CN115462221B - 夹持状态下蒜种的调向装置及调向方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了夹持状态下蒜种调向装置，包括机架、夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构，夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构均固定在机架上；所述调向机构用于调整蒜种鳞芽方向，图像采集处理机构用于采集夹持输送机构中蒜种图像信息，分析蒜种的朝向，并控制调向机构动作；所述夹持输送机构包括夹持带和带轮组，带轮组为夹持带提供支撑和运动，带轮组之间相对设置，带轮组包括主动轮、从动轮和张紧轮，主动轮、从动轮和张紧轮通过夹持带联接，夹持带之间形成蒜种夹持输送通道。具有以下优点：以实现鳞芽朝上播种，提高蒜种正芽率和播种效率。

Description

夹持状态下蒜种的调向装置及调向方法

技术领域

本发明属于农业机械领域，涉及一种夹持状态下蒜种调向装置及调向方法，实现蒜种的调向作业。

背景技术

大蒜含有丰富的蛋白质、碳水化合物、氨基酸、维生素及多种微量元素，营养价值丰富，近年来，我国大蒜种植与加工产业发展迅速，大蒜种植面积，生产量，出口量均居世界首位，大蒜已成为我国重要的经济作物之一。

由于大蒜要求小行距高密度直立播种，目前只有人工播种能够保证种植农艺要求，但人工播种具有效率低，劳动强度大，占用农时多等缺点。现有的大蒜播种机可以实现蒜种的播种，但播种后容易出现鳞芽朝下的情况。现有的蒜种调向装置，多利用蒜种的重心分布或鳞芽形态的特点，采用机械式调向装置，导致蒜种正芽率远低于人工播种方式，难以满足大蒜种植的农艺要求，导致大蒜播种机应用推广受限。

经文献检索发现，中国发明专利“一种基于机器视觉的大蒜自动调向控制播种机”，申请号201910548762 .8，提供了一种基于机器视觉的大蒜自动调向控制播种机，在大蒜进入接种凹槽后，通过采集装置采集图片并由控制器处理得到鳞芽朝向，通过电机翻转使得大蒜鳞芽得以调整。虽然，该装置降低了劳动强度，提高了正芽率，但是在调向过程中大蒜全程无约束，随机性较强。中国发明专利“基于机器视觉的大蒜定向播种装置及方法”，申请号202110060763 .5，提供了一种基于机器视觉的大蒜定向播种装置及方法，通过料斗的翻转实现大蒜鳞芽的调整，虽然满足了蒜种鳞芽朝上的种植农艺要求，集约化的设计大幅度减少自身 所占的空间和体积，满足了大蒜机械化、智能化播种，但是翻转调向的过程中大蒜未被全程约束，调向的准确率会有所降低。

针对现有大蒜播种机的调向装置存在的问题，急需发明一种基于夹持状态下蒜种的调向装置及其调向方法，实现对大蒜鳞芽方向的准确而快速调整，提高播种效率，稳定正芽率，从而提高产出质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供夹持状态下蒜种调向装置及调向方法，以实现鳞芽朝上播种，提高蒜种正芽率和播种效率。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

夹持状态下蒜种调向装置，包括机架、夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构，夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构均固定在机架上；

所述夹持输送机构包括夹持带和带轮组，带轮组为夹持带提供支撑和运动，带轮组由若干轮组成，带轮组中轮通过夹持带联接，两个夹持带之间形成蒜种夹持输送通道，调向机构用于调整蒜种鳞芽方向，图像采集处理机构用于采集夹持输送机构中蒜种图像信息，分析蒜种的朝向，并控制调向机构动作。

进一步的，所述夹持输送机构包括第一夹持带组和第二夹持带组，第一夹持带组包括第一夹持带和第一带轮组，第一带轮组包括第一主动轮、第一从动轮和第一张紧轮，第一主动轮和第一从动轮上下成对布置，第一张紧轮设置在第一主动轮和第一从动轮的之间靠近第一主动轮一端，第一主动轮、第一从动轮和第一张紧轮之间通过第一夹持带联接；

