CN110514591A - 一种植物的光环境影响实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物的光环境影响实验装置及其实验方法，属于植物表型信息采集设备领域。本发明的实验装置中，旋转龙门机构的第二支柱和横梁能够围绕第一支柱转动，第二支柱和横梁运动轨迹所围成的空间内设置有多个植物生长箱，植物生长箱的顶部壳体上开设有采集入口，横梁上滑动设置有信息采集机构，信息采集单元在升降驱动件的驱动下能够从植物生长箱的采集入口伸入并对其中的植物进行表型信息采集，因而本发明的实验装置能够更加方便地对不同植物生长箱内的植物进行不同光环境下的表型信息采集。本发明的实验方法中，植物表型信息采集的效率较高，同时采集过程中能够减小外界环境对实验结构的影响，使得实验结果具有较好的准确性。

Description

一种植物的光环境影响实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及植物表型信息采集设备技术领域，更具体地说，涉及一种植物的光环境影响实验装置及其实验方法。

背景技术

光环境是影响植物生长发育和物质代谢的一个重要因素。植物对光具有选择性吸收的特性，植物进行光合作用的器官是叶绿体，叶绿体中的叶绿素最强的吸收光波区有两个：640～660nm的红光部分和430～450nm的蓝紫光部分。目前，能够被证实的是，红光、蓝光是高等植物完成生活史的必需光质，其它生理有效辐射为有益光质，红蓝组合光质可替代全光谱光源进行植物栽培。

目前植物学家已经得到番茄幼苗、桑树幼苗、菠菜等一些植物的最适宜红蓝光配比，但依然有很多大棚植物或幼苗培养使用全白光进行补光，关于这些植物所需光照强度和时间也没有一个科学的结论，需要进行多次不同光环境下的对比实验加以改进。同时，光源射出的光子能量因波长而不同，例如波长为400nm的蓝光能量是波长为700nm的红光能量的1.75倍，但是对于光合作用而言，两者波长的作用结果则是相同的。蓝色光谱中不能作为光合作用的多余能量则转变为热量。换言之，植物光合作用速率是由400～700nm中植物所能吸收的光子数目决定，而与各光谱所送出的光子数目并不相关。所以，还需要实验一种植物或其某一具体生长期对特定光，例如红光、蓝光、远红光的最适宜光照强度。

一般来说，光环境对植物生长发育和物质代谢影响的实验采用单次实验的方法进行，即每个植物生长箱内仅改变一个光环境参数，然后将多个植物生长箱之间进行对比分析。此时，由于光环境控制实验需要在暗箱环境中进行，因而在对各植物生长箱内的植物进行表型信息采集时，只能在各植物生长箱内均设置一个信息采集单元，但成本较高；或者采用手工测量，但测量过程中揭起遮光幕布时，外界环境可能对实验造成较大程度的干扰，且该方法效率较低。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中植物的光环境影响实验时对不同植物生长箱内的植物进行表型信息采集效果的不足，提供一种植物的光环境影响实验装置。本方案通过旋转龙门机构将信息采集机构定位至各植物生长箱上方，以利用信息采集机构对各植物生长箱内植物的表型信息进行采集，采集过程中能够减小外界环境对实验的影响，提高信息采集的准确性。

本发明的另一个目的在于提供一种植物的光环境影响实验方法，方法简单，植物表型信息采集的效率较高，准确度较好。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种植物的光环境影响实验装置，包括，

旋转龙门机构，所述旋转龙门机构包括第一支柱和第二支柱，以及用于连接第一支柱与第二支柱的横梁，所述横梁和第二支柱能够围绕第一支柱转动；以及，

植物容纳机构，设置在所述横梁和第二支柱运动轨迹所围成的空间内，包括多个植物生长箱，所述植物生长箱壳体内设置有用于提供光源的组合灯，植物生长箱顶部壳体开设有柔性的采集入口；以及，

信息采集机构，滑动设置在横梁上，包括升降驱动件，所述升降驱动件的运动端上设置有信息采集单元，所述信息采集单元能够通过采集入口伸入各植物生长箱内并进行植物的表型信息采集。

