CN111670631A - 一种山芋表面节点的挖取方法 - Google Patents

一种山芋表面节点的挖取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种山芋表面节点的挖取方法，属于山芋节点挖取技术领域，包括以下步骤：S101：翻转装置翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统扫描山芋表面，锁定节点；S102：锁定节点后停止翻转山芋并下压夹持机构将山芋固定；S103：红外探测器探测节点处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端所处位置；S104：建立三维空间模型，并将节点、山芋芽根末端和挖取刀上下端点位置录入三维空间模型中；S105：山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2～6mm处的点与节点连线为轴线，挖取刀上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线。确保节点处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质。

Description

一种山芋表面节点的挖取方法
技术领域
本发明涉及山芋节点挖取技术领域，特别涉及一种山芋表面节点的挖取方法。
背景技术
山芋为薯菠科植物甘薯的块茎，又名地瓜、甘薯等，富含蛋白质、淀粉、果胶、纤维素、氨基酸、维生素及多种矿物质,有长寿食品之誉。山芋适用性强，产量高，在我国具有悠久的历史，也是我国重要的粮食经济作物，山芋种植有着悠久的种植历史，传统的种植方法是为山芋创造适宜的温湿环境，待山芋节点处发出芽叶后将山芋分切成块状，将块状山芋种植，经过科学的发展，延续这种山芋分切种植的方法，但是山芋分切会因为分切角度和分切尺寸的不同，容易损伤芽叶下端的根系，导致山芋幼苗存活率降低，山芋肉质无剩余，导致山芋肉质浪费严重，种植成本提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种山芋表面节点的挖取方法，在翻转山芋的同时采用三维视觉扫描系统锁定节点，红外探测器探测节点处根系并建立三维模型，计算分析后获取山芋表面挖取刀可切入的边界线以及切入深度，能够精确根据节点处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种山芋表面节点的挖取方法，包括以下步骤：
S101：翻转装置翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统扫描山芋表面，锁定节点；
S102：锁定节点后停止翻转山芋并下压夹持机构将山芋固定；
S103：红外探测器探测节点处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端所处位置；
S104：建立三维空间模型，并将节点、山芋芽根末端和挖取刀上下端点位置录入三维空间模型中；
S105：山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2～6mm处的点与节点连线为轴线，挖取刀上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线；
S106：计算获得边界线上任意一点与挖取刀下端点之间的三维距离，确定X轴向、Y轴向和Z轴向的移动距离；
S107：根据三维距离控制挖取刀依次沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动，直至挖取刀沿边界线切入山芋，并旋转360度进行挖取；
S108：挖取后挖取刀回撤，夹持机构上移松开山芋，翻转装置180度翻转山芋，挖取的圆锥形块体垂直向下掉落进入收集槽中。
进一步地，S107中切入深度为挖取刀下端点与山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2～6mm处的点相互重合。
进一步地，S104中挖取刀呈倾斜的弧形片状，挖取刀上下端点之间的连线相对于水平面倾斜，倾斜角度为10°～80°。
如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S101中翻转装置由两根连接有电机的旋转轴构成，两根旋转轴连接有旋转轴底座，两个旋转轴底座均滑动连接于线性滑轨上。
进一步地，S102中夹持机构包括固定轴，固定轴的两端连接有固定轴底座，固定轴底座和旋转轴底座之间通过滚珠丝杠连接，滚珠丝杠连接电机。
进一步地，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2mm处的点与节点连线为轴线，挖取刀上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线。
进一步地，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离4mm处的点与节点连线为轴线，挖取刀上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线。
