CN104368535A - 一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列与智能分选装备 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列与智能分选装备，该装备由框架式机械平台、电磁振动整列平台、对称分布式弯曲轨道***、基于图像识别的智能分选***、智能控制***、气动和电力***构成。通过电磁振动提供动力，实现玉米籽粒的整列与传送，在此基础上，利用机器视觉进行玉米籽粒图像信息的采集与分析，通过分选装置对合格籽粒与不合格籽粒进行分离，实现种子的精选，该分选装备具有精度高、省时、省力的特点。

Description

一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列与智能分选装备

技术领域

本发明属于农业工程技术领域，是一种基于电磁振动的玉米粒群智能批量分选装备。

背景技术

玉米是世界三大粮食作物之一，玉米的产量关系着我国的粮食安全，而种子的质量直接影响着玉米产量，玉米种子的分选与提纯对玉米的增产意义重大，是提高玉米产量的关键。20世纪50年代我国科技水平并不发达，种子的分选问题只能依赖人工完成，不仅效率低，而且人为因素较大，导致了种子精度不高、质量不好、规格不一、颗粒整齐度过低，直接影响了种子的发芽与产量。自20世纪70年代我国陆续研制出漏筛式、气吸式选种器，一定程度上解决了选种问题， 但上述选种器仍存在不足：筛孔与种子大小不符、筛子安装不可靠、筛子横向窜动和倾斜、种子向一侧集中过厚，大大影响了种子提纯的精度与质量，另外此类选种机器只能依据种子大小进行粗略分选，种皮损坏及发霉的籽粒无法识别与剔除，因此无法获得高品质、规格统一的玉米种子。本发明针对存在的问题，利用电磁激振与机器视觉技术研制了一种可实现玉米种子批量整列与智能分选的装备。

发明内容

本发明旨在提供一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列与智能分选装备，该装备以电磁铁振动为动力源，通过电磁铁带动安装在传送轨道上斜向上的悬铁往复运动，带动轨道斜向上往复运动，完成玉米粒群的定向整列；在此基础上，借助机器视觉***识别玉米种子的外观特征信息，并对玉米籽粒的品质实施有效判别；同时将控制***与粒群分选***有效集成，以视觉***获得的评判依据为准则，实现对玉米粒群批量选别。

该装备由框架式机械平台、电磁振动整列平台、对称分布式弯曲轨道***、基于图像识别的智能分选***、智能控制***、气动和电力***部分构成。机械框架平台（5）由轻质型材构成，丝杆（12）铰接于机械框架平台（5）上，机械平台上端装有凹槽（10），凹槽（10）与电磁振动整列平台（8）的底座（4）相连接，底座（4）正中部安装有电磁铁（7），且电磁铁（7）与底座（4）底座上表面（13）成58°～60°的倾角。底座（4）前端固定有弹性连接板（11），弹性连接板（11）与底座（4）的底座上表面（13）成90°；底座（4）后端固定有弹性连接板（6），弹性连接板（6）与底座（4）的底座上表面（13）成118°～120°度。传送轨道***（21）前后端分别与弹性连接板（11）与弹性连接板（6）紧固。传送轨道***（21）由3个玉米籽粒供料道（47）、6个玉米籽粒识别轨道（43）、3个不合格籽粒流动轨道（40）、3个楔形分流器（39）构成，其中玉米籽粒供料道（47）长度为13cm、宽度为10～15mm；玉米籽粒识别轨道（43）长度为47cm、宽度为8～12mm。距离前端面（42）0～40cm区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=1.2，且40cm处设计有半径R=2.2cm、圆心角a=60°的弧形轨道（44）。楔形分流器（39）由宽度为11mm的单道（55）、宽度为9mm的双道（49）、左楔形挡板（51）、右楔形挡板（54）构成。左楔形挡板（51）与右楔形挡板（54）间的顶角α（53）为120°，顶点（52）与楔形挡板底端面（48）的垂直距离d=3.5cm，且顶点（52）位于单道（55）中心线上，距离单道底面（50）的垂直距离为6.8mm。3个玉米籽粒供料道（47）与楔形分流器（39）的单道（55）相连接，6个玉米籽粒识别轨道（43）与楔形分流器（39）的双道（49）相连接。传送轨道***（21）前端底部焊接有限位销（15），限位销（15）上装配有配重片（14），传送轨道（21）前端上方安装有暗箱（20），暗箱（20）通过型材（16）与机械平台固定，暗箱上表面设有摄像头安装座（18）。暗箱（20）内部安装有分选装置（17）。分选装置（17）由侧板（37）、丝杆（36）、弹性钢片a（26）、弹性钢片b（31）、弹性钢片c（32）、弹性钢片d（33）、弹性钢片e（34）、弹性钢片f（35）、小型电磁铁（38）、限位板（28）与钢板（29）构成，2根丝杆（36）与侧板（37）通过螺纹紧固，且2根丝杆的中心轴相距3.5cm，2根丝杆（36）通过螺栓紧固弹性钢片a（26），且紧贴于侧板（37），与弹性钢片a（26）相距50mm的弹性钢片f（35）、相距56mm弹性钢片e（34）、相距120mm弹性钢片d（33）、相距126mm弹性钢片c（32）、相距196mm弹性钢片b（31）紧固于丝杆（36）上，弹性钢片a（26）、弹性钢片f（35）、弹性钢片e（34）、弹性钢片d（33）、弹性钢片c（32）、弹性钢片b（31）的剔除端均设有上底面为R=4mm、下底面R=8mm的、高为3mm的圆台型剔除接头（25）。小型电磁铁（38）紧固于钢板（29）下端。距离每个弹性钢片7mm处安装有固定于钢板（29）下放的限位板（28），限位板（28）下端均设有缓冲装置（27）。传送轨道（21）末端安有喂料斗（1），喂料斗（1）通过型材（2）固定在机械框架平台（5）上，其中部设有阀门（3），其末端与毛刷（24）链接。传送轨道（21）中底部焊接有悬铁（9），与电磁铁（7）配合。