进一步地，所述的植物容纳机构为罩棚，所述罩棚为外罩、内罩和顶罩围成的圆环柱体结构，且罩棚的轴线与第一支柱的轴线相对应；所述外罩和内罩之间连接有多个隔板，所述隔板的上沿与顶罩连接，以在罩棚内部形成多个所述的植物生长箱，顶罩与各植物生长箱所对应位置处开设有所述的采集入口。

进一步地，所述顶罩上设置有连接件，所述连接件与所述横梁连接，以使顶罩能够跟随横梁转动；顶罩在与横梁所对应位置处开设有至少一个所述的采集入口。

进一步地，所述外罩上设置有转动槽，所述内罩上设置有限位槽，所述顶罩的内沿卡设在转动槽内，顶罩的外沿卡设在限位槽内。

进一步地，所述顶罩包括，

主动板，该主动板通过连接件与横梁连接；以及，

尾板，与主动板可配合地连接，所述主动板朝第一方向转动以带动尾板转动；所述主动板朝第二方向转动以使主动板和尾板至少部分重叠，以使顶罩形成缺口。

进一步地，所述主动板和尾板之间可配合地连接有至少一个从动板，所述主动板朝第一方向转动以带动所述的至少一个从动板和尾板同步转动；所述主动板朝第二方向转动以使主动板与至少一个从动板或尾板至少部分重叠，或使主动板、从动板和尾板至少部分重叠。

进一步地，所述从动板至少设置有两个；

所述主动板下侧面设置有主动板传动部，从动板下侧面有从动板传动部，从动板上侧面的两个边沿处分别设置有第一从动部和第二从动部，尾板上侧面的两个边沿处分别设置有第一阻挡部和第二阻挡部；

所述主动板朝第一方向转动以使主动板传动部与至少两个从动板的其中一个从动板的第一从动部配合，并使至少两个从动板中任一个从动板的从动板传动部与另一个从动板的第一从动部或与尾板的第一阻挡部配合，以使主动板、至少两个从动板和尾板同步转动；

所述主动板朝第二方向转动以使主动板传动部与至少两个从动板的其中一个从动板的第二从动部配合，并使至少两个从动板中任一个从动板传动部与另一个从动板的第二从动部或与尾板的第二阻挡部配合，以使主动板、从动板和尾板至少部分重叠。

进一步地，所述第一支柱设置在旋转座上，第二支柱上设置有驱动机构，所述驱动机构用于驱使第一支柱、横梁和第二支柱围绕所述旋转座转动；和/或，

所述信息采集机构包括滑动设置在横梁上的底座，所述升降驱动件设置在该底座上；所述升降驱动件的运动端上设置有旋转云台，所述信息采集单元可转动地设置在该旋转云台上；所述的信息采集单元包括至少一个RGB相机；和/或，

所述植物生长箱的侧边壳体上设置有安装架，所述组合灯设置在该安装架上；所述组合灯为环状结构，所述组合灯的灯底板上间隔设置有多个红光LED灯和多个蓝光LED灯。

本发明的一种植物的光环境影响实验方法，利用上述的实验装置进行植物的光环境影响实验，包括以下步骤：

步骤一、根据需求设置植物生长箱与旋转龙门机构的位置，旋转龙门机构朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口在每个植物生长箱内放置至少一株植物，然后根据实验设计分别设置各植物生长箱内的光环境参数；

步骤二、旋转龙门机构朝第一方向转动，使得顶罩闭合，植物生长箱形成暗箱环境，然后开始实验；

步骤三、实验过程中，信息采集机构的信息采集单元伸入各植物生长箱中，并对植物进行表型信息采集；

步骤四、实验完成，旋转龙门机构朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口将各植物生长箱内的植物取出。

进一步地，所述步骤三具体包括以下步骤：

S1、以旋转龙门机构的第一支柱和横梁的连接处为原点，建立圆柱坐标系，确定待采集的植物生长箱中心点的位置参数；

S2、根据S1中待采集的植物生长箱中心点位置参数对信息采集单元进行定位，旋转龙门机构旋转至该植物生长箱中心点所在的方位角θ，然后信息采集机构滑动至顶罩上该植物生长箱中心点所在的径向距离ρ所对应位置的采集入口上方，信息采集机构的升降驱动件驱使信息采集单元从采集入口进入植物生长箱内；

