CN111919557B - 一种大蒜播种正芽装置及正芽方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大蒜播种正芽装置及正芽方法，包括机架、视觉检测系统、柔性夹持系统、传动导轨系统、步进电机、结合件、舵机转向导块、舵机控制板和舵机，视觉检测系统与舵机控制板连接，柔性夹持系统的下端卡接在传动导轨系统的凹槽中，柔性夹持系统与传动导轨系统滑动连接，传动导轨系统与步进电机连接，传动导轨系统的下端与结合件的上端固定连接，结合件的下端与舵机转向导块固定连接，舵机转向导块的下端与舵机固定连接，舵机控制板与舵机固定连接，柔性夹持系统与结合件通过磁性连接或者断开；本发明使用先进的视觉检测系统，实现智能检测目的，使用智能控制系统，舵机精准控制芽向角度调整，实现智能检测后的正芽动作精准控制。

Description

一种大蒜播种正芽装置及正芽方法

技术领域

本发明属于大蒜播种正芽技术领域，具体涉及一种大蒜播种正芽装置及正芽方法。

背景技术

当前农机行业发展迅速，农业机械化作业水平越来越高。但是大蒜行业机械化作业率不足2%。而制约大蒜农机发展的关键因素是核心技术、核心装备未有明显发展。其中大蒜播种机的发展核心在播种是否可以正芽问题上。正芽是大蒜播种将大蒜种子尖头向上根部向下的一种方向需求，在农艺上播种后的大蒜种正芽长势好、出芽率高，种子平放的大蒜生长次之，倒芽种子甚至不会发芽。当前大蒜播种机几乎都是平放种植，没有正芽装置，个别的存在正芽机构也是单纯的物理正芽，其正芽原理是利用简单的的物理导槽使大蒜种子依靠重力沿导槽滑动，类似自由落体头尖较轻的一端最后落下从而实现尖头向上的目的，但是实际上因种子头尾重量差并不明显和有限的自由落体距离有限问题，大量发生倒芽现象，正芽率不足80%。用户满意率不高。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种大蒜播种正芽装置及正芽方法，本发明提升正牙率至接近100%，从根本上解决大蒜播种核心问题，促进大蒜播种农机装备质的飞跃。使用先进的视觉检测系统，实现智能检测目的，使用智能控制系统，舵机精准控制芽向角度调整，实现智能检测后的正芽动作精准控制。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种大蒜播种正芽装置，包括机架、视觉检测系统、柔性夹持系统、传动导轨系统、步进电机、结合件、舵机转向导块、舵机控制板和舵机，所述视觉检测系统、传动导轨系统、步进电机、舵机分别固定安装在机架上，视觉检测系统与舵机控制板连接，所述柔性夹持系统的下端卡接在传动导轨系统的凹槽中，柔性夹持系统与传动导轨系统滑动连接，所述传动导轨系统与步进电机连接，传动导轨系统的下端与结合件的上端固定连接，结合件的下端与舵机转向导块固定连接，所述舵机转向导块的下端与舵机固定连接，所述舵机控制板与舵机固定连接，所述柔性夹持系统与结合件通过磁性连接或者断开。舵机控制板接收视觉检测系统输出大蒜位置信息，输出舵机调整角度信息指令。

所述视觉检测系统包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括图像采集设备和系统运行设备，所述图像采集设备用于对图像进行采集，所述图像采集设备包括相机、镜头和同轴光源，所述系统运行设备用于承载软件系统运行的主要环境，所述系统运行设备包括工业电脑，所述软件部分包括视觉引导系统，所述视觉引导系统即视觉检测系统，所述视觉引导系统是通过视觉算法分析的方式，定位并判断大蒜的偏转角度，给出分析结果，从而引导舵机控制板完成大蒜的调整或剔除，所述视觉引导系统包括校准模块、相机调用模块、图像预处理模块、形状匹配分析模块和通讯模块，所述校准模块用于在系统运行前要跟正苗机械结构进行校准，并且在后续运行过程中，判断出大蒜倾斜后，输送给到机械结构，由机械结构对大蒜做出调整，所述相机调用模块用于将相机与工业电脑连接，系统通过融合相机的SDK，完成相机的连接，数据的读取，所述图像预处理模块是通过算法对采集到的图片进行预先处理，将处理后的图片用于后续的算法分析，所述形状匹配分析模块是利用形状匹配算法，根据事先预训练好的模板，在图像中搜索匹配，通过设定的阈值完成形状匹配，定位大蒜位置，进而分析大蒜的偏转角度，给出最终结果，所述通讯模块用于将分析结果传输给舵机控制板，由舵机控制板控制完成大蒜的调整剔除动作。

