JP3227875U

JP3227875U - 作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム

Info

Publication number: JP3227875U
Application number: JP2020002327U
Authority: JP
Inventors: 鵬程聶; 勇何; 慧張; ▲チェン▼勇蔡
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2030-04-24
Also published as: CN110089313A

Abstract

【課題】作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームを提供する。【解決手段】作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームはブラケット１００を含み、ブラケットには、植物栽培ボックスを輸送するための循環トラック１０１と、循環トラックに配置され、植物栽培ボックスを置くためのトレイ１０２と、トレイを循環トラックに沿って移動させるように駆動するための伝送システムと、循環トラックの下方に位置する栄養プール１０５と、及び循環トラックの上方に設置された画像収集装置１０３とが取り付けられる。構造設計が合理的であり、栽培と検出を組み合わせ、栽培植物の栽培フレームとして、ハイスループット検出も可能であり、成長している植物はカメラに対して位置が比較的固定されており、植物の成長プロセス全体が同じ角度で検出される。【選択図】図１

Description

本考案は作物表現型ハイスループット検出用のプラットフォームの技術分野に関し、具体的には作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームに関する。

植物の表現型は、遺伝的および環境的要因によって決定または影響され、植物の構造と組成、植物の成長と発達のプロセス及び結果を反映するすべての物理的、生理学的、生化学的特性と特徴である。表現型の分野における自動化技術、マシンビジョン技術及びロボット技術の適用により、ハイスループットで、正確かつ効率的な植物表現型測定技術が急速に発展している。ハイスループット植物表現型プラットフォームは遺伝学、センサー及びロボットを組み合わせた未来型の「精密農業」技術である。それは新しい作物の品種を開発したり、作物の栄養素含有量、耐干性及び病気や害虫に対する耐性を改善したりするために適用できる。ハイスループットの植物表現型プラットフォーム技術は、複数のセンサーを使用して、構造、植物の高さ、色、体積、枯れの程度、新鮮な重量、花／果物の数など、植物の重要な物理データを測定できる。これらはいずれも表現型の特徴であり、植物の遺伝コードの物理的な表現でもあり、これらのデータは、特定の植物の既知の遺伝データと比較して、遺伝子型−表現型の関連分析を実行でき、すると、高度な遺伝子育種の目的を達成できる。

温室タイプのハイスループット植物表現型プラットフォームは、一般的に植物伝送システムとイメージングユニットとの２つの部分を含む。植物は植木鉢に植えられ、各植木鉢には一意の「ＩＤカード番号」があり、プログラム設定に従って表現型イメージングのためにイメージングユニットに伝送される。過去には、産業用無塵作業場の物流システムが植物の伝送によく使用されたが、このような産業用物流システムは、温室で置かれば高湿度、高温、水しぶき、土壌しぶきなどの過酷な条件に遭遇し、頻繁に障害が発生した。現在では、国際的な主流の表現型プラットフォームサプライヤーは、全て既にオランダの温室物流システムを使用して植物を伝送している。しかしながら従来のハイスループット検出には次のような特定の欠陥がある。１、栽培と検出の分離。２、コンベアベルトへ植物を手動配置し、検出した後に植物を手動で取り外す必要があるため、多くの労力がかかる。３、カメラに対して配置方向が変化し、データ処理が複雑になる。

従来技術に存在する問題に対して、本考案は作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームを提供し、栽培と検出を組み合わせ、栽培植物の栽培フレームとして、ハイスループット検出も可能であり、成長する植物はカメラに対して位置が比較的固定されており、植物の成長プロセス全体が同じ角度で検出される。

従来技術に存在する問題に対して、本考案は作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームを提供し、栽培と検出を組み合わせ、栽培植物の栽培フレームとして、ハイスループット検出も可能であり、成長する植物はカメラの位置に比較的固定されており、植物の成長プロセス全体が同じ角度で検出される。

上記考案の目的を達成するために、本考案は以下の具体的な技術的解決手段を用いる。
作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームであって、ブラケットを含み、前記ブラケットには、
植物栽培ボックスを輸送するための循環トラックと、
前記循環トラックに配置され、植物栽培ボックスを置くためのトレイと、
前記トレイを循環トラックに沿って移動させるように駆動するための伝送システムと、
前記循環トラックの下方に位置する栄養プールと、
及び前記循環トラックの上方に設置された画像収集装置と、
が取り付けられる。