S3、旋转云台转动一周，信息采集单元完成对待采集的植物生长箱内植物的表型信息采集，然后升降驱动件驱使信息采集单元离开该植物生长箱；

S4、重复步骤S1～S4，完成对各植物生长箱中植物的表型信息采集。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种植物的光环境影响实验装置，包括了旋转龙门机构，旋转龙门机构的第二支柱和横梁能够围绕第一支柱转动，且第二支柱和横梁运动轨迹所围成的空间内设置有多个植物生长箱，植物生长箱的顶部壳体上开设有采集入口，横梁上滑动设置有信息采集机构，信息采集单元在升降驱动件的驱动下能够从植物生长箱的采集入口伸入并对其中的植物进行表型信息采集，因而本发明的光环境影响实验装置能够更加方便地对不同植物生长箱内的植物进行表型信息采集，同时采集过程中能够减小外界环境对实验结构的影响。

(2)本发明中的罩棚由外罩、内罩和顶罩围成，外罩和内罩之间设置有多个隔板，隔板与外罩、内罩和顶罩配合以在罩棚内形成多个植物生长箱；顶罩上设置有连接件，使得顶罩能够跟随横梁转动，同时顶罩上仅在与横梁对应的位置处开设有采集入口，当信息采集单元对其中一个植物生长箱内的植物进行表型信息采集时，其他的植物生长箱始终处于暗箱环境，因而能够减小外界环境对实验的影响。

(3)本发明中的顶罩包括主动板和尾板，主动板和尾板之间可配合的连接有多个从动板，当横梁带动主动板朝向第一方向转动时，主动板、多个从动板和尾板之间依次传递动力，使得主动板、多个从动板和尾板能够同步运动，从而使得顶罩始终能够与外罩和内罩形成暗箱环境；当横梁带动主动板朝向第二方向转动时，主动板、多个从动板和尾板能够依次重叠，从而使得顶罩上形成缺口，该缺口可以用以移动植物，或观察植物的生长状态，或调整各植物生长箱内的光环境。

(4)本发明的一种植物的光环境影响实验方法，在实验过程中，利用信息采集机构的信息采集单元依次伸入各植物生长箱中，并对植物进行表型信息采集，使得植物表型信息采集的效率较高，同时能够降低外界环境对实验结果的影响，使得实验结果具有较好的准确性。

附图说明

图1为本发明的植物的光环境影响实验装置结构示意图；

图2为本发明中组合灯结构的轴测装配示意图；

图3为本发明中旋转龙门机构的结构示意图；

图4为实施例2中光环境影响实验装置结构示意图；

图5为实施例2中植物生长箱分布方式示意图；

图6为实施例3中光环境影响实验装置结构示意图；

图7为实施例4中主动板的结构示意图；

图8为实施例4中尾板的结构示意图。

图9为实施例4中从动板的结构示意图；

图10为实施例4中光环境影响实验装置结构示意图；

图11为实施例4中主动板、从动板和尾板的配合关系示意图。

示意图中的标号说明：100、植物容纳机构；101、外罩；102、内罩；103、转动槽；104、限位槽；105、顶罩；110、植物生长箱；111、隔板；120、组合灯；121、灯底板；122、灯泡；123、薄膜罩；124、灯盖板；130、主动板；131、采集入口；132、连接件；133、主动板传动部；140、从动板；141、从动板传动部；142、第一从动部；143、第二从动部；150、尾板；151、第一阻挡部；152、第二阻挡部；200、旋转龙门机构；210、旋转座；220、第一支柱；230、横梁；240、第二支柱；250、驱动机构；300、信息采集机构；310、旋转云台；320、升降驱动件；330、底座；340、信息采集单元。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在常规的植物光环境影响实验装置中，难以将不同光照颜色、光照强度、光照时间等设置参数下的植物长势进行对比，原因在于，单次的实验仅能改变某一光环境实验参数，其存在以下缺点：

(1)难以同时对比光照颜色、光照强度、光照时间等单因素下植物的生长情况，例如研究光照颜色因素对植物生长情况和光合作用情况的影响，并选取3个不同的水平时，需要在3个植物生长箱室内同时进行实验，因而难以利用同一台信息采集装置对不同植物生长箱内的植物进行表型信息的采集；

