动的铰链平移连接结构；移虫安装板底部靠近移虫手固定座的侧面安装有移虫固定座滑轨，移虫手固定座嵌装连接移虫固定座滑轨；移虫安装板靠近补虫机构的侧壁安装有横向间距推杆气缸，横向间距推杆气缸的气缸杆穿过移虫安装板后经移虫松紧推杆和一排移虫手固定座的其中一个固定连接；横向间距推杆气缸运行，经移虫松紧推杆带动一排移虫手固定座的其中一个移动，进而通过铰链平移连接结构带动各个移虫手固定座沿移虫固定座滑轨相分离或者相靠拢水平移动，以调制适配于浆条上孔位和幼虫脾上蜂巢孔之间的孔间距变化；推虫单轴推杆气缸的气缸杆穿过移虫连接板后和推虫板固定连接，推虫板位于移虫机械手侧方，推虫单轴推杆气缸运行带动推虫板上下升降运动，进而带动推虫板刮净移虫机械手表面的幼虫。
所述的移虫机械手和补虫机械手结构相同。
所述的补虫机械手包括补虫推拉杆、补虫上下杆、连接推杆、刮片座和补虫头摇杆；补虫上下杆固定于补虫机械手固定座底部，补虫推杆上端和补虫拉杆块另一侧固定连接，补虫推杆下端和补虫推拉杆上端铰接，补虫头摇杆的上端和连接推杆的一端一起铰接到补虫推拉杆下端，补虫推拉杆下端穿设于补虫机械手固定座，刮片座的一端和补虫头摇杆的下端铰接，连接推杆的另一端铰接连接到补虫上下杆的中部，补虫上下杆的下端和刮片座的另一端铰接，从而形成平行四边形的四连杆结构；补虫挖取单轴推杆气缸运行带动补虫推杆上下升降移动，进而带动补虫推拉杆上下升降移动，带动刮片座做绕不定点摆动，实现刮片座伸入到幼虫脾的蜂巢孔中的挖取幼虫动作。
在浆条轨道板靠近出口侧的边缘设有到位传感器孔位，到位传感器孔位中安装到位传感器，到位传感器用于检测边缘位置是否有浆条，浆条是否到达到位传感器孔位所在的位置(移虫位)。
本发明主要包括幼虫脾移动机构、浆条输送机构、移虫机构、机器视觉系统和补虫机构。所述移虫机构会随着长滚珠丝杆传动到幼虫脾上方，进行挖虫后，再随着长滚珠丝杆传动到浆条上方，利用气缸拉开移虫机械手横向间距，使移虫手间隔大小和浆杯孔间隔相同，把幼虫放入浆杯中。机器视觉系统包含的五个CCD相机安装在浆条的上方，相机间距相同，相机垂直向下拍摄。由相机对移虫完成的浆条进行图像采集，进行幼虫识别与定位，确定空杯数量与位置。补虫机构由单个移虫机械手与一个CCD相机组成，随着长滚珠丝杆进行纵向移动到幼虫脾上方，短丝杆负责补虫机构与相机的横向移动，由相机配合短丝杆对幼虫脾进行幼虫识别与空间定位。再由补虫机构进行挖虫，补充到机器视觉系统识别出的空浆杯中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明创新性地提出一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，采用仿生学设计，模仿手工挖取幼虫的动作设计出一种新型移虫机构，可以在保证幼虫存活率的基础上完成蜂王浆生产过程中的移虫工作，提高了移虫速度，一定程度提高了蜂王浆生产的效率。配合所述的基于视觉的蜂王浆移虫补虫装置，可以通过机器视觉系统对移虫完成的浆条进行图像处理，对空浆杯进行检测与定位，反馈到整体系统中，通过补虫机构对定位的空浆杯进行补虫操作，从而减少浆条空浆杯的数量，提高了蜂王浆生产效率。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明装置从另一角度观察看到的结构示意图；
图3是幼虫脾传送机构示意图；
图4是浆条输送机构示意图；
图5是补虫机构示意图之一；
图6是补虫机构示意图之二；
图7是移虫机构示意图之一；
图8是移虫机构示意图之二；
图9是移虫机构的水平斜侧面图；
图10是移虫机构的水平正侧面图；
图11是移虫手固定座的局部放大图；
图12是移虫机械手示意图；
图13是移虫机械手的力学原理图；
图14是移虫机械手的状态变化图；
图15是本发明实施例中装置控制流程图；
图16是本发明实施例中移虫控制流程图；
图17是本发明实施例中补虫控制流程图。
