CN114888869A - 一种西瓜自动考种装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种西瓜自动考种装置，包括称重固定装置、夹紧与吸取装置、可调切半装置、摄像头、糖度测量装置、侧推器、破碎挤压装置、种子分离装置和机架；夹紧与吸取装置用于西瓜的夹紧、提起及释放；称重固定装置包括可移动的平台、重量传感器以及V形固定槽；可调切半装置可对处于切割位的西瓜进行水平面切割；糖度测量装置设置在称重固定装置上方；摄像头用以获取西瓜外观图像以及截面图像信息；侧推器用以将V形固定槽上的西瓜推至破碎挤压装置；破碎挤压装置用以对西瓜进行有间隙的挤压破碎。本发明实现西瓜表型信息自动采集、糖度自动测量、种子与果肉自动分离，且分离机构结构简单，易于实现自动清理，可大幅提高西瓜育种工作的效率。

Description

一种西瓜自动考种装置

技术领域

本发明涉及育种装备技术领域，特别涉及一种西瓜自动考种装置。

背景技术

西瓜为西瓜属、葫芦科的一年生蔓生藤本植物,有“夏令瓜果之王”之美誉, 是世界上重要的经济作物。中国是世界上最大的西瓜生产国和消费国，同时也 是西瓜育种大国，在育种过程中进行考种是非常重要的。西瓜考种即采集西瓜 的表型与品质信息，如称重、外观和剖面图像分析、果肉糖度测量，最后还需 将西瓜的种子与果肉分离，以便于收集西瓜的种子。目前信息采集工作主要依 赖人工完成，不仅构成了主要的育种成本，人工操作还将导致操作标准不统一 的问题；现有的西瓜种子与果肉分离方式也存在着诸多弊端，如刀片破碎方式 导致西瓜种子破损，过于复杂的结构让西瓜种子清理不够彻底造成不同西瓜的 种子混淆，从而影响育种结果。因此西瓜考种过程的自动化是提高育种效率， 减少成本的关键问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种西瓜自动考种装置，克服西瓜考 种过程中较高的人工成本和操作误差以及现有种子果肉分离机构效率低、难清 理、易损坏种子的问题，该西瓜自动考种装置实现西瓜表型信息自动采集、糖 度自动测量、种子与果肉自动分离，且分离机构结构简单，易于实现自动清理， 可大幅提高西瓜育种工作的效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种西瓜自动考种装置，包括称重固定装 置、夹紧与吸取装置、可调切半装置、摄像头、糖度测量装置、侧推器、破碎 挤压装置、种子分离装置和机架；

所述夹紧与吸取装置设置在所述机架上，用于西瓜的夹紧、提起及释放；

所述称重固定装置设置在所述夹紧与吸取装置的下方，所述称重固定装置 包括可移动的平台、重量传感器以及V形固定槽；所述V形固定槽用以防止西 瓜发生前后滚动，所述可移动的平台实现测量位和切割位的切换；

所述可调切半装置设置在所述称重固定装置的一侧；可对处于切割位的西 瓜进行水平面切割；

所述糖度测量装置设置在所述称重固定装置上方；

所述摄像头用以获取西瓜外观图像以及截面图像信息，并在机载的计算机 中分析得出该西瓜的外观形状、截面形状与尺寸、瓜皮厚度、形状畸变系数参 数；

所述侧推器用以将V形固定槽上的西瓜推至所述破碎挤压装置，其位置与 称重固定装置所在的可移动平台移动至切割位时的V形固定槽对齐；

所述破碎挤压装置用以对西瓜进行有间隙的挤压破碎；

所述种子分离装置用于将所述破碎挤压装置挤压破碎之后的西瓜残骸进行 西瓜种子与西瓜汁和西瓜皮的分离，实现对种子的收集。

优选的，所述可移动平台包括设置在机架上的移动气缸、连接所述移动平 台与机架的第一滑块和导轨以及设置在所述机架上的挡片；所述挡片用于移位 气缸实现测量位和切割位两个工位的切换感应。