(2)难以综合监测光照颜色、光照强度、光照时间等多重因素的交互影响，例如研究光照颜色、光照强度、和光照时间对植物生长情况和光合作用情况的综合影响、且当每个因素的水平数为3时，例如选取红色、绿色和蓝色等3个不同光照颜色以及92、184、276μmol/m²sec等3个不同的光照强度、昼夜比10：14、12：12、14：10等3个不同的光照时间，则需要在27个植物生长箱内同时进行实验，因而随着因素和水平数量的增加，所需的植物生长箱的数目成倍增加，每个植物生长箱都需配套使用一个信息采集装置，因而成本过高；

(3)光处理实验要屏蔽自然光，需要用不透光幕布遮盖住植物生长箱，若采用手工测量则需要揭起幕布，此时可能会引入外界环境的自然光，从而对实验结果造成影响。

针对上述问题，本实施方式提供了一种植物的光环境影响实验装置，旨在能够利用一台信息采集装置对多个植物生长箱内的植物进行表型信息采集，同时在采集过程中减小外界环境对实验结果的影响。

实施例1

本实施例的一种植物的光环境影响实验装置，具体包括植物容纳机构100、旋转龙门机构200和信息采集机构300，植物容纳机构100包括多个植物生长箱110，信息采集机构300能够跟随旋转龙门机构200转动，且能够相对于旋转龙门机构200滑动，从而使得信息采集机构300上的信息采集单元340能够对不同植物生长箱110内的植物进行采集。

具体的，参照图1，本实施例的植物容纳机构100，具体可由多个植物生长箱110组成，植物生长箱110的数量至少为2个，例如2个、3个、4个、9个。植物生长箱110内为暗箱环境，即与外界的光环境隔离，具体可以由不透光的幕布遮盖其壳体形成，也可以是其壳体直接由不透光的材料制成。植物生长箱110的外侧面为银白色，能够反射外界光，从而避免植物生长箱110吸收外界热量，进而能够使箱内的植物更好地吸收特定的光辐射，植物生长箱110的内侧面为黑色，可为信息采集单元340采集时提供简单背景，便于对于数据的后期处理，提高实验结构的准确率。

植物生长箱110的顶部壳体上开设有柔性的采集入口131，信息采集单元340从该采集入口131进出植物生长箱110并完成箱内植物的表型信息采集。采集入口131可以由弹性材料制成，当植物生长箱110的顶部壳体由弹性材料制成时，采集入口131也可以是在顶部壳体上开设的具有规则形状的入口，例如十字形，或X形。常态下采集入口131始终保持闭合状态，当信息采集单元340从该采集入口131进入植物生长箱110时，采集入口131的边沿能够遮盖并减小由信息采集单元340产生的间隙，当信息采集单元340从该采集入口131离开植物生长箱110时，采集入口131能够依靠其自身的弹性恢复闭合，因而在本实施例中，信息采集单元340在采集过程中能够减小外界环境对实验结果的影响。

植物生长箱110内设置有用于调节箱内光环境的组合灯120。具体的，参照图1，植物生长箱110壳体的内侧面上设置有安装架，安装架上设置有组合灯120。根据具体实验的需要，该组合灯120可以是白光LED灯，也可以是红蓝光LED灯。例如研究红蓝光配比对植物的影响时，通常采用荧光灯和荧光-LED组合灯来提供光源，但红蓝光LED组合灯可将红蓝光单独连续控制，光源均匀且光质更纯，可以精确得到红蓝配比。因此，在本实施例中，组合灯120上可以间隔设置有多个红光LED灯和多个蓝光LED灯，组合灯120可以是相关领域中常用的红蓝光组合灯，例如申请号为2007101648346的中国专利文件所披露的组合灯。

作为另一种实施方式，参照图2，组合灯120也可以为环形结构，采集入口131位于组合灯120的圆环所对应位置的上方，从而防止组合灯120阻碍信息采集单元340的运动。组合灯120具体可以包括灯底板121，在灯底板121周向上设置有多个灯泡122，灯泡122上设置有薄膜罩123，并通过设置灯盖板124，将组合灯120进行组装。多个灯泡122可以划分为多组，例如6组、12组、24组，每组具有至少1个LED灯，例如1个、2个、3个、4个，每组内的LED灯的种类相同，即均为红光LED灯或蓝光LED灯，同时红光LED灯组与蓝光LED灯组间隔设置。此外，为了适应不同的实验需求，组合灯120上的灯泡122可以进行更换。

