CN113597262A - 播种机和播种方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及播种机，该播种机被配置成以种子位置的图案将种子放置在托盘或基底中，包括：种子供应源；输送机，其被配置为将种子从种子供应源转移到托盘或基底，其中种子以由输送机的种子保持位置界定的种子位置的图案编排，并以种子位置的图案将提取的种子释放到托盘或基底中；至少一个检测器，其至少包括光源，例如光束和/或发光二极管阵列，并且包括传感器，例如至少一个照相机和/或线扫描仪，并且被配置为检测在从种子供应源转移到托盘或基底的过程中输送机的种子保持位置处的种子并产生信号，其中光源相对于输送机的表面倾斜地定向在输送机的种子保持位置处，以在输送机上或输送机上方产生掠射光，使种子在输送机的表面上投射可检测的阴影，并且传感器定向在输送机的表面处，以检测由种子保持位置处的种子投射的在输送机上的阴影。本公开还涉及相关方法和承载用于执行该方法的程序的计算机可读存储介质。

Description

播种机和播种方法

本公开涉及一种播种机和一种播种方法，该播种机和播种方法将种子以种子位置的图案放置在托盘或基底中。

目前的播种机受到托盘或基底中的种子位置的图案未完全填充的困扰。种子是一种非常昂贵的商品，并且也不希望浪费托盘或基底空间。据本公开的发明人所知，当前的技术水平依赖于目视检查来确定图案中的种子位置是否不包含种子，以随后在未采用的位置处手动添增种子来填充图案。然而，如果基底层在自动化过程中放置在已经存在的基底上或托盘上和托盘中，这就受到了阻碍。因此，必须中断此自动化过程以进行目视检查和手动添增，否则目视检查将因增加了基底层而变得不可能。

US-2018/338409涉及一种播种轮，能够一次播种一行种子。当播种轮上或播种轮的种子保持位置中缺少种子时，加速播种轮驱动马达，以确保在预期的种子位置处释放种子，该预期的种子位置与先前放置的在基底或托盘上或上方的种子或基底或托盘的种子相距预定的距离，以避免在任何这样的指定或预期的种子位置错过从输送机上释放的种子。然而，对于形成输送机的单行释放播种轮来说，轮的加速仅仅是可行的选择，而在期望的中间距离处放置和释放多行种子的滚筒要有效得多，因为需要播种轮的更多次通过，以甚至近似完全覆盖图案中种子位置的种子。此外，保持随后放置的种子行平行可能被证明是麻烦的。

US-9 661 805涉及一种具有滚筒的系统，该滚筒能够在期望的中间距离放置多条平行的种子行，并且因此被认为构成了更接近的现有技术。本公开包括诊断模块和报告模块。报告模块可以被配置成生成通知，用于将诊断模块生成的信息传递给操作者。通知可以采取任何合适的形式，包括通过扬声器发出的警报，和/或通过显示器显示的文本和/或图形。在一些实施例中，通知可以包括图表，该图表总结了来自操作者定义的时间段的诊断信息，包括例如跳过的次数(即，与“缺少种子”检测相关联的错误信号的次数)、多次或过量种子输送的次数(即，与“两个或更多种子”检测相关联的错误信号的次数)、幼苗的预计产量、和/或错误信号的原因或来源的指示。

本公开提供了一种新颖的和创造性的方法，以利用播种机实现种子位置的图案的完全填充，该播种机被配置成以种子位置的图案将种子放置在托盘或基底中，该方法包括：

-种子供应源；

-输送机，该输送机被配置为将种子从种子供应源转移到托盘或基底，其中种子以由输送机的种子保持位置界定的种子位置的图案编排，并以种子位置的图案将提取的种子释放到托盘或基底中，

-至少一个检测器，该至少一个检测器至少包括光源(例如，光束和/或发光二极管阵列)以及传感器(例如，至少一个照相机和/或线扫描仪)，并且该至少一个检测器被配置为检测在从种子供应源转移到托盘或基底的过程中输送机的种子保持位置处的种子并产生信号，

