CN110915355B - 一种马铃薯种薯切块设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马铃薯种薯切块设备，涉及农业机械领域，该马铃薯种薯切块设备，包括上料架、上料斗、图像识别装置、固定装置和切块装置，上料斗设置在上料架的顶部，上料斗的底部设置有出料口，固定装置设置在上料架的中部，图像识别装置设置在上料架上并对固定装置上的马铃薯进行图像识别，切块装置设置在上料架上并与固定装置相对设置，且切块装置与图像识别装置电连接。相较于现有的马铃薯切块机，本发明能够自动识别芽眼并根据芽眼分布情况对马铃薯进行切块，从而能够获得多个带有芽眼的马铃薯块，不会影响马铃薯的种植，切块效果理想，效率高且质量高，能够实现大量推广使用。

Description

一种马铃薯种薯切块设备

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体而言，涉及一种马铃薯种薯切块设备。

背景技术

为降低马铃薯种植成本，薯农往往采用切块种植，然而人工切种效率低、成本高、质量差，急需一款种薯自动切块机。

在现有技术中，种薯自动切块机己有成型产品投放市场，然而由于其不能控制切块质量和不能识别芽眼，导致切块效果不理想，无法大量推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种马铃薯种薯切块设备，其能够通过识别马铃薯的芽眼来进行切割，从而获得多个带有芽眼的马铃薯块，切块效果理想，效率高且质量高，能够实现大量推广使用。

为达到上述目的，本发明是采用以下的技术方案来实现的。

一种马铃薯种薯切块设备，包括上料架、上料斗、图像识别装置、固定装置和切块装置，所述上料斗设置在所述上料架的顶部，所述上料斗的底部设置有出料口，所述固定装置设置在所述上料架的中部，用于固定所述马铃薯，所述图像识别装置设置在所述上料架上并对所述固定装置上的所述马铃薯进行图像识别，用于识别所述马铃薯的芽眼并生成切割控制信号，所述切块装置设置在所述上料架上并与所述固定装置相对设置，且所述切块装置与所述图像识别装置电连接，用于依据所述切割控制信号对所述马铃薯进行切割，以获得多个带有芽眼的马铃薯块。

在本发明较佳的实施例中，所述马铃薯种薯切块设备还包括接料斗，所述接料斗设置在所述上料架的底部并与所述固定装置相对设置，用于接收多个带有芽眼的马铃薯块。

在本发明较佳的实施例中，所述图像识别装置包括摄像头、图像分析器和切割控制器，所述摄像头设置在所述上料架上并与所述图像分析器电连接，用于采集所述固定装置上的目标马铃薯的图像信息并传递至所述图像分析器，所述图像分析器与所述切割控制器连接，用于分析所述图像信息并生成芽眼信息，所述切割控制器依据所述芽眼信息生成所述切割控制信号。

在本发明较佳的实施例中，所述切块装置包括切块安装杆、切块机构和姿态调节机构，所述切块安装杆设置在所述上料架上，所述姿态调节机构设置在所述切块安装杆的中部并与所述固定装置相对设置，所述切块机构设置在所述姿态调节机构上并在所述姿态调节机构的带动下相对所述固定装置水平运动，且所述姿态调节机构与所述图像识别装置电连接，用于依据所述切割控制信号调节所述切块机构的位置。

在本发明较佳的实施例中，所述姿态调节机构包括安装块、姿态控制器、承载块、滑杆和步进电机，所述安装块设置在所述切块安装杆的中部，所述滑杆沿竖直方向设置在所述安装块上，所述承载块滑动设置在所述滑杆上，所述切块机构设置在所述承载块上，所述姿态控制器设置在所述安装块上并分别与所述图像识别装置和所述步进电机电连接，所述步进电机与所述承载块传动连接，用于带动所述承载块沿所述滑杆滑动。

在本发明较佳的实施例中，所述切块机构包括切刀和切割驱动件，所述切割驱动件设置在所述承载块上，所述切刀与所述切割驱动件连接，并在所述切割驱动件的带动下沿水平方向靠近或者远离所述固定装置，用于沿预设路径切割所述马铃薯。

在本发明较佳的实施例中，所述固定装置包括左固定架、左夹持机构、右固定架和右夹持机构，所述左固定架和所述右固定架相对设置在所述上料架上，且所述左固定架和所述右固定架之间形成有夹持通道，所述左夹持机构设置在所述左固定架上，所述右夹持机构设置在所述右固定架上，所述左夹持机构和所述右夹持机构用于共同夹持并固定所述马铃薯。

