CN114739552B - 苗茎夹持力与形变量同步测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及苗茎参数测量技术领域，提供一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统及方法。上述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，包括：夹持力调节装置可沿纵向移动，夹持力调节装置用于夹持苗茎，并对苗茎的夹持力进行调节；压力传感器与夹持力调节装置连接，压力传感器用于检测苗茎的夹持力；定位装置用于固定苗茎，定位装置可沿横向移动；图像采集装置用于采集苗茎未发生形变前的第一图像和发生形变后的第二图像；控制器与压力传感器和图像采集装置通讯连接，控制器用于基于夹持力、第一图像和第二图像生成苗茎夹持力与形变量的数学模型，并进行显示。上述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，测量过程简单，省时省力，避免了大量测试造成的浪费。

Description

苗茎夹持力与形变量同步测量系统及方法

技术领域

本发明涉及苗茎参数测量技术领域，尤其涉及一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统及苗茎夹持力与形变量同步测量的方法。

背景技术

随着工业现代化的发展，大部分农作业采用现代化技术实现，比如移栽机、嫁接机等。

夹茎式移栽机具有取苗装置简单紧凑、取苗效率高的优点，在移栽作业装备中得到广泛的应用。为保证夹茎式取苗装置具有良好的作业效果，必须保证在夹苗的过程中将苗茎夹起且不能损伤苗茎，这就对夹茎式取苗装置的夹持力提出了较高的要求，夹持力过小，钵苗无法从穴盘中提出，夹持力过大，损伤苗茎，降低了钵苗的移栽成活率。

目前的做法是通过取苗试验，试验得出最佳的取苗夹持力，但这种方式费事费力，且由于需要规模试验，造成穴盘苗的严重浪费。

发明内容

本发明提供一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统及苗茎夹持力与形变量同步测量的方法，用以解决现有技术中苗茎夹持力试验过程费时费力的缺陷。

本发明提供一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，包括：夹持力调节装置，所述夹持力调节装置可沿纵向移动，所述夹持力调节装置用于夹持苗茎，并对苗茎的夹持力进行调节；压力传感器，所述压力传感器与所述夹持力调节装置连接，所述压力传感器用于检测苗茎的夹持力；定位装置，所述定位装置用于固定苗茎，所述定位装置可沿横向移动；图像采集装置，所述图像采集装置用于采集苗茎未发生形变前的第一图像和发生形变后的第二图像；控制器，所述控制器与所述压力传感器和所述图像采集装置通讯连接，所述控制器用于基于所述夹持力、所述第一图像和所述第二图像生成苗茎夹持力与形变量的数学模型，并进行显示；其中，所述图像采集装置先采集苗茎未受到夹持力时的所述第一图像并发送至所述控制器作为比较图像，所述控制器经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第一截面图像；所述夹持力调节装置向下移动，将苗茎夹紧，所述图像采集装置每隔预设时间采集一次第二图像，同时所述压力传感器也在对应时间采集夹持力，将所述第二图像经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第二截面图像所述控制器将苗茎未发生形变前的第一截面图像与发生形变后的第二截面图像的像素点进行比较，得到苗茎的形变量；

苗茎的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量；其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，所述控制器经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)，并与夹持力F_n一一对应后拟合出苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力；