本实施例的旋转龙门机构200，可以包括第一支柱220、横梁230和第二支柱240，第一支柱220和第二支柱240相对设置，具体可以是相互平行设置。第一支柱220和第二支柱240之间通过横梁230连接，同时横梁230和第二支柱240能够围绕第一支柱220转动，具体可以是通过驱动电机控制旋转龙门机构200转动，例如将第一支柱220与驱动电机的转动轴连接，由驱动电机驱动横梁230和第二支柱240以第一支柱220为转轴转动。

作为另一种实施方式，参照图3，可以将第一支柱220设置在旋转座210上，具体可以是通过轴承与轴承座的配合使第一支柱220能够相对于旋转座210发生转动，同时第二支柱240上设置有驱动机构250，该驱动机构250包括驱动轮和驱动电机，驱动电机用于驱使驱动轮转动，从而带动第二支柱240、横梁230和第一支柱220围绕旋转座210转动。

本实施例的信息采集机构300，设置在横梁230上，具体可以通过滑轨和滑块的方式实现相对于横梁230的滑动，也可以通过丝杆螺母副的方式实现相对于横梁230的滑动，也可以通过皮带传动的方式实现相对于横梁230的滑动，具体的方式没有限制，只要能够实现信息采集机构300相对于横梁230滑动即可。

信息采集机构300包括升降驱动件320，升降驱动件320的运动端上设置有信息采集单元340，该升降驱动件320用于驱动信息采集单元340相对于横梁230升降，具体可以是气缸、液压缸或电机中的一种；参照图3，升降驱动件320也可以是丝杠升降机构，具体可以包括主升降杆，以及驱动该升降杆运动的空心轴螺杆电机，此外，升降杆的两侧设置有能够与升降杆同步运动的辅助杆，该辅助杆能够保证其整体轴线不偏转，从而增强丝杠升降机构的稳定性。

作为另一种实施方式，信息采集机构300包括了底座330，该底座330滑动设置在横梁230上。底座330上设置有升降驱动件320，升降驱动件320的运动端设置有旋转云台310，该旋转云台310上设置有信息采集单元340。信息采集单元340能够相对于旋转云台310发生转动，旋转云台310可以是相关领域中常用的旋转台，例如申请号为2018100046802的中国专利文件所披露的旋转云台。信息采集单元340可以是RGB相机，或红外传感器，RGB相机和红外传感器可以分别设置多个，也可以同时设置，具体的方式没有限制。

实施例2

在本实施例中，植物容纳机构100为罩棚结构，可以由外罩101、内罩102和顶罩105围成。具体的，参照图4，外罩101和内罩102为圆形结构，且均由不透明的材料制成。内罩102设置在外罩101，外罩101和内罩102的中心线相对应，可以是完全重合，也可以是略有偏移，偏移的程度应当控制在使外罩101的中心线完全位于内罩102内的范围内。外罩101和内罩102的上方设置有顶罩105，该顶罩105的形状为类圆环结构，同时该顶罩105能够完全遮盖住外罩101和内罩102之间产生的间隙并在外罩101和内罩102之间形成暗箱环境，并使得罩棚整体上为圆环柱体结构。

参照图5，外罩101、内罩102之间设置有多个隔板111，该隔板111的上沿与顶罩105相连，从而使得隔板111能够将罩棚内的空间分割成若干个植物生长箱110，每个植物生长箱110均为暗箱环境，且每个植物生长箱110的光环境独立于其他植物生长箱，即每个植物生长箱110的光环境不受其他植物生长箱的影响。

顶罩105上与每个植物生长箱110所对应的位置处开设有采集入口131，每个植物生长箱110所对应的采集入口131位于该植物生长箱110中心线处，或位于该植物生长箱110中心线附近，以方便于信息采集单元340对各植物生长箱110内的植物进行表型信息采集。

实施例3

在本实施例中，植物容纳机构100的顶罩105能够跟随旋转龙门结构200的横梁230转动，从而只需在顶罩105与横梁230所对应的位置处开设采集入口131，进而进一步消除信息采集单元340在采集过程中所引入的外界环境干扰。

具体的，参照图6，顶罩105上设置有连接件132，该连接件132用于连接顶罩105和横梁230，当横梁230发生转动时，在连接件132的作用下，顶罩105能够跟随横梁230转动。值得说明的是，罩棚的其他组成部分，包括外罩101、内罩102，不跟随横梁230转动，即顶罩105转动时，其与外罩101和内罩102脱离接触。此外，在本实施例中，隔板111的上沿不与顶罩105连接，从而隔板111也不会跟随顶罩转动。