进一步地，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离6mm处的点与节点连线为轴线，挖取刀上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种山芋表面节点的挖取方法，在翻转山芋的同时采用三维视觉扫描系统锁定节点，红外探测器探测节点处根系并建立三维模型，计算分析后获取山芋表面挖取刀可切入的边界线以及切入深度，能够精确根据节点处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，相比分切山芋保留芽苗的方法，山芋芽幼苗存活率提高15％～25％，节约65％～85％的山芋肉，提高山芋的利用率。
附图说明
图1为本发明的山芋表面节点的挖取方法流程图；
图2为本发明的山芋表面节点的挖取方法的挖取刀连接图；
图3为本发明的山芋表面节点的挖取方法的翻转装置和夹持装置结构图；
图4为本发明的山芋表面节点的挖取方法节点和挖取刀位于三维模型中的位置图；
图5为本发明的山芋表面节点的挖取方法挖取刀挖取路线图。
图中：1、翻转装置；11、旋转轴；12、旋转轴底座；2、三维视觉扫描系统；3、夹持机构；31、固定轴；32、固定轴底座；33、滚珠丝杠；4、红外探测器；5、节点；6、挖取刀；7、边界线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一
参阅图1至图5，一种山芋表面节点的挖取方法，包括以下步骤：
S101：翻转装置1翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统2扫描山芋表面，锁定节点5；翻转装置1由两根连接有电机的旋转轴11构成，两根旋转轴11连接有旋转轴底座12，两个旋转轴底座12均滑动连接于线性滑轨上，电机带动旋转轴11旋转，从而翻转山芋；旋转轴底座12沿线性滑轨移动可调节两根旋转轴11之间的间距，便于对不同直径的山芋翻滚；
S102：锁定节点5后停止翻转山芋并下压夹持机构3将山芋固定；夹持机构3包括固定轴31，固定轴31的两端连接有固定轴底座32，固定轴底座32和旋转轴底座12之间通过滚珠丝杠33连接，滚珠丝杠33连接电机；电机驱动旋转轴底座12沿滚珠丝杠33上下移动，直至固定轴31抵接在山芋表面，将山芋固定；
S103：红外探测器4探测节点5处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端A所处位置，由于根部和山芋肉质的透光率不同，可获得根系的走向和形状；
S104：建立三维空间模型，并将节点5、山芋芽根末端A、挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D位置录入三维空间模型中；挖取刀6呈倾斜的弧形片状，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D之间的连线相对于水平面倾斜，倾斜角度为10°～80°，挖取刀6沿刀身倾斜角度切入山芋并旋转，挖取的块体呈圆锥状，符合植被根系上端繁茂，下端稀疏的特征；
S105：山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离2mm处的点与节点5连线为轴线，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线7，由于山芋表面为凹凸不平的，因此边界线7为不规则走向的封闭线环，且边界线7在垂直方向的投影为圆，节点5为圆心；
S106：计算获得边界线7上任意一点与挖取刀6下端点之间的三维距离，确定X轴向、Y轴向和Z轴向的移动距离，挖取刀6安装于可沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动的结构上，三维距离依次对应各个方向的移动结构需要驱动挖取刀6移动的距离，使得挖取刀6能够位于边界线7上；
S107：根据三维距离控制挖取刀6依次沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动，直至挖取刀6沿边界线7切入山芋，并旋转360度进行挖取；切入深度为挖取刀6下端点与山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离2mm处的点相互重合，能够精确根据节点5处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点5处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，相比分切山芋保留芽苗的方法，山芋芽幼苗存活率提高15％～25％，节约65％～85％的山芋肉，提高山芋的利用率；
S108：挖取后挖取刀6回撤，夹持机构3上移松开山芋，翻转装置1180度翻转山芋，挖取的圆锥形块体垂直向下掉落进入收集槽中。
实施例二
参阅图1至图5，一种山芋表面节点的挖取方法，包括以下步骤：
S101：翻转装置1翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统2扫描山芋表面，锁定节点5；翻转装置1由两根连接有电机的旋转轴11构成，两根旋转轴11连接有旋转轴底座12，两个旋转轴底座12均滑动连接于线性滑轨上，电机带动旋转轴11旋转，从而翻转山芋；旋转轴底座12沿线性滑轨移动可调节两根旋转轴11之间的间距，便于对不同直径的山芋翻滚；
