CN106171121A - 一种智能化甘蔗切种*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化甘蔗切种***，包括：进料导种槽；切种台，其设于进料导种槽后方；第一机械手，其用于将进入进料导种槽的甘蔗传送至切种台上；图像识别装置，其用于获取进入切种台的甘蔗的茎节和种芽图像；切割装置，其设于切种台的上方以用于切割位于切种台上的甘蔗；第二机械手，其用于将位于切种台上的甘蔗移动到切割装置的下方；导种台，其设于切种台的后方以用于接入切割后的甘蔗茎节；处理器，其分别与第一机械手、第二机械手、图像识别装置以及切割装置连接，用于根据图像识别装置获取的信息控制第二机械手移动甘蔗并与切割装置配合对甘蔗的茎节进行切割。本发明切种效率高，可保护种芽、选种分种，有利于实现甘蔗种植机械化。

Description

一种智能化甘蔗切种***
技术领域
本发明涉及甘蔗处理领域，特别涉及一种智能化甘蔗切种***。
背景技术
甘蔗作为我国制糖的主要原料，对国家糖业市场的供给安全起着至关重要的作用。对现有文献检索发现，我国现阶段研制的甘蔗种植机机型均为实时切种式甘蔗种植机，其需喂入工人多，喂入操作紧张，喂入不均，容易造成漏播。而美国、澳大利巴西等国家普遍采用预切种式甘蔗种植机，该型种植机所需人工少，机箱大，而且种植效率高，可预见预切种式甘蔗种植机为国产种植机将来的重点发展方向之一。预切种式甘蔗种植机需要大量切好的蔗段，切种装置作为切断蔗种的关键部件，其装置性能直接影响甘蔗种植效果，因此，研制一种符合国情且切种效率高，对芽损伤小，性能稳定，结构简单等特点的切种装置是非常有必要的。
甘蔗种苗的好坏很大程度上决定了甘蔗的产量，不合格的蔗种，即蔗节破损、种芽损坏或病虫害甘蔗，不能生长成甘蔗，腐烂在地里，影响正常甘蔗亩产量；不合格的蔗种也没有作为糖蔗或果蔗出售转化为经济效益，而是种植在地里，造成极大的浪费。据调研发现，甘蔗平均亩产量约为4吨，作为蔗种来年种植的甘蔗平均每亩需1.3吨，而实时切种式甘蔗种植机的切种装置切断的蔗段中，不合格的蔗种占总蔗种的近两成，即260千克。
目前的甘蔗切种方式为人工切种和人工操作切种机切种两种，其人工成本高，劳动强度大，生产效率低，安全性可靠性不高。且当前的甘蔗切种机自动化程度低，也不能识别已切断的蔗种是否符合种植标准，导致不合格的蔗种夹杂在种苗中。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化甘蔗切种***，其切种效率高，对芽损伤小，性能稳定，结构简单。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能化甘蔗切种***，包括：进料导种槽；切种台，其设于所述进料导种槽后方；第一机械手，其用于将进入所述进料导种槽的甘蔗传送至所述切种台上；图像识别装置，其用于获取进入所述切种台的甘蔗的茎节和种芽图像；切割装置，其设于所述切种台的上方以用于切割位于所述切种台上的甘蔗；第二机械手，其用于将位于所述切种台上的甘蔗移动到所述切割装置的下方；导种台，其设于所述切种台的后方以用于接入切割后的甘蔗茎节；以及处理器，其分别与所述第一机械手、所述第二机械手、图像识别装置以及切割装置连接，用于根据所述图像识别装置获取的信息控制所述第二机械手移动甘蔗并与所述切割装置配合对甘蔗的茎节进行切割。
优选地，上述技术方案中，所述导种台设有：第一导种槽通道；第二导种槽通道，其通道口位于所述第一导种槽通道的通道口的上方；挡板，其铰接于两个导种槽通道之间；以及驱动电机，其用于驱动所述挡板，初始状态时，所述挡板位于第一导种槽通道的通道口的下侧以使其导通，当驱动电机驱动所述挡板上升时，能够遮挡所述第一导种槽通道的通道口。