其中，光源相对于输送机的表面倾斜地定向在输送机的种子保持位置处，以在输送机上或输送机上方产生掠射光(grazing light)，使种子在输送机的表面上投射可检测的阴影，并且传感器定向在输送机的表面处，以检测由种子保持位置处的种子投射的在输送机上的阴影。

本公开还涉及一种将种子以种子位置的图案放置在托盘或基底中的播种方法，包括：

-供应种子；

-使用输送机将供应的种子转移到托盘或基底上，其中种子按照由种子保持位置界定的种子位置的图案编排；

-以种子位置的图案将提取的种子释放到托盘或基底中，

-检测图案中的任何种子保持位置处的种子，以及

-产生信号；

其中，检测种子并产生信号包括在输送机上或上方产生掠射光，使种子在输送机的表面上投射可检测的阴影，并检测由种子保持位置处的种子投射的在输送机上的阴影。

信号可指示来自至少包括以下的组的至少一个种子相关方面：空的种子保持位置，在将所供应的种子转移到托盘或基底之后，在托盘或基底中的种子位置的图案中保持为空的种子位置能从该空的种子保持位置推断出来；在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；在任何种子保持位置处的种子包衣。包衣可以通过分析其阴影来检测，例如具有比是种子的情况下更高的光强度。可以通过阴影的尺寸(例如，相对于单个种子的平均尺寸)来检测任意给定种子位置处的多个种子和/或破损(种子的一部分)。

该方法还可以包括使用填充器以用于在将所述种子释放到所述托盘或基底中之后并基于信号，将种子在图案中的种子位置中的保持为空的种子位置处添增在托盘或基底中，从信号能推断，在将所供应的种子转移到托盘或基底之后在托盘或基底中的种子位置的图案中保持为空的种子位置。还公开了一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当指令被处理器执行时，使处理器执行该方法。

这种实现图案中种子位置的完全填充的新颖且创造性的方法涉及检查输送机上或输送机的种子保持位置，该输送机将种子从供应源转移到托盘或基底。因此，可以自动确定是否要实现完全填充。最终结果是根据输送机上或输送机的相应的种子位置的图案的填充程度来确定的，而不是依赖于最终结果的检查，最终结果的检查可能会受到基底的叠加层的阻碍。此外，该信号可以指示空的种子保持位置，从空的种子保持位置可以推断出在将供应的种子转移到托盘或基底之后托盘或基底中的种子位置的图案中保持为空的种子位置。因此，控制播种机或填充器本身的处理器可以被准确地告知托盘或基底中的预期在转移后保持为空的种子位置，并且种子可以被准确地添增到托盘或基底中保持为空的那些种子位置。