在本发明较佳的实施例中，所述左夹持机构包括左驱动件和左夹持件，所述左驱动件安装在所述左固定架左，所述左夹持件与所述左驱动件传动连接，用于在所述左驱动件的带动右靠近或者远离所述右夹持机构；所述右夹持机构包括右驱动件和右夹持件，所述右驱动件安装在所述右固定架左，所述右夹持件与所述右驱动件传动连接，用于在所述右驱动件的带动右靠近或者远离所述左夹持件。

在本发明较佳的实施例中，所述固定装置还包括承载盘，所述承载盘活动设置在所述左固定架和所述右固定架之间，用于承载从所述出料口掉落的所述马铃薯。

在本发明较佳的实施例中，所述出料口设置有过渡箱，所述过渡箱罩设在所述出料口上并与所述固定装置连接，用于暂存从所述出料口掉出的所述马铃薯。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种马铃薯种薯切块设备，通过图像识别装置来对固定装置上的马铃薯进行图像识别，并根据马铃薯的芽眼分布情况生成切割控制信号，切块装置依据切割控制信号对马铃薯进行切割，从而获得多个带有芽眼的马铃薯块。相较于现有的马铃薯切块机，本发明提供的马铃薯种薯切块设备，能够自动识别芽眼并根据芽眼分布情况对马铃薯进行切块，从而能够获得多个带有芽眼的马铃薯块，不会影响马铃薯的种植，切块效果理想，效率高且质量高，能够实现大量推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明具体实施例提供的马铃薯种薯切块设备的整体态结构示意图；

图2为图1中图像识别装置的示意图；

图3为图1中上料斗的连接结构示意图；

图4图1中固定装置的连接结构示意图；

图5为图1中切块装置的连接结构示意图；

图6为图1中切块装置的结构示意图。

图标：1-马铃薯种薯切块设备；11-上料架；12-上料斗；120-出料口；121-过渡箱；122-滚槽；123-挡板；13-图像识别装置；131-摄像头；132-图像分析器；133-切割控制器；134-安装架；14-固定装置；141-左固定架；143-左夹持机构；144-右固定架；145-右夹持机构；146-承载盘；1461-切割底盘；1462-下挡板；15-切块装置；151-切块安装杆；152-切块机构；1521-切刀；1522-切割驱动件；153-姿态调节机构；1531-安装块；1532-姿态控制器；1533-承载块；1534-滑杆；1535-步进电机；16-接料斗。

具体实施方式

正如背景技术中所提及的，现有的切块机由于不能识别芽眼，导致切块后很多马铃薯块无法作为种薯使用，也增加了后期人工筛选合适的种薯的流程，影响种薯的快速种植。而基于机器视觉的马铃薯种薯切块机关键技术的研究可以为自动识别芽眼种薯切块机的开发奠定理论基础，有助于该设备的开发应用，一旦实现推广可极大的缓解马铃薯播种期劳动力紧缺的问题，提高马铃薯种植产业经济效益，有利于保障我国的粮食安全，因此进行马铃薯种薯切块设备的研究有强烈的必要性。本发明即是基于机器视觉对马铃薯的芽眼分布进行识别，并根据芽眼分布情况控制切刀从不同位置对马铃薯进行切块，从而保证切块后的马铃薯至少具有一个芽眼，保证几乎每块马铃薯块均可作为种薯直接进行种植，大大提高了切块效果，提升了切块质量。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

具体实施例

结合参见图1至图6，马铃薯种薯切块设备1，包括上料架11、上料斗12、图像识别装置13、固定装置14和切块装置15，上料斗12设置在上料架11的顶部，上料斗12的底部设置有出料口120，固定装置14设置在上料架11的中部，用于固定马铃薯，图像识别装置13设置在上料架11上并对固定装置14上的马铃薯进行图像识别，用于识别马铃薯的芽眼并生成切割控制信号，切块装置15设置在上料架11上并与固定装置14相对设置，且切块装置15与图像识别装置13电连接，用于依据切割控制信号对马铃薯进行切割，以获得多个带有芽眼的马铃薯块。