所述第二夹持带组包括第二夹持带和第二带轮组，第二带轮组包括第二主动轮、第二从动轮和第二张紧轮，第二主动轮和第二从动轮上下成对布置，第二主动轮、第二从动轮和第二张紧轮之间通过第二夹持带联接，第二张紧轮设置第二主动轮和第二从动轮之间靠近第二主动轮一端。

进一步的，所述第二夹持带组还包括压簧，压簧布置在第二从动轮两端，从而使第二从动轮在受到挤压时轻微浮动。

进一步的，所述第一带轮组和第二带轮组相对设置，第一张紧轮与第二张紧轮分别将第一夹持带和第二夹持带向同一方向张紧。

进一步的，所述夹持输送机构上部形成第一夹持带和第二夹持带的快速收紧开口，下部形成第一夹持带和第二夹持带平行且间距相等的蒜种夹持输送通道，第一主动轮和第二主动轮同步反向转动，使得蒜种经快速收紧开口喂入并在蒜种夹持输送通道中夹持固定。

进一步的，所述调向机构包括调向推杆和推杆驱动器，推杆驱动器连接调向推杆，调向推杆分别是布置在夹持输送通道后半段的前左侧推杆、前右侧推杆、后左侧推杆和后右侧推杆，调向推杆在夹持带的两侧进入夹持输送通道的中间，所述推杆驱动器固定在机架上，位于夹持输送通道的后半段左右两侧，用于联动或独立地驱动调向推杆进入夹持输送通道中以完成蒜种调向动作。

进一步的，所述图像采集处理机构包括摄像头、控制器和光源，摄像头固定在机架上，摄像头位于第一夹持带的一侧，摄像头的镜头对准蒜种夹持输送通道的前半段，用于采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种视频，控制器连接调向机构和摄像头，用于分析采集蒜种输送图像信息中的蒜种朝向及调向机构的控制。

进一步的，所述第一夹持带为透明材质制成的同步带或平带，第二夹持带为黑色不透明材质制成的同步带或平带，光源设置在摄像头相对一侧，为摄像头拍摄提供光源。

进一步的，所述第一夹持带与第二夹持带均为透明材质制成的同步带或平带，光源置于摄像头同一侧，为摄像头提供背光环境。

夹持状态下蒜种调向装置的调向方法包括以下步骤：所述调向方法应用于夹持状态下蒜种调向装置中，调向方法包括以下步骤：

步骤1，第一主动轮和第二主动轮同步反向转动，带动第一夹持带和第二夹持带同步反向旋转，蒜种经快速收紧开口喂入调向装置，夹持输送机构将蒜种夹持输送；

步骤2，摄像头采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种视频，控制器分析蒜种视频中的每帧图像是否包含完整的蒜种，直到图像包含完整蒜种后，进入下一步；

步骤3，控制器再依据完整蒜种图像分析判断鳞芽朝向，并进行调向控制如下：

当判断到蒜种鳞芽以向右状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆向左伸出，蒜种碰到调向推杆，在夹持输送机构和调向推杆综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆在控制器驱动下向右回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.2，当判断到蒜种鳞芽以向左状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆向右伸出，蒜种碰到调向推杆，在夹持输送机构和调向推杆综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.3，当判断到蒜种鳞芽以向下状态夹持输送时，控制器首先驱动调向推杆向左伸出，蒜种碰到调向推杆，在夹持输送机构和调向推杆综合作用下，调向推杆在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种调平且鳞芽方向朝右；然后控制器驱动调向推杆向右伸出，蒜种碰到调向推杆，在夹持输送和调向推杆综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.4，当判断到蒜种鳞芽以向上状态夹持输送时，控制器不做动作；

步骤4，蒜种调向完成后，蒜种由夹持输送后离开调向装置，进入播种下一阶段。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1、采用夹持方式固定蒜种，使不同形态的蒜种均可使用本装置实现调向，适用范围更广；