所述柔性夹持系统包括卡爪、转向机构和导向盘，所述卡爪的下端与转向机构的上端连接，所述转向机构的下端与导向盘连接，导向盘卡接在传动导轨系统中，导向盘与传动导轨系统滑动连接。

所述传动导轨系统设置为凹槽结构，在凹槽结构传动导轨系统的底部往两侧延伸设置有卡槽，所述柔性夹持系统的导向盘卡接在传动导轨系统的卡槽中，沿凹槽轨迹滑动。

所述结合件的上部与柔性夹持系统的底部磁性连接或者断开，结合件的下部与舵机转向导块表面磁性吸附连接。

一种大蒜播种正芽方法，包括如下步骤：

步骤一、种子抓取，通过柔性夹持系统的卡爪抓取大蒜种子，由传动导轨系统控制大蒜种子的输送，步进电机为传动导轨系统提供动力并控制传动导轨系统的运动，使传动导轨系统根据设定距离定点等距输送，当大蒜种子送入到视觉检测系统内部的相机下方时停止；

步骤二，视觉检测：利用视觉检测系统中内部的相机成像，当视觉检测系统识别出柔性夹持系统到位后，视觉检测系统启动成像后将大蒜种子图像经过视觉检测系统中的工业电脑处理，检测出大蒜种子在卡爪中的位置和角度。

步骤三，输出检测结果，根据视觉检测系统检测结果输出分数、角度、坐标结果；回传指令至舵机控制板；

步骤四，连接舵机：当大蒜种子传输到结合件正上方时，步进电机输入的电流使结合件与柔性夹持系统磁性相吸合，使得结合件相对舵机转向导块向上滑动但不分离；为了使舵机和柔性夹持系统间接连接在一块，当舵机转动时可以带动柔性夹持系统转动，来调节大蒜种子平放时的方向。

步骤五：转向正芽：根据步骤三输出的检测结果输入信号到舵机，根据信号舵机转动带动舵机转向导块、结合件、柔性夹持系统合件、大蒜种子同时转动，使柔性夹持系统合件内的种子正向，实现大蒜种子正芽效果；

步骤六：断开舵机：转动结束后视觉检测系统发出信号使舵机转向导块反向作用，结合件同柔性夹持系统分离并回归入舵机转向导块的槽内，结合件与柔性夹持系统断开；

步骤七，完成正芽，传动导轨系统工作将大蒜种子继续向前输送至下一步工序，完成正芽工作，视觉检测系统发出信号给步进电机继续输送下一个大蒜种子；每个大蒜种子均经过检测正芽处理，从而实现播种正芽率接近100%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的大蒜播种正芽装置，提升正牙率至接近100%，从根本上解决大蒜播种核心问题，促进大蒜播种农机装备质的飞跃。使用先进的视觉检测系统，实现智能检测目的，使用智能控制系统，舵机精准控制芽向角度调整，实现智能检测后的正芽动作精准控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的爆炸图；

图3是本发明的工作原理图；

在图中：1、视觉检测系统；2、大蒜种子；3、柔性夹持系统；4、传动导轨系统；5、结合件；6、舵机转向导块；7、舵机。

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。

根据图1-3，本发明提供一种技术方案：

一种大蒜播种正芽装置，包括机架、视觉检测系统1、柔性夹持系统3、传动导轨系统4、步进电机、结合件5、舵机转向导块6、舵机控制板和舵机7，所述视觉检测系统1、传动导轨系统4、步进电机、舵机7分别固定安装在机架上，视觉检测系统1与舵机控制板连接，所述柔性夹持系统3的下端卡接在传动导轨系统4的凹槽中，柔性夹持系统3与传动导轨系统4滑动连接，所述传动导轨系统4与步进电机连接，传动导轨系统4的下端与结合件5的上端固定连接，结合件5的下端与舵机转向导块6固定连接，所述舵机转向导块6的下端与舵机7固定连接，所述舵机控制板与舵机7固定连接，所述柔性夹持系统3与结合件5通过磁性连接或者断开。舵机控制板接收视觉检测系统1输出大蒜位置信息，输出舵机调整角度信息指令。

