CN108848782A

CN108848782A - 一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置

Info

Publication number: CN108848782A
Application number: CN201810779867.XA
Authority: CN
Inventors: 赵静; 马伟童; 崔欣; 徐文腾; 李志铭; 杨焕波; 范鑫; 孟沌超
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2018-11-23

Abstract

本发明属于精量播种领域，具体涉及一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置。其主要包括：排种机构、图像采集机构、补种机构、输种机构、导种机构、控制机构、回收机构。其特征在于：所述输种盒通过齿轮齿条的配合沿输种架做直线运动，输种过程流畅，多份符合数量要求的种子有序地装在补种机构中，随时可进行补种，补种机构一次排出一份符合数量要求的种子，计算机通过分析图像采集机构传输过来的信息，控制单片机驱动相应机构完成相应动作，该装置可以监测漏种、多种、无种三种情况，并可根据不同检测结果进行更正种子或补种。本发明可提高精量播种质量、补种及时准确、效率高、可靠性、普适性强，具有一定实际意义。

Description

一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置

技术领域

本发明属于精量播种领域，具体涉及一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置。

背景技术

在精量播种作业过程中，因种子间差异性及机器可靠性等各种因素导致精量播种机存在多播漏播的现象。有效的监测并更正精量播种的数量，可大幅提高机器的可靠性，节约生产成本。目前，国内关于监测更正精量播种过程中多种或漏种的装置较少，随着机器视觉检测技术的快速发展，其在农业生产机械中的应用也越来越广。在精量播种过程中多播会致使生产成本增加，漏播会直接影响作物产量。因此研发一种可靠性强、操作简便，能够运用到精量播种机上的多种、漏种自动监测补种装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，以实现对精量播种过程在线监测，针对多种、漏种、无种现象的自动移除及补种。

为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其主要包括：排种机构[1]、图像采集机构[2]、补种机构1[3]、输种机构[4]、导种机构[5]、补种机构2[6]、控制机构[7]、回收机构[8]。

所述排种机构包括：种箱[9]、传动组[10]、步进电机1[11]、导种管[12]、排种机架[13]、精量排种器[14]。精量排种器和步进电机1安装在排种机架上，传动组连接精量排种器与步进电机1，用于传输动力。种箱安装在精量排种器上方，用于储存种子，导种管一端安装在精量排种器下方出口处，另一端置于输种机构上方，用于将精量排种器排出的种子导入输种机构。

所述图像采集机构包括：CCD相机、相机架。CCD相机安装在相机架上，相机架安装在输种机构上，CCD相机位于输种机构正上方中心位置，用于采集图像信息。

所述补种机构1、补种机构2机构功能完全相同，对称布置于输种机构两侧。补种机构工作一次，排出一份符合数量要求的种子，能自动监测自身的储种量，并在储种量过低时发出警报。

所述输种机构包括：齿条[15]、输种组[16]、输种架[17]、步进电机2[18]、齿轮[19]。输种组安装在输种架上，输种架用于限制输种组位移方向。齿条焊接在输种组一侧，步进电机2安装在输种架上，齿轮安装在步进电机2输出轴上，且与齿条啮合，步进电机2带动齿轮转动，齿轮带动齿条运动，输种组随齿条同步运动。

所述输种组包括：输种盒1[20]、导轨1[21]、输种盒2[22]、底盖2[23]、步进电机4[24]、底盖1[25]、步进电机3[26]、导轨1[27]。导轨1、导轨2结构完全相同且对称安装在输种架上，输种盒1同输种盒2均通过螺栓固定在导轨1和导轨2上，且输种盒可拆卸替换。初始位置输种盒1位于输种架中间，CCD相机正下方。步进电机3、步进电机4分别安装在输种盒1、输种盒2上，底盖1、底盖2分别固定安装在步进电机3、步进电机4的输出轴上，底盖1、底盖2的初始位置使输种盒为闭合状态，用于将种子控制在输种盒内。

所述导种机构布置于输种组正下方，用于将符合数量要求的种子导出。

所述控制机构包括：计算机和单片机。计算机的输入端与图像采集机构的输出端相连，计算机的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端分别连接排种机构、补种机1、输种机构、补种机构2、回收机构的输入端。