玉米籽粒自动整列与智能分选机是以图像处理为基础，将智能控制***、自动整列分装***、人工智能***集于一体，形成一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列智能分选机。首先通过调节机械框架平台（5）上的丝杠（12）的高度，实现传送轨道（21）相对地面倾角大小的调节；其次分析待处理玉米籽粒，选择最适轨道宽度。向喂料口注入待处理籽粒，适当调节阀门（3）开放打小，玉米籽粒缓缓流入轨道。通过滑动毛刷（22）的往复运动， 达到了籽粒的单行、有序、籽粒间有一定缝隙的向前滑动的效果，为图像处理打下基础。与此同时，安装在安装座上的摄像头（18）进行数据的采集与分析，与智能控制***形成时时反馈。当遇到不合格籽粒，控制***命令暗箱（20）内分选装置（17）及时反应，将不合格籽粒进行变道，从而完成不合格籽粒的剔除。实现了批量玉米籽粒的自动整列与智能分选，很大程度上提高了玉米种子的纯度、整齐度。

附图说明：

图1为本发明专利整体示意图

图2为剔除装置结构示意图

图3为对称式轨道示意图

图4为楔形分流器示意图

图1中，1、喂料斗；2、轻质型材；3、闸刀阀门；4、底座；5机械框架平台；6、弹性连接板；7、电磁铁；8、振动整列平台；9、悬铁；10、凹槽；11弹性链接板；12、丝杠；13、底座上表面；14、配重片；15、限位销；16、轻质型材；17、分选装置；18、安装座；19、补光灯；20、暗箱；21、传送轨道；22、滑动毛刷；23、紧固型材；24、固定毛刷。

图2中，25、圆台型剔除接头；27、缓冲装置；28、限位板；29、钢板；26、弹性钢片a；31、弹性钢片b；32、弹性钢片c；33、弹性钢片d；34、弹性钢片e；35、弹性钢片f；36、丝杆；37、侧板;38、小型电磁铁。

图3中， 39、楔形分流器；40、不合格玉米籽粒流动轨道；41、变道孔；42、前端面；43、玉米籽粒识别轨道；44、弧形轨道；45、基准线a；46、基准线b；47、玉米籽粒供料道。