图中：1.不锈钢框型支撑架、2.浆条轨道板、3.浆条斜滑轨、4.浆条收集盒、5.幼虫脾传送底座、6.浆条CCD相机、7.长滚珠丝杆、8.纵向移动步进电机、9.联轴器、10.长丝杆末端底座、11.长丝杆移动座、12.上横杠、13.移虫上下单轴推杆气缸、14.幼虫脾安装座、15.长滑轨、16.幼虫脾、17.横向丝杆末端固定座、18.横向滚珠丝杆、19.横向移动步进电机、20.横向丝杆移动座、21.两根横向滑轨、22.横向滑轨底座、23.短滑块底座、24.幼虫脾传动步进电机、25.短滑轨、27.双轴推杆气缸、28.浆条推板、29.浆条、30.到位传感器孔位、31.补虫上下移动单轴推杆气缸、32.补虫挖取单轴推杆气缸、33.补虫机械手连接板、34.补虫机械手固定座、35.补虫推杆、36.补虫CCD相机、37.补虫机械手、38.补虫拉杆块、39.移虫刮片、40.补虫推拉杆、41.移虫连接板、42.移虫安装板、43.推虫单轴推杆气缸、44.移虫挖取单轴推杆气缸、45.移虫推杆、46.横向间距推杆气缸、47.移虫手固定座、48.移虫拉杆、49.推虫板、50.移虫机械手、51.补虫上下杆、52.连接推杆、53.刮片座、54.移虫松紧推杆、55.限位片、56、补虫头摇杆、57.移虫固定座滑轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便清晰地理解本发明装置。需要指出的是，这里只指出本发明的主要内容，一些已知的功能和详细描述在这里将忽略。
如图1和图2所示，包括不锈钢框型支撑架1安装在不锈钢框型支撑架1上的移虫机构、补虫机构、浆条输送机构与机器视觉系统；不锈钢框型支撑架1从上至下具有第一层、第二层、第三层和第四层的四层安装空间，四层安装空间从上至下高度不同，不锈钢框型支撑架1一侧为入口侧，另一侧为出口侧。
如图1和图4所示，浆条输送机构包括浆条轨道板2、浆条斜滑轨3和浆条收集盒4，不锈钢框型支撑架1在入口侧的第三层安装有浆条轨道板2，不锈钢框型支撑架1在出口侧的第四层安装有浆条收集盒4，浆条斜滑轨3设置在不锈钢框型支撑架1的第三层与第四层间，浆条斜滑轨3为倾斜布置的导向结构，浆条斜滑轨3顶部与浆条轨道板2前部相连，浆条斜滑轨3底部与浆条收集盒4相连；浆条轨道板2上上放置多根浆条29，多根浆条29平行紧密排布，浆条轨道板2上安装双轴推杆气缸27和浆条推板28，双轴推杆气缸27安装在浆条轨道板2上靠近入口侧，双轴推杆气缸27的气缸杆和浆条推板28固接，双轴推杆气缸27的气缸杆朝向出口侧布置，浆条推板28推动浆条朝向出口侧平移；双轴推杆气缸27工作推动浆条推板28，进而推动已经移虫补虫后的浆条29向浆条斜滑轨3移动，从浆条斜滑轨3斜面落下到浆条收集盒4，完成浆条的移虫补虫工序。
如图4所示，在浆条轨道板2靠近出口侧的边缘设有到位传感器孔位30，到位传感器孔位30中安装到位传感器，到位传感器用于检测边缘位置是否有浆条，浆条是否到达到位传感器孔位30所在的位置(移虫位)。若有浆条，则双轴推杆气缸27停止工作；若没有浆条，则双轴推杆气缸27工作推动浆条前进。
浆条收集盒4上方的不锈钢框型支撑架1的第三层安装有幼虫脾传送机构，幼虫脾传送机构上方的不锈钢框型支撑架1的第二层安装有移虫机构和补虫机构，机器视觉系统安装于浆条轨道板2正上方的不锈钢框型支撑架1的第一层和补虫机构。
如图3所示，幼虫脾传送机构包括幼虫脾传送底座5、幼虫脾安装座14和幼虫脾传动步进电机24；安装于不锈钢框型支撑架1的第三层上，且位于浆条收集盒4上方，幼虫脾传送底座5上方设有幼虫脾安装座14，幼虫脾安装座14上放置固定幼虫脾16，幼虫脾传送底座5上安装有短滑块底座23和幼虫脾传动步进电机24，短滑块底座23上安装有短滑轨25，幼虫脾安装座14底部嵌装在短滑轨25上并沿短滑轨25水平移动，短滑轨25垂直于浆条29输送方向布置，幼虫脾传动步进电机24输出轴连接丝杠轴，丝杠轴的轴向平行于短滑轨25，幼虫脾安装座14底部固定安装有丝杠螺母，丝杠螺母通过螺纹套装在丝杠轴上，从而形成丝杠螺母副，使得幼虫脾传动步进电机24运行，带动幼虫脾传送底座5沿短滑轨25水平移动。