2、蒜种在整体调向过程中全程被约束，减少了随机性，提高了准确率；

3、采用移动式夹持输送机构能够使蒜种持续不断地运输并调向，提高了调向的作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中基于夹持状态下蒜种的调向装置实施例1的整体简易示意图

图2为本发明中基于夹持状态下蒜种的调向装置实施例1夹持输送机构示意图

图3为本发明中基于夹持状态下蒜种的调向装置实施例1调向机构示意图

图4为本发明中基于夹持状态下蒜种的调向装置实施例1调向示意图

图5为本发明中基于夹持状态下蒜种的调向装置实施例2的整体简易示意图

图中：1、第一主动轮；2、第一张紧轮；3、摄像头；4、第一夹持带；5、调向推杆；6、第一从动轮；7、第二主动轮；8、第二张紧轮；9、光源；10、第二夹持带；11、第二从动轮；16、推杆驱动器；17、压簧,18、机架。

具体实施方式

实施例1

如图1至图4所示，夹持状态下蒜种调向装置，包括机架18、夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构，夹持输送机构、调向机构和图像采集处理机构均固定在机架18上。

所述夹持输送机构包括第一夹持带组和第二夹持带组，第一夹持带组包括第一夹持带4和第一带轮组，第一带轮组通过第一夹持带4联接，第一带轮组为第一夹持带4提供支撑和运动，第一夹持带4为透明材质制成的同步带或平带，第一带轮组包括第一主动轮1、第一从动轮6和第一张紧轮2，第一主动轮1和第一从动轮6上下成对布置，第一张紧轮2设置在第一主动轮1和第一从动轮6的之间靠近第一主动轮1一端，第一主动轮1、第一从动轮6和第一张紧轮2之间通过第一夹持带4联接。

所述第二夹持带组包括第二夹持带10、第二带轮组和压簧17，第二带轮组通过第二夹持带10联接，为第二夹持带10提供支撑和运动，第二夹持带10为黑色不透明材质制成的同步带或平带，第二带轮组包括第二主动轮7、第二从动轮11和第二张紧轮8，第二主动轮7和第二从动轮11上下成对布置，第二主动轮7、第二从动轮11和第二张紧轮8之间通过第二夹持带10联接，第二张紧轮8设置在第二主动轮7和第二从动轮11之间靠近第二主动轮7一端；所述压簧17布置在第二从动轮11两端，从而使第二从动轮11在受到挤压时轻微浮动，便于较大的蒜种离开夹持带。

所述第一带轮组和第二带轮组相对设置，第一张紧轮2与第二张紧轮8分别将第一夹持带4和第二夹持带10向同一方向张紧，夹持输送机构上部形成第一夹持带4和第二夹持带10的快速收紧开口，下部形成第一夹持带4和第二夹持带10平行且间距相等的蒜种夹持输送通道，第一主动轮1和第二主动轮11同步反向转动，使得蒜种经快速收紧开口喂入并在蒜种夹持输送通道中夹持固定。

所述调向机构包括调向推杆5和推杆驱动器16，推杆驱动器16连接调向推杆5，调向推杆5的左右两侧各设有前后两个推爪，推爪扣在第二夹持带10上方，调向推杆5在夹持带的两侧进入夹持输送通道的中间，位于夹持输送通道后半段，推杆驱动器16与调向推杆5之间采用螺纹副或曲柄滑块机构等方式连接，驱动调向推杆5在垂直夹持输送通道方向实现往复运动，推杆驱动器16采用伺服电机或电磁铁驱动，使得蒜种在夹持输送的过程中受调向推杆5的作用，以调整蒜种鳞芽方向；所述推杆驱动器16固定在机架18上，位于夹持输送通道的后半段左右两侧，用于联动或独立地驱动四个调向推杆5进入夹持输送通道中以完成蒜种调向动作。