本考案は栽培と検出を組み合わせ、ブラケットを植物の栽培フレームとして用い、同時に栽培フレーム内でも作物表現型のハイスループット検出を実現できる。

本考案の検出プラットフォーム内で、植物栽培ボックスをトレイに置き、伝送システムの駆動下で、トレイを循環トラックで循環させるように駆動して、栄養プール内に浸漬して栄養補足を行い、次に画像収集装置によって植物成長画像を撮影する。

本考案の検出プラットフォームは植物の栽培と検出を統合し、人の介入なしで、植物栽培と植物作物の表現型検出を自動的に完了でき、成長プロセス全体を通して、植物の配置と角度は変わらず、画像収集装置が撮影しているとき、データ収集のために同じ角度と同じ向きを維持することは、比較・分析をより促進し、データ処理の困難さを軽減する。

改良として、前記循環トラックは両端に接続された上部循環トラックと下部循環トラックを含み、前記栄養プールは下部循環トラックの下方に位置し、画像収集装置は前記上部循環トラックの上方に位置する。
本出願の循環トラックは、上下２つの層が互いに接続されており、平面型の環状トラックと比較して、スペースを節約でき、全体的なレイアウトが合理的で、コンパクトであり、栽培室内空間の利用率を向上させる。
前記循環トラックの移動制御の速度は、表現型の画像収集フィードバックによって制御され、表現型の画像収集は作物キャノピーのサイズと点群データの収集頻度に基づいて画像収集頻度を調整し、さらにトラック全体の循環速度を制御する。

改良として、前記下部循環トラックの中部に前記栄養プールと一致する凹型部分を有し、前記上部循環トラックの中部は前記画像収集装置を取り付けるためのスペースを形成するために凹んでいる。
伝送システムによって駆動される植物栽培ボックスは前記凹型部分を通過する時、植物栽培ボックスの下部が栄養液に浸漬し、必要な栄養素を補充し、上部循環の中部は、画像収集装置（カメラ）を取り付ける位置である。

改良として、前記ブラケットに植物照明用の補助光が取り付けられ、植物に照明を提供する。

改良として、前記上部循環トラックの両側に第一Ｖ字形部分及び第二Ｖ字形部分が設置され、前記補助光が第一Ｖ字形部分及び第二Ｖ字形部分の上方に取り付けられる。
上部内に設置された２つのＶ字形部分は、一方では補助光の照明効果を上げるため、植物はこの部分を通過すると、移動経路が長くなり、植物の補助光時間を延長し、他方では、湾曲したトラックを形成し、限られた空間内に、トラックの長さを増加させ、一層多くの植物栽培ボックスを配置することができる。
前記ブラケットにクリーンな高圧植物キャノピーマイクロスプレーシステム（即ちスプレーシステム）が取り付けられ、作物表面に水分を与え、作物表面の汚れをきれいにするために用いられ、表現型画像収集の明確さと信頼性を容易にする。

改良として、前記ブラケットに植物キャノピースプレー用スプレーシステムが取り付けられ、スプレーシステムは上下部トラックの間に取り付けられ、植物キャノピーの水分補給又は栄養液のスプレーなどに用いられる。さらに改良として、前記ブラケットは垂直柱及び２つの垂直柱の間に接続され且つ循環トラックと垂直なクロスバーを含み、前記スプレーシステムのノズルはクロスバーに取り付けられる。
トレイを安定させるために、改良として、前記循環トラックは２本平行に配置され、トレイは２つの循環トラックの間に吊り下げられている。

改良として、前記伝送システムは前記循環トラックに沿って移動する伝送チェーン、及び前記伝送チェーンと同期し且つ前記トレイを固定するための位置決めブラケットを含む。
伝送チェーンは循環トラックに取り付けられたスプロケットと嵌め合い、スプロケットはモータの駆動下で、伝送チェーン上のトレイを循環トラックに沿って循環させるように駆動する。