优选的，所述夹紧与吸取装置包括竖直设置在所述机架上的直立气缸和设 置在所述直立气缸活塞杆端的吸盘；所述直立气缸安装在可移动平台移动至切 割位置时V形槽的正上方。

优选的，所述可调切半装置包括拉绳距离传感器、刀片、刀架、刀高调节 滑块模组、刀架座和切割气缸；所述拉绳距离传感器并排安装于直立气缸一侧， 其测量绳索固连于直立气缸的活塞杆端部，实现对直立气缸伸缩量的测量；所 述刀片固连于刀架之上，刀架通过刀高调节滑块模组与刀架座进行连接，实现 不同切割高度；所述刀架座与称重固定装置所在的可移动平台同轨移动；所述 切割气缸推动刀片可对处于切割位的西瓜进行水平面切割，且切割所得截面与 摄像头的距离已知，从而便于对截面进行图像分析。

优选的，所述刀架座的底部设置有第二滑块，所述第二滑块与所述导轨适 配。

优选的，所述破碎挤压装置包括第一挤压辊、第二挤压辊、第二破碎辊、 调节螺栓、第一破碎辊、内衬板和电机；所述电机输出轴与第一挤压辊连接； 所述第一挤压辊与第二挤压辊相对平行设置且反向运动，用以对西瓜进行有间 隙的挤压；所述第一挤压辊与第二挤压辊分别与第一破碎辊和第二破碎辊运动 同步，所述调节螺栓分别对破碎辊工作间隙、挤压辊工作间隙进行调节；所述 内衬板与各辊相贴合。

优选的，所述第二挤压辊和第二破碎辊均采用UCP轴承与机体进行固定。

优选的，所述种子分离装置包括漏网、高压水枪、种子出口；所述漏网用 以承载被挤压后的西瓜残骸；所述高压水枪用以冲洗西瓜残骸，西瓜种子、西 瓜汁在高压水流的作用下与西瓜皮分离；所述种子出口用以承接被冲洗出的西 瓜种子、西瓜汁和水，在其出口处使用网兜即可实现对种子的收集。

本发明的有益效果：

本发明设置了一种西瓜自动考种装置，使用者将西瓜以其长轴与X轴滑块 模组方向平行的方式置于V形固定槽上，重量传感器获的被测西瓜的重量，摄 像头获取西瓜的外观图像信息；移位气缸驱动西瓜至切割位，直立气缸驱动吸 盘向下压住西瓜，吸盘位移量由拉绳传感器测得，并根据机架、称重固定装置、 V形固定槽的几何结构信息推算出西瓜的中心位置高度，通过控制可调切半装置 的刀架的高度，实现中位水平切割；吸盘气动负压，将切下的上半部西瓜吸取 并提起，下半部西瓜在移位气缸的驱动下回到测量位；摄像头获取西瓜截面的 图像信息，进行图像分析，基于已知的截面与摄像头距离分析瓜皮厚度、截面 面积等参数，并计算出中心处和瓜皮边缘处的糖度测量点的笛卡尔坐标值；通 过控制XYZ三轴滑块模组，驱动糖度传感器刀指定的测量点，通过插入果肉接 触果汁，或通过非接触式传感方式测得各西瓜截面各区域的糖度；吸盘释放， 上半部西瓜在重力的作用下掉入破碎挤压装置，在第一破碎辊和第二破碎辊的 作用下，半球形的西瓜被挤破并向下送入第一挤压辊和第二挤压辊，由于西瓜 种子与果肉之间存在明显的抗压强度差异，将挤压辊之间的间隙设为始终大于 西瓜子的最大包络球体直径，确保西瓜种子不会被挤压损坏，而果肉均被挤压 为果汁；挤压后产生的西瓜残骸从漏网上面滑下，在高压水枪的作用下，西瓜种子和果汁被冲刷进入种子出口，经过网兜过滤收集西瓜的种子，而瓜皮残骸 被排至机外；通过进料斗上方布置的洒水喷头，实现对入料斗和破碎挤压装置 进行清理，由于挤压装置结构简单，可实现较好的清理效果，避免了种子混淆 的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的轴测图；