所述图像采集处理机构包括摄像头3、控制器和光源9，摄像头3固定在机架18上，位于第一夹持带4的左侧，摄像头3的镜头对准蒜种夹持输送通道的前半段，用于采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种图像信息；控制器连接调向机构和摄像头3，用于分析采集蒜种输送图像信息中的蒜种朝向及调向机构的控制；所述光源9设置在摄像头3相对一侧，为摄像头3的图像拍摄提供光源。

本发明夹持状态下蒜种调向装置的调向方法包括以下步骤：

步骤1，第一主动轮1和第二主动轮7同步反向转动，带动第一夹持带4和第二夹持带10同步反向旋转，蒜种经快速收紧开口喂入调向装置，夹持输送机构将蒜种夹持输送；

步骤2，摄像头3采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种视频，控制器分析蒜种视频中的每帧图像是否包含完整的蒜种，直到图像包含完整蒜种后，进入下一步；

步骤3，控制器再依据完整蒜种图像分析判断鳞芽朝向，并进行调向控制如下：

当判断到蒜种鳞芽以向右状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆5前右侧的推爪向左伸出，蒜种碰到调向推杆5前右侧的推爪，在夹持输送机构和调向推杆5前右侧的推爪综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆5前右侧的推爪在控制器驱动下向右回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.2，当判断到蒜种鳞芽以向左状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆5前左侧的推爪向右伸出，蒜种碰到调向推杆5前左侧的推爪，在夹持输送机构和调向推杆5前左侧的推爪综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆5前左侧的推爪在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.3，当判断到蒜种鳞芽以向下状态夹持输送时，控制器首先驱动调向推杆5前右侧的推爪向左伸出，蒜种碰到调向推杆5前右侧的推爪，在夹持输送机构和调向推杆5前右侧的推爪综合作用下，调向推杆5前右侧的推爪在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种调平且鳞芽方向朝右；然后控制器驱动调向推杆5后左侧的推爪向右伸出，蒜种碰到调向推杆5后左侧的推爪，在夹持输送和调向推杆5后左侧的推爪综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆5后左侧的推爪在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.4，当判断到蒜种鳞芽以向上状态夹持输送时，控制器不做动作。

步骤4，蒜种调向完成后，蒜种由夹持输送后离开调向装置，进入播种下一阶段。

实施例2

与实施例相同部分内容已在实施例1中进行了详细的论述，此处不再赘述，相对实施例1，本实施例修改如下：

如图5所示，所述第一主动轮1和第一从动轮6上下成对布置，第一张紧轮2布置在第一主动轮1和第一从动轮6的中间偏左侧；所述第二主动轮7和第二从动轮11上下成对布置，第二从动轮11布置在上边偏右侧，第二张紧轮8布置偏上中间位置，所述第一夹持带4与第二夹持带10均为透明材质同步带或平带，在上部形成快速收紧开口，下部形成平行且间距相等的蒜种夹持输送通道。所述的四个调向推杆5，布置在夹持输送通道后半段，调向推杆5在夹持带的两侧进入夹持输送通道的中间。所述的摄像头3固定机架上，位于第一夹持带的左侧，镜头对准蒜种夹持输送通道的前半段，所述光源9置于摄像头同一侧，为摄像头提供背光环境。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：包括夹持输送机构，所述夹持输送机构包括第一夹持带组和第二夹持带组，第一夹持带组和第二夹持带组之间形成蒜种夹持输送通道；

所述调向装置还包括调向机构，调向机构位于蒜种夹持输送通道之间，用于调整蒜种鳞芽方向；

所述调向装置还包括图像采集处理机构，图像采集处理机构用于采集夹持输送机构中蒜种图像信息，分析蒜种的朝向，根据蒜种的朝向来控制调向机构调整蒜种鳞芽为统一方向；

所述第一夹持带组和第二夹持带组均包括夹持带和带轮组，带轮组包括主动轮、从动轮和张紧轮，主动轮、从动轮和张紧轮之间通过夹持带联接，主动轮和从动轮上下成对布置，张紧轮设置在主动轮和从动轮之间靠近主动轮一端；