优选地，上述技术方案中，所述进料导种槽由倾斜段和设于所述倾斜段尾部的平滑段组成。
优选地，上述技术方案中，所述图像识别装置由三个摄像头和图像处理装置组成，三个所述摄像头分别沿所述进料导种槽与所述切种台之间的路径的周向均匀分布，三个所述摄像头分别与所述图像处理装置连接，所述图像处理装置与所述处理器连接。
优选地，上述技术方案中，所述切割装置包括：竖直导轨；刀座，其设于所述竖直导轨上；切刀，其设于所述刀座上；以及第一电机，其用于带动所述刀座沿竖直导轨移动。
优选地，上述技术方案中，还包括第二电机和第一横移导轨；所述第一机械手设于所述第一横移导轨上，第一横移导轨以能够来回滑动地方式设置，所述第二电机用于驱动所述第一横移导轨移动。
优选地，上述技术方案中，还包括第三电机和第二横移导轨；所述第二机械手设于所述第二横移导轨上，所述第二横移导轨以能够来回滑动地方式设置，所述第三电机用于驱动所述第二横移导轨移动。
优选地，上述技术方案中，所述切种台上设有导蔗槽。
优选地，上述技术方案中，所述处理器通过数控***分别与所述驱动电机、所述第一电机、所述第二电机以及所述第三电机连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明集甘蔗传送、种芽识别、甘蔗茎节切割以及对切割后的种芽段进行分类收集的功能，能够高效率切种、省人力、保护种芽的同时，对合格蔗种和不合格的蔗种进行识别并分类收集。
附图说明
图1是根据本发明智能化甘蔗切种***的结构图。
图2是根据本发明导种台的结构图。
图3是根据本发明智能化甘蔗切种的单芽切种时切割位置和编号示意图。
图4是根据本发明智能化甘蔗切种的流程图。
主要附图标记说明：
1-进料导种槽，2-摄像头，3-图像处理装置，4-第二电机，5-第一横移导轨，6-第一机械手，7-第三电机，8-第二机械手，9-第二横移导轨，10-第一电机，11-竖直导轨，12-刀座，13-切刀，14-切种台，15-导种台，16-挡板，17-驱动电机，18-第一导种槽通道，19-第二导种槽通道，20-第一传送带，21-第二传送带，22-导蔗槽。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1和图2显示了根据本发明优选实施方式的智能化甘蔗切种***的结构示意图。
如图1所示，智能化甘蔗切种***包括：进料导种槽1、切种台14、第一机械手6、第二电机4、第一横移导轨5、图像识别装置3、切割装置、第二机械手8、处理器、导种台14、第三电机7和第二横移导轨9。处理器分别与第一机械手6、第二机械手8、图像识别装置以及切割装置连接，处理器通过数控***分别与驱动电机17、第一电机10、第二电机4以及第三电机7连接，处理器用于控制上述部件配合进行智能化甘蔗切种，其中，所使用的数控***为开环控制数控***，也可以是半闭环数控***甚至闭环数控***，所使用电机可为伺服电动机、步进电动机等。
继续参考图1，进料导种槽1可与传送带连接，也可与喂入斗连接，也可同时与传送带、喂入斗连接，其中，进料导种槽1由倾斜段和设于倾斜段尾部的平滑段组成，平滑段使甘蔗滑下时不会因速度过快滑出导种槽，但会有一部分悬空，使得机械手较好抓取，蔗种放入进料导种槽1之前进行预处理，将蔗种剥叶，将弯曲较大的蔗种从中间切断；切种台14设于进料导种槽1后方，在切种台14上设有导蔗槽22对蔗种定位，使得甘蔗传送不容易跑偏，其中，第一机械手6直至将蔗种尾部与切种台14对齐后，松开，往回运动，夹持下一根蔗种运往切种台14，切种台14长度大于蔗种长度。