由于顶罩105能够跟随横梁230转动，因此只需在顶罩105上与横梁相对应的位置开设采集入口131，当需要对某个植物生长箱110内的植物进行表型信息采集时，旋转龙门机构200转动一定角度，将横梁230定位在该植物生长箱110的上方，然后信息采集机构300滑动至该植物生长箱110的上方，随即信息采集单元340从该植物生长箱110所对应的采集入口131进入。当植物容纳机构100沿其径向设置有多层植物生长箱110，即植物容纳机构100内的植物生长箱110距离第一支住220的距离不完全一样时，为了方便对不同的植物生长箱110内的植物进行表型信息采集，采集入口131可以开设有多个。

作为本实施例的进一步优化，外罩101的上沿设置有环形的转动槽103，该转动槽103的槽口朝内设置，即朝向顶罩105设置，且顶罩105的外沿卡设在转动槽103内；内罩102的上沿设置有环形的限位槽104，该限位槽104的槽口朝外设置，即朝向顶罩105设置，且顶罩105的内沿卡设在限位槽104内，因而顶罩105与外罩101和内罩102之间始终能够形成暗箱环境，从而能够消除因顶罩105转动所引入的外界环境干扰。

实施例4

在本实施例中，顶罩105由主动板130和尾板150组成，主动板130和尾板150在高度上错开一定距离以使得主动板130和尾板150在水平面上能够相互重叠。其中，主动板130通过连接件132与横梁230连接，并能够跟随横梁230转动。当主动板130朝向第一方向转动时，主动板130能够带动尾板150同步转动，此时主动板130和尾板150能够形成完整的环形顶罩，从而能够遮盖住外罩101和内罩102之间的缺口；当主动板130朝向第二方向转动，即朝向与第一方向相反的方向转动时，尾板150不再跟随主动板130，从而使得主动板130和尾板150之间相互重叠，进而使得顶罩105形成缺口，该缺口可以用来放置或取出植物，或对植物生长箱110内的植物进行观察，或调整各植物生长箱110内的光环境。

具体的，参照图7和图8，主动板130下侧面设置有主动板传动部133，尾板150上侧面设置有第一阻挡部151，当主动板130朝向第一方向转动时，主动板传动部133与第一阻挡部151相配合，例如挡块与挡条的配合，或卡爪与卡槽的配合，使得尾板150能够跟随主动板130转动；当主动板130朝向第二方向转动时，主动板传动部133不再与第一阻挡部151配合，同时主动板130与尾板150开始重叠，并使顶罩105形成缺口。

此外，尾板150上侧面的两个边沿处可以分别设置有第一阻挡部151和第二阻挡部152，当主动板130朝向第二方向转动时，主动板130转动一定角度后，主动板传动部133与第二阻挡部152相配合，然后带动尾板150朝向第二方向转动，此时主动板130与尾板150至少部分重叠。其中，当主动板130和尾板150的大小相同时，两者能够完全重叠。

作为本实施例的进一步优化，主动板130和尾板150之间可以设置有从动板140。具体的，参照图9，从动板140下侧面有从动板传动部141，从动板140上侧面的两个边沿处分别设置有第一从动部142和第二从动部143。其中从动板传动部141与尾板150的第一阻挡部151和第二阻挡部152配合，第一从动部142和第二从动部143与主动板传动部133配合。

当从动板140只设置有一个时，主动板130朝向第一方向转动，主动板130能够带动从动板140和尾板150同步转动；主动板130朝向第二方向转动，尾板150和从动板140不再跟随主动板130转动，使得主动板130、从动板140和尾板150之间至少部分重叠。其中，当主动板130、从动板140和尾板150的大小均相同时，能够完全重叠。

当从动板140设置有至少两个时，参照图10和图11，主动板130朝向第一方向转动，主动板130能够带动其中的一个从动板140转动，在后的其他从动板140，以及尾板150，依次跟随在先的从动板140转动，从而实现主动板130、从动板140和尾板150同步转动；主动板130朝向第二方向转动，主动板130的主动板传动部133与紧随其后的从动板140的第二从动部143配合，并使每个从动板140的从动板传动部141与紧随其后的从动板140的第二从动部143或与尾板150的第二阻挡部152配合，以使主动板、从动板和尾板至少部分重叠，从而使得顶罩105形成缺口。其中，当主动板130、从动板140和尾板150的大小均相同时，能够完全重叠。