图2为本发明实施例的主视图；

图3为本发明实施例的左视图；

图4为本发明实施例的破碎挤压装置的轴测图；

图5为本发明实施例的破碎挤压装置的主视图；

图6为本发明实施例的破碎挤压装置的上方第二破碎辊和第一破碎辊的剖面 图；

图7为本发明实施例的破碎挤压装置的下方第一挤压辊、第二挤压辊的剖面 图；

其中，1-机架、2-漏网、3-种子分离装置、4-破碎挤压装置、5-进料斗、6-挡 片、7-移位气缸、8-称重固定装置、9-重量传感器、10-V形固定槽、11-糖度传 感器、12-糖度测量装置、13-Z轴滑块模组、14-X轴滑块模组、15-Y轴滑块模 组、16-摄像头、17-夹紧与吸取装置、18-直立气缸、19-拉绳距离传感器、20- 刀片、21-刀架、22-刀高调节滑块模组、23-刀架座、24-切割气缸、25-可调切半 装置、26-导轨、27-第一滑块、28-侧推气缸、29-侧推器、30-挤压取种器固定板、 31-种子出口、32-吸盘、33-高压水枪、34-第一挤压辊、35-第二挤压辊、36-第 二破碎辊、37-调节螺栓、38-UCT轴承座、39第一破碎辊、40-内衬板、41-电机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的 技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对 本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干 变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1至图7

本发明提供一种西瓜自动考种装置，包括称重固定装置8、夹紧与吸取装置 17、可调切半装置25、摄像头16、糖度测量装置12、侧推器29、破碎挤压装 置4、种子分离装置3和机架1。

所述称重固定装置8包括可移动的平台、重量传感器9、V形固定槽10； 所述可移动平台与机架1之间使用第一滑块27和导轨26进行连接，通过移位 气缸7推动固连于机架1上的挡片6来实现测量位和切割位两个工位的切换； 所述V形固定槽10用以防止西瓜发生前后滚动，且可改善夹紧时候的应力分布， 更好地固定西瓜的同时减少对西瓜的损坏。

所述夹紧与吸取装置17包括直立气缸18和吸盘32；所述直立气缸18安装 在可移动平台移动至切割位置时V形槽10的正上方，其活塞杆端设有一个负压 驱动的吸盘32，实现西瓜夹紧、提起以及释放。

所述可调切半装置25包括拉绳距离传感器19、刀片20、刀架21、刀高调 节滑块模组22、刀架座23和切割气缸24；所述拉绳距离传感器19并排安装于 直立气缸18一侧，其测量绳索固连于直立气缸18的活塞杆端部，实现对直立 气缸18伸缩量的测量；所述刀片20固连于刀架21之上，刀架21通过刀高调 节滑块模组22与刀架座23进行连接，实现不同切割高度；所述刀架座23通过 第二滑块及导轨27与机架1连接，实现与称重固定装置8所在的可移动平台同 轨移动；利用所述切割气缸24推动切割装置整体移动，可对处于切割位的西瓜进行水平面切割，且切割所得截面与摄像头的距离已知，从而便于对截面进行 图像分析。

所述摄像头16用以获取西瓜外观图像以及截面图像信息，并在机载的计算 机中分析得出该西瓜的外观形状、截面形状与尺寸、瓜皮厚度、形状畸变系数 等参数，并通过图像分析得出西瓜截面中心和西瓜边缘处的测量点坐标值。

所述糖度测量装置12包括糖度传感器11、X轴滑块模组14、Y轴滑块模组 15和Z轴滑块模组13；所述糖度传感器11可插入果肉接触果汁并测量得其糖 度含量，也可更换为非接触式的测量传感器实现同样的功能；所述X轴滑块模 组14、Y轴滑块模组15和Z轴滑块模组13实现三轴机器臂功能，用以移动糖 度传感器11到指定的测量位置。