所述回收机构包括：收集斗1[28]、收集斗2[29]、输送管[30]、气吸泵[31]。收集斗1、收集斗2布置于输种组正下方，导种机构位于收集斗1、收集斗2中间，用于收集输种组排除的种子。输种管有三个端口，其中两个端口分别与收集斗1、收集斗2连接，另外一端口与气吸泵吸气端连接，气吸泵排气端与种箱连接，用于将输种组排出的种子导入种箱。

本发明的特点：

1、提高了精量播种的准确率，不但可以检测漏种，而且也能检测多种，并根据检测结果进行补种。2、补种及时准确，多份符合数量要求的种子有序地装在补种机构中，随时可进行补种，补种机构一次排出一份符合数量要求的种子。3、效率高，输种盒通过齿轮齿条的配合沿输种架做直线运动，输种过程流畅。4、通用性强，可用于多种作物种子的精量播种。

附图说明

图1是一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置的结构示意图。

图2是一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置排种机构示意图。

图3是一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置输种机构示意图。

图4是一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置输种组示意图。

图5是一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置回收机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明做进一步的详细说明。

参照图1，一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置示意图，其主要包括：排种机构[1]、图像采集机构[2]、补种机构1[3]、输种机构[4]、导种机构[5]、补种机构2[6]、控制机构[7]、回收机构[8]。

参照图2，一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置排种机构示意图，其主要包括：种箱[9]、传动组[10]、步进电机1[11]、导种管[12]、排种机架[13]、精量排种器[14]。

参照图3，一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置输种机构示意图，其主要包括：齿条[15]、输种组[16]、输种架[17]、步进电机2[18]、齿轮[19]。

参照图4，：一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置输种组示意图，其主要包括：输种盒1[20]、导轨1[21]、输种盒2[22]、底盖2[23]、步进电机4[24]、底盖1[25]、步进电机3[26]、导轨1[27]。

参照图5，一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置回收机构示意图，其主要包括：收集斗1[28]、收集斗2[29]、输送管[30]、气吸泵[31]。

工作时：控制机构驱动步进电机1带动精量取种器在种箱内进行精量取种，然后一份符合数量要求的种子，通过导种管被输送到CCD相机正下方的输种盒1中，此时底盖1为闭合状态。控制机构在驱动步进电机1的同时也驱动补种机构2，一份符合数量要求的种子从补种机构2中排出，并进入输种盒2中，等待补种。然后CCD相机进行图像信息采集，并将图像信息传送给计算机，计算机对传输来的图像信息进行分析。

若输种盒1中的种子检测结果符合要求，控制机构进一步驱动步进电机3带动底盖1转动，进而输种盒1打开，合格的种子从输种盒1中排出进入导种机构，然后再进一步驱动步进电机3反向转动，将输种盒1闭合，底盖2不转动，进行下一精量排种工作循环。

若输种盒1中的种子检测结果为多种或种子不足，这时进行补种，控制机构驱动步进电机2，将装有一份精量种子的输种盒2带到CCD相机正下方，此时输种盒1到达收集斗1正上方，控制机构进一步同时驱动步进电机3、步进电机4分别带动底盖1、底盖2转动，进而输种盒2打开，合格的种子从输种盒2中排出进入导种机构，输种盒1同时打开，不合格的种子落入收集斗1中，然后控制机构再进一步驱动步进电机3和步进电机4反向转动，分别将输种盒1、输种盒2关闭，同时驱动气吸泵工作5s，将收集斗1中的种子运回种箱，此时步进电机2停转，进行下一精量排种工作循环。控制机构驱动步进电机1带动精量取种器在种箱内进行精量取种，然后一份经过精量选取的种子，通过导种管被输送到CCD相机正下方的输种盒2中，此时底盖2为闭合状态，控制机构在驱动步进电机1的同时也驱动补种机构1，一份符合数量要求的种子从补种机构1中排出进入输种盒1中，等待补种。