图4中， 48、楔形挡板底端面；49、双道；50、单道底面；51、左楔形挡板、52、顶点；53、顶角；54、右楔形挡板；55、单道。

具体实施方式：

本发明的目的在于提供一种基于电磁振动的玉米粒群定向整列与智能分选装备。机械框架平台（5）由轻质型材构成，丝杆（12）铰接于机械框架平台（5）上，机械平台上端装有凹槽（10），凹槽（10）与电磁振动整列平台（8）的底座（4）相连接，底座（4）正中部安装有电磁铁（7），且电磁铁（7）与底座（4）底座上表面（13）成58°～60°的倾角。底座（4）前端固定有弹性连接板（11），弹性连接板（11）与底座（4）的底座上表面（13）成90°；底座（4）后端固定有弹性连接板（6），弹性连接板（6）与底座（4）的底座上表面（13）成118°～120°。传送轨道***（21）前后端分别与弹性连接板（11）与弹性连接板（6）紧固。传送轨道***（21）由3个玉米籽粒供料道（47）、6个玉米籽粒识别轨道（43）、3个不合格籽粒流动轨道（40）、3个楔形分流器（39）构成，其中玉米籽粒供料道（47）长度为13cm、宽度为10～15mm；玉米籽粒识别轨道（43）长度为47cm、宽度为8～12mm。距离前端面（42）0～40cm区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=1.2，且40cm处设计有半径R=2.2cm、圆心角a=60°的弧形轨道（44）。楔形分流器（39）由宽度为11mm的单道（55）、宽度为9mm的双道（49）、左楔形挡板（51）、右楔形挡板（54）构成。左楔形挡板（51）与右楔形挡板（54）间的顶角α（53）为120°，顶点（52）与楔形挡板底端面（48）的垂直距离为d=3.5cm，且顶点（52）位于单道（55）中心线上，距离单道底面（50）的垂直距离为6.8mm。3个玉米籽粒供料道（47）与楔形分流器（39）的单道（55）相连接，6个玉米籽粒识别轨道（43）与楔形分流器（39）的双道（49）相连接。传送轨道***（21）前端底部焊接有限位销（15），限位销（15）上装配有配重片（14），传送轨道（21）前端上方安装有暗箱（20），暗箱（20）通过型材（16）与机械平台固定，暗箱上表面设有摄像头安装座（18）。暗箱（20）内部安装有分选装置（17）。分选装置（17）由侧板（37）、丝杆（36）、弹性钢片a（26）、弹性钢片b（31）、弹性钢片c（32）、弹性钢片d（33）、弹性钢片e（34）、弹性钢片f（35）、小型电磁铁（38）、限位板（28）与钢板（29）为骨架构成，2根丝杆（36）与侧板（37）通过螺纹紧固，且2根丝杆的中心轴相距3.5cm，2根丝杆（36）通过螺栓紧固弹性钢片a（26），且紧贴于侧板（37），与弹性钢片a（26）相距50mm的弹性钢片f（35）、相距56mm弹性钢片e（34）、相距120mm弹性钢片d（33）、相距126mm弹性钢片c（32）、相距196mm弹性钢片b（31）紧固于丝杆（36）上，弹性钢片a（26）、弹性钢片f（35）、弹性钢片e（34）、弹性钢片d（33）、弹性钢片c（32）、弹性钢片b（31）的剔除端均设有上底面为R=4mm、下底面R=8mm的、高为3mm的圆台型剔除接头（25）。小型电磁铁（38）紧固于钢板（29）下端。距离弹性钢片7mm处安装有固定于钢板（29）下放的限位板（28），限位板（28）下端设有缓冲装置（27）。传送轨道（21）末端安有喂料斗（1），喂料斗（1）通过型材（2）固定在机械框架平台（5）上，其中部设有阀门（3），其末端与毛刷（24）链接。传送轨道（21）中底部焊接有悬铁（9），与电磁铁（7）配合。