在本实施例中，在上料斗12的上方还设置有种薯分离机构，种薯分离机构与上料斗12的入料处相对应，用于将种薯按照一定的间隔次序送入到上料斗12中，避免上料斗12中积料过多。本实施例中的上料斗12呈圆筒状，并在上料斗12的斗壁上开设有观察视窗，方便观察上料斗12的内部种薯堆积情况。上料斗12中的种薯通过下部的出料口120送出，并在固定装置14处进行固定。

在本实施例中，出料口120出还设置有过渡箱121，过渡箱121罩设在出料口120上并与固定装置14连接，用于暂存从出料口120掉出的马铃薯。具体地，由于出料口120的开口直径远大于常规马铃薯种薯的直径，故在实际情况中可能会从出料口120处一次性掉落数个马铃薯，多个马铃薯暂存在过渡箱121中，并通过过渡箱121一个一个地滚动至固定装置14上进行固定。

具体地，过渡箱121具有一滚槽122，滚槽122上活动设置有挡板123，挡板123周期性地升起或者落下，当挡板123升起时，马铃薯种薯在滚槽122的上端停止滚动，当挡板123落下时，马铃薯种薯沿滚槽122滚入固定装置14进行固定。挡板123升起和落下的周期可依据后续图像识别和切块完成的时间而定，保证上一个马铃薯种薯切块完成后，下一个马铃薯种薯才会沿滚槽122滚动至固定装置14进行固定。

进一步地，马铃薯种薯切块设备1还包括接料斗16，接料斗16设置在上料架11的底部并与固定装置14相对设置，用于接收多个带有芽眼的马铃薯块。具体地，在切块完成后，固定装置14解除对马铃薯种薯的固定后，马铃薯块掉落至接料斗16中完成马铃薯块的收集。

图像识别装置13包括摄像头131、图像分析器132和切割控制器133，摄像头131设置在上料架11上并与图像分析器132电连接，用于采集固定装置14上的目标马铃薯的图像信息并传递至图像分析器132，图像分析器132与切割控制器133连接，用于分析图像信息并生成芽眼信息，切割控制器133依据芽眼信息生成切割控制信号。

在本实施例中，上料架11上设置有安装架134，摄像头131、图像分析器132和切割控制器133均安装在安装架134上，且摄像头131位于固定装置14的正前方，能够对着固定装置14上固定的马铃薯进行图像识别。在本发明优选的实施例中，安装架134上还设置有光源，用于照射在马铃薯上，方便摄像头131进行图像采集工作，使得采集的图像更加清晰。

需要说明的是，本实施例中图像分析器132用于对摄像头131采集到的图像信息进行分析并生成芽眼信息，具体地，该图像分析器132获取到马铃薯的图像信息后，对马铃薯进行灰度化处理，并且基于OTSU方法(最大类间方差法)移除无关背景和提取马铃薯边界，再根据灰度值的高低判定各个像素点是芽眼像素还是普通像素。具体判定过程如下：当连续像素点的灰度值大于预设值，例如大于160时，则判定其为芽眼像素，其位置即芽眼所在位置，从而分析得出芽眼分布情况。当芽眼的数量小于或等于1时，则固定装置14直接解除对马铃薯的固定，使得马铃薯直接掉落至接料斗16，当芽眼的数量大于或等于2时，则图像分析器132依据芽眼位置和个数生成特定的芽眼信息，并传送至切割控制器133。

切块装置15包括切块安装杆151、切块机构152和姿态调节机构153，切块安装杆151设置在上料架11上，姿态调节机构153设置在切块安装杆151的中部并与固定装置14相对设置，切块机构152设置在姿态调节机构153上并在姿态调节机构153的带动下相对固定装置14水平运动，且姿态调节机构153与图像识别装置13电连接，用于依据切割控制信号调节切块机构152的位置。

姿态调节机构153包括安装块1531、姿态控制器1532、承载块1533、滑杆1534和步进电机1535，安装块1531设置在切块安装杆151的中部，滑杆1534沿竖直方向设置在安装块1531上，承载块1533滑动设置在滑杆1534上，切块机构152设置在承载块1533上，姿态控制器1532设置在安装块1531上并分别与图像识别装置13和步进电机1535电连接，步进电机1535与承载块1533传动连接，用于带动承载块1533沿滑杆1534滑动。

在本实施例中，姿态控制器1532与图像识别装置13的切割控制器133电连接，用于获取切割控制信号，此处切割控制信号根据芽眼信息确定，从而能够使得切块机构152能够避开芽眼位置进行切块，保证芽眼的完整性。