所述侧推器29由侧推气缸28驱动，用以将V形固定槽10上的西瓜推至进 料斗5，其位置与称重固定装置8所在的可移动平台移动至切割位时的V形固 定槽10对齐。

所述破碎挤压装置4包括第一挤压辊34、第二挤压辊35、第二破碎辊36、 调节螺栓37、UCT轴承座38、第一破碎辊39、内衬板40和电机41；所述电机 41输出轴与第一挤压辊34使用链轮传递动力；所述第一挤压辊34与第二挤压 辊35之间为齿轮传动，实现两辊的反向运动，用以对西瓜进行有间隙的挤压； 所述第一挤压辊34与第二挤压辊35分别与第一破碎辊39和第二破碎辊36之 间采用链轮传动，实现两破碎辊与两挤压辊保持运动同步，利用破碎辊上圆周 均布的齿片对已经切半的西瓜进行破碎和向下输送，避免因西瓜表面过于光滑 或者瓜皮强度过高导致的挤压工作难以正常工作的问题；所述第二挤压辊25和 第二破碎辊36均采用UCP轴承38与机体进行固定，可利用调节螺栓37分别 对破碎辊工作间隙、挤压辊工作间隙进行调节，适应更大范围的西瓜品种挤压 工作需求；所述内衬板40与各辊相贴合，采用间隙配合，使破碎与挤压工作时 的西瓜碎屑、瓜籽等难以进入，便于清理，更好地避免种子混淆。

所述种子分离装置3包括漏网2、高压水枪33、种子出口31；所述漏网2 用以承载被挤压后的西瓜残骸；所述高压水枪33用以冲洗西瓜残骸，西瓜种子、 西瓜汁在高压水流的作用下与西瓜皮分离；所述种子出口31用以承接被冲洗出 的西瓜种子、西瓜汁和水，在其出口处使用网兜即可实现对种子的收集。

本发明实施例的工作过程是：使用者将西瓜以其长轴与X轴滑块模组方向 平行的方式置于V形固定槽10上，重量传感器9获的被测西瓜的重量，摄像头 16获取西瓜的外观图像信息；移位气缸7驱动西瓜至切割位，直立气缸18驱动 吸盘32向下压住西瓜，吸盘位移量由拉绳传感器19测得，并根据机架1、称重 固定装置8、V形固定槽10的几何结构信息推算出西瓜的中心位置高度，通过 控制可调切半装置25的刀架21的高度，实现中位水平切割；吸盘32气动负压， 将切下的上半部西瓜吸取并提起，下半部西瓜在移位气缸7的驱动下回到测量 位；摄像头16获取西瓜截面的图像信息，进行图像分析，基于已知的截面与摄 像头距离分析瓜皮厚度、截面面积等参数，并计算出中心处和瓜皮边缘处的糖 度测量点的笛卡尔坐标值；通过控制XYZ三轴滑块模组，驱动糖度传感器刀指 定的测量点，通过插入果肉接触果汁，或通过非接触式传感方式测得各西瓜截 面各区域的糖度；吸盘32释放，上半部西瓜在重力的作用下掉入进料斗5，进 入破碎挤压装置4，在第一破碎辊39和第二破碎辊36的作用下，半球形的西瓜 被挤破并向下送入第一挤压辊34和第二挤压辊35，由于西瓜种子与果肉之间存 在明显的抗压强度差异，将挤压辊之间的间隙设为始终大于西瓜子的最大包络球体直径，确保西瓜种子不会被挤压损坏，而果肉均被挤压为果汁；挤压后产 生的西瓜残骸从漏网2上面滑下，在高压水枪33的作用下，西瓜种子和果汁被 冲刷进入种子出口31，经过网兜过滤收集西瓜的种子，而瓜皮残骸被排至机外； 通过进料斗5上方布置的洒水喷头，实现对入料斗5和破碎挤压装置4进行清 理，由于挤压装置结构简单，可实现较好的清理效果，避免了种子混淆的问题。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (8)