所述控制器将苗茎形变量和夹持力进行曲线拟合，得到夹持力与苗茎形变量的关系曲线图；在对一个苗茎进行测试后，可采用相同的方法对同一苗龄的其他苗茎进行测试，得到多个苗茎的多个夹持力与形变量，将夹持力与形变量的平均值作为苗茎的机械移栽特性参数。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述夹持力调节装置包括：第一位移调节机构，所述第一位移调节机构与所述压力传感器连接，所述压力传感器的底面连接有第一夹持件；第二位移调节机构，所述第二位移调节机构连接有第二夹持件；其中，所述第一夹持件与所述第二夹持件沿纵向相对设置，苗茎放置在所述第二夹持件上，在所述第一位移调节机构和/或所述第二位移调节机构的作用下，所述第一夹持件和所述第二夹持件之间的间距可以调节，以调节苗茎的夹持力。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述第一位移调节机构包括：步进电机，所述步进电机的驱动轴通过联轴器与滚珠丝杠连接，所述步进电机与所述控制器电性连接；编码器，所述编码器套设在所述步进电机的驱动轴的外部，所述编码器与所述控制器电性连接；滑块，所述滑块与所述滚珠丝杠螺纹连接；第一导轨，所述第一导轨与所述滑块滑动连接；其中，所述压力传感器与所述滑块连接。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述第二位移调节机构包括：第一固定座，所述第一固定座与所述第二夹持件连接；升降台，所述升降台的顶面上设置有所述第一固定座，所述升降台能够带动所述第一固定座相对于所述第一夹持件往复移动。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述升降台包括：台面，所述台面上设置有所述第一固定座，所述台面的两侧相对设置有第一侧板，两个所述第一侧板相对设置有第一条形孔；底座，所述底座上相对设置有第二侧板，所述第二侧板与所述第一侧板沿纵向一一对应设置，两个所述第二侧板相对设置有第二条形孔；位移调节组件，所述位移调节组件的第一端通过第一长轴与所述第一侧板铰接，所述位移调节组件的第二端通过第二长轴与所述第二侧板铰接，其中，所述第一长轴插设在所述第一条形孔内，所述第二长轴插设在所述第二条形孔内。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述位移调节组件包括：两对相对设置的连杆，每对所述连杆的中部彼此铰接，每对所述连杆的第一端与所述第一侧板铰接，所述连杆的第二端与所述第二侧板铰接；丝杠，所述丝杠与所述第二长轴垂直设置，所述第二长轴的中部设有螺纹孔，所述丝杠通过所述螺纹孔与所述第二长轴螺纹连接；一对轴承台，一对所述轴承台设置在所述底座上，并分别与所述丝杠的两端连接，作用于所述轴承台可带动所述丝杠转动，进而带动所述台面升降。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述定位装置包括：第二导轨，所述第二导轨设置在所述台面上；第一定位件，所述第一定位件的第一端与所述第二导轨滑动连接，所述第一定位件的第二端位于所述第二夹持件的顶面；第二定位件，所述第二定位件与所述第一定位件的第二端沿所述第二夹持件的长度方向相对设置，所述第二定位件与所述第二夹持件的顶面连接。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述图像采集装置包括：第二固定座，所述第二固定座设置在所述台面上；图像采集器，所述图像采集器与所述第二固定座连接，所述图像采集器与所述控制器通讯连接。

根据本发明提供的一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，所述控制器包括：壳体，所述壳体上设置有触摸屏；控制模块，所述控制模块设置在所述壳体内，所述控制模块用于将所述第一图像和所述第二图像进行处理和比对，得到苗茎的形变量；存储模块，所述存储模块用于将所述夹持力和所述形变量按照预设的对应关系进行存储，并生成苗茎夹持力与形变量的数学模型。

本发明还提供一种利用如上所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统进行苗茎夹持力与形变量同步测量的方法，包括：采集苗茎未发生形变前的第一图像作为比较图像；每隔预设时间采集一次苗茎的夹持力和苗茎发生形变后的第二图像；将所述第一图像和所述第二图像进行图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第一截面图像和第二截面图像，将所述第二截面图像的第二像素点与所述第一截面图像的第一像素点进行比对，得到苗茎的形变量；

其中，苗茎的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量；其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)；

将所述形变量与夹持力F_n一一对应后拟合得到苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力；

将苗茎形变量和夹持力进行曲线拟合，得到夹持力与苗茎形变量的关系曲线图；在对一个苗茎进行测试后，可采用相同的方法对同一苗龄的其他苗茎进行测试，得到多个苗茎的多个夹持力与形变量，将夹持力与形变量的平均值作为苗茎的机械移栽特性参数。

本发明提供的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，通过设置夹持力调节装置、压力传感器、图像采集装置、定位装置以及控制器，能够采集同一苗龄的多个苗茎的夹持力和形变量，并将多个夹持力和形变量的平均值作为苗茎机械移栽特性参数，测量结果准确、测量过程简单，省时省力，避免了大量测试对苗茎造成的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的苗茎夹持力与形变量同步测量系统的结构示意图；

