CN113820905A - 扁平容器侧挂式成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扁平容器侧挂式成像设备，包括主机架，主机架内两端分别为进料区和出料区，进料区和出料区之间设置全暗成像舱；所述主机架上并排设有两个龙门抓取机构，两个龙门抓取机构分别用于抓取进料区的扁平容器放置在全暗成像舱内、以及用于抓取全暗成像舱内的扁平容器放置在出料区。扁平容器侧挂式成像设备半封闭结构设计，两端分别为进料区和出料区，中间为全暗成像舱，结构紧凑、占地面积小。两个龙门抓取机构可实现从进料区取扁平容器放置到全暗成像舱内和从全暗成像舱内取扁平容器放置到出料区的动作分开，极大提高了工作效率。整个设备基于模块化高效率的设计理念，满足高通量和自动化运移、成像的要求。

Description

扁平容器侧挂式成像设备

技术领域

本发明涉及一种栽培容器成像设备，特别涉及一种扁平容器侧挂式成像设备。

背景技术

植物表型是受基因和环境因素决定或影响的，反映植物结构与组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状。植物表型主要包括叶片表型、茎秆表型、果实表型、种子表型以及穗表型等。所涉及的具体表型参数为叶长、叶宽、叶面积、株高、茎粗、果把长度、种子萌发率、直/弯穗等。现有的表型数据的获取主要是通过照相后软件分析进行，照相后软件分析可以获取植物的叶长、叶宽、叶面积、叶倾角等指标。

根系是一株植物全部根总称。根系有两类，直根系和须根系之分。直根系（taprootsystem）特点是主根明显而发达，并且方向为竖直向下，侧根呈葡萄状分布于主根周围。大多数的裸子植物和双子叶植物具有直根系；如双子叶植物棉、蒲公英、大豆、番茄、桃等。直根系植物的栽培容器通常采用扁平容器，扁平容器无法直立起来，通常把多个扁平容器放置在扁平容器容置框中，对扁平容器容置框进行整体遮光处理。扁平容器的两片透明板通常采用钢化玻璃，重量大、搬动不方便。

扁平容器中的作物在生长过程中为了研究其植物表型，需要将扁平容器输送至成像区进行成像，如何自动化、高通量的将扁平容器容置框中的扁平容器进行成像，以及将成像后的扁平容器放置在扁平容器容置框中是急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种扁平容器侧挂式成像设备，该设备能够将扁平容器容置框中的扁平容器进行成像，以及将成像后的扁平容器放置在扁平容器容置框中。

本发明的具体技术方案如下：

一种扁平容器侧挂式成像设备，包括主机架，主机架内两端分别为进料区和出料区，进料区和出料区之间设置全暗成像舱；

所述主机架上并排设有两个龙门抓取机构，两个龙门抓取机构分别用于抓取进料区的扁平容器放置在全暗成像舱、以及用于抓取全暗成像舱内的扁平容器放置在出料区。

优选的，所述全暗成像舱包括成像暗室，所述成像暗室上设置有遮光板，成像暗室沿主机架长度方向设有供扁平容器进出进料区或出料区的出入口，成像暗室上设有用于遮住出入口的遮光单元，所述遮光单元可以沿主机架的宽度方向移动。

优选的，所述成像暗室内设有补光灯、多个成像单元以及多个扁平容器放置支架，所述扁平容器放置支架的底部设有下挡板、扁平容器放置支架的左右两侧设置有侧挡板，下挡板可沿水平方向旋转，侧挡板可沿竖直方向旋转。

优选的，所述进料区和出料区均设有扁平容器容置框定位机构，进料区和出料区远离成像暗室的宽度方向的两侧设有摆臂单元、以及驱动摆臂单元摆动的驱动机构；进料区和出料区沿主机架长度方向的一侧设有侧压头单元，侧压头单元包括侧压头、以及驱动侧压头沿主机架的宽度方向伸出或者缩回的驱动单元；进料区和出料区沿主机架长度方向的另一侧、以及靠近成像暗室的宽度方向均设有定位块，定位块上转动连接有轴承。

优选的，所述进料区和出料区设均有遮光罩装卸机构，遮光罩装卸机构可沿主机架的宽度方向滑动，遮光罩装卸机构包括安装板，安装板上设有遮光罩装卸单元，遮光罩装卸单元包括推板座、成对设置在推板座两侧的遮光罩挂钩，所述推板座可沿安装板上下移动。