具体实施的机器视觉系统包括浆条CCD相机6、补虫CCD相机36；补虫CCD相机36安装于补虫机构的补虫拉杆块38底面，多个浆条CCD相机6通过相机支架安装在不锈钢框型支撑架1的第一层。
如图1所示，不锈钢框型支撑架1第二层的两侧上均安装有长滑轨15，上横杠12横跨布置在不锈钢框型支撑架1第二层的两侧之间并且两端嵌装于长滑轨15上，使得上横杠12沿长滑轨15水平移动其中一侧的长滑轨15端部附近安装有纵向移动步进电机8，纵向移动步进电机8固定安装连接于不锈钢框型支撑架1第二层，纵向移动步进电机8的输出轴通过联轴器9与长滚珠丝杆7的一端相连，长滚珠丝杆7的另一端支撑安装在长丝杆末端底座10上，长丝杆末端底座10固定于不锈钢框型支撑架1第二层上，长滚珠丝杆7上通过螺纹套装有长丝杆移动座11，长丝杆移动座11和上横杠12的一端固定连接，上横杠12和横向滑轨底座22固定连接，横向滑轨底座22安装于上横杠12靠近入口的一侧，移虫机构安装于上横杠12，补虫机构安装于横向滑轨底座22。
如图5和图6所示，补虫机构包括横向滑轨底座22、横向滚珠丝杆18、移动步进电机19、横向丝杆移动座20、补虫上下移动单轴推杆气缸31、补虫挖取单轴推杆气缸32、补虫拉杆块38；横向滑轨底座22上部侧面安装有分别位于上下方平行的两根横向滑轨21，横向滑轨底座22上部一端安装有横向丝杆末端固定座17，另一端安装有横向移动步进电机19，横向丝杆末端固定座17与横向移动步进电机19之间安装有横向滚珠丝杆18，横向滚珠丝杆18上通过螺纹套装有横向丝杆移动座20，横向丝杆移动座20上下分别嵌装连接两根横向滑轨21，横向滑轨21和轴向平行均垂直于浆条29输送方向布置，形成丝杠螺母副；横向移动步进电机19工作带动横向滚珠丝杆18旋转，进而通过丝杠螺母副带动横向丝杆移动座20沿横向滑轨21水平移动；横向丝杆移动座20上固定安装有补虫上下移动单轴推杆气缸31，补虫上下移动单轴推杆气缸31的推杆朝下且和补虫机械手连接板33固定连接，补虫机械手连接板33上安装有补虫挖取单轴推杆气缸32，补虫机械手固定座34固定于补虫机械手连接板33底面，补虫挖取单轴推杆气缸32的推杆朝下且和补虫拉杆块38固定连接，补虫拉杆块38呈Z型结构，补虫拉杆块38一侧安装有补虫CCD相机36，补虫拉杆块38另一侧和补虫推杆35连接，补虫推杆35和补虫机械手固定座34均与补虫机械手37相连。
如图7～图10所示，移虫机构包括单轴推杆气缸13、移虫连接板41、移虫挖取单轴推杆气缸44、推虫单轴推杆气缸43、移虫安装板42、移虫拉杆48和移虫推杆块45；上横杠12上固定安装有单轴推杆气缸13，具体实施有两个单轴推杆气缸13，单轴推杆气缸13的气缸杆朝下穿过上横杠12和移虫连接板41固定连接，移虫连接板41上安装有移虫挖取单轴推杆气缸44和推虫单轴推杆气缸43，具体实施中，移虫连接板41的两侧均安装有一个移虫挖取单轴推杆气缸44和一个推虫单轴推杆气缸43。移虫连接板41底面固定安装有竖直布置的移虫安装板42，移虫安装板42侧方和移虫连接板41的下方设置有多个一排移虫推杆块45和多个一排移虫手固定座47；移虫挖取单轴推杆气缸44的气缸杆穿过移虫连接板41后和移虫拉杆48固定连接，一排移虫推杆块45上部固定连接移虫拉杆48，移虫拉杆48呈U形结构，U形结构的两端分别连接到移虫连接板41两侧的两个移虫挖取单轴推杆气缸44的气缸杆，U形结构的中间和一排的各个移虫推杆块45固接；如图11所示，移虫推杆块45下端穿过移虫手固定座47的下部连接移虫机械手50，同时移虫机械手50也和移虫手固定座47连接，移虫机械手50用于伸入到幼虫脾上的蜂巢孔中将幼虫挖出转移到浆条上孔位中进行移虫工作。