本公开还涉及多个优选实施例，保护范围决不限于这些实施例，所述优选实施例在从属权利要求中阐述，并在下面的实施例描述中被详述。

在可能的实施例中，输送机可以包括转移表面，其上或其中布置有与种子位置的图案相对应的种子保持位置。

在替代或附加实施例中，输送机可以包括种子转移滚筒。

在替代或附加的实施例中，输送机可以包括连接到负压或真空连接件以用于吸引种子的种子保持器。然后，如果播种机还包括转移表面，则种子保持器可以设置在种子保持位置。

根据本公开的播种机使得检测器包括光源和传感器(例如，照相机)。在这样的实施例中，光源被定向在输送机的种子保持位置处。作为进一步的选择，当输送机可以进一步包括转移表面时，传感器可以被配置为基于输送机上不存在种子的阴影，生成与种子保持位置处的种子不存在相对应的信号。然后，至少光源在转移表面处倾斜定向，以在输送机上或上方和/或更具体地在输送机的转移表面上或上方产生掠射光，使种子在输送机上投射更好的可检测的阴影。传感器可以以基本垂直的方向定向到输送机的表面上，并且可以不需要定向在种子保持位置，而是定向成检测输送机的表面上或上方的种子阴影。在根据US-9 661 805的上述公认的现有技术中，照相机被布置在相对于种子的与光源相同的一侧，并且被配置为检测从种子反射的光。相比之下，根据本公开，传感器(例如，照相机)可以聚焦在由种子投射在输送机上的阴影上，并且更具体地，聚焦在输送机的转移表面上，相对于种子在与光源相对的一侧。这导致确定在种子保持位置处种子存在或不存在时更高的对比度。通过简单而精妙的掠射光测量，阴影是种子在种子保持位置处存在的放大表示(相对于种子的实际尺寸)，并且相对于现有技术而言(现有技术甚至是指计算上麻烦的过程(如三角测量))，大大有助于检测，以足够精确地能够确定足够大的种子是否布置在种子保持位置处。该信号可以指示至少一个种子相关方面，该至少一个种子相关方面来自至少包括以下的组：空的种子保持位置，从空的种子保持位置可以推断出在将供应的种子转移到托盘或基底之后托盘或基底中的种子位置的图案中保持为空的种子位置；在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；任何种子保持位置处的种子包衣。包衣可以通过分析其阴影来检测，例如具有比是种子的情况下更高的光强度。可以通过阴影的尺寸(例如，相对于单个种子的平均尺寸)来检测任意给定种子位置处的多个种子和/或破损(种子的一部分)。

附加地或替代地，根据本公开的播种机可以使得填充器包括机械臂。然后，播种机可以使得机械臂包括种子抓取器。然而，具有保持位置的相同图案的滚筒也是可能的，该滚筒具有可控的真空连接件，以仅在从图案中缺失的在图案中的种子位置处吸引种子，以添增输送机先前对托盘的不完全填充，例如用于吸引图案中所有种子位置处的种子的第一滚筒和用于添增从图案中缺失的种子的选择性第二滚筒。

附加地或替代地，根据本公开的播种机可以包括连接到检测器和填充器的控制器，并且该控制器被配置为基于来自检测器的信号驱动填充器。

上文阐述了本公开的基本方法。

此外，播种方法可以使得输送涉及使用转移表面，该转移表面上或其中布置有与种子位置的图案相对应的种子保持位置。

附加地或替代地，播种方法可以使得检测涉及使用光源和传感器(例如，照相机)，并将光源和传感器定向在图案中的种子位置。

当实施转移表面的使用以及光源和传感器的定向时，播种方法还可以包括使用传感器，基于表面上不存在种子的阴影，产生与种子保持位置处没有种子相对应的信号。

在根据所附权利要求的术语和表达对本公开的各方面进行上述参考之后，下面参考展示本公开的潜在实施例的附图来提供实施例描述，本公开的保护范围绝不局限于这些实施例，并且甚至可以特别包含对于所附独立权利要求的各方面和特征的特定司法解释的替代方案。在附图的不同图中，即使参考不同的实施例，相同或相似的参考标记可用于标识其相同或相似的特征、方面、元件、部件和功能组。在附图中：

图1示意性示出了根据本公开的播种机和播种方法的实施例。

根据本公开，提供了一种播种机2，其被配置成将种子3以种子位置的图案4放置在托盘2或基底中。播种机1包括种子供应源5和输送机滚筒6，输送机滚筒6被配置成从种子供应源5中提取种子3(其中种子以种子位置的图案4编排)，并将提取的种子释放到托盘2中。在所示的实施例中，托盘2沿着输送机滚筒6并在输送机滚筒6下方移动。替代地，可以使播种机1在土壤或基底上移动，以将种子3以图案4放置在土壤或基底上或土壤或基底中。

回到图1的实施例，托盘2沿箭头A的方向在输送机滚筒6下方通过，而输送机滚筒6沿箭头B的方向旋转。根据输送机滚筒6的旋转速度和托盘2在输送机滚筒6下方通过的线速度之间的差异，图案4中种子位置之间的距离可以不同于在输送机滚筒6上或抵靠输送机滚筒6的种子3之间的中间圆周距离。

