CN111942833A - 基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车 - Google Patents

基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车 Download PDF

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吴劼
姜东�
丁艳锋
周国栋
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Nanjing Agricultural University
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Abstract

本发明涉及一种基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车，包括运送小车、设在两排成组的拍照工位组之间的行走导轨，设在行走导轨一端的透明根系栽培容器缓存机构，运送小车沿行走导轨在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间往复移动。本发明通过运送小车沿行走导轨在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间往复移动，实现了透明根系栽培容器在透明根系栽培容器缓存机构与拍照工位组之间的运移，自动化程度高。整个系统基于模块化高效率的设计理念，达到透明根系栽培容器的自动抓取与运移的目的，满足高通量和自动化的运移要求，提高了运移效率。运送小车沿行走导轨移动对透明根系栽培容器进行移载，相对于传送带的运输方式来说成本低。

Description

基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车
技术领域
本发明属于植物栽培技术领域，特别涉及一种基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车。
背景技术
植物表型参数的分析与育种息息相关。传统的表型数据的获取主要是通过手工测量和照相后软件分析进行。手工测量可以获取植物直径、叶长、叶片数目等指标，照相后软件分析或通过叶面积仪可以获取植物的叶长、叶宽、叶面积、叶倾角等指标。这些测量都需要花费大量时间，测量结果准确性较低，工作繁琐，工作量大，这些缺点大大限制了大规模遗传育种筛选的效率。此外，国内采用的这些传统方法都只能获得植物表型的部分指标，优良株型的选择等也只能依靠科研人员经验选择，而每个人的选择标准不同，甚至差异很大，造成没有办法统计。鉴于大量的植物表型组学数据，表型信息的联用对功能基因组学的研究意义巨大，必须要依托准确科学的高通量植物表型平台去完成工作。
近年来，诸多学术机构和企业致力于表型测定平台的研发。目前，地上部表型测定技术较为成熟，大都基于“Plant-to-Sensor”的传送带运行模式并结合数字相机的360度成像来收集作物的表型信息。基于传送带的运输方式其通量扩展容易实现，但其配套设备成本高昂，尤其对于超大型作物表型平台，全部配置传送系统的费用极高。因此需要开发一种高通量、高可扩展性、低成本的植株搬运系统以满足植株高通量运移的需求。
发明内容
本发明旨在提供一种能够对拍照自动线上的透明根系栽培容器进行高通量、自动化运移的转运小车。
本发明的具体技术方案如下：
一种基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车，包括运送小车、设在两排成组的拍照工位组之间的行走导轨，设在行走导轨一端的透明根系栽培容器缓存机构，所述运送小车沿行走导轨在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间往复移动、用于透明根系栽培容器在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间的运移。
优选的，所述运送小车包括小车支架，设于小车支架上并可沿小车支架上下运动的工作台，工作台的左右两侧设有用于抓取拍照工位组内透明根系栽培容器的左抓取装置和右抓取装置，工作台上安装有用于驱动左抓取装置和右抓取装置同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