工作前期，调节机械平台（5）上丝杠（12）的高度确定传送轨道（21）的倾角，使其达到有利于籽粒姿态自动调整的角度，安装配重片（14）。接下来，估计分析待处理玉米籽粒特征，选择好轨道的宽度。向喂料斗注入玉米籽粒，适当调节阀门（3）的大小，使籽粒缓缓流入轨道，在固定毛刷（24）的作用下籽粒聚集于喂料斗（1）末端不至于散落，工作通电时，由于电磁铁（7）与底座（4）底座上表面（13）成58°～60°的倾角，传送轨道（21）固定在与底座上表面（13）成90°的弹性连接板（11）和成118°～120°度的弹性连接板（6）的设计，初步实现传送轨道（21）末端振幅大于前度振动幅度，在此基础上，通过上位机调节电磁铁（7）的振动频率，同时调节配重片（14）的数量，实现传送轨道（21）安装有喂料斗（1）的后端与安装有暗箱（20）的前端振幅的精确调节，使传送轨道（21）后端振动幅度大、振动强烈，有利于玉米籽粒姿态的自由调整，避免轨道堵塞；前端振幅小，振动平稳，有利于机器视觉的识别。玉米籽粒流动过程中，首先经过楔形分流器（44）的分流，初步实现了籽粒间的分离，但是此时不能避免两个籽粒并排平稳滑动、籽粒来回摆动，也达不到籽粒间的分离效果。接下来，在传送轨道（21）的半径R=2.2cm、圆心角a=60°弧形轨道（44）的作用下有效地避免了两个籽粒并排的干涉，同时玉米籽粒识别轨道（43）8～12mm的宽度，限制了籽粒的左右摆动，且通过后端摩擦系数μ=0.8前端摩擦系数μ=1.2、的摩擦系数跳跃完成了同一振动频率轨道对籽粒施力大小的不同，从而由于施力大小不同实现了籽粒运动速度不同，达到了籽粒间分离的效果，实现了玉米籽粒平稳、有序的滑动，为机器视觉识别与不合格籽粒的剔除打下良好基础。在此期间，机器视觉***将会对暗箱（20）内平稳运动的籽粒进行数据采集与分析，做出相应的判断，当遇到不合格籽粒时，摄像头将会确定不合格籽粒所在轨道序数，将轨道序数信号反馈给控制***，控制相应轨道的分选机构工作，此时相应轨道的弹性钢片在小型电磁铁带动下迅速垂直玉米籽粒识别轨道（43）运动，在限位板（28）的限位与缓冲装置（27）的作用下，将此弹性钢板的行程控制在3.5mm～4mm，使得不合格籽粒经过弹性钢板3.5～4mm行程的加速，恰好到达玉米籽粒识别轨道（43）中间，接下来依靠惯性向前减速运动，通过变道孔（41）进入不合格籽粒流动轨道（40），当速度为零时大约到达不合格籽粒流动轨道（40）中间，有效地防止了不合格籽粒由于受力过大，越过不合格籽粒流动轨道（40）再次进入下一个玉米籽粒识别轨道，稳定的实现了不合格籽粒的迅速变道。合格籽粒与不合格籽粒分别沿其运动轨道进入不同收集装置，从而实现不合格籽粒的剔除，完成了种子的批量精选。

Claims (5)