S102：锁定节点5后停止翻转山芋并下压夹持机构3将山芋固定；夹持机构3包括固定轴31，固定轴31的两端连接有固定轴底座32，固定轴底座32和旋转轴底座12之间通过滚珠丝杠33连接，滚珠丝杠33连接电机；电机驱动旋转轴底座12沿滚珠丝杠33上下移动，直至固定轴31抵接在山芋表面，将山芋固定；
S103：红外探测器4探测节点5处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端A所处位置，由于根部和山芋肉质的透光率不同，可获得根系的走向和形状；
S104：建立三维空间模型，并将节点5、山芋芽根末端A、挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D位置录入三维空间模型中；挖取刀6呈倾斜的弧形片状，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D之间的连线相对于水平面倾斜，倾斜角度为10°～80°，挖取刀6沿刀身倾斜角度切入山芋并旋转，挖取的块体呈圆锥状，符合植被根系上端繁茂，下端稀疏的特征；
S105：山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离4mm处的点与节点5连线为轴线，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线7，由于山芋表面为凹凸不平的，因此边界线7为不规则走向的封闭线环，且边界线7在垂直方向的投影为圆，节点5为圆心；
S106：计算获得边界线7上任意一点与挖取刀6下端点之间的三维距离，确定X轴向、Y轴向和Z轴向的移动距离，挖取刀6安装于可沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动的结构上，三维距离依次对应各个方向的移动结构需要驱动挖取刀6移动的距离，使得挖取刀6能够位于边界线7上；
S107：根据三维距离控制挖取刀6依次沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动，直至挖取刀6沿边界线7切入山芋，并旋转360度进行挖取；切入深度为挖取刀6下端点与山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离4mm处的点相互重合，能够精确根据节点5处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点5处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，相比分切山芋保留芽苗的方法，山芋芽幼苗存活率提高15％～25％，节约65％～85％的山芋肉，提高山芋的利用率；
S108：挖取后挖取刀6回撤，夹持机构3上移松开山芋，翻转装置1180度翻转山芋，挖取的圆锥形块体垂直向下掉落进入收集槽中。
实施例三
参阅图1至图5，一种山芋表面节点的挖取方法，包括以下步骤：
S101：翻转装置1翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统2扫描山芋表面，锁定节点5；翻转装置1由两根连接有电机的旋转轴11构成，两根旋转轴11连接有旋转轴底座12，两个旋转轴底座12均滑动连接于线性滑轨上，电机带动旋转轴11旋转，从而翻转山芋；旋转轴底座12沿线性滑轨移动可调节两根旋转轴11之间的间距，便于对不同直径的山芋翻滚；
S102：锁定节点5后停止翻转山芋并下压夹持机构3将山芋固定；夹持机构3包括固定轴31，固定轴31的两端连接有固定轴底座32，固定轴底座32和旋转轴底座12之间通过滚珠丝杠33连接，滚珠丝杠33连接电机；电机驱动旋转轴底座12沿滚珠丝杠33上下移动，直至固定轴31抵接在山芋表面，将山芋固定；
S103：红外探测器4探测节点5处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端A所处位置，由于根部和山芋肉质的透光率不同，可获得根系的走向和形状；
S104：建立三维空间模型，并将节点5、山芋芽根末端A、挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D位置录入三维空间模型中；挖取刀6呈倾斜的弧形片状，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D之间的连线相对于水平面倾斜，倾斜角度为10°～80°，挖取刀6沿刀身倾斜角度切入山芋并旋转，挖取的块体呈圆锥状，符合植被根系上端繁茂，下端稀疏的特征；
S105：山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离6mm处的点B与节点5连线为轴线，挖取刀6下端点C和挖取刀6上端点D为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线7，由于山芋表面为凹凸不平的，因此边界线7为不规则走向的封闭线环，且边界线7在垂直方向的投影为圆，节点5为圆心；