优选的，所述左抓取装置包括左基板、左移动架、两个左托爪，所述左移动架安装在左基板靠近工作台中心一侧，两个左托爪对称设置在左基板的另一侧并且与左基板构成水平移动副，左基板上安装有用于驱动两个左托爪同步相向运动或者背向运动的左驱动机构；
所述右抓取装置包括右基板、右移动架、两个右托爪，所述右移动架安装在右基板靠近工作台中心一侧，两个右托爪对称设置在右基板的另一侧并且与右基板构成水平移动副，右基板上安装有用于驱动两个右托爪同步相向运动或者背向运动的右驱动机构。
优选的，所述左移动架、右移动架滑动连接在工作台的滑轨上，左移动架与右移动架同步相向运动时，左移动架滑至右移动架内。
优选的，所述工作台的上方设有小车顶板，小车顶板上设有驱动装置，驱动装置的输出端与滚珠丝杆的一端连接，滚珠丝杠与工作台螺接构成滚珠丝杠副，滚珠丝杆的另一端通过轴承与小车支架连接，小车顶板与小车支架之间设有导杆。
优选的，所述工作台自上而下依次包括导轨基板和导轨顶板，左抓取装置和右抓取装置设在导轨基板上，导轨基板与导轨顶板之间设有加强板。
优选的，所述滑轨外侧设有光电开关。
本发明通过运送小车沿行走导轨在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间往复移动，实现了透明根系栽培容器在透明根系栽培容器缓存机构与拍照工位组之间的运移，自动化程度高。整个系统基于模块化高效率的设计理念，达到透明根系栽培容器的自动抓取与运移的目的，满足高通量和自动化的运移要求，提高了运移效率。本发明将左抓取装置和右抓取装置集成在运送小车中，系统结构轻便简洁，运送小车沿行走导轨移动对透明根系栽培容器进行移载，相对于传送带的运输方式来说成本低。
附图说明
图1为本发明所述透明根系栽培容器拍照自动线的结构示意图；
图2为本发明所述透明根系栽培容器的结构示意图；
图3为图2的主视图；
图4为图3中A-A剖面图；
图5为本发明所述运送小车的结构示意图；
图6为本发明所述运送小车去除小车顶板后的结构示意图；
图7为本发明所述透明根系栽培容器缓存机构的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。本发明未提及部分均为现有技术。
参见图1，本发明提供一种基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车，包括运送小车2、设在两排成组的拍照工位组1之间的行走导轨5，设在行走导轨5一端的透明根系栽培容器缓存机构3，所述运送小车2沿行走导轨5在拍照工位组1与透明根系栽培容器缓存机构3之间往复移动，用于透明根系栽培容器4在拍照工位组1与透明根系栽培容器缓存机构3之间的运移，将透明根系栽培容器缓存机构3上的透明根系栽培容器4运至拍照工位组1进行拍照、以及将拍完照的透明根系栽培容器4运回至透明根系栽培容器缓存机构3上
参见图7，透明根系栽培容器缓存机构3包括横向支架3-1、位于横向支架3-1同一侧的两个竖向支架3-2、两个对称设置用于放置透明根系栽培容器的缓存架G和缓存架H，两个竖向支架3-2分别连接在横向支架3-1的两端，缓存架G和缓存架H的一端分别可旋转的连接在竖向支架3-2与横向支架3-1的连接处，使得缓存架G、缓存架H均能够在竖向支架3-2与横向支架3-1之间旋转；旋转结构可以采用本领域内常用的旋转结构。缓存架G、缓存架H非旋转端顶部均设有两个用于放置透明根系栽培容器4的定位座3-3。行走导轨5一端延伸至两个竖向支架3-2与横向支架3-1形成的区域内，运送小车2沿行走导轨5在拍照工位组1与透明根系栽培容器缓存机构3之间往复移动，缓存架G、缓存架H均旋转至竖向支架3-2时、用于透明根系栽培容器4在拍照工位组1与缓存架G、缓存架H之间的运移。
进一步的，参见图2至图4，透明根系栽培容器4包括栽培底座4-4、栽培容器本体、遮光盖4-2和遮光罩。栽培容器本体包括透明内筒4-8、透明外筒4-7和透明顶盖4-6，透明外筒4-7上下开放，所述透明内筒4-8和透明外筒4-7相互嵌套并固定在栽培底座4-4上，透明内筒4-8的顶部设置透明顶盖4-6，透明内筒4-8和透明外筒4-7之间形成根系环形栽培空间，在根系环形栽培空间的上方设置遮光盖4-2，在栽培底座4-4上还开设与透明内筒4-8的内腔连通的中心孔（图中未画出），栽培底座4-4的下方设有接水盒4-5。使用时，在根系环形栽培空间内填充土壤，在土壤3～4cm深处播种，作物根系在土壤内生长。遮光罩设在遮光盖4-2和栽培底座4-4之间，遮光罩包括可拆卸连接的左遮光罩4-3和右遮光罩4-1，左遮光罩4-3和右遮光罩4-1形成中空的矩形结构，栽培容器本体设在该空腔内。将左遮光罩4-3和右遮光罩4-1向外用力拉时可以将左遮光罩4-3和右遮光罩4-1分开，左遮光罩4-3和右遮光罩4-1靠在一起用力挤压时可以将左遮光罩4-3和右遮光罩4-1卡合。当需要对栽培容器本体内的植物根系进行成像时，只需将左遮光罩和右遮光罩拆开即可，成像完后将左遮光罩4-3和右遮光罩4-1卡合在一起。