播种机1还包括检测系统，该检测系统具有至少一个检测器，该检测器被配置成确定输送机滚筒6是否还没有在图案4中的任何种子位置处提取种子，并产生相应的检测信号。附加地或替代地，检测器可以从至少包括以下的组中产生指示至少一个种子相关方面的信号：空的种子保持位置，从该空的种子保持位置可以推断出在将供应的种子转移到托盘或基底之后托盘或基底中的种子位置的图案中保持为空的种子位置；在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；任何种子保持位置处的种子包衣。包衣可以通过分析其阴影来检测，例如具有比是种子的情况下更高的光强度。可以通过阴影的尺寸(例如，相对于单个种子的平均尺寸)来检测任意给定种子位置处的多个种子和/或破损(种子的一部分)。

该检测系统定向在输送机滚筒处。为了实现托盘2上或托盘2中的图案4中的种子位置的完全填充，需要检查输送机滚筒6，输送机滚筒6将种子3从供应源5转移到托盘2。因此，可以自动确定是否要实现完全填充。托盘2上或托盘2中的图案4中的所有种子位置处的种子3方面的最终结果是基于输送机滚筒6上或输送机滚筒6的种子位置的相应图案的填充度来确定的。这避免了必须检查托盘2上或托盘2中的最终结果的需要。

此外，播种机1包括可选的填充器，这里是机械臂7的形式，以基于来自检测系统的检测信号在没有种子的空种子位置8将种子添增在托盘2中。

更详细地，输送机滚筒6包括转移表面9，转移表面9上或转移表面9中布置有以与种子位置的图案4对应的图案的种子保持位置10。

在替代或附加实施例中，输送机滚筒可以由任何合适的输送机(例如，转移板)代替。

回到图1的实施例，输送机滚筒6包括位于种子保持位置10处的种子保持器。种子保持器可以简单地实施为输送机滚筒6的转移表面中的小孔，输送机滚筒6可以具有中空的内部，该中空的内部又可以连接到抽空泵11。通过将输送机滚筒6连接到这种负压或真空连接件，种子被吸引到围绕输送机滚筒6的圆周分布的种子保持位置10处的孔上。

更详细地，根据本公开的播种机1的检测系统包括至少一个检测器和传感器，该检测器由至少一个光源形成，该光源可能是光束12的形式(例如，包括发光二极管阵列)，该传感器例如是一个或多于一个照相机13。除了不同的照相机13之外或者代替不同的照相机13，照相机可以被实施为线扫描仪(line scanner)。光束12是长形的，并且平行于输送机滚筒6的长度方向延伸。光从光束12朝向输送机滚筒6发射，使得光源定向在分布在输送机滚筒6的转移表面9中、其上方或其上的种子保持位置10处。更具体地，光束12形式的光源在转移表面9处倾斜定向，即相对于输送机滚筒6的径向方向成一角度，以在转移表面9上或转移表面9上方产生掠射光。结果，保持在种子保持位置10处的种子3在转移表面9上投射阴影14，这可以使用传感器来检测，传感器例如以至少一个照相机13或线扫描仪的形式。照相机(一个或多个)13或线扫描仪可以在输送机滚筒6的表面处大体上径向定向，由此以至少一个照相机13或线扫描仪形式的传感器被配置成，基于表面上不存在种子的阴影14，产生对应于种子保持位置10处的种子3不存在的检测信号。然而，在任何特定种子位置处种子的存在或不存在也可以作为阴影检测的替代方案通过检测种子本身来实现，例如基于种子表面纹理的识别，其中输送机滚筒的表面纹理的差异可以作为输送机滚筒上种子位置处种子存在或不存在的指示标志(tell-tale sign)来检测。可以采用多于一种类型的检测(阴影+种子表面纹理，或任何其他检测)。检测可以附加地或替代地针对至少一个与种子相关的方面，至少一个种子相关方面来自至少包括以下的组：在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；任何种子保持位置处的种子包衣。包衣可以通过分析其阴影来检测，例如具有比是种子的情况下更高的光强度。可以通过阴影的尺寸(例如，相对于单个种子的平均尺寸)来检测任意给定种子位置处的多个种子和/或破损(种子的一部分)。