图2是图1中示出的固定装置的放大图；

图3是图1中示出的第一夹持件和第二夹持件的放大图；

图4是苗茎形变图；

图5是控制器的触摸屏的示意图；

附图标记：

11：步进电机；12：编码器；13：联轴器；14：滚珠丝杠；15：第一导轨；16：滑块；17：第一夹持件；21：第一固定座；22：第二夹持件；30：压力传感器；31：第三固定座；41：第二导轨；42：第一定位件；43：第二定位件；51：第二固定座；52：图像采集器；60：升降台；61：台面；62：第一侧板；63：底座；64：第二侧板；65：第一长轴；66：第二长轴；67：连杆；68：轴承台；71：支撑板；100：苗茎。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图5描述本发明的苗茎夹持力与形变量同步测量系统及苗茎夹持力与形变量同步测量的方法。

如图1所示，本发明实施例提供了一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，包括：夹持力调节装置、压力传感器30、定位装置、图像采集装置以及控制器。夹持力调节装置可沿纵向移动，夹持力调节装置用于夹持苗茎100，并对苗茎100的夹持力进行调节，压力传感器30与夹持力调节装置连接，压力传感器30用于检测苗茎100的夹持力。定位装置用于固定苗茎100，定位装置可沿横向移动。图像采集装置用于采集苗茎100未发生形变前的第一图像和发生形变后的第二图像，控制器与压力传感器30和图像采集装置通讯连接，控制器用于基于夹持力、第一图像和第二图像生成苗茎夹持力与形变量的数学模型并进行显示。

具体来说，在开始测试前，首先根据苗龄将钵苗进行分组，测定不同苗龄苗茎100的直径，取平均值。将苗茎100在夹持力调节装置夹持的位置切断，并用吸水纸将苗茎100端面的液体吸干，将苗茎100放置到夹持力调节装置的下夹持面上。定位装置将苗茎100的左右方向固定，定位装置可沿横向移动，从而将苗茎100与图像采集装置对齐。调节夹持力调节装置，使夹持力调节装置的上夹持面下降至距离苗茎100表面1-2mm处。

然后开始测试，图像采集装置先采集苗茎100未受到夹持力时的第一图像并发送至控制器作为比较图像。控制器经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎100的第一截面图像。夹持力调节装置向下移动，将苗茎100夹紧，图像采集装置每隔预设时间采集一次第二图像，同时压力传感器也在对应时间采集夹持力，控制器将苗茎未发生形变前的第一截面图像与发生形变后的第二截面图像的像素点进行比较，得到苗茎100的形变量。

进一步地，如图4所示，图4(a)为苗茎100未发生形变前的状态，图4(b)为苗茎100发生形变前的状态，苗茎100的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量。其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，控制器经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)，并与夹持力F_n一一对应后拟合出苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力。

控制器将苗茎形变量和夹持力进行曲线拟合，在触摸屏的界面绘制相应的夹持力与苗茎形变量的关系曲线图。

进一步地，在对一个苗茎100进行测试后，可采用相同的方法对同一苗龄的其他苗茎100进行测试，得到多个苗茎100的多个夹持力与形变量，将夹持力与形变量的平均值作为苗茎100的机械移栽特性参数，提高了机械移栽特性参数的准确性。

本发明实施例提供的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，通过设置夹持力调节装置、压力传感器、图像采集装置、定位装置以及控制器，能够采集同一苗龄的多个苗茎的夹持力和形变量，并将多个夹持力和形变量的平均值作为苗茎机械移栽特性参数，测量结果准确、测量过程简单，省时省力，避免了大量测试对苗茎造成的浪费。

在本发明的一个实施例中，夹持力调节装置包括：第一位移调节机构、第一夹持件、第二位移调节机构和第二夹持件。第一位移调节机构与压力传感器30连接，压力传感器30的底面连接有第一夹持件17。第二位移调节机构连接有第二夹持件22，其中，第一夹持件17与第二夹持件22沿纵向相对设置，苗茎100放置在第二夹持件22上，在第一位移调节机构和/或第二位移调节机构的作用下，第一夹持件17和第二夹持件22之间的间距可以调节，以调节苗茎100的夹持力。

具体来说，第一位移调节机构和/或第二位移调节机构可沿纵向往复移动，以调节第一夹持件17与第二夹持件22之间的间距，进而调节苗茎100的夹持力。在本实施例中，第一位移调节机构和第二位移调节机构均可沿纵向往复移动，在开始测量前，可先调节第二位移调节机构，使第二位移调节机构带动苗茎100向上运动，使苗茎100与图像采集装置位于同一水平面。在开始测试后，可调节第一位移调节机构，使第一位移调节机构向下运动，进而挤压苗茎100。