优选的，在栽培底座4-4上开设有与根系环形栽培空间连通的通孔（图中未画出），以方便透明外筒4-7和透明内筒4-8底部多余水分渗出，避免栽培容器本体的底部滞水；透明外筒4-7和透明内筒4-8底部渗出的多余水分流出后进入接水盒4-5中，避免弄脏地面。
进一步的，参见图5至图6，运送小车2包括小车支架2-1，设于小车支架2-1上并可沿小车支架2-1上下运动的工作台，工作台的左右两侧设有用于抓取透明根系栽培容器4的左抓取装置E和右抓取装置F，工作台上安装有用于驱动左抓取装置E和右抓取装置F同步相向运动或者背向运动的驱动机构（图中未画出）。驱动机构优选为电机，电机驱动左抓取装置E和右抓取装置F同步相向运动或者背向运动，实现左抓取装置E和右抓取装置F同时收回、同时伸出，对左右两侧拍照工位组1内透明根系栽培容器4同时夹取或放下，也可以对缓存架G、缓存架H均旋转至竖向支架3-2时，缓存架G、缓存架H上的透明根系栽培容器4的同时夹取或放下，提高了工作效率，节约了时间成本。
进一步的，参见图5至图6，左抓取装置E包括左基板2-18、左移动架2-17、两个左托爪2-19，左移动架2-17安装在左基板2-18靠近工作台中心一侧，两个左托爪2-19对称设置在左基板2-18的另一侧并且与左基板2-18构成水平移动副，左基板2-18上安装有用于驱动两个左托爪2-19同步相向运动或者背向运动的左驱动机构2-12。右抓取装置F包括右基板2-15、右移动架2-16、两个右托爪2-14，右移动架2-16安装在右基板2-15靠近工作台中心一侧，两个右托爪2-14对称设置在右基板2-15的另一侧并且与右基板2-15构成水平移动副，右基板2-15上安装有用于驱动两个右托爪2-14同步相向运动或者背向运动的右驱动机构2-11。左驱动机构2-12和右驱动机构2-11优选为气缸，气缸驱动两个左托爪2-19或者两个右托爪2-14同步相向运动或者背向运动，从而实现透明根系栽培容器4的夹取或放下。
进一步的，参见图5至图6，工作台上设有相互平行的滑轨2-20，传动丝杠2-21设在滑轨2-20的中间并且与其平行，滑块（图中未画出）穿设在滑轨2-20上，所述左移动架2-17、右移动架2-16通过滑块（图中未画出）滑动连接在工作台的滑轨2-20上；传动丝杠2-21为正反牙丝杠，正反牙丝杠2-21与电机（图中未画出）的输出轴连接，左移动架2-17、右移动架2-16分别通过第一螺母固定座2-22、第二螺母固定座2-13与正反牙丝杠2-21连接。工作时，电机驱动正反牙丝杠2-21转动，正反牙丝杠2-21带动滑块在滑轨2-20上做直线运动，从而带动左移动架2-17和右移动架2-16同步相向运动或者背向运动。左移动架2-17与右移动架2-16同步相向运动时，左移动架2-17移动至右移动架2-16内，节省了空间，使得结构更加紧凑。
进一步的，参见图5至图6，工作台的上方设有小车顶板2-7，小车顶板2-7上设有驱动装置2-5，驱动装置2-5优选为减速电机，减速电机2-5安装在电机支座2-6上，减速电机2-5的输出端与滚珠丝杆2-3的一端连接，滚珠丝杠2-3与工作台螺接构成滚珠丝杠副，滚珠丝杆2-3的另一端通过轴承2-2与小车支架2-1连接，小车顶板2-7与小车支架2-1之间设有导杆2-10，导杆2-10有四根，对工作台的上下运动进行导向，减速电机2-5驱动滚珠丝杠2-3转动，从而带动工作台上下运动。提高了工作台上下运动时的响应速度和平稳性，显著降低生产维护成本。
进一步的，参见图5至图6，工作台自上而下依次包括导轨基板2-8和导轨顶板2-4，左抓取装置E和右抓取装置F设在导轨基板2-8上，导轨基板2-8与导轨顶板2-4之间设有加强板2-9；用于保证工作台的刚性和强度。
进一步的，滑轨2-20外侧设有光电开关（图中未画出），用于检测左抓取装置E和右抓取装置F的运动轨迹。滑轨2-20外侧设有光电开关（图中未画出），用于检测左抓取装置E和右抓取装置F的运动轨迹。