需要说明的是，此处步进电机1535控制承载块1533在滑杆1534上滑动的结构形式，可参见现有的直线电机或者滑轨的驱动方式，在此不详细说明。

切块机构152包括切刀1521和切割驱动件1522，切割驱动件1522设置在承载块1533上，切刀1521与切割驱动件1522连接，并在切割驱动件1522的带动下沿水平方向靠近或者远离固定装置14，用于沿预设路径切割马铃薯。

在本实施例中，切刀1521为薄刃状刀片，切割驱动件1522为气缸，通过气缸驱动切刀1521沿水平方向前后运动，从而对马铃薯进行切块，且切块路径在姿态控制器1532的调节下避开了芽眼。当然，此处切刀1521对马铃薯进行切块，可以是切一刀，也可以是切两刀或者三刀等，根据马铃薯大小和芽眼数量决定，其具体切割方式在此不作具体限定。

固定装置14包括左固定架141、左夹持机构143、右固定架144和右夹持机构145，左固定架141和右固定架144相对设置在上料架11上，且左固定架141和右固定架144之间形成有夹持通道，左夹持机构143设置在左固定架141上，右夹持机构145设置在右固定架144上，左夹持机构143和右夹持机构145用于共同夹持并固定马铃薯。

左夹持机构143包括左驱动件和左夹持件，左驱动件安装在左固定架141左，左夹持件与左驱动件传动连接，用于在左驱动件的带动右靠近或者远离右夹持机构145；右夹持机构145包括右驱动件和右夹持件，右驱动件安装在右固定架144左，右夹持件与右驱动件传动连接，用于在右驱动件的带动右靠近或者远离左夹持件。

在本实施例中，左夹持件和右夹持件均为尖状结构，从左右两侧插入到马铃薯上，且由于其尺寸较小，不会影响切刀1521对马铃薯的切块。

进一步地，固定装置14还包括承载盘146，承载盘146活动设置在左固定架141和右固定架144之间，用于承载从出料口120掉落的马铃薯。具体地，承载盘146包括切割底盘1461和下挡板1462，切割底盘1461倾斜设置在左固定架141和右固定架144之间，下挡板1462活动设置在切割底盘1461的底部，在固定马铃薯时下挡板1462翻折至上部并与切割底板呈垂直设置，从而起到止挡马铃薯的作用，方便左夹持件和右夹持件对马铃薯进行固定，在解除对马铃薯的固定时，下挡板1462向下翻折至与切割底盘1461相平齐的位置，从而使得马铃薯块能够从下挡板1462处向下掉落至下料斗中。至于下挡板1462的具体结构和翻转原理，可参见现有技术中关于止料挡板123的结构，在此不过多描述。

本实施例中所提及的驱动件，可以是气缸、液压缸或者步进电机1535等驱动器件。

本实施例提供的马铃薯种薯切块设备1，其工作原理如下：马铃薯由种薯分离机构送入上料斗12后，由出料口120掉落至过渡箱121中进行暂存，由过渡箱121的滚槽122将马铃薯依次送入到固定装置14的承载盘146上，在左夹持件和右夹持件的夹持作用下，马铃薯得到固定，再通过固定装置14前方的摄像头131对目标马铃薯进行图像采集，并将图像信息传递至图像分析器132进行分析，图像分析器132分析目标马铃薯的芽眼分布情况，包括数量和位置，当芽眼数量小于或等于1时，直接解除对马铃薯的固定，是的马铃薯直接掉落至下料斗中，无需进行切块，当芽眼数量大于1时，切割控制器133收到芽眼信息后依据避让芽眼的原则生成切割控制信号，姿态控制器1532收到切割控制信号后通过步进电机1535调整承载块1533的位置，使得切刀1521就位，切割驱动件1522控制切刀1521切割马铃薯，获得多个带芽眼的马铃薯，多个带芽眼的马铃薯由下方掉落至收料装置进行收集，完成马铃薯的切块操作。