一排移虫手固定座47中，相邻两个移虫手固定座47在各自靠近补虫机构的侧面之间通过限位片55连接，限位片55一端开设通孔，另一端开设腰型孔，移虫手固定座47在靠近补虫机构的侧面设置凸轴，一个移虫手固定座47的凸轴套装于限位片55的腰型孔中，另一个移虫手固定座47的凸轴套装于限位片55的通孔中，形成可相对分离靠拢移动的铰链平移连接结构；移虫安装板42底部靠近移虫手固定座47的侧面安装有移虫固定座滑轨57，移虫手固定座47嵌装连接移虫固定座滑轨57，使得移虫手固定座47能沿移虫固定座滑轨57移动；移虫安装板42靠近补虫机构的侧壁安装有横向间距推杆气缸46，横向间距推杆气缸46的气缸杆穿过移虫安装板42后经移虫松紧推杆54和一排移虫手固定座47的其中一个固定连接；横向间距推杆气缸46运行，经移虫松紧推杆54带动一排移虫手固定座47的其中一个移动，进而通过铰链平移连接结构带动各个移虫手固定座47沿移虫固定座滑轨57相分离或者相靠拢水平移动，以调制适配于浆条上孔位和幼虫脾上蜂巢孔之间的孔间距变化；推虫单轴推杆气缸43的气缸杆穿过移虫连接板41后和推虫板49固定连接，推虫板49位于移虫机械手50侧方，推虫单轴推杆气缸43运行带动推虫板49上下升降运动，进而带动推虫板49刮净移虫机械手50表面的幼虫，一排移虫手固定座47下对应设有一排移虫机械手50。
具体实施中，如图11所示，移虫手固定座47底部上开设多个安装孔，分别安装多个移虫机械手50，实现更多移虫机械手50同时工作，提高效率。
如图12所示，移虫机械手50和补虫机械手37结构相同，以下以补虫机械手为例进行说明。
补虫机械手37包括补虫推拉杆40、补虫上下杆51、连接推杆52、刮片座53和补虫头摇杆56；补虫上下杆51固定于补虫机械手固定座34底部，补虫推杆35上端和补虫拉杆块38另一侧固定连接，补虫推杆35下端和补虫推拉杆40上端铰接，补虫头摇杆56的上端和连接推杆52的一端一起铰接到补虫推拉杆40下端，补虫推拉杆40下端穿设于补虫机械手固定座34，刮片座53的一端和补虫头摇杆56的下端铰接，连接推杆52的另一端铰接连接到补虫上下杆51的中部，补虫上下杆51的下端和刮片座53的另一端铰接，如图13所示，从而使得补虫上下杆51下半部分、连接推杆52、刮片座53和补虫头摇杆56形成平行四边形的四连杆结构；如图14所示，补虫挖取单轴推杆气缸32运行带动补虫推杆35上下升降移动，进而带动补虫推拉杆40上下升降移动，带动刮片座53做绕不定点摆动，实现刮片座53伸入到幼虫脾16的蜂巢孔中的挖取幼虫动作。反之则进行放置幼虫动作。
移虫机械手50同样也包括移虫推拉杆、移虫上下杆、连接推杆、刮片座和移虫头摇杆56；移虫上下杆固定于移虫手固定座47底部，移虫推杆块45下端和移虫推拉杆上端铰接，移虫头摇杆56的上端和连接推杆的一端一起铰接到移虫推拉杆下端，移虫推拉杆下端穿设于移虫手固定座47，刮片座的一端和移虫头摇杆56的下端铰接，连接推杆的另一端铰接连接到移虫上下杆的中部，移虫上下杆的下端和刮片座的另一端铰接，从而使得移虫上下杆下半部分、连接推杆、刮片座和移虫头摇杆56形成平行四边形的四连杆结构；移虫挖取单轴推杆气缸44运行带动移虫拉杆48上下升降移动，进而带动移虫推杆块45上下升降移动，带动刮片座做绕不定点摆动，实现刮片座伸入到幼虫脾16的蜂巢孔中的挖取幼虫动作。
具体实施中，放置浆条到浆条轨道板2上，初始化机器视觉系统，对各驱动装置与传感器上气上电，初始化当前行数与当前浆条移虫次数数据，通过PLC控制器控制各个驱动装置进行初始化。