若输种盒1中的种子检测结果为无种，这时需要进行补种，控制机构驱动步进电机2，将装有一份精量种子的输种盒2带到CCD相机正下方，此时输种盒1到达收集斗1正上方，控制机构只驱动步进电机4带动底盖2转动，输种盒1保持闭合状态，进而输种盒2打开，合格的种子从输种盒2中排出并进入导种机构，然后控制机构再进一步驱动步进电机4反向转动，将输种盒2关闭，此时步进电机2停转，进行下一精量排种工作循环。控制机构驱动步进电机1，进而带动精量取种器在种箱内进行精量取种，然后一份经过精量选取的种子，通过导种管被输送到CCD相机正下方的输种盒2中，此时底盖2为闭合状态，控制机构在驱动步进电机1的同时也驱动补种机构1，一份符合数量要求的种子从补种机构1中排出进入输种盒1中，等待补种。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims

1.一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其主要包括：排种机构[1]、图像采集机构[2]、补种机构1[3]、输种机构[4]、导种机构[5]、补种机构2[6]、控制机构[7]、回收机构[8]；所述排种机构包括：种箱[9]、传动组[10]、步进电机1[11]、导种管[12]、排种机架[13]、精量排种器[14]，精量排种器和步进电机1安装在排种机架上，传动组连接精量排种器与步进电机1，用于传输动力，种箱安装在精量排种器上方，用于储存种子，导种管一端安装在精量排种器下方出口处，另一端置于输种机构上方，用于将精量排种器排出的种子导入输种机构；所述图像采集机构包括：CCD相机、相机架，CCD相机安装在相机架上，相机架安装在输种机构上，CCD相机位于输种机构正上方中心位置，用于采集图像信息；所述补种机构1、补种机构2结构功能完全相同，对称布置于输种机构两侧；所述输种机构包括：齿条[15]、输种组[16]、输种架[17]、步进电机2[18]、齿轮[19]；输种组安装在输种架上，输种架用于限制输种组位移方向，齿条焊接在输种组一侧，步进电机2安装在输种架上，齿轮安装在步进电机2输出轴上，且与齿条啮合，步进电机2带动齿轮转动，齿轮带动齿条运动，输种组随齿条同步运动；所述输种组包括：输种盒1[20]、导轨1[21]、输种盒2[22]、底盖2[23]、步进电机4[24]、底盖1[25]、步进电机3[26]、导轨1[27]；导轨1、导轨2结构完全相同且对称安装在输种架上，输种盒1同输种盒2均通过螺栓固定在导轨1和导轨2上，初始位置输种盒1位于输种架中间，CCD相机正下方，步进电机3、步进电机4分别安装在输种盒1、输种盒2上，底盖1、底盖2分别固定安装在步进电机3、步进电机4的输出轴上，底盖、底盖2的初始位置使输种盒为闭合状态，用于将种子控制在输种盒内；所述导种机构布置于输种组正下方，用于将精选完的种子导出；所述控制机构包括：计算机和单片机，计算机的输入端与图像采集机构的输出端相连，计算机的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端分别连接排种机构、补种机1、输种机构、补种机构2、回收机构的输入端；所述回收机构包括：收集斗1[28]、收集斗2[29]、输送管[30]、气吸泵[31]，收集斗1、收集斗2布置于输种组正下方，导种机构位于收集斗1、收集斗2中间，用于收集输种组排除的种子，输种管有三个端口，其中两个端口分别与收集斗1、收集斗2连接，另外一端口与气吸泵吸气端连接，气吸泵排气端与种箱连接，用于将输种组排出的种子导入种箱。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其特征在于，补种机构工作一次，排出一份符合数量要求的种子，能自动监测自身的储种量，并在储种量过低时发出警报。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其特征在于，可监测并区分播种过程中少种、漏种、无种三种情况，并且装置可根据不同情况做出不同动作，从而实现精量播种。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其特征在于，输种盒1及输种盒2通过螺栓固定于导轨上，可拆卸替换，以适应不同作物种子的精量播种需求。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其特征在于，收集机构一端在输种机构下方收集种子，另一端连接种箱，通过气吸泵将种子回收进种箱。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的精量播种自动监测及补种装置，其特征在于，输种盒通过齿轮齿条的配合沿输种架的限制做直线运动，行程短、运动流畅。