再一步参考图1，第一机械手6设于第一横移导轨5上，第一横移导轨5以能够来回滑动地方式设置，第二电机4用于驱动第一横移导轨5水平移动，蔗种滑下进料导种槽1后，第一机械手6夹持蔗种，第一横移导轨5往切种台14方向移动，从而将进入进料导种槽1的甘蔗传送至切种台14上；图像识别装置用于获取进入切种台14的甘蔗的茎节和种芽图像，优选地，图像识别装置由三个摄像头2和图像处理装置3组成，三个摄像头2分别沿进料导种槽1与切种台14之间的路径的周向均匀分布，优选三个摄像头2呈120°的方式安装，第一机械手6在夹持蔗种移动时经过三个摄像头2；三个摄像头2分别与图像处理装置3连接，将拍摄到的图像传输给图像处理装置3，图像处理装置3与处理器连接，图像处理装置3将拍摄到的甘蔗的茎节和种芽图像将其黑色背景转换为白色，接着对图像灰度化、阀值化处理，滤波降噪，然后提取图像边缘，病虫害区域边缘灰度值会突变，强化蔗种轮廓和茎节交线特征，提取蔗种的种芽面积、周长、圆形度等特征参数，并计算出甘蔗茎节的长度，以便在切种台14上对蔗种放置定位，图像处理装置3将各参数数字化后通过串口将信号输入处理器。
其中，处理器接收到图像处理装置3的信号后，以甘蔗茎节交线的中点为基点计算确定蔗种各节尺寸，且将种芽特征参数与标准参数对比，误差在一定范围内即为合格蔗段；将病虫害区域边缘灰度值的变化率与用户输入的标准变化率对比，误差范围超出用户范围则为病虫害蔗段，提取所识别的特征，包括(1)蔗种轮廓、交线，(2)各蔗节尺寸，(3)无种芽、病虫害蔗节。接着以用户对单芽切种或双芽切种的设定，来确定各节切割尺寸，并从蔗头开始对蔗段进行预编号，记录合格或不合格蔗段的编号，具体编号见图3。
再一步参考图1，切割装置包括：竖直导轨11、刀座12以及切刀13；刀座12位于切种台14上方，并设于竖直导轨11上；切刀13设于刀座12上，切刀13宽度大于蔗种直径两倍，防止有过弯的蔗种；第一电机10用于带动刀座12沿竖直导轨11快速移动，以达到切断蔗种时切口平滑的目的；第二机械手8设于第二横移导轨9上，第二横移导轨9以能够来回水平滑动地方式设置，第三电机7用于驱动第二横移导轨9移动，第二机械手8与蔗种尾部对齐后夹持，以蔗根为基准夹持蔗种往切刀13方向运动以将第一切断位置置于切刀13正下方，切刀13快速切下将蔗种切断，切好的蔗段落入导种台15；第二机械手8夹持蔗种继续向切刀13运动，根据计算得出的切割尺寸，处理器控第三电机使第二机械手8运动和切割尺寸对应的位移，将下个切割位置置于切刀13正下方，切刀13快速切下将蔗种切断，第二机械手8继续运动，直至切完最后一个切割位置，将蔗尾移至导种台15后松开，往切种台14移动，夹持下根蔗种进行切割。
进一步参考图1和图2，在导种台14设有：第一导种槽通道18、第二导种槽通道19、挡板16以及驱动电机17；第二导种槽通道19的通道口位于第一导种槽通道18的通道口的上方；挡板16铰接于两个导种槽通道之间；驱动电机17用于驱动挡板16，初始状态时，挡板16位于第一导种槽通道18的通道口的下侧以使其导通，当驱动电机17驱动挡板16上升时，能够遮挡第一导种槽通道18的通道口；在该实施例中，如图2所示，导种台15优选是倾斜的，挡板16铰接在导种台15上，驱动电机17通过螺栓与导种台连接，切好的蔗段由于重力原因向低处滚动，电机17关闭时，挡板16由于重力原因是向下倒伏的，此时蔗种会经过不会经过挡板16直接落入第一导种槽通道18；驱动电机17开启时，挡板15提升，开启另一通道，蔗种经过挡板16后电机关闭，挡板16往下运动，蔗种继续滚动落入第二导种槽通道19。若切好的蔗段编号为合格，则电机17保持关闭状态，蔗段直接落入第一导种槽通道18，由一号传送带20运走，若切好的蔗段编号不合格，则电机17开启，挡板16提升，蔗段落入第一导种槽通道19，由二号传送带21运走。其中，整个智能化甘蔗切种见图4。