所述视觉检测系统1包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括图像采集设备和系统运行设备，所述图像采集设备用于对图像进行采集，所述图像采集设备包括相机、镜头和同轴光源，所述系统运行设备用于承载软件系统运行的主要环境，所述系统运行设备包括工业电脑，所述软件部分包括视觉引导系统，所述视觉引导系统即视觉检测系统，所述视觉引导系统是通过视觉算法分析的方式，定位并判断大蒜的偏转角度，给出分析结果，从而引导舵机控制板完成大蒜的调整或剔除，所述视觉引导系统包括校准模块、相机调用模块、图像预处理模块、形状匹配分析模块和通讯模块，所述校准模块用于在系统运行前要跟正苗机械结构进行校准，并且在后续运行过程中，判断出大蒜倾斜后，输送给到机械结构，由机械结构对大蒜做出调整，所述相机调用模块用于将相机与工业电脑连接，系统通过融合相机的SDK，完成相机的连接，数据的读取，所述图像预处理模块是通过算法对采集到的图片进行预先处理，将处理后的图片用于后续的算法分析，所述形状匹配分析模块是利用形状匹配算法，根据事先预训练好的模板，在图像中搜索匹配，通过设定的阈值完成形状匹配，定位大蒜位置，进而分析大蒜的偏转角度，给出最终结果，所述通讯模块用于将分析结果传输给舵机控制板，由舵机控制板控制完成大蒜的调整剔除动作。

所述柔性夹持系统3包括卡爪、转向机构和导向盘，所述卡爪的下端与转向机构的上端连接，所述转向机构的下端与导向盘连接，导向盘卡接在传动导轨系统4中，导向盘与传动导轨系统4滑动连接。

所述传动导轨系统4设置为凹槽结构，在凹槽结构传动导轨系统4的底部往两侧延伸设置有卡槽，所述柔性夹持系统3的导向盘卡接在传动导轨系统4的卡槽中，沿凹槽轨迹滑动。

所述结合件5的上部与柔性夹持系统3的底部磁性连接或者断开，结合件5的下部与舵机转向导块6表面磁性吸附连接。

一种大蒜播种正芽方法，包括如下步骤：

步骤一、种子抓取，通过柔性夹持系统3的卡爪抓取大蒜种子2，由传动导轨系统4控制大蒜种子2的输送，步进电机为传动导轨系统4提供动力并控制传动导轨系统4的运动，使传动导轨系统4根据设定距离定点等距输送，当大蒜种子2送入到视觉检测系统1内部的相机下方时停止；

步骤二，视觉检测：利用视觉检测系统1中内部的相机成像，当视觉检测系统1识别出柔性夹持系统3到位后，视觉检测系统1启动成像后将大蒜种子2图像经过视觉检测系统1中的工业电脑处理，检测出大蒜种子2在卡爪中的位置和角度。

步骤三，输出检测结果，根据视觉检测系统1检测结果输出分数、角度、坐标结果；回传指令至舵机控制板；

步骤四，连接舵机7：当大蒜种子2传输到结合件5正上方时，步进电机输入的电流使结合件5与柔性夹持系统3磁性相吸合，使得结合件5相对舵机转向导块6向上滑动但不分离；为了使舵机7和柔性夹持系统3间接连接在一块，当舵机7转动时可以带动柔性夹持系统3转动，来调节大蒜种子2平放时的方向。

步骤五：转向正芽：根据步骤三输出的检测结果输入信号到舵机7，根据信号舵机7转动带动舵机转向导块6、结合件5、柔性夹持系统合件3、大蒜种子2同时转动，使柔性夹持系统合件3内的种子正向，实现大蒜种子2正芽效果；

步骤六：断开舵机：转动结束后视觉检测系统1发出信号使舵机转向导块6反向作用，结合件5同柔性夹持系统3分离并回归入舵机转向导块6的槽内，结合件5与柔性夹持系统3断开；

步骤七，完成正芽，传动导轨系统4工作将大蒜种子2继续向前输送至下一步工序，完成正芽工作，视觉检测系统1发出信号给步进电机继续输送下一个大蒜种子2；每个大蒜种子均经过检测正芽处理，从而实现播种正芽率接近100%。