优选的，所述龙门抓取机构包括龙门架、设在龙门架上的抓取机构，所述龙门架可沿主机架的长度方向滑动，所述抓取机构可沿龙门架上下运动、并可沿主机架的宽度方向滑动。

优选的，所述抓取机构包括升降支架，升降支架可沿龙门架上下运动，升降支架的底部设有抓取单元，抓取单元包括抓取支架，抓取支架上设有成对设置的、用于托起扁平容器的挂钩。

优选的，所述抓取支架上位于成对设置的两个挂钩之间设有两个L形推板，两个L形推板的开口朝向抓取支架内侧，L形推板的水平段与抓取支架上的推板座连接、其竖直段外侧与挂钩相贴合，所述推板座可沿抓取支架上下运动。

扁平容器侧挂式成像设备半封闭结构设计，两端分别为进料区和出料区，中间为全暗成像舱，结构紧凑、占地面积小。两个龙门抓取机构可实现从进料区取扁平容器放置到全暗成像舱内和从全暗成像舱内取扁平容器放置到出料区的动作分开，极大提高了工作效率。实现扁平容器的拆垛与堆垛、成像的全自动化机械运动控制，工作效率不低于6个/分钟；全暗成像舱内采用高清RGB相机（根系部分），分辨率高于2000万像素，可拍摄出高度清晰根系图片。整个设备基于模块化高效率的设计理念，达到扁平容器在进料区、全暗成像舱、出料区的自动化运移以及全暗成像舱内自动化成像的目的，满足高通量和自动化运移、成像的要求，提高了运移效率和成像效率。

附图说明

图1为本发明所述扁平容器侧挂式成像设备的结构示意图；

图2为扁平容器侧挂式成像设备的俯视图；

图3为图2中的A部放大图；

图4为本发明所述全暗成像舱的结构示意图；

图5为本发明所述遮光罩装卸机构的结构示意图；

图6为本发明所述抓取机构的结构示意图；

图7为图6中的B部放大图；

图8为本发明所述扁平容器容置框的结构示意图；

图9为本发明所述扁平容器的结构示意图。

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。另外，本发明未提交部分均为现有技术。

参见图8，本发明涉及的扁平容器容置框3包括两个容置通道3-1，每个容置通道3-1上可以放置一排扁平容器9，扁平容器9嵌设在容置通道3-1顶部的容置槽3-2内。扁平容器容置框3位于容置通道3-1一侧的挡板3-3可拆卸的挂接在扁平容器容置框3上，每个容置通道3-1对应一个挡板3-3，挡板3-3位于扁平容器容置框3一侧的顶部设有挂耳（图中未画出），挡板3-3上设有四个挂孔3-4。扁平容器容置框3采用铝合金型材制作，方正结实牢固，容置槽3-2采用激光切割数控折弯，采用定位工装装配，确保扁平容器9在扁平容器容置框3中的位置准确；扁平容器容置框3采用密封遮光设计，保证扁平容器9内作物的根系部位处于遮光状态。

参见图9，扁平容器9包括两片钢化玻璃9-1、间隔条以及遮光板9-5，所述间隔条夹放在两片钢化玻璃9-1之间，间隔条包括两根垂直间隔条9-2和一根水平间隔条（图中未画出），垂直间隔条9-2位于钢化玻璃9-1的两侧，水平间隔条位于钢化玻璃9-1的底部（图中未画出），间隔条和钢化玻璃9-1组成中空的栽培容器，垂直间隔条9-2的外侧边还设置有一个以上的挂槽9-3，挂槽9-3位于中空容器外部；所述遮光板9-5位于钢化玻璃9-1的顶部，遮光板9-5中部开设有遮光板槽9-4，遮光板槽9-4的形状与栽培容器顶部开口处的形状相同且位置对应，遮光板9-5的面积大于容器顶部面积。为了让遮光板9-5安装更加稳定，两根垂直间隔条9-2上还分别安装有遮光板卡片9-6和弹簧9-7，遮光板卡片9-6卡入垂直间隔条9-2的端部，旋转90°后完成对遮光板9-5的固定，弹簧9-7位于二者中间，起到减震缓冲作用。

参见图1和图2，本发明涉及一种扁平容器侧挂式成像设备，包括主机架5，主机架5内两端分别为进料区4和出料区1，进料区4和出料区1之间设置全暗成像舱2；所述主机架5上并排设有两个龙门抓取机构6，两个龙门抓取机构6分别用于抓取进料区4的扁平容器并放置在全暗成像舱2内、以及抓取全暗成像舱2内的扁平容器并放置在出料区7。