S106：计算获得边界线7上任意一点与挖取刀6下端点之间的三维距离，确定X轴向、Y轴向和Z轴向的移动距离，挖取刀6安装于可沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动的结构上，三维距离依次对应各个方向的移动结构需要驱动挖取刀6移动的距离，使得挖取刀6能够位于边界线7上；
S107：根据三维距离控制挖取刀6依次沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动，直至挖取刀6沿边界线7切入山芋，并旋转360度进行挖取；切入深度为挖取刀6下端点与山芋芽根末端A沿垂直垂直方向向下偏离6mm处的点B相互重合，能够精确根据节点5处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点5处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，相比分切山芋保留芽苗的方法，山芋芽幼苗存活率提高15％～25％，节约65％～85％的山芋肉，提高山芋的利用率；
S108：挖取后挖取刀6回撤，夹持机构3上移松开山芋，翻转装置1180度翻转山芋，挖取的圆锥形块体垂直向下掉落进入收集槽中。
综上所述：本发明提出的一种山芋表面节点的挖取方法，在翻转山芋的同时采用三维视觉扫描系统2锁定节点5，红外探测器4探测节点5处根系并建立三维模型，计算分析后获取山芋表面挖取刀6可切入的边界线7以及切入深度，能够精确根据节点5处山芋芽根系长度进行挖取，确保节点5处山芋芽根系的完整性，且不会过多挖取山芋肉质，相比分切山芋保留芽苗的方法，山芋芽幼苗存活率提高15％～25％，节约65％～85％的山芋肉，提高山芋的利用率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：翻转装置(1)翻转山芋，同时采用三维视觉扫描系统(2)扫描山芋表面，锁定节点(5)；
S102：锁定节点(5)后停止翻转山芋并下压夹持机构(3)将山芋固定；
S103：红外探测器(4)探测节点(5)处山芋芽根系深度，获得山芋芽根末端所处位置；
S104：建立三维空间模型，并将节点(5)、山芋芽根末端和挖取刀(6)上下端点位置录入三维空间模型中；
S105：山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2～6mm处的点与节点(5)连线为轴线，挖取刀(6)上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线(7)；
S106：计算获得边界线(7)上任意一点与挖取刀(6)下端点之间的三维距离，确定X轴向、Y轴向和Z轴向的移动距离；
S107：根据三维距离控制挖取刀(6)依次沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动，直至挖取刀(6)沿边界线(7)切入山芋，并旋转360度进行挖取；
S108：挖取后挖取刀(6)回撤，夹持机构(3)上移松开山芋，翻转装置(1)180度翻转山芋，挖取的圆锥形块体垂直向下掉落进入收集槽中。
2.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S107中切入深度为挖取刀(6)下端点与山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2～6mm处的点相互重合。
3.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S104中挖取刀(6)呈倾斜的弧形片状，挖取刀(6)上下端点之间的连线相对于水平面倾斜，倾斜角度为10°～80°。
4.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S101中翻转装置(1)由两根连接有电机的旋转轴(11)构成，两根旋转轴(11)连接有旋转轴底座(12)，两个旋转轴底座(12)均滑动连接于线性滑轨上。
5.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S102中夹持机构(3)包括固定轴(31)，固定轴(31)的两端连接有固定轴底座(32)，固定轴底座(32)和旋转轴底座(12)之间通过滚珠丝杠(33)连接，滚珠丝杠(33)连接电机。
6.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离2mm处的点与节点(5)连线为轴线，挖取刀(6)上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线(7)。
7.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离4mm处的点与节点(5)连线为轴线，挖取刀(6)上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线(7)。
8.如权利要求1所述的一种山芋表面节点的挖取方法，其特征在于，S105中山芋芽根末端沿垂直垂直方向向下偏离6mm处的点与节点(5)连线为轴线，挖取刀(6)上下端点为边，边以轴线为中心旋转360度，获得边与山芋上表面之间的边界线(7)。
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