综上所述，本实施例提供了一种马铃薯种薯切块设备1，通过图像识别装置13来固定装置14上的马铃薯进行图像识别，并根据马铃薯的芽眼分布情况生成切割控制信号，切块装置15依据切割控制信号对马铃薯进行切割，从而获得多个带有芽眼的马铃薯块。相较于现有的马铃薯切块机，本发明提供的马铃薯种薯切块设备1，能够自动识别芽眼并根据芽眼分布情况对马铃薯进行切块，从而能够获得多个带有芽眼的马铃薯块，不会影响马铃薯的种植，切块效果理想，效率高且质量高，能够实现大量推广使用。

值得注意的是，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种马铃薯种薯切块设备，其特征在于，包括上料架、上料斗、图像识别装置、固定装置和切块装置，所述上料斗设置在所述上料架的顶部，所述上料斗的底部设置有出料口，所述固定装置设置在所述上料架的中部，用于固定所述马铃薯，所述图像识别装置设置在所述上料架上并对所述固定装置上的所述马铃薯进行图像识别，用于识别所述马铃薯的芽眼并生成切割控制信号，所述切块装置设置在所述上料架上并与所述固定装置相对设置，且所述切块装置与所述图像识别装置电连接，用于依据所述切割控制信号对所述马铃薯进行切割，以获得多个带有芽眼的马铃薯块；

所述出料口设置有过渡箱，所述过渡箱罩设在所述出料口上并与所述固定装置连接，用于暂存从所述出料口掉出的所述马铃薯，以使所述马铃薯一个一个地滚动至所述固定装置上进行固定。

2.根据权利要求1所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述马铃薯种薯切块设备还包括接料斗，所述接料斗设置在所述上料架的底部并与所述固定装置相对设置，用于接收多个带有芽眼的马铃薯块。

3.根据权利要求1或2所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述图像识别装置包括摄像头、图像分析器和切割控制器，所述摄像头设置在所述上料架上并与所述图像分析器电连接，用于采集所述固定装置上的目标马铃薯的图像信息并传递至所述图像分析器，所述图像分析器与所述切割控制器连接，用于分析所述图像信息并生成芽眼信息，所述切割控制器依据所述芽眼信息生成所述切割控制信号。

4.根据权利要求1所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述切块装置包括切块安装杆、切块机构和姿态调节机构，所述切块安装杆设置在所述上料架上，所述姿态调节机构设置在所述切块安装杆的中部并与所述固定装置相对设置，所述切块机构设置在所述姿态调节机构上并在所述姿态调节机构的带动下相对所述固定装置水平运动，且所述姿态调节机构与所述图像识别装置电连接，用于依据所述切割控制信号调节所述切块机构的位置。

5.根据权利要求4所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述姿态调节机构包括安装块、姿态控制器、承载块、滑杆和步进电机，所述安装块设置在所述切块安装杆的中部，所述滑杆沿竖直方向设置在所述安装块上，所述承载块滑动设置在所述滑杆上，所述切块机构设置在所述承载块上，所述姿态控制器设置在所述安装块上并分别与所述图像识别装置和所述步进电机电连接，所述步进电机与所述承载块传动连接，用于带动所述承载块沿所述滑杆滑动。

6.根据权利要求5所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述切块机构包括切刀和切割驱动件，所述切割驱动件设置在所述承载块上，所述切刀与所述切割驱动件连接，并在所述切割驱动件的带动下沿水平方向靠近或者远离所述固定装置，用于沿预设路径切割所述马铃薯。

7.根据权利要求1所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述固定装置包括左固定架、左夹持机构、右固定架和右夹持机构，所述左固定架和所述右固定架相对设置在所述上料架上，且所述左固定架和所述右固定架之间形成有夹持通道，所述左夹持机构设置在所述左固定架上，所述右夹持机构设置在所述右固定架上，所述左夹持机构和所述右夹持机构用于共同夹持并固定所述马铃薯。

8.根据权利要求7所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述左夹持机构包括左驱动件和左夹持件，所述左驱动件安装在所述左固定架左，所述左夹持件与所述左驱动件传动连接，用于在所述左驱动件的带动右靠近或者远离所述右夹持机构；所述右夹持机构包括右驱动件和右夹持件，所述右驱动件安装在所述右固定架左，所述右夹持件与所述右驱动件传动连接，用于在所述右驱动件的带动右靠近或者远离所述左夹持件。

9.根据权利要求7所述的马铃薯种薯切块设备，其特征在于，所述固定装置还包括承载盘，所述承载盘活动设置在所述左固定架和所述右固定架之间，用于承载从所述出料口掉落的所述马铃薯。

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