进一步的，参见图4，所述全暗成像舱2包括成像暗室2-1，成像暗室2-1上设置有遮光板2-4，成像暗室2-1沿主机架5长度方向设有供扁平容器9进出进料区或出料区的出入口2-11，成像暗室2-1上设有用于遮住出入口2-11的遮光单元2-3，遮光单元2-3可以沿主机架5的宽度方向滑动。成像暗室2-1顶部设有驱动遮光单元2-3沿主机架5的宽度方向滑动的气缸2-2，当扁平容器9需要进入成像暗室2-1或者从成像暗室2-1取出时，气缸2-2驱动遮光单元2-3沿主机架5的宽度方向滑动从而露出出入口2-11；当需要对成像暗室2-1内的扁平容器9进行拍照成像时，气缸2-2驱动遮光单元2-3沿主机架5的宽度方向滑动遮住出入口2-11，为成像暗室2-1提供全暗环境，成像暗室2-1内设置补光灯进行补光，全封闭遮光设计，内壁黏贴黑色绒布防止反光对拍照成像造成干扰。

进一步的，参见图4，成像暗室2-1内设有补光灯（图中未画出）、多个成像单元2-5以及多个扁平容器放置支架2-10，所述扁平容器放置支架2-10的底部设有下挡板2-6、扁平容器放置支架2-10的左右两侧设置有侧挡板2-7，下挡板2-6可沿水平方向旋转，侧挡板2-7可沿竖直方向旋转。成像单元2-5和扁平容器放置支架2-10的个数优选为2个，龙门抓取机构6同时抓取两个容置通道3-1内的扁平容器放置在2个扁平容器放置支架2-10上，2个成像单元2-5同时对2个扁平容器9进行拍照成像，提高了工作效率。

扁平容器放置支架2-10上设有V型卡槽2-8，可准确定位扁平容器9，保证拍照时每个扁平容器9处于同一准确位置；下挡板2-6沿水平方向旋转、侧挡板2-7沿竖直方向旋转均采用气缸进行驱动；需要将扁平容器9放置在扁平容器放置支架2-10时，下挡板2-6、侧挡板2-7打开，便于将扁平容器9放置在扁平容器放置支架2-10上；放置好需要拍照成像时，下挡板2-6、侧挡板2-7闭合，可有效防止扁平容器9两侧与下侧的金属构件反光而影响照片效果。

进一步的，参见图1至图3，所述进料区4和出料区1均设有扁平容器容置框定位机构8，进料区4和出料区1远离成像暗室2的宽度方向的两侧对称设有摆臂单元8-7、以及驱动摆臂单元8-7摆动的驱动机构8-6，驱动机构8-6优选为气缸；进料区4和出料区1沿主机架5长度方向的一侧设有侧压头单元，侧压头单元包括侧压头8-4、以及驱动侧压头8-4沿主机架5的宽度方向伸出或者缩回的驱动单元8-5，驱动单元8-5优选为气缸；进料区4和出料区1沿主机架5长度方向的另一侧、以及靠近成像暗室2的宽度方向均设有定位块8-3，所述定位块8-3上转动连接有滚轮8-2；优选的，侧压头8-4上也可以转动连接有滚轮8-2。

扁平容器容置框定位机构8两侧设有定位块8-3，在另外两侧设有摆臂单元8-7和侧压头8-4，扁平容器容置框定位机构8的放置台面设有万向球8-1，当扁平容器容置框3放置到台面时可自由平移，驱动机构8-6驱动摆臂单元8-7摆动、同时驱动单元8-5驱动侧压头8-4沿主机架5的宽度方向伸出，推动扁平容器容置框3移动靠牢另两侧上的定位块8-3，保证扁平容器容置框3定位精准且不移动。放置台面上的万向球8-1将推送扁平容器容置框3的滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩擦；采用包胶滚轮8-2可防止挤伤扁平容器容置框3。

进一步的，参见图5，所述进料区4和出料区1设有遮光罩装卸机构7，遮光罩装卸机构7可沿主机架5的宽度方向滑动，遮光罩装卸机构7包括安装板7-2，安装板7-2上设有两个遮光罩装卸单元7-1，遮光罩装卸单元7-1包括推板座7-4，成对设置在推板座7-4两侧的遮光罩挂钩7-3，遮光罩挂钩7-3与扁平容器容置框3挡板3-3上的四个挂孔3-4相匹配，为2对；推板座7-4可沿安装板7-2上下移动。遮光罩装卸机构7上还设有气缸7-5, 气缸7-5的输出端与推板座7-4连接，气缸7-5驱动推板座7-4沿安装板7-2上下滑动。