本考案は構造設計が合理的であり、栽培と検出を組み合わせ、栽培植物の栽培フレームとして、ハイスループット検出も可能であり、成長している植物はカメラに対して位置が比較的固定されており、植物の成長プロセス全体が同じ角度で検出される。

本考案における作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームの全体図である。図１における作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームの正面図である。ブラケットとトラックの構造図である。チェーンとトラックの部分嵌合図である。

以下に実施例及び図面を参照しながら本考案を詳しく説明するが、本考案はこれに限定されない。

図１に示す作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームは、ブラケット１００、及びブラケット１００に取り付けられた循環トラック１０１、トレイ１０２、画像収集装置１０３、フィルライト１０４、栄養プール１０５及びスプレーシステム１０６を含んでいた。トレイ１０２は循環トラック１０１に設置され、循環トラック１０１に沿って植物栽培ボックスを移動させるように輸送でき、栄養プール１０５は循環トラック１０１の下方に位置し、植物栽培ボックス内に栄養液を補充するために用いられ、画像収集装置、例えばカメラは、循環トラックの上方に設置され、植物成長プロセス中の画像情報を収集するために用いられた。

図２及び図３に示すように、トレイ１０２は植物栽培ボックスを置くために用いられ、トレイ１０２は循環トラック１０１に沿って間隔をあけて配置され、トレイ１０２は循環トラック１０１に沿って移動する時、トレイ１０２上の植物栽培ボックスを循環させた。
循環トラック１０１は両端に接続された上部循環トラック１０８と下部循環トラック１０７を含み、下部循環トラック１０７の中部に凹型部分１０９分を有し、トレイ１０２上の植物栽培ボックスは該凹型部分１０９を通過する時、下部が栄養液に浸漬し、植物に必要な栄養素を補充した。上部循環トラック１０８の中部１１２は画像収集装置１０３を取り付けるためのスペースを形成するために凹んでいた。本実施例の循環トラック１０１は上下２つの層に配置され、全体的なレイアウトが合理的で、コンパクトであり、栽培室内の空間の利用率が向上した。

ブラケット１００は垂直柱１１３及び２つの垂直柱の間に接続され且つ循環トラック１０１と垂直なクロスバー１１４を含んでいた。循環トラック１０１は２本平行に設置され、トレイ１０２は２つの循環トラック１０１の間に吊り下げられていた。フィルライト１０４はクロスバー１１４に固定され、下方を通過する植物に照明を補充した。具体的には本実施例において、フィルライト１０４は可変波長ＬＥＤランプであり、上部１１０循環トラック１０８の両側に第一Ｖ字形部分１１０及び第二Ｖ字形部分１１１が設置され、フィルライト１０４が第一Ｖ字形部１１０分及び第二Ｖ字形部１１１分の上方に取り付けられた。同時に、上記第一Ｖ字形部分１１０及び第二Ｖ字形１１１もＵ字形部分として設置でき、それは、限られた空間内に、トラックの長さを増加させ、植物が通る経路を延長し、フィルライト時間を増やすことを目的とした。

ブラケット１００に植物キャノピースプレー用スプレーシステム１０６が取り付けられ、具体的には、スプレーシステム１０６は上部循環トラック１０８と下部循環トラック１０７との間に取り付けられ、植物キャノピーの水分補給又は栄養液のスプレーなどに用いられた。スプレーシステム１０６は水道管、電磁弁、ノズル、水ポンプ及び水タンクなどを含んでいた。スプレーシステム１０６は本分野で一般的に使用される装置であり、本実施例はスプレーシステム１０６の構造をさらに詳しく説明しない。スプレーシステム１０６のノズルはクロスバー１１４に固定され、上部キャノピーの自動スプレー制御を実現した。

ブラケット１００にさらに伝送システムが取り付けられ、トレイ１０２を循環トラック１０１に沿って移動させるように駆動するために用いられた。図４に示すように、伝送システムは循環トラック１０１に沿って移動する伝送チェーン１１６、及び伝送チェーン１１６と同期し且つトレイ１０２を固定する位置決めブラケット１０７を含んでいた。伝送チェーン１１６上の位置決めブラケット１０７の位置は比較的固定され、位置決めブラケット１０７は伝送チェーン１１６と回転軸を介して可動接続でき、又はトレイ１０２の両端は回転軸を介して位置決めブラケット１０７内に可動挿入し、トレイ１０２がトラックコーナに移動する時、上部植物栽培ボックスが傾かないように、トレイ１０２は常に平らな状態に保つことができた。伝送チェーン１１６は循環トラック１０１に取り付けられたスプロケット１１５と嵌め合い、スプロケット１１５はモータの駆動下で、伝送チェーン１１６上のトレイを循環トラック１０１に沿って循環させるように駆動する。