实施例5

本实施例的一种植物的光环境影响实验方法，具体包括以下步骤：

步骤一、根据需求设置植物生长箱110与旋转龙门机构200的位置，旋转龙门机构200朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口在每个植物生长箱110内放置至少一株植物，然后根据实验设计分别设置各植物生长箱110内的光环境参数。

其中，对进行光照颜色配比、光谱分布、光照强度、光照时间等各种光环境调节、控制实验时，利用组合灯120来提供不同的光环境。具体的，调节、控制植物最适宜的红蓝光配比时，可采用红蓝色LED组合灯，使得不同植物生长箱110内形成多种红蓝光组合的光环境；调节、控制最适宜的植物光照强度时，使得不同植物生长箱110内的白色LED的数量不同；调节、控制最适宜的光照时间时，使得不同植物生长箱110内白色LED灯的个数相同，而光照时间不同；测试不同种类的灯是否适合做植物生长灯时，使用光谱仪测量不同种类灯的光谱分布，并使得不同植物生长箱110内灯种类不同。

步骤二、旋转龙门机构200朝第一方向转动，使得顶罩闭合，植物生长箱110形成暗箱环境，避免外界环境对实验结果的干扰，然后开始实验。

步骤三、实验过程中，信息采集机构300的信息采集单元340伸入各植物生长箱110中，并对植物进行表型信息采集。

其中，信息采集单元340对各植物生长箱110内的植物进行表型信息采集的具体步骤为：

S1、以旋转龙门机构200的第一支柱220和横梁230的连接处为原点，建立圆柱坐标系，确定待采集的植物生长箱110中心点的位置参数；

S2、根据S1中待采集的植物生长箱110中心点位置参数对信息采集单元340进行定位，旋转龙门机构200旋转至该植物生长箱110中心点所在的方位角θ，然后信息采集机构300滑动至顶罩上该植物生长箱110中心点所在的径向距离ρ所对应位置的采集入口131上方，信息采集机构300的升降驱动件320驱使信息采集单元340从采集入口131进入植物生长箱110内；

S3、旋转云台310转动一周，信息采集单元340完成对待采集的植物生长箱110内植物的表型信息采集，然后升降驱动件320驱使信息采集单元340离开该植物生长箱110；

S4、重复步骤S1～S4，完成对各植物生长箱110中植物的表型信息采集。

步骤四、实验完成，旋转龙门机构200朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口将各植物生长箱110内的植物取出。

在该实验方法的实验过程中，利用信息采集机构的信息采集单元依次伸入各植物生长箱中，并对植物进行表型信息采集，使得植物表型信息采集的效率较高，同时能够降低外界环境对实验结果的影响，使得实验结果具有较好的准确性。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：包括，

旋转龙门机构，所述旋转龙门机构包括第一支柱和第二支柱，以及用于连接第一支柱与第二支柱的横梁，所述横梁和第二支柱能够围绕第一支柱转动；以及，

植物容纳机构，设置在所述横梁和第二支柱运动轨迹所围成的空间内，包括多个植物生长箱，所述植物生长箱壳体内设置有用于提供光源的组合灯，植物生长箱顶部壳体开设有柔性的采集入口；以及，

信息采集机构，滑动设置在横梁上，包括升降驱动件，所述升降驱动件的运动端上设置有信息采集单元，所述信息采集单元能够通过采集入口伸入各植物生长箱内并进行植物的表型信息采集。

2.根据权利要求1所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：所述的植物容纳机构为罩棚，所述罩棚为外罩、内罩和顶罩围成的圆环柱体结构，且罩棚的轴线与第一支柱的轴线相对应；所述外罩和内罩之间连接有多个隔板，所述隔板的上沿与顶罩连接，以在罩棚内部形成多个所述的植物生长箱，顶罩与各植物生长箱所对应位置处开设有所述的采集入口。

3.根据权利要求2所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：所述顶罩上设置有连接件，所述连接件与所述横梁连接，以使顶罩能够跟随横梁转动；顶罩在与横梁所对应位置处开设有至少一个所述的采集入口。