扁平容器容置框3位于容置通道3-1一侧的挡板3-3可拆卸的挂接在扁平容器容置框3上，从而使龙门抓取机构6能够顺利取出或放入扁平容器9；需要将挡板3-3取下来时，控制气缸7-5驱动推板座7-4沿安装板7-2上下滑动直至遮光罩挂钩7-3正对着挂孔3-4，同时控制遮光罩装卸机构7沿主机架5的宽度方向滑向挡板3-3，遮光罩挂钩7-3伸入挂孔3-4内，控制气缸7-5驱动推板座7-4沿安装板7-2向上滑动，取出挡板3-3；控制遮光罩装卸机构7沿主机架5的宽度方向远离扁平容器容置框3，避开龙门抓取机构6运行路线，方便扁平容器9顺利出入出入口2-11；当所有扁平容器9取出或放入后，同理将挡板3-3挂接在扁平容器容置框3上。遮光罩装卸机构7设有两个遮光罩装卸单元7-1，可同时取放两个容置通道3-1上的挡板3-3；提高了工作了效率。

进一步的，参见图1、图6和图7，所述龙门抓取机构6包括龙门架6-3、设在龙门架6-3上的抓取机构6-4，所述龙门架6-3可沿主机架5的长度方向滑动，所述抓取机构6-4可沿龙门架6-3上下运动、并可沿主机架5的宽度方向滑动。优选的，龙门架6-3设有横移架6-2，横移架6-2可在龙门架6-3上沿主机架5的宽度方向滑动，抓取机构6-4与横移架6-2连接，横移架6-2上设有减速电机6-1，减速电机6-1驱动抓取机构6-4沿横移架6-2上下运动。

进一步的，参见图1、图6和图7，所述抓取机构6-4包括升降支架6-5，升降支架6-5可沿龙门架6-3上下运动，升降支架6-5的底部设有抓取单元，抓取单元优选为2个，与扁平容器容置框3的容置通道3-1的个数相匹配，所述抓取单元包括抓取支架6-8，抓取支架6-8上设有成对设置的、用于托起扁平容器9的挂钩6-7；挂钩6-7的个数与挂槽9-3的个数相匹配，挂槽9-3之间的距离与扁平容器9上挂槽9-3的位置相适配；挂钩6-7的个数优选为4个，左右两端各两个。挂钩6-7呈V形设置，便于将挂槽9-3放置在挂钩6-7上。

进一步的，参见图7，所述抓取支架6-8上位于成对设置的两个挂钩6-7之间设有两个L形推板6-6，两个L形推板6-6的开口朝向抓取支架6-8内侧，L形推板6-6的水平段与抓取支架6-8上的推板座6-9连接、其竖直段外侧与挂钩6-7相贴合，所述推板座6-9可沿抓取支架6-8上下运动。抓取支架6-8上还设有气缸6-10，气缸6-10驱动推板座6-9沿抓取支架6-8上下运动。采用抓取单元抓取扁平容器容置框3中的扁平容器9时，先用L形推板6-6托起扁平容器9上的挂槽9-3将扁平容器9抬起，然后控制L形推板6-6向下运动直至挂槽9-3滑入挂钩6-7内，对挂槽9-3滑入挂钩6-7时进行适当调整并进行精确定位，使得挂槽9-3顺利滑入挂钩6-7中。

本发明中抓取机构6-4可沿X、Y、Z三轴方向往复运动，共设有两套龙门抓取机构6，一套负责将扁平容器9从进料区4的扁平容器容置框3中取出运送到全暗成像舱2，放置于成像暗室2-1内扁平容器放置支架2-10上拍照；另一套龙门抓取机构6负责将拍好照片的扁平容器9从扁平容器放置支架2-10上取下，运送到出料区1、装入空的扁平容器容置框3中；两套龙门抓取机构6交互运行，有效提高工作效率。