进一步地，如图1所示，第一位移调节机构包括：步进电机11、编码器12、联轴器13、滚珠丝杠14、第一导轨15和滑块16。具体来说，步进电机11的驱动轴与编码器12的中空孔对应配合，步进电机11的驱动轴与滚珠丝杠14的光轴部分通过联轴器13连接，步进电机11的驱动轴带动滚珠丝杠14转动，滚珠丝杠14光轴部分与轴承(图中未示出)内孔无间隙配合，滚珠丝杠14与滑块16的螺纹孔配合在一起，滑块16与第一导轨15滑动连接，第一导轨15固定在支撑板71上。步进电机11带动滚珠丝杠14转动将旋转运动转化为滑块16在第一导轨15上的直线运动。压力传感器30安装在第三固定座31上，第三固定座31与滑块16的底面连接，当滑块16沿第一导轨15做直线运动时，可带动第一夹持件17上下移动。

进一步地，在本实施例中，步进电机11与控制器电性连接，控制器可控制步进电机11的启停。编码器12用于检测步进电机11的转速、角位移等，并将检测的数据发送至控制器。

进一步地，如图3所示，第二位移调节机构包括：第一固定座21和升降台60。升降台60的顶面设置有第一固定座21，第一固定座21的顶面安装有第二夹持件22，升降台60能够带动第一固定座21相对于第一夹持件17往复移动，进而调节第一夹持件17和第二夹持件22之间的距离。

如图1所示，升降台60包括：台面61、底座63和位移调节组件。台面61上设置有第一固定座21，台面61的两侧相对设置有第一侧板62，两个第一侧板62相对设置有第一条形孔。底座63上相对设置有第二侧板64，第二侧板64与第一侧板62沿纵向一一对应设置，两个第二侧板64相对设置有第二条形孔，位移调节组件的第一端通过第一长轴65与第一侧板62铰接，位移调节组件的第二端通过第二长轴66与第二侧板64铰接，其中，第一长轴65插设在第一条形孔内，第二长轴66插设在第二条形孔内。

具体来说，第一长轴65贯穿两个相对设置的第一条形孔，同时第一长轴65与位移调节组件的第一端连接，第二长轴66贯穿两个相对设置的第二条形孔，同时第二长轴66与位移调节组件的第二端连接。当第一长轴65沿第一条形孔，第二长轴66沿第二条形孔滑动时，可对台面61的高度进行调节，进而调节苗茎100的高度。

进一步地，如图1所示，位移调节组件包括：两对相对设置的连杆67、丝杠和一对轴承台68。每对连杆67的中部彼此铰接，每对连杆67的第一端通过第一长轴65与第一侧板62铰接，连杆67的第二端通过第二长轴66与第二侧板64铰接，丝杠与第二长轴66垂直设置，第二长轴66的中部设有螺纹孔，丝杠通过该螺纹孔与第二长轴66螺纹连接。一对轴承台68设置在底座63上，并分别与丝杠的两端连接，作用于轴承台68可带动丝杠转动，进而带动台面61升降。

具体来说，每对连杆67的中部相互铰接，第一长轴65沿第一条形孔，第二长轴66沿第二条形孔滑动时，每对连杆67之间张开或靠拢，以实现台面61的下降或升高，同时，第一长轴65贯穿两个第一条形孔，第二长轴66贯穿两个第二条形孔，可保证两对连杆67同时展开或收缩，防止连杆67出现一侧卡死的现象。丝杠的两端通过轴承台68与底座63连接，轴承台68上设置有旋转，当旋转旋钮时，丝杠转动，进而带动第二长轴66沿第二条形孔滑动，从而使台面61实现升降。

如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，定位装置包括：第二导轨41、第一定位件42和第二定位件43。第二导轨41设置在台面61上，第一定位件41的第一端与第二导轨41滑动连接，第一定位件42的第二端位于第二夹持件22的顶面。第二定位件43与第一定位件42的第二端沿第二夹持件22的长度方向相对设置，第二定位件43与第二夹持件22的顶面连接。