在图1所示的根据本公开的播种机1的图中，一排种子保持位置10具有两个空缺的位置，其中种子3缺失。当托盘2沿着箭头A的方向移动并且输送机滚筒6沿着箭头B的方向旋转时，当输送机滚筒6的任何一排种子保持位置10到达最低位置时，种子的吸引被中断(例如，通过连接到环境压力)。当知道输送机滚筒6中或输送机滚筒6上的哪些种子保持位置10是空的/空缺的位置15时，控制器可以容易地计算出托盘2中或托盘2上的图案4中的哪些种子位置将在基底或托盘2中保持为空的。这种控制器可以使用来自至少一个照相机13和/或线扫描仪形式的传感器的检测信号，并且引导机械臂7形式的填充器在托盘2中或托盘2上的图案4中的种子位置中的空缺位置处添增种子，相对于基于播种结果的填充程度的检查，这些空缺位置8是提前已知的。

尽管根据图1的实施例的播种机1具有作为填充器的实施例的机械臂7，并且机械臂7可以包括种子抓取器16，但是替代地，可以使用具有种子保持位置的相同图案的第二滚筒，该第二滚筒具有对于所有种子保持位置单独可控的真空连接件，以仅将种子放置在空缺的/空的种子位置8处，以添增输送机滚筒6先前对托盘2的不完全填充，对于该示例性替代实施例，输送机滚筒6是用于在图案中的所有种子位置处吸引种子的第一滚筒，并且另外提供选择性的第二滚筒(未示出)以添增图案中缺失的种子。替代地，对于填充器或机械臂，如果/当填充程度下降到低于预定阈值时(例如，如果少于80％的种子位置被种子填充)，控制器可以简单地保持跟踪输送机的填充效率，并决定输送机准备好进行清洁、其他维护或甚至更换。通过阴影测量(例如，与反射测量相反)，可以区分种子、破碎种子、多个种子和种子包衣，以更准确地确定种子是否实际放入种子位置。

播种机1可以包括控制器(例如，以计算机17(示意性地表示为盒子)的形式)，其至少连接到传感器(一个或多个)13和可选的填充器7，并且被配置为基于来自传感器(一个或多个)的检测信号驱动填充器7或者简单地监控检测信号(特别是指示和识别输送机滚筒6的特定空缺的/空的种子保持位置10的检测信号)，并且将那些保持种子包衣或破碎种子的地方作为空缺的/空的种子保持位置来包括，从这些地方可以推断出托盘2中或托盘2上的图案4中的将来空缺的/空的种子位置。

图1中播种机1的上述示例性实施例同样说明了本公开的基本方法。

在该特定实施例中，播种方法是使用转移表面9执行输送，转移表面9上或其中布置有与托盘2(或土壤/基底)中的种子位置的图案4相对应的种子保持位置10。检测涉及使用光源12和传感器13(例如，一个或多于一个照相机13)，并将光源12和传感器13定向在输送机滚筒6中或输送机滚筒6上的种子保持位置10的图案中的种子位置处。通过使用转移表面9并在其上定向光源12和传感器13，以及通过使用传感器13，可以产生检测信号，该检测信号对应于滚筒6的种子保持位置处的种子缺失，该种子保持位置处的种子缺失与托盘2上或托盘2中的图案4中的将来空的/空缺的种子位置相关。当光源12在输送机表面9上方产生条纹光时，这种检测特别基于输送机表面9上不存在种子3的阴影14。

显然，本公开允许相对于附图中明确描绘的以及以上相关描述的那些实施例的许多附加和/或替代实施例。因此，根据所附权利要求的保护范围决不限于明确示出和描述的实施例，而是包括替代和附加实施例，即使没有明确提及，并且还包括所附独立权利要求的元件和部件在某些权限内的甚至明显的替代。

Claims (15)

1.一种播种机，所述播种机被配置为以种子位置的图案将种子放置在托盘或基底中，包括：

-种子供应源；

-输送机，所述输送机被配置为将种子从所述种子供应源转移到所述托盘或基底，其中种子以由所述输送机的种子保持位置界定的所述种子位置的图案编排，并且所述输送机被配置为以所述种子位置的图案将提取的种子释放到所述托盘或基底中，