双轴推杆气缸27缩回，驱动纵向移动步进电机8使移虫机构回到幼虫脾一侧的初始位置，驱动横向移动步进电机19使补虫机构回到长丝杆一侧的初始位，驱动幼虫脾传动步进电机24使幼虫脾回到初始位。输入幼虫脾上存有幼虫的行数，系统记录为当前行数。PLC控制器控制双轴推杆气缸27推出，移虫位传感器检测到信号后使双轴推杆气缸27缩回，此时浆条29到达移虫位。系统进行当前行数与当前浆条移虫次数判定后，幼虫脾传送机构使幼虫脾16移动相应位置。纵向移动步进电机8驱动长滚珠丝杆7，使移虫机构移动到幼虫脾16当前行上方，移虫机构进行挖取幼虫。完成挖取后，纵向移动步进电机8反向驱动长滚珠丝杆7，使移虫机构移动到移虫位，移虫机构放置幼虫到浆条29的一排浆杯中，移虫机构回到初始位置。机器视觉系统的浆条CCD相机6进行图像采集，传输到计算机上进行图像处理与识别，定位空杯的位置，进行反馈。纵向移动步进电机8驱动长滚珠丝杆7，使补虫机构移动到幼虫脾16当前行上方，补虫CCD相机进行图像采集，传输到计算机上进行图像识别与定位，定位到存有幼虫的孔，横向步进电机19就驱动补虫机构的补虫机械手37到定位的孔上方，进行挖虫，补充到识别的空杯中，反复循环至所有空杯补虫完成，当前浆条移虫次数加一。进行当前浆条移虫次数判定：当前浆条移虫次数为1时，重复进行当前行数与当前浆条29移虫次数判定，驱使幼虫脾传送机构使幼虫脾16移动相应位置。驱动移虫机构完成移虫。补虫机构完成所有空杯补虫，当前浆条移虫次数加一。判定当前浆条移虫次数当前浆条移虫次数为2时，再次驱动双轴推杆气缸27推出，进行移虫补虫反复循环至所有浆条29完成移虫或幼虫脾当前行超出最大行数。
图15中的移虫机构移虫的具体实施步骤如图16所示。
具体实施中，移虫机构在初始时进行初始化，接到开始移虫信号后，纵向移动步进电机8驱动移虫机构到幼虫脾16当前行上方，移虫机械手50下放，移虫机械手50进行挖取幼虫，移虫机械手50上升。移虫机构移动到浆条当前排上方，拉开32个移虫机械手50横向间距，移虫机械手50下放，移虫机械手50进行放置幼虫，推虫板推出推下黏贴在移虫刮片上的幼虫。推虫板缩回，移虫机械手50上升。
图15中的补虫机构补虫具体实施步骤如图17所示。
具体实施中，在接收到机器视觉系统的空杯检测与定位信号后，补虫机构进行初始化。接着补虫机构纵向移动到幼虫脾16当前行上方，补虫CCD相机36进行图像采集，进行图像处理，对幼虫脾16上的幼虫进行识别与定位。识别不到幼虫则补虫机构横向移动一定距离，补虫CCD相机36再次进行图像采集，进行图像处理，对幼虫脾16上的幼虫进行识别与定位，直到识别与定位出幼虫。定位到幼虫后，补虫机构横向移动使补虫机械手37处于定位幼虫的正上方，下放补虫机械手37，补虫机械手37进行取虫，上升补虫机械手37。补虫机构纵向移动到浆条上方，横向移动使补虫机械手37处于定位空杯上方下放补虫机械手37，补虫机械手37进行取虫，上升补虫机械手37。判断补虫后还是否存在空杯。存在空杯则重复进行补虫。不存在空杯则补虫完成，等待机器视觉系统新一轮空杯检测与定位信号
具体实施中，为实现移虫补虫与机器视觉的图像采集自动控制，基于视觉的蜂王浆移虫补虫装置实际还可以包括：
控制气缸的电磁阀；
信号放大器；
控制电机的驱动模块；
给各个驱动器与传感器的直流供电装置；
计算机，对采集到的图像信息进行处理；
可编程逻辑控制器(PLC)，控制驱动机构动作，完成移虫机构纵向与上下移动以及挖取放置幼虫的动作；完成补虫机构横向、上下移动以及挖取放置幼虫的动作；控制浆条输送与幼虫脾横向移动。
本发明的蜂王浆移虫补虫实施过程具体为：
步骤一、对机器视觉系统里的5个浆条CCD相机6与补虫CCD相机36进行初始化，初始化各个机构：移虫机构与补虫机构回到初始位；浆条输送机构的双轴推杆气缸27缩回；移虫机构的移虫上下单轴推杆气缸13、移虫挖取单轴推杆气缸44、推虫单轴推杆气缸43与横向间距推杆气缸46收缩；补虫机构的补虫上下移动单轴推杆气缸31与补虫挖取单轴推杆气缸32收缩。
步骤二、输入幼虫脾16上存有幼虫的行数，记录为当前行数。
步骤三、浆条29通过浆条输送机构的双轴推杆气缸27推出进行传送，等到浆条定位传感器接收到信号后停止传送，使浆条29到达移虫位，即机器视觉系统CCD相机6的正下方，记录当前浆条的移虫次数为0。
步骤四、判断当前行数是否超出幼虫脾最大行数，超出则终止运行；判断行的奇偶性，判断当前浆条移虫次数，通过幼虫脾传送机构的幼虫脾传动步进电机24驱动幼虫脾16到相应位置。