综上，本发明集甘蔗传送、种芽识别、甘蔗茎节切割以及对切割后的种芽段进行分类收集的功能，能够高效率切种、省人力、保护种芽的同时，对合格蔗种和不合格的蔗种进行识别并分类收集。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种智能化甘蔗切种***，其特征在于，包括：
进料导种槽；
切种台，其设于所述进料导种槽后方；
第一机械手，其用于将进入所述进料导种槽的甘蔗传送至所述切种台上；
图像识别装置，其用于获取进入所述切种台的甘蔗的茎节和种芽图像；
切割装置，其设于所述切种台的上方以用于切割位于所述切种台上的甘蔗；
第二机械手，其用于将位于所述切种台上的甘蔗移动到所述切割装置的下方；
导种台，其设于所述切种台的后方以用于接入切割后的甘蔗茎节；以及
处理器，其分别与所述第一机械手、所述第二机械手、图像识别装置以及切割装置连接，用于根据所述图像识别装置获取的甘蔗的茎节和种芽图像控制所述第二机械手移动甘蔗并与所述切割装置配合对甘蔗的茎节进行切割。
2.根据权利要求1所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述导种台设有：
第一导种槽通道；
第二导种槽通道，其通道口位于所述第一导种槽通道的通道口的上方；
挡板，其铰接于两个导种槽通道之间；以及
驱动电机，其用于驱动所述挡板并与所述处理器连接，初始状态时，所述挡板位于第一导种槽通道的通道口的下侧以使其导通，当所述处理器控制所述驱动电机驱动所述挡板上升时，能够遮挡所述第一导种槽通道的通道口。
3.根据权利要求1所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述进料导种槽由倾斜段和设于所述倾斜段尾部的平滑段组成。
4.根据权利要求1所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述图像识别装置由三个摄像头和图像处理装置组成，三个所述摄像头分别沿所述进料导种槽与所述切种台之间的路径的周向均匀分布，三个所述摄像头分别与所述图像处理装置连接，所述图像处理装置与所述处理器连接。
5.根据权利要求2所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述切割装置包括：
竖直导轨；
刀座，其设于所述竖直导轨上；
切刀，其设于所述刀座上；以及
第一电机，其用于带动所述刀座沿竖直导轨移动。
6.根据权利要求5所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，还包括第二电机和第一横移导轨；所述第一机械手设于所述第一横移导轨上，第一横移导轨以能够来回滑动地方式设置，所述第二电机用于驱动所述第一横移导轨移动。
7.根据权利要求6所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，还包括第三电机和第二横移导轨；所述第二机械手设于所述第二横移导轨上，所述第二横移导轨以能够来回滑动地方式设置，所述第三电机用于驱动所述第二横移导轨移动。
8.根据权利要求1所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述切种台上设有导蔗槽。
9.根据权利要求7所述的智能化甘蔗切种***，其特征在于，所述处理器通过数控***分别与所述驱动电机、所述第一电机、所述第二电机以及所述第三电机连接。
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