1.该装备由框架式机械平台、电磁振动整列平台、对称分布式弯曲轨道***、基于图像识别的智能分选***、智能控制***、气动和电力***部分构成；机械框架平台（5）由轻质型材构成，丝杆（12）铰接于机械框架平台（5）上，机械平台上端装有凹槽（10），凹槽（10）与电磁振动整列平台（8）的底座（4）相连接，底座（4）正中部安装有电磁铁（7），且电磁铁（7）与底座（4）底座上表面（13）成58°～60°的倾角；底座（4）前端固定有弹性连接板（11），弹性连接板（11）与底座（4）的底座上表面（13）成90°；底座（4）后端固定有弹性连接板（6），弹性连接板（6）与底座（4）的底座上表面（13）成118°～120°；传送轨道***（21）前后端分别与弹性连接板（11）与弹性连接板（6）紧固；传送轨道***（21）由3个玉米籽粒供料道（47）、6个玉米籽粒识别轨道（43）、3个不合格籽粒流动轨道（40）、3个楔形分流器（39）构成，其中玉米籽粒供料道（47）长度为13cm、宽度为10～15mm；玉米籽粒识别轨道（43）长度为47cm、宽度为8～12mm；距离前端面（42）0～40cm区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=1.2，距离前端面（42）40～47cm的区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=0.8，且40cm处设计有半径R=2.2cm、圆心角a=60°的弧形轨道（44）；楔形分流器（39）由宽度为11mm的单道（55）、宽度为9mm的双道（49）、左楔形挡板（51）、右楔形挡板（54）构成；左楔形挡板（51）与右楔形挡板（54）间的顶角α（53）为120°，顶点（52）与楔形挡板底端面（48）的垂直距离为d=3.5cm，且顶点（52）位于单道（55）中心线上，距离单道底面（50）的垂直距离为6.8mm；3个玉米籽粒供料道（47）与楔形分流器（39）的单道（55）相连接，6个玉米籽粒识别轨道（43）与楔形分流器（39）的双道（49）相连接；传送轨道***（21）前端底部焊接有限位销（15），限位销（15）上装配有配重片（14），传送轨道（21）前端上方安装有暗箱（20），暗箱（20）通过型材（16）与机械平台固定，暗箱上表面设有摄像头安装座（18）；暗箱（20）内部安装有分选装置（17）；分选装置（17）由侧板（37）、丝杆（36）、弹性钢片a（26）、弹性钢片b（31）、弹性钢片c（32）、弹性钢片d（33）、弹性钢片e（34）、弹性钢片f（35）、小型电磁铁（38）、限位板（28）与钢板（29）为骨架构成，2根丝杆（36）与侧板（37）通过螺纹紧固，且2根丝杆的中心轴相距3.5cm，2根丝杆（36）通过螺栓紧固弹性钢片a（26），且紧贴于侧板（37），与弹性钢片a（26）相距50mm的弹性钢片f（35）、相距56mm弹性钢片e（34）、相距120mm弹性钢片d（33）、相距126mm弹性钢片c（32）、相距196mm弹性钢片b（31）紧固于丝杆（36）上，弹性钢片a（26）、弹性钢片f（35）、弹性钢片e（34）、弹性钢片d（33）、弹性钢片c（32）、弹性钢片b（31）的剔除端均设有上底面为R=4mm、下底面R=8mm的、高为3mm的圆台型剔除接头（25）；小型电磁铁（38）紧固于钢板（29）下端；距离弹性钢片7mm处安装有固定于钢板（29）下放的限位板（28），限位板（28）下端设有缓冲装置（27）；传送轨道（21）末端安有喂料斗（1），喂料斗（1）通过型材（2）固定在机械框架平台（5）上，其中部设有阀门（3），其末端与毛刷（24）链接；传送轨道（21）中底部焊接有悬铁（9），与电磁铁（7）配合。

2.根据权利要求1所述的基于电磁振动的玉米粒群定向整列智能分选装备其特征在于，弹性连接板（11）与底座（4）的上表面（13）垂直固定，弹性连接板（6）固定于底座（4）上表面（13）且与上表面（13）成118°～120°。

3. 根据权利要求1所述的基于电磁振动的玉米粒群定向整列智能分选装备，其特征在于，玉米籽粒供料道（46）长度为13cm、宽度为10～15mm，玉米籽粒识别轨道（43）长度为47cm、宽度为8～12mm，距离前端面（42）0～40cm区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=1.2，距离前端面（42）40～47cm的区域内的玉米籽粒识别轨道（43）表面摩擦系数μ=0.8，且40cm处设计有半径R=2.2cm、圆心角a=60度的弧形轨道（44）。

4. 根据权利要求1所述的基于电磁振动的玉米粒群定向整列智能分选装备，其特征在于，楔形分流器（49）的单道（55）宽度为11mm，双道（49）宽度为9mm，左楔形挡板（51）与右楔形挡板（54）间的顶角α（53）为120度，顶点（52）与楔形挡板底端面（48）的垂直距离为d=3.5cm，且顶点（52）位于单道（55）中心线上，距离单道底面（50）的垂直距离为6.8mm。

5. 根据权利要求1所述的基于电磁振动的玉米粒群定向整列智能分选装备，其特征在于，限位板（28）距离弹性钢片（24）7mm，弹性钢片剔除端的圆台型剔除接头上底面为R=4mm、下底面R=8mm、高为3mm。