步骤五、完成幼虫脾16的移动后，纵向移动步进电机8驱动长滚珠丝杆7，使移虫机构移动到幼虫脾16当前行的上方。移虫上下单轴推杆气缸13推出，使移虫机械手50下放。移虫挖取单轴推杆气缸44推出带动移虫拉杆48，移虫拉杆48拉动移虫推杆块45控制移虫机械手50完成挖虫操作。移虫上下单轴推杆气缸13收缩，使移虫机械手50上升。
步骤六、挖虫完成后，纵向步进电机8驱动长滚珠丝杆7反向移动到处于移虫位的浆条29上方，横向间距推杆气缸46拉开32个移虫机械手50的横向间距使移虫机械手50间距与浆杯间距相同。移虫上下单轴推杆气缸13把移虫机械手50下放。移虫挖取单轴推杆气缸44收缩带动移虫拉杆48，移虫拉杆48拉动移虫推杆块45控制移虫机械手50完成放置幼虫操作，推虫单轴推杆气缸43推出带动推虫板49下放，推下黏贴在移虫刮片39上的幼虫。推虫单轴推杆气缸43缩回带动推虫板49上升。移虫上下单轴推杆气缸13收缩，使移虫机械手50上升。横向间距推杆气缸46收缩使32个移虫机械手50的横向间距缩小。完成浆条29一排浆杯的移虫，记录当前浆条移虫次数加1。
步骤七、机器视觉系统的CCD相机6进行图像采集，传输到计算机上进行图像处理与识别，定位空杯的位置，进行反馈
步骤八、控制纵向步进电机8驱动长滚珠丝杆7，使补虫机构随着长滚珠丝杆7运动到幼虫脾16的当前行上方，补虫CCD相机36进行图像采集，传输到计算机上进行图像识别与定位，定位到幼虫脾16存有幼虫的孔，横向移动步进电机19就驱动横向滚珠丝杆18，使补虫机构的补虫机械手37移动到定位的孔上方。补虫上下移动单轴推杆气缸31推出，把补虫机械手37下放。补虫挖取单轴推杆气缸32推出带动补虫拉杆块38，补虫拉杆块38拉动补虫推杆35使补虫机械手37进完成挖虫操作。补虫上下移动单轴推杆气缸31收缩，使补虫机械手37上升。
步骤九、控制纵向步进电机8驱动长滚珠丝杆7，使补虫机构随着长滚珠丝杆7运动到处于移虫位的浆条29当前排的上方。横向移动步进电机19就驱动横向滚珠丝杆18，使补虫机构的补虫机械手37移动到识别定位的空浆杯上方。补虫上下移动单轴推杆气缸31推出，把补虫机械手37下放。补虫挖取单轴推杆气缸32收缩带动补虫拉杆块38，补虫拉杆块38拉动补虫推杆35使补虫机械手37进完成放置幼虫的操作。补虫上下移动单轴推杆气缸31收缩，使补虫机械手37上升，完成浆条29一排浆杯的补虫。
步骤十、反复循环步骤八到步骤九至当前排所有空杯补虫完成。
步骤十一、重复一次步骤四到步骤十，完成浆条29两排浆杯的移虫补虫，当前行数加1。
步骤十二、重复步骤三到步骤十一，直至所有浆条29完成移虫补虫或当前行数超出幼虫脾最大行数。
最后，应当指出，以上实施例及提出的仅是本发明较有代表性的例子，显然，本发明的技术方案不限于上述实施例及提出的，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开内容直接导出或者联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：包括不锈钢框型支撑架(1)安装在不锈钢框型支撑架(1)上的移虫机构、补虫机构、浆条输送机构与机器视觉系统；不锈钢框型支撑架(1)从上至下具有第一层、第二层、第三层和第四层的四层；所述的浆条输送机构包括浆条轨道板(2)、浆条斜滑轨(3)和浆条收集盒(4)，不锈钢框型支撑架(1)在入口侧的第三层安装有浆条轨道板(2)，不锈钢框型支撑架(1)在出口侧的第四层安装有浆条收集盒(4)，浆条斜滑轨(3)设置在不锈钢框型支撑架(1)的第三层与第四层间，浆条斜滑轨(3)顶部与浆条轨道板(2)前部相连，浆条斜滑轨(3)底部与浆条收集盒(4)相连；浆条轨道板(2)上上放置多根浆条(29)，多根浆条(29)平行紧密排布，浆条轨道板(2)上安装双轴推杆气缸(27)和浆条推板(28)，双轴推杆气缸(27)安装在浆条轨道板(2)上靠近入口侧，双轴推杆气缸(27)的气缸杆和浆条推板(28)固接，浆条推板(28)推动浆条朝向出口侧平移；浆条收集盒(4)上方的不锈钢框型支撑架(1)的第三层安装有幼虫脾传送机构，幼虫脾传送机构上方的不锈钢框型支撑架(1)的第二层安装有移虫机构和补虫机构，机器视觉系统安装于浆条轨道板(2)正上方的不锈钢框型支撑架(1)的第一层和补虫机构。