1.一种西瓜自动考种装置，其特征在于，包括称重固定装置、夹紧与吸取装置、可调切半装置、摄像头、糖度测量装置、侧推器、破碎挤压装置、种子分离装置和机架；

所述夹紧与吸取装置设置在所述机架上，用于西瓜的夹紧、提起及释放；

所述称重固定装置设置在所述夹紧与吸取装置的下方，所述称重固定装置包括可移动的平台、重量传感器以及V形固定槽；所述V形固定槽用以防止西瓜发生前后滚动，所述可移动的平台实现测量位和切割位的切换；

所述可调切半装置设置在所述称重固定装置的一侧；可对处于切割位的西瓜进行水平面切割；

所述糖度测量装置设置在所述称重固定装置上方；

所述摄像头用以获取西瓜外观图像以及截面图像信息，并在机载的计算机中分析得出该西瓜的外观形状、截面形状与尺寸、瓜皮厚度、形状畸变系数参数；

所述侧推器用以将V形固定槽上的西瓜推至所述破碎挤压装置，其位置与称重固定装置所在的可移动平台移动至切割位时的V形固定槽对齐；

所述破碎挤压装置用以对西瓜进行有间隙的挤压破碎；

所述种子分离装置用于将所述破碎挤压装置挤压破碎之后的西瓜残骸进行西瓜种子与西瓜汁和西瓜皮的分离，实现对种子的收集。

2.根据权利要求1所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述可移动平台包括设置在机架上的移动气缸、连接所述移动平台与机架的第一滑块和导轨以及设置在所述机架上的挡片；所述挡片用于移位气缸实现测量位和切割位两个工位的切换感应。

3.根据权利要求2所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述夹紧与吸取装置包括竖直设置在所述机架上的直立气缸和设置在所述直立气缸活塞杆端的吸盘；所述直立气缸安装在可移动平台移动至切割位置时V形槽的正上方。

4.根据权利要求3所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述可调切半装置包括拉绳距离传感器、刀片、刀架、刀高调节滑块模组、刀架座和切割气缸；所述拉绳距离传感器并排安装于直立气缸一侧，其测量绳索固连于直立气缸的活塞杆端部，实现对直立气缸伸缩量的测量；所述刀片固连于刀架之上，刀架通过刀高调节滑块模组与刀架座进行连接，实现不同切割高度；所述刀架座与称重固定装置所在的可移动平台同轨移动；所述切割气缸推动刀片可对处于切割位的西瓜进行水平面切割，且切割所得截面与摄像头的距离已知，从而便于对截面进行图像分析。

5.根据权利要求4所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述刀架座的底部设置有第二滑块，所述第二滑块与所述导轨适配。

6.根据权利要求1所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述破碎挤压装置包括第一挤压辊、第二挤压辊、第二破碎辊、调节螺栓、第一破碎辊、内衬板和电机；所述电机输出轴与第一挤压辊连接；所述第一挤压辊与第二挤压辊相对平行设置且反向运动，用以对西瓜进行有间隙的挤压；所述第一挤压辊与第二挤压辊分别与第一破碎辊和第二破碎辊运动同步，所述调节螺栓分别对破碎辊工作间隙、挤压辊工作间隙进行调节；所述内衬板与各辊相贴合。

7.根据权利要求6所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述第二挤压辊和第二破碎辊均采用UCP轴承与机体进行固定。

8.根据权利要求1所述的西瓜自动考种装置，其特征在于，所述种子分离装置包括漏网、高压水枪、种子出口；所述漏网用以承载被挤压后的西瓜残骸；所述高压水枪用以冲洗西瓜残骸，西瓜种子、西瓜汁在高压水流的作用下与西瓜皮分离；所述种子出口用以承接被冲洗出的西瓜种子、西瓜汁和水，在其出口处使用网兜即可实现对种子的收集。

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