参见图1对本发明的工作过程进行详细描述，图1中，缓存工位II和缓存工位IV对应于缓存架G上的两个定位座，缓存工位I和缓存工位III 对应于缓存架H上的两个定位座；以拍照工位组为2组为例具体工作过程如下：
第一步
缓存架G位于竖向支架3-2上，将缓存架H旋转至横向支架3-1上，采用机械手将待拍照透明根系栽培容器放在缓存工位I上；然后将缓存架H旋转至竖向支架3-2上。将缓存架G旋转至横向支架3-1上，采用机械手将待拍照透明根系栽培容器放在缓存工位II上，将缓存架G旋转至竖向支架3-2上，完成缓存架G、缓存架H的上料。
第二步
控制运送小车2沿行走导轨5往透明根系栽培容器缓存机构3方向移动，直至进入两个竖向支架3-2与横向支架3-1形成的区域内；控制减速电机2-5驱动工作台上下运动，直至工作台的左抓取装置E和右抓取装置F位于缓存工位II、缓存工位I的下方；同时控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步背向运动；控制运送小车2沿行走导轨5移动，同时控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步相向运动或者背向运动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别位于缓存工位II、缓存工位I上透明根系栽培容器4栽培底座4-4的正下方；控制减速电机2-5驱动工作台往上运动，同时控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步相向运动，两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别夹取位于缓存工位II、缓存工位I上透明根系栽培容器4的栽培底座4-4；控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步相向运动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14及其夹取的透明根系栽培容器位于工作台上。控制运送小车2沿行走导轨5往拍照工位组1的方向移动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14及其夹取的透明根系栽培容器位于其中一个拍照工位组之间，控制减速电机2-5驱动工作台上下运动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14及其夹取的透明根系栽培容器位于该拍照工位组左右两个工位的上方；控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步背向运动，同时控制运送小车2沿行走导轨5移动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14夹取的透明根系栽培容器分别位于该拍照工位组左右两个工位的正上方；控制减速电机2-5驱动工作台向下运动，同时控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步背向运动，两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别将透明根系栽培容器同时放置在该拍照工位组左右两个工位上；该拍照工位组左右两个工位分别对其上方的透明根系栽培容器进行拍照。
运送小车2将透明根系栽培容器4运送至拍照工位组1时，缓存架G、缓存架H参照第一步进行上料。
第三步
待透明根系栽培容器拍完照后，控制减速电机2-5驱动工作台上下运动，直至左抓取装置E和右抓取装置F位于该拍照工位组左右两个工位的下方；控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步背向运动；控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步背向运动，同时控制运送小车2沿行走导轨5移动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别位于该拍照工位组左右两个工位上透明根系栽培容器栽培底座4-4的正下方；控制减速电机2-5驱动工作台往上运动，同时控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步相向运动，两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别同时夹取位于该拍照工位组左右两个工位上透明根系栽培容器的栽培底座4-4；控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步相向运动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14及其夹取的透明根系栽培容器位于工作台上。