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：所述的幼虫脾传送机构包括幼虫脾传送底座(5)、幼虫脾安装座(14)和幼虫脾传动步进电机(24)；安装于不锈钢框型支撑架(1)的第三层上，且位于浆条收集盒(4)上方，幼虫脾传送底座(5)上方设有幼虫脾安装座(14)，幼虫脾安装座(14)上放置固定幼虫脾(16)，幼虫脾传送底座(5)上安装有短滑块底座(23)和幼虫脾传动步进电机(24)，短滑块底座(23)上安装有短滑轨(25)，幼虫脾安装座(14)底部嵌装在短滑轨(25)上并沿短滑轨(25)水平移动，幼虫脾传动步进电机(24)输出轴连接丝杠轴，丝杠轴的轴向平行于短滑轨(25)，幼虫脾安装座(14)底部固定安装有丝杠螺母，丝杠螺母通过螺纹套装在丝杠轴上。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：所述的机器视觉系统包括浆条CCD相机(6)、补虫CCD相机(36)；补虫CCD相机(36)安装于补虫机构的补虫拉杆块(38)底面，多个浆条CCD相机(6)安装在不锈钢框型支撑架(1)的第一层。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：所述的不锈钢框型支撑架(1)第二层的两侧上均安装有长滑轨(15)，上横杠(12)横跨布置在不锈钢框型支撑架(1)第二层的两侧之间并且两端嵌装于长滑轨(15)上，其中一侧的长滑轨(15)端部附近安装有纵向移动步进电机(8)，纵向移动步进电机(8)的输出轴通过联轴器(9)与长滚珠丝杆(7)的一端相连，长滚珠丝杆(7)的另一端支撑安装在长丝杆末端底座(10)上，长滚珠丝杆(7)上通过螺纹套装有长丝杆移动座(11)，长丝杆移动座(11)和上横杠(12)固定连接，上横杠(12)和横向滑轨底座(22)固定连接，移虫机构安装于上横杠(12)，补虫机构安装于横向滑轨底座(22)；
补虫机构包括横向滑轨底座(22)、横向滚珠丝杆(18)、移动步进电机(19)、横向丝杆移动座(20)、补虫上下移动单轴推杆气缸(31)、补虫挖取单轴推杆气缸(32)、补虫拉杆块(38)；横向滑轨底座(22)上部侧面安装有分别位于上下方平行的两根横向滑轨(21)，横向滑轨底座(22)一端上安装有横向丝杆末端固定座(17)，另一端上安装有横向移动步进电机(19)，横向丝杆末端固定座(17)与横向移动步进电机(19)之间安装有横向滚珠丝杆(18)，横向滚珠丝杆(18)上通过螺纹套装有横向丝杆移动座(20)，横向丝杆移动座(20)上下分别嵌装连接两根横向滑轨(21)，形成丝杠螺母副；横向丝杆移动座(20)上固定安装有补虫上下移动单轴推杆气缸(31)，补虫上下移动单轴推杆气缸(31)的推杆朝下且和补虫机械手连接板(33)固定连接，补虫机械手连接板(33)上安装有补虫挖取单轴推杆气缸(32)，补虫机械手固定座(34)固定于补虫机械手连接板(33)底面，补虫挖取单轴推杆气缸(32)的推杆朝下且和补虫拉杆块(38)固定连接，补虫拉杆块(38)一侧安装有补虫CCD相机(36)，补虫拉杆块(38)另一侧和补虫推杆(35)连接，补虫推杆(35)和补虫机械手固定座(34)均与补虫机械手(37)相连；