具体来说，在本实施例中，第一定位件42为弯折件，第一定位件42的第一端与第二导轨41滑动连接，第一定位件42的第二端位于第二夹持件22的顶面，当第一定位件42的第一端沿第二导轨41滑动时，可带动第一定位件42的第二端沿第二夹持件22移动，从而调节第一定位件42与第二定位件43之间的间距，以将苗茎100固定至与图像采集装置相对齐的位置。进一步地，第一定位件42与第二定位件43之间的间距可调节，以便于不同苗龄的苗茎进行测试。进一步地，第一固定座21上设有刻度，第一定位件42在对苗茎100的位置进行调节时，可通过第一固定座21上的刻度实现将苗茎100与图像采集装置快速对齐。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，图像采集装置包括：第二固定座51和图像采集器52。第二固定座51设置在台面61上，图像采集器52与第二固定座51连接，图像采集器52与控制器通讯连接。

具体来说，图像采集器52用于采集苗茎100在未发生形变前的第一图像和发生形变后的第二图像，并将以上图像信息发生至控制器。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，控制器包括：壳体、控制模块和存储模块。壳体上设置有触摸屏，控制模块和存储模块均设置在壳体内，控制模块用于将第一图像和第二图像进行处理和比对，得到苗茎100的形变量，存储模块用于将夹持力和形变量按照预设的对应关系进行存储，并生成苗茎夹持力和形变量的数学模型。

具体来说，在测试开始前，图像采集器52首先采集苗茎100未发生形变前的第一图像，并将该第一图像发送至控制模块，控制模块经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎100的第一截面图像。当第一夹持件17将苗茎100夹紧后，图像采集器52采集苗茎100发生形变后的第二图像，并将该第二图像发送至控制模块，控制模块经过上述图像处理后得到苗茎100的第二截面图像，并将第二截面图像与第一截面图像的像素点进行比对，得到苗茎100的形变量。压力传感器也在对应时间采集夹持力，并将夹持力发送至控制模块。按照上述方法可将该苗龄的所有苗茎100的夹持力与形变量进行测量，控制模块在接收到数据保存的指令后将各苗茎100的夹持力和相对应的苗茎100的形变量发送至存储模块，存储模块将夹持力和形变量按照预设的对应关系保存，生成苗茎夹持力和形变量的数学模型，并显示在触摸屏上。进一步地，可将得到的多个夹持力和形变量的平均值作为最终的苗茎机械移栽特性，使测量结果更加准确。

进一步地，控制模块接收夹持力、步进电机11的转速、第一夹持件17的下压量，并将之显示在各参数显示界面上。第一夹持件17的下压量与步进电机11的步距角θ与滚珠丝杠14的导程P_B有关，Z为脉冲数，步进电机11的脉冲数和脉冲的频率控制第一夹持件17的下压速度和下压量，控制模块发送脉冲数以及脉冲的频率给步进电机11驱动第一夹持件17下压，第一夹持件17下压量x的计算公式：x＝θ*P_B*Z/360。

进一步地，如图4所示，触摸屏上设置有苗茎夹持力与形变量曲线图界面、步进电机11控制界面和各参数显示界面。将苗茎夹持力与形变量绘制成曲线图，可以通过夹持力与苗茎形变量曲线图界面看出夹持力与形变量之间的关系，步进电机11转速控制界面显示步进电机11的实时转速，用于调节第一夹持件17的位移速度及位移量，通过滚珠丝杠14的螺距可以计算第一夹持件17位移与步进电机11转速之间的关系，测定参数界面有夹持力、形变量、测试和保存按钮；点击测试按钮后，图像采集器52对发生形变的苗茎100以一定间隔时间采集苗茎的第二图像，并把采集的第二图像发送给控制器进行处理、比对、保存和显示。

本发明实施例还提供了一种苗茎夹持力与形变量同步测量的方法，具体包括以下步骤：

步骤01：获取苗茎100未发生形变前的第一图像。

具体来说，在开始测试前，首先根据苗龄将钵苗进行分组，测定不同苗龄苗茎100的直径，取平均值。将苗茎100在夹持力调节装置夹持的位置切断，并用吸水纸将苗茎100端面的液体吸干，将苗茎100放置到夹持力调节装置的下夹持面上。定位装置将苗茎100的左右方向固定，定位装置可沿横向移动，从而将苗茎100与图像采集装置对齐。图像采集装置采集苗茎100未发生形变前的第一图像，并发送至控制器。