4.根据权利要求3所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：所述外罩上设置有转动槽，所述内罩上设置有限位槽，所述顶罩的内沿卡设在转动槽内，顶罩的外沿卡设在限位槽内。

5.根据权利要求4所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：所述顶罩包括，

主动板，该主动板通过连接件与横梁连接；以及，

尾板，与主动板可配合地连接，所述主动板朝第一方向转动以带动尾板转动；所述主动板朝第二方向转动以使主动板和尾板至少部分重叠，以使顶罩形成缺口。

6.根据权利要求5所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：所述主动板和尾板之间可配合地连接有至少一个从动板，所述主动板朝第一方向转动以带动所述的至少一个从动板和尾板同步转动；所述主动板朝第二方向转动以使主动板与至少一个从动板或尾板至少部分重叠，或使主动板、从动板和尾板至少部分重叠。

7.根据权利要求6所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：

所述从动板至少设置有两个；

所述主动板下侧面设置有主动板传动部，从动板下侧面有从动板传动部，从动板上侧面的两个边沿处分别设置有第一从动部和第二从动部，尾板上侧面的两个边沿处分别设置有第一阻挡部和第二阻挡部；

所述主动板朝第一方向转动以使主动板传动部与至少两个从动板的其中一个从动板的第一从动部配合，并使至少两个从动板中任一个从动板的从动板传动部与另一个从动板的第一从动部或与尾板的第一阻挡部配合，以使主动板、至少两个从动板和尾板同步转动；

所述主动板朝第二方向转动以使主动板传动部与至少两个从动板的其中一个从动板的第二从动部配合，并使至少两个从动板中任一个从动板传动部与另一个从动板的第二从动部或与尾板的第二阻挡部配合，以使主动板、从动板和尾板至少部分重叠。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的一种植物的光环境影响实验装置，其特征在于：

所述第一支柱设置在旋转座上，第二支柱上设置有驱动机构，所述驱动机构用于驱使第一支柱、横梁和第二支柱围绕所述旋转座转动；和/或，

所述信息采集机构包括滑动设置在横梁上的底座，所述升降驱动件设置在该底座上；所述升降驱动件的运动端上设置有旋转云台，所述信息采集单元可转动地设置在该旋转云台上；所述的信息采集单元包括至少一个RGB相机；和/或，

所述植物生长箱的侧边壳体上设置有安装架，所述组合灯设置在该安装架上；所述组合灯为环状结构，所述组合灯的灯底板上间隔设置有多个红光LED灯和多个蓝光LED灯。

9.一种植物的光环境影响实验方法，其特征在于：利用权利要求1所述的实验装置进行植物的光环境影响实验，包括以下步骤：

步骤一、根据需求设置植物生长箱与旋转龙门机构的位置，旋转龙门机构朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口在每个植物生长箱内放置至少一株植物，然后根据实验设计分别设置各植物生长箱内的光环境参数；

步骤二、旋转龙门机构朝第一方向转动，使得顶罩闭合，植物生长箱形成暗箱环境，然后开始实验；

步骤三、实验过程中，信息采集机构的信息采集单元伸入各植物生长箱中，并对植物进行表型信息采集；

步骤四、实验完成，旋转龙门机构朝第二方向转动，使得顶罩打开，通过顶罩上的缺口将各植物生长箱内的植物取出。

10.根据权利要求9所述的一种植物的光环境影响实验方法，其特征在于：所述步骤三具体包括以下步骤：

S1、以旋转龙门机构的第一支柱和横梁的连接处为原点，建立圆柱坐标系，确定待采集的植物生长箱中心点的位置参数；

S2、根据S1中待采集的植物生长箱中心点位置参数对信息采集单元进行定位，旋转龙门机构旋转至该植物生长箱中心点所在的方位角θ，然后信息采集机构滑动至顶罩上该植物生长箱中心点所在的径向距离ρ所对应位置的采集入口上方，信息采集机构的升降驱动件驱使信息采集单元从采集入口进入植物生长箱内；

S3、旋转云台转动一周，信息采集单元完成对待采集的植物生长箱内植物的表型信息采集，然后升降驱动件驱使信息采集单元离开该植物生长箱；

S4、重复步骤S1～S4，完成对各植物生长箱中植物的表型信息采集。