本发明所述的大蒜播种正芽装置，提升正牙率至接近100%，从根本上解决大蒜播种核心问题，促进大蒜播种农机装备质的飞跃。使用先进的视觉检测系统，实现智能检测目的，使用智能控制系统，舵机精准控制芽向角度调整，实现智能检测后的正芽动作精准控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种大蒜播种正芽装置，其特征在于：包括机架、视觉检测系统（1）、柔性夹持系统（3）、传动导轨系统（4）、步进电机、结合件（5）、舵机转向导块（6）、舵机控制板和舵机（7），所述视觉检测系统（1）、传动导轨系统（4）、步进电机、舵机（7）分别固定安装在机架上，视觉检测系统（1）与舵机控制板连接，所述柔性夹持系统（3）的下端卡接在传动导轨系统（4）的凹槽中，柔性夹持系统（3）与传动导轨系统（4）滑动连接，所述传动导轨系统（4）与步进电机连接，传动导轨系统（4）的下端与结合件（5）的上端固定连接，结合件（5）的下端与舵机转向导块（6）固定连接，所述舵机转向导块（6）的下端与舵机（7）固定连接，所述舵机控制板与舵机（7）固定连接，所述柔性夹持系统（3）与结合件（5）通过磁性连接或者断开；所述视觉检测系统（1）包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括图像采集设备和系统运行设备，所述图像采集设备用于对图像进行采集，所述图像采集设备包括相机、镜头和同轴光源，所述系统运行设备用于承载软件系统运行的主要环境，所述系统运行设备包括工业电脑，所述软件部分包括视觉引导系统，所述视觉引导系统即视觉检测系统，所述视觉引导系统是通过视觉算法分析的方式，定位并判断大蒜的偏转角度，给出分析结果，从而引导舵机控制板完成大蒜的调整或剔除，所述视觉引导系统包括校准模块、相机调用模块、图像预处理模块、形状匹配分析模块和通讯模块，所述校准模块用于在系统运行前要跟正苗机械结构进行校准，并且在后续运行过程中，判断出大蒜倾斜后，输送给到机械结构，由机械结构对大蒜做出调整，所述相机调用模块用于将相机与工业电脑连接，系统通过融合相机的SDK，完成相机的连接，数据的读取，所述图像预处理模块是通过算法对采集到的图片进行预先处理，将处理后的图片用于后续的算法分析，所述形状匹配分析模块是利用形状匹配算法，根据事先预训练好的模板，在图像中搜索匹配，通过设定的阈值完成形状匹配，定位大蒜位置，进而分析大蒜的偏转角度，给出最终结果，所述通讯模块用于将分析结果传输给舵机控制板，由舵机控制板控制完成大蒜的调整剔除动作；

所述柔性夹持系统（3）包括卡爪、转向机构和导向盘，所述卡爪的下端与转向机构的上端连接，所述转向机构的下端与导向盘连接，导向盘卡接在传动导轨系统（4）中，导向盘与传动导轨系统（4）滑动连接；

所述传动导轨系统（4）设置为凹槽结构，在凹槽结构传动导轨系统（4）的底部往两侧延伸设置有卡槽，所述柔性夹持系统3的导向盘卡接在传动导轨系统（4）的卡槽中，沿凹槽轨迹滑动；

所述结合件（5）的上部与柔性夹持系统（3）的底部磁性连接或者断开，结合件（5）的下部与舵机转向导块（6）表面磁性吸附连接。

2.一种大蒜播种正芽方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、种子抓取，通过柔性夹持系统（3）的卡爪抓取大蒜种子（2），由传动导轨系统（4）控制大蒜种子（2）的输送，步进电机为传动导轨系统（4）提供动力并控制传动导轨系统（4）的运动，使传动导轨系统（4）根据设定距离定点等距输送，当大蒜种子（2）送入到视觉检测系统（1）内部的相机下方时停止；

步骤二，视觉检测：利用视觉检测系统（1）中内部的相机成像，当视觉检测系统（1）识别出柔性夹持系统（3）到位后，视觉检测系统（1）启动成像后将大蒜种子（2）图像经过视觉检测系统（1）中的工业电脑处理，检测出大蒜种子（2）在卡爪中的位置和角度；

步骤三，输出检测结果，根据视觉检测系统（1）检测结果输出分数、角度、坐标结果，回传指令至舵机控制板；

步骤四，连接舵机（7）：当大蒜种子（2）传输到结合件（5）正上方时，步进电机输入的电流使结合件（5）与柔性夹持系统（3）磁性相吸合，使得结合件（5）相对舵机转向导块（6）向上滑动但不分离；

步骤五：转向正芽：根据步骤三输出的检测结果输入信号到舵机（7），根据信号舵机（7）转动带动舵机转向导块（6）、结合件（5）、柔性夹持系统（3）、大蒜种子（2）同时转动，使柔性夹持系统（3）内的种子正向；

步骤六：断开舵机：转动结束后视觉检测系统（1）发出信号使舵机转向导块（6）反向作用，结合件（5）同柔性夹持系统（3）分离并回归入舵机转向导块（6）的槽内，结合件（5）与柔性夹持系统（3）断开；

步骤七，完成正芽，传动导轨系统（4）工作将大蒜种子（2）继续向前输送至下一步工序，完成正芽工作，视觉检测系统（1）发出信号给步进电机继续输送下一个大蒜种子（2）。

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