本実施例において、位置決めブラケット１０７により、植物と伝送チェーン１１６との相対的位置が固定されていることを確認し、それによりカメラの下の植物の位置が毎回変化しないことを確認した。植物が画像収集サイト（即ち画像収集装置１０３の下方）に達すると一時停止するため、伝送チェーン１１６は、伝送システムの駆動下で間欠移動を行い、それにより植物が固定された画像収集時間停止した。

プラットフォーム全体を温室内に置き、栽培と検出を組み合わせ、ブラケットを植物の栽培フレームとして用い、同時に栽培フレーム内でも作物表現型のハイスループット検出を実現できた。植物栽培ボックスをトレイに置き、トレイを植物の栽培ブラケットとして、伝送システムの駆動下で、トレイを循環トラックで循環させるように駆動して、栄養プール内に浸漬して栄養補助を行い、次に画像収集装置によって植物成長画像を撮影した。栄養液は不足すると自動的に追加された。低液面にセンサーがあり、高液面センサーまで栄養液を注入し、栄養液の量が一定範囲内に保持された。

本実施例の検出プラットフォームは植物栽培と検出を統合し、人の介入なしで、植物栽培と植物作物の表現型検出を自動的に完了でき、成長プロセス全体を通して、植物の配置と角度は変わらず、画像収集装置が撮影しているとき、データ収集のために同じ角度と同じ向きを維持することは、比較・分析により有利であり、データ処理の困難さを軽減した。

上記は本考案の好ましい実施形態の例に過ぎず、本考案を限定することを意図するものではなく、本考案の精神および原理の範囲内で行われるいかなる修正、同等の置換、改良などは、いずれも本考案の保護範囲内に含まれる。

Claims

作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォームであって、
ブラケットを含み、前記ブラケットには、
植物栽培ボックスを輸送するための循環トラックと、
前記循環トラックに配置され、植物栽培ボックスを置くためのトレイと、
前記トレイを循環トラックに沿って移動させるように駆動するための伝送システムと、
前記循環トラックの下方に位置する栄養プールと、
及び前記循環トラックの上方に設置された画像収集装置と、が取り付けられる
ことを特徴とする作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記循環トラックは両端に接続された上部循環トラックと下部循環トラックを含み、
前記栄養プールは下部循環トラックの下方に位置し、画像収集装置は前記上部循環トラックの上方に位置する
請求項１に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記下部循環トラックの中部に前記栄養プールと一致する凹型部分を有し、前記上部循環トラックの中部は前記画像収集装置を取り付けるためのスペースを形成するために凹んでいる
請求項２に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記循環トラックの移動制御の速度は、表現型の画像収集フィードバックによって制御され、表現型の画像収集は作物キャノピーのサイズと点群データの収集頻度に基づいて画像収集頻度を調整し、さらにトラック全体の循環速度を制御する
請求項３に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記ブラケットにクリーンな植物キャノピーマイクロスプレーシステムが取り付けられ、作物表面に水分を与え、且つ作物表面の汚れをきれいにするために用いられる
請求項１に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記ブラケットに植物照明用のフィルライトが取り付けられる
請求項１に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。
前記伝送システムは前記循環トラックに沿って移動する伝送チェーンを含み、伝送チェーンは画像収集室に入る各トレイのＲＦＩＤ無線周波数トリガーデバイスを有し、画像収集室に入る前に各植物はいずれも画像収集制御コマンドを自動的にトリガーし、トリガー生成からコマンド実行までの時間差は、画像収集と全体的な循環トラック速度によって決定されて、且つ画像収集システムによって実行され、それにより各植物が画像収集装置の直下にあることを確認する
請求項１に記載の作物オンライン表現型ハイスループット検出用の三次元全自動プラットフォーム。