步骤02：采集苗茎100的夹持力和苗茎100发生形变后的第二图像。

具体来说，在第一夹持件17和第二夹持件22将苗茎100夹紧后，苗茎100发生了形变，此时，图像采集装置采集苗茎100的第二图像并发送至控制器，同时，压力传感器30也将此时检测到的夹持力发送至控制器。

步骤03：将第一图像和第二图像进行预处理、背景分隔、提取苗茎截面轮廓获得苗茎100的第一截面图像和第二截面图像，将第二截面图像的第二像素点与第一截面图像的第一像素点进行比对，得到苗茎100的形变量。

步骤04：基于夹持力和形变量的一一对应关系拟合出苗茎夹持力与形变量的数学模型。

具体来说，苗茎100的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量。其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，控制器经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)，并与夹持力F_n一一对应后拟合出苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力。

控制器将苗茎形变量和对应的夹持力保存，并显示在控制器的触摸屏上。

本发明实施例提供的苗茎夹持力和形变量同步测量的方法，能够采集同一苗龄的多个苗茎的夹持力和形变量，并将多个夹持力和形变量的平均值作为苗茎机械移栽特性参数，测量结果准确、测量过程简单，省时省力，避免了大量测试对苗茎造成的浪费。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，包括：

夹持力调节装置，所述夹持力调节装置可沿纵向移动，所述夹持力调节装置用于夹持苗茎，并对苗茎的夹持力进行调节；

压力传感器，所述压力传感器与所述夹持力调节装置连接，所述压力传感器用于检测苗茎的夹持力；

定位装置，所述定位装置用于固定苗茎，所述定位装置可沿横向移动；

图像采集装置，所述图像采集装置用于采集苗茎未发生形变前的第一图像和发生形变后的第二图像；

控制器，所述控制器与所述压力传感器和所述图像采集装置通讯连接，所述控制器用于基于所述夹持力、所述第一图像和所述第二图像生成苗茎夹持力与形变量的数学模型，并进行显示；

其中，所述图像采集装置先采集苗茎未受到夹持力时的所述第一图像并发送至所述控制器作为比较图像，所述控制器经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第一截面图像；所述夹持力调节装置向下移动，将苗茎夹紧，所述图像采集装置每隔预设时间采集一次第二图像，同时所述压力传感器也在对应时间采集夹持力，将所述第二图像经过图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第二截面图像所述控制器将苗茎未发生形变前的第一截面图像与发生形变后的第二截面图像的像素点进行比较，得到苗茎的形变量；

苗茎的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量；其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，所述控制器经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)，并与夹持力F_n一一对应后拟合出苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力；

所述控制器将苗茎形变量和夹持力进行曲线拟合，得到夹持力与苗茎形变量的关系曲线图；在对一个苗茎进行测试后，可采用相同的方法对同一苗龄的其他苗茎进行测试，得到多个苗茎的多个夹持力与形变量，将夹持力与形变量的平均值作为苗茎的机械移栽特性参数。

2.根据权利要求1所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述夹持力调节装置包括：

第一位移调节机构，所述第一位移调节机构与所述压力传感器连接，所述压力传感器的底面连接有第一夹持件；

第二位移调节机构，所述第二位移调节机构连接有第二夹持件；

其中，所述第一夹持件与所述第二夹持件沿纵向相对设置，苗茎放置在所述第二夹持件上，在所述第一位移调节机构和/或所述第二位移调节机构的作用下，所述第一夹持件和所述第二夹持件之间的间距可以调节，以调节苗茎的夹持力。