-至少一个检测器，所述至少一个检测器至少包括光源，例如光束和/或发光二极管阵列，并且包括传感器，例如至少一个照相机和/或线扫描仪，并且所述至少一个检测器被配置为检测在从所述种子供应源转移到所述托盘或基底的过程中所述输送机的种子保持位置处的种子并产生信号，

其中，所述光源相对于所述输送机的表面倾斜地定向在所述输送机的种子保持位置处，以在所述输送机上或所述输送机上方产生掠射光，使种子在所述输送机的所述表面上投射可检测的阴影，并且所述传感器定向在所述输送机的所述表面处，以检测由种子保持位置处的种子投射的在所述输送机上的阴影。

2.根据权利要求1所述的播种机，其中，来自所述检测器的所述信号指示至少一个种子相关方面，所述至少一个种子相关方面来自至少包括以下的组：所述输送机的空的种子保持位置，从所述空的种子保持位置能推断出在由所述输送机转移之后所述托盘或基底中的所述种子位置的图案中保持为空的种子位置；在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；在任何种子保持位置处的种子包衣。

3.根据权利要求1或2所述的播种机，其中，所述输送机的所述表面包括在所述输送机上或所述输送机中的对应于所述种子位置的图案的所述种子保持位置。

4.根据权利要求1、2或3所述的播种机，其中，所述输送机包括种子转移滚筒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的播种机，其中，所述输送机包括种子保持器，所述种子保持器连接到负压或真空连接件，用于从所述供应源吸引种子。

6.根据权利要求5所述的播种机，其中，所述种子保持器设置在所述种子保持位置处。

7.根据前述权利要求中任一项所述的播种机，其中，所述传感器以基本垂直的取向定向到所述输送机的所述表面上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的播种机，还包括填充器，所述填充器被配置为在所述输送机释放种子之后，基于来自所述检测器的所述信号将种子在所述图案中的所述种子位置中的保持为空的种子位置处添增在所述托盘或基底中，从来自所述检测器的所述信号能推断，在由所述输送机转移之后在所述托盘或基底中的所述种子位置的图案中保持为空的种子位置。

9.根据权利要求8所述的播种机，其中，所述填充器包括机械臂。

10.根据权利要求9所述的播种机，其中，所述机械臂包括种子抓取器。

11.根据权利要求8、9或10所述的播种机，包括控制器，所述控制器连接到所述检测器和所述填充器，并且被配置为基于来自所述检测器的所述信号驱动所述填充器。

12.一种将种子以种子位置的图案放置在托盘或基底中的播种方法，包括：

-供应种子；

-使用输送机将供应的种子转移到所述托盘或基底，其中种子按照由种子保持位置界定的所述种子位置的图案编排；

-以所述种子位置的图案将提取的种子释放到所述托盘或基底中，

-检测所述图案中的任何种子保持位置处的种子，以及

-产生信号；

其中，检测种子并产生所述信号包括在所述输送机上或上方产生掠射光，使种子在所述输送机的表面上投射可检测的阴影，并检测由种子保持位置处的种子投射的在所述输送机上的阴影。

13.根据权利要求12所述的播种方法，其中，所述信号指示来自至少包括以下的组的至少一个种子相关方面：空的种子保持位置，在将所供应的种子转移到所述托盘或基底之后，在所述托盘或基底中的所述种子位置的图案中保持为空的种子位置能从所述空的种子保持位置推断出来；在任何种子保持位置处存在的种子的一部分；在任何种子保持位置处的多个种子；在任何种子保持位置处的种子包衣。

14.根据权利要求13所述的播种方法，还包括使用填充器，以用于在将种子释放到所述托盘或基底中之后并基于所述信号，将种子在所述图案中的所述种子位置中的保持为空的种子位置处添增在所述托盘或基底中，从所述信号能推断，在将所供应的种子转移到所述托盘或基底之后在所述托盘或基底中的所述种子位置的图案中保持为空的种子位置。

15.一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令被处理器执行时，使所述处理器执行前述权利要求12-14中任一项或多于一项所述的方法。

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