控制运送小车2沿行走导轨5往透明根系栽培容器缓存机构3方向移动，直至进入两个竖向支架3-2与横向支架3-1形成的区域内；控制减速电机2-5驱动工作台上下运动，直至工作台的两个左托爪2-19、两个右托爪2-14及其夹取的透明根系栽培容器位于缓存工位IV、缓存工位III的上方；控制工作台上的电机驱动正反牙丝杠2-21带动左抓取装置E和右抓取装置F同步背向运动，同时控制运送小车2沿行走导轨5移动，直至两个左托爪2-19、两个右托爪2-14夹取的透明根系栽培容器栽培底座4-4分别位于缓存工位IV、缓存工位III的正上方；控制减速电机2-5驱动工作台向下运动，同时控制气缸2-12驱动两个左托爪2-19、气缸2-11驱动两个右托爪2-14同步背向运动，两个左托爪2-19、两个右托爪2-14分别将透明根系栽培容器栽培底座4-4上放置在定位座3-3上。
第四步
参照第二步将缓存架G、缓存架H上的待拍照透明根系栽培容器运送至拍照工位组1进行拍照
第五步
将缓存架H旋转至横向支架3-1上，采用机械手将缓存工位III上已拍照的透明根系栽培容器取下，然后将待拍照透明根系栽培容器放在缓存工位I上，将缓存架H旋转至竖向支架3-2上。将缓存架G旋转至横向支架3-1上，采用机械手将缓存工位IV上已拍照的透明根系栽培容器取下，然后将待拍照透明根系栽培容器放在缓存工位II上，将缓存架G旋转至竖向支架3-2上。
如此循环运行。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于透明根系栽培容器拍照自动线的转运小车，其特征在于包括运送小车、设在两排成组的拍照工位组之间的行走导轨，设在行走导轨一端的透明根系栽培容器缓存机构，所述运送小车沿行走导轨在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间往复移动、用于透明根系栽培容器在拍照工位组与透明根系栽培容器缓存机构之间的运移。
2.根据权利要求1所述的转运小车，其特征在于，所述运送小车包括小车支架，设于小车支架上并可沿小车支架上下运动的工作台，工作台的左右两侧设有用于抓取拍照工位组内透明根系栽培容器的左抓取装置和右抓取装置，工作台上安装有用于驱动左抓取装置和右抓取装置同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
3.根据权利要求2所述的转运小车，其特征在于，所述左抓取装置包括左基板、左移动架、两个左托爪，所述左移动架安装在左基板靠近工作台中心一侧，两个左托爪对称设置在左基板的另一侧并且与左基板构成水平移动副，左基板上安装有用于驱动两个左托爪同步相向运动或者背向运动的左驱动机构；
所述右抓取装置包括右基板、右移动架、两个右托爪，所述右移动架安装在右基板靠近工作台中心一侧，两个右托爪对称设置在右基板的另一侧并且与右基板构成水平移动副，右基板上安装有用于驱动两个右托爪同步相向运动或者背向运动的右驱动机构。
4.根据权利要求3所述的转运小车，其特征在于，所述左移动架、右移动架滑动连接在工作台的滑轨上，左移动架与右移动架同步相向运动时，左移动架滑至右移动架内。
5.根据权利要求2所述的转运小车，其特征在于，所述工作台的上方设有小车顶板，小车顶板上设有驱动装置，驱动装置的输出端与滚珠丝杆的一端连接，滚珠丝杠与工作台螺接构成滚珠丝杠副，滚珠丝杆的另一端通过轴承与小车支架连接，小车顶板与小车支架之间设有导杆。
6.根据权利要求2至5任一项所述的转运小车，其特征在于，所述工作台自上而下依次包括导轨基板和导轨顶板，左抓取装置和右抓取装置设在导轨基板上，导轨基板与导轨顶板之间设有加强板。
7.根据权利要求1所述的转运小车，其特征在于，所述滑轨外侧设有光电开关。
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