移虫机构包括单轴推杆气缸(13)、移虫连接板(41)、移虫挖取单轴推杆气缸(44)、推虫单轴推杆气缸(43)、移虫安装板(42)、移虫拉杆(48)和移虫推杆块(45)；上横杠(12)上固定安装有两个单轴推杆气缸(13)，单轴推杆气缸(13)的气缸杆朝下穿过上横杠(12)和移虫连接板(41)固定连接，移虫连接板(41)上安装有两个移虫挖取单轴推杆气缸(44)和两个推虫单轴推杆气缸(43)，移虫连接板(41)底面固定安装有竖直布置的移虫安装板(42)，移虫安装板(42)侧方和移虫连接板(41)的下方设置有一排移虫推杆块(45)和一排移虫手固定座(47)，；移虫挖取单轴推杆气缸(44)的气缸杆穿过移虫连接板(41)后和移虫拉杆(48)固定连接，一排移虫推杆块(45)上部固定连接移虫拉杆(48)，移虫推杆块(45)下端穿过移虫手固定座(47)的下部连接移虫机械手(50)，移虫机械手(50)用于伸入到幼虫脾上的蜂巢孔中将幼虫挖出转移到浆条上孔位中进行移虫工作；
一排移虫手固定座(47)中，相邻两个移虫手固定座(47)在各自靠近补虫机构的侧面之间通过限位片(55)连接，限位片(55)一端开设通孔，另一端开设腰型孔，移虫手固定座(47)在靠近补虫机构的侧面设置凸轴，一个移虫手固定座(47)的凸轴套装于限位片(55)的腰型孔中，另一个移虫手固定座(47)的凸轴套装于限位片(55)的通孔中，形成可相对分离靠拢移动的铰链平移连接结构；移虫安装板(42)底部靠近移虫手固定座(47)的侧面安装有移虫固定座滑轨(57)，移虫手固定座(47)嵌装连接移虫固定座滑轨(57)；移虫安装板(42)靠近补虫机构的侧壁安装有横向间距推杆气缸(46)，横向间距推杆气缸(46)的气缸杆穿过移虫安装板(42)后经移虫松紧推杆(54)和一排移虫手固定座(47)的其中一个固定连接；横向间距推杆气缸(46)运行，经移虫松紧推杆(54)带动一排移虫手固定座(47)的其中一个移动，进而通过铰链平移连接结构带动各个移虫手固定座(47)沿移虫固定座滑轨(57)相分离或者相靠拢水平移动，以调制适配于浆条上孔位和幼虫脾上蜂巢孔之间的孔间距变化；推虫单轴推杆气缸(43)的气缸杆穿过移虫连接板(41)后和推虫板(49)固定连接，推虫板(49)位于移虫机械手(50)侧方，推虫单轴推杆气缸(43)运行带动推虫板(49)上下升降运动，进而带动推虫板(49)刮净移虫机械手(50)表面的幼虫。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：所述的移虫机械手(50)和补虫机械手(37)结构相同。
6.根据权利要求5所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：所述的补虫机械手(37)包括补虫推拉杆(40)、补虫上下杆(51)、连接推杆(52)、刮片座(53)和补虫头摇杆(56)；补虫上下杆(51)固定于补虫机械手固定座(34)底部，补虫推杆(35)上端和补虫拉杆块(38)另一侧固定连接，补虫推杆(35)下端和补虫推拉杆(40)上端铰接，补虫头摇杆(56)的上端和连接推杆(52)的一端一起铰接到补虫推拉杆(40)下端，补虫推拉杆(40)下端穿设于补虫机械手固定座(34)，刮片座(53)的一端和补虫头摇杆(56)的下端铰接，连接推杆(52)的另一端铰接连接到补虫上下杆(51)的中部，补虫上下杆(51)的下端和刮片座(53)的另一端铰接，从而形成平行四边形的四连杆结构；补虫挖取单轴推杆气缸(32)运行带动补虫推杆(35)上下升降移动，进而带动补虫推拉杆(40)上下升降移动，带动刮片座(53)做绕不定点摆动，实现刮片座(53)伸入到幼虫脾(16)的蜂巢孔中的挖取幼虫动作。
7.根据权利要求5所述的一种基于视觉的蜂王浆智能移虫补虫装置，其特征在于：在浆条轨道板(2)靠近出口侧的边缘设有到位传感器孔位(30)，到位传感器孔位(30)中安装到位传感器，到位传感器用于检测边缘位置是否有浆条，浆条是否到达到位传感器孔位(30)所在的位置。
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| GR01 | Patent grant | ||
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