3.根据权利要求2所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述第一位移调节机构包括：

步进电机，所述步进电机的驱动轴通过联轴器与滚珠丝杠连接，所述步进电机与所述控制器电性连接；

编码器，所述编码器套设在所述步进电机的驱动轴的外部，所述编码器与所述控制器电性连接；

滑块，所述滑块与所述滚珠丝杠螺纹连接；

第一导轨，所述第一导轨与所述滑块滑动连接；

其中，所述压力传感器与所述滑块连接。

4.根据权利要求2所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述第二位移调节机构包括：

第一固定座，所述第一固定座与所述第二夹持件连接；

升降台，所述升降台的顶面上设置有所述第一固定座，所述升降台能够带动所述第一固定座相对于所述第一夹持件往复移动。

5.根据权利要求4所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述升降台包括：

台面，所述台面上设置有所述第一固定座，所述台面的两侧相对设置有第一侧板，两个所述第一侧板相对设置有第一条形孔；

底座，所述底座上相对设置有第二侧板，所述第二侧板与所述第一侧板沿纵向一一对应设置，两个所述第二侧板相对设置有第二条形孔；

位移调节组件，所述位移调节组件的第一端通过第一长轴与所述第一侧板铰接，所述位移调节组件的第二端通过第二长轴与所述第二侧板铰接，其中，所述第一长轴插设在所述第一条形孔内，所述第二长轴插设在所述第二条形孔内。

6.根据权利要求5所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述位移调节组件包括：

两对相对设置的连杆，每对所述连杆的中部彼此铰接，每对所述连杆的第一端与所述第一侧板铰接，所述连杆的第二端与所述第二侧板铰接；

丝杠，所述丝杠与所述第二长轴垂直设置，所述第二长轴的中部设有螺纹孔，所述丝杠通过所述螺纹孔与所述第二长轴螺纹连接；

一对轴承台，一对所述轴承台设置在所述底座上，并分别与所述丝杠的两端连接，作用于所述轴承台可带动所述丝杠转动，进而带动所述台面升降。

7.根据权利要求5所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述定位装置包括：

第二导轨，所述第二导轨设置在所述台面上；

第一定位件，所述第一定位件的第一端与所述第二导轨滑动连接，所述第一定位件的第二端位于所述第二夹持件的顶面；

第二定位件，所述第二定位件与所述第一定位件的第二端沿所述第二夹持件的长度方向相对设置，所述第二定位件与所述第二夹持件的顶面连接。

8.根据权利要求5所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：

第二固定座，所述第二固定座设置在所述台面上；

图像采集器，所述图像采集器与所述第二固定座连接，所述图像采集器与所述控制器通讯连接。

9.根据权利要求1所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统，其特征在于，所述控制器包括：

壳体，所述壳体上设置有触摸屏；

控制模块，所述控制模块设置在所述壳体内，所述控制模块用于将所述第一图像和所述第二图像进行处理和比对，得到苗茎的形变量；

存储模块，所述存储模块用于将所述夹持力和所述形变量按照预设的对应关系进行存储，并生成苗茎夹持力与形变量的数学模型。

10.一种利用权利要求1-9中任一项所述的苗茎夹持力与形变量同步测量系统进行苗茎夹持力与形变量同步测量的方法，其特征在于，包括：

采集苗茎未发生形变前的第一图像作为比较图像；

每隔预设时间采集一次苗茎的夹持力和苗茎发生形变后的第二图像；

将所述第一图像和所述第二图像进行图像预处理、背景分隔、提取苗茎横截面轮廓得到苗茎的第一截面图像和第二截面图像，将所述第二截面图像的第二像素点与所述第一截面图像的第一像素点进行比对，得到苗茎的形变量；其中，苗茎的形变量包括横向形变量、纵向形变量以及横截面积的形变量；其中，横向形变量计算公式为Δg_n＝G-G_n，纵向形变量计算公式为Δy_n＝Y_n-Y，横截面积的形变量计算公式为Δs_n＝S_n-S，经图像处理比对像素点后，得出苗茎形变量(Δg_n，Δy_n，Δs_n)；

将所述形变量与夹持力F_n一一对应后拟合得到苗茎形变量与夹持力的数学模型：

其中，G为第一截面图像苗茎的横向长度，Gn为第二截面图像苗茎的横向长度，Δg_n为横向形变量；Y为第一截面图像苗茎的纵向长度，Yn为第二截面图像苗茎的纵向长度，Δy_n为纵向形变量；S为第一截面图像苗茎的横截面积，Sn为第二截面图像苗茎的横截面积，ΔS_n为横截面积形变量,F_n为夹持力；

将苗茎形变量和夹持力进行曲线拟合，得到夹持力与苗茎形变量的关系曲线图；在对一个苗茎进行测试后，可采用相同的方法对同一苗龄的其他苗茎进行测试，得到多个苗茎的多个夹持力与形变量，将夹持力与形变量的平均值作为苗茎的机械移栽特性参数。