工作时，采用AGV将装有待拍照扁平容器9的扁平容器容置框3放入进料区4，由进料区4内的扁平容器容置框定位机构8对扁平容器容置框3进行定位。采用AGV在出料区1放入空的扁平容器容置框3，由出料区1内的扁平容器容置框定位机构8对空的扁平容器容置框3进行定位。进料区4、出料区1内的遮光罩装卸机构7分别取下扁平容器容置框3上的挡板3-3。靠近进料区4的龙门抓取机构6同时抓取两个扁平容器9送入成像暗室2-1内的扁平容器放置支架2-10上定位，龙门抓取机构6退出暗室；遮光单元2-3遮住出入口2-11，2个成像单元2-5同时对2个扁平容器9进行拍照成像。拍照完成，驱动遮光单元2-3滑动露出出入口2-11，靠近出料区1一侧的龙门抓取机构6进入成像暗室2-1将拍好照片的扁平容器9取出，放入出料区1空的扁平容器容置框3中；同时靠近进料区4的龙门抓取机构6运行，将进料区4扁平容器容置框3中的扁平容器9送人成像暗室2-1内进行拍照，如此循环运行。

扁平容器侧挂式成像设备半封闭结构设计，两端分别为进料区4和出料区1，中间为全暗成像舱2，结构紧凑、占地面积小。两个龙门抓取机构6可实现从进料区4取扁平容器放置到全暗成像舱2内和从全暗成像舱2内取扁平容器放置到出料区1的动作分开，极大提高了工作效率；每个龙门抓取机构6配有两个抓取单元，可同时抓取扁平容器容置框3两个容置通道3-1中两个扁平容器；全暗成像舱2内设计有两个扁平容器放置支架2-10，可同时拍摄两个扁平容器。实现扁平容器的拆垛与堆垛、成像的全自动化机械运动控制，工作效率不低于6个/分钟；采用高清RGB相机（根系部分），分辨率高于2000万像素，可拍摄出高度清晰根系图片。

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 (8)

1.一种扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于包括主机架，主机架内两端分别为进料区和出料区，进料区和出料区之间设置全暗成像舱；

所述主机架上并排设有两个龙门抓取机构，两个龙门抓取机构分别用于抓取进料区的扁平容器放置在全暗成像舱内、以及用于抓取全暗成像舱内的扁平容器放置在出料区。

2.根据权利要求1所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述全暗成像舱包括成像暗室， 所述成像暗室上设置有遮光板，成像暗室沿主机架长度方向设有供扁平容器进出进料区或出料区的出入口，成像暗室上设有用于遮住出入口的遮光单元，所述遮光单元可以沿主机架的宽度方向移动。

3.根据权利要求2所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述成像暗室内设有补光灯、多个成像单元以及多个扁平容器放置支架，所述扁平容器放置支架的底部设有下挡板、扁平容器放置支架的左右两侧设置有侧挡板，下挡板可沿水平方向旋转，侧挡板可沿竖直方向旋转。

4.根据权利要求1所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述进料区和出料区均设有扁平容器容置框定位机构，进料区和出料区远离成像暗室的宽度方向的两侧对称设有摆臂单元、以及驱动摆臂单元摆动的驱动机构；进料区和出料区沿主机架长度方向的一侧设有侧压头单元，侧压头单元包括侧压头、以及驱动侧压头沿主机架的宽度方向伸出或者缩回的驱动单元；进料区和出料区沿主机架长度方向的另一侧、以及靠近成像暗室的宽度方向均设有定位块，定位块上转动连接有滚轮。

5.根据权利要求1所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述进料区和出料区设均有遮光罩装卸机构，遮光罩装卸机构可沿主机架的宽度方向滑动，遮光罩装卸机构包括安装板，安装板上设有遮光罩装卸单元，遮光罩装卸单元包括推板座、成对设置在推板座两侧的遮光罩挂钩，所述推板座可沿安装板上下移动。

6.根据权利要求1至5任一项所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述龙门抓取机构包括龙门架、设在龙门架上的抓取机构，所述龙门架可沿主机架的长度方向滑动，所述抓取机构可沿龙门架上下运动、并可沿主机架的宽度方向滑动。

7.根据权利要求6所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述抓取机构包括升降支架，升降支架可沿龙门架上下运动，升降支架的底部设有抓取单元，抓取单元包括抓取支架，抓取支架上设有成对设置的、用于托起扁平容器的挂钩。

8.根据权利要求7所述的扁平容器侧挂式成像设备，其特征在于，所述抓取支架上位于成对设置的两个挂钩之间设有两个L形推板，两个L形推板的开口朝向抓取支架内侧，L形推板的水平段与抓取支架上的推板座连接、其竖直段外侧与挂钩相贴合，所述推板座可沿抓取支架上下运动。

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