所述调向机构包括调向推杆（5）和推杆驱动器（16），推杆驱动器（16）连接调向推杆（5），调向推杆（5）在夹持带的两侧进入夹持输送通道的中间并垂直夹持输送通道设置，所述推杆驱动器（16）固定在机架（18）上，位于夹持输送通道的后半段左右两侧，用于联动或独立地驱动调向推杆（5）进入夹持输送通道中以完成蒜种调向动作。

2.如权利要求1所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：所述第二夹持带组还包括压簧（17），压簧（17）布置在第二夹持带组的从动轮两端，从而使第二夹持带组的从动轮在受到挤压时轻微浮动。

3.如权利要求1所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：两个所述带轮组相对设置，两个张紧轮分别将两个夹持带向同一方向张紧。

4.如权利要求1所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：所述夹持输送机构上部形成两个夹持带的快速收紧开口，下部形成两个夹持带平行且间距相等的蒜种夹持输送通道，两个主动轮同步反向转动，使得蒜种经快速收紧开口喂入并在蒜种夹持输送通道中夹持固定。

5.如权利要求1所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：所述图像采集处理机构包括摄像头（3）、控制器和光源（9），摄像头（3）固定在机架（18）上，摄像头（3）的镜头对准蒜种夹持输送通道的前半段，用于采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种视频，控制器连接调向机构和摄像头（3），用于分析采集蒜种输送图像信息中的蒜种朝向及调向机构的控制。

6.如权利要求5所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：两个所述夹持带中其中一个为透明材质制成的同步带或平带，另外一个为黑色不透明材质制成的同步带或平带，摄像头（3）位于透明材质制成的夹持带的一侧，光源（9）设置在摄像头（3）相对一侧，为摄像头（3）拍摄提供光源。

7.如权利要求5所述的夹持状态下蒜种的调向装置，其特征在于：两个所述夹持带均为透明材质制成的同步带或平带，摄像头（3）位于其中一个透明材质制成的夹持带的一侧，光源（9）置于摄像头（3）同一侧，为摄像头（3）提供背光环境。

8.夹持状态下蒜种的调向装置的调向方法，其特征在于：所述调向方法应用于如权利要求1-7中任意一权利要求中所述的夹持状态下蒜种的调向装置中，调向方法包括以下步骤：

步骤1，第一夹持带组和第二夹持带组的主动轮同步反向转动，带动两个夹持带同步反向旋转，蒜种经快速收紧开口喂入调向装置，夹持输送机构将蒜种夹持输送；

步骤2，摄像头（3）采集被夹持蒜种输送过程中的蒜种视频，控制器分析蒜种视频中的每帧图像是否包含完整的蒜种，直到图像包含完整蒜种后，进入下一步；

步骤3，控制器再依据完整蒜种图像分析判断鳞芽朝向，并进行调向控制如下：

步骤3.1，当判断到蒜种鳞芽以向右状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆（5）向左伸出，蒜种碰到调向推杆（5），在夹持输送机构和调向推杆（5）综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆（5）在控制器驱动下向右回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.2，当判断到蒜种鳞芽以向左状态夹持输送时，控制器驱动调向推杆（5）向右伸出，蒜种碰到调向推杆（5），在夹持输送机构和调向推杆（5）综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆（5）在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.3，当判断到蒜种鳞芽以向下状态夹持输送时，控制器首先驱动调向推杆（5）向左伸出，蒜种碰到调向推杆（5），在夹持输送机构和调向推杆（5）综合作用下，调向推杆（5）在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种调平且鳞芽方向朝右；然后控制器驱动调向推杆（5）向右伸出，蒜种碰到调向推杆（5），在夹持输送和调向推杆（5）综合作用下，改变鳞芽方向至朝上，调向推杆（5）在控制器驱动下向左回到初始状态点，完成该蒜种的调向；

步骤3.4，当判断到蒜种鳞芽以向上状态夹持输送时，控制器不做动作；

步骤4，蒜种调向完成后，蒜种由夹持输送后离开调向装置，进入播种下一阶段。