專利名稱：基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蔬果嫁接機(jī)，具體是一種待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置。
背景技術(shù)：
嫁接機(jī)器人技術(shù)是近年在國(guó)際上出現(xiàn)的一種集機(jī)械、自動(dòng)控制與設(shè)施園藝技術(shù)于一體的高新技術(shù)。嫁接機(jī)器人可在極短時(shí)間內(nèi)將砧木和穗木的切口嫁接為一體，不僅避免了切口長(zhǎng)時(shí)間的氧化和苗內(nèi)液體的流失，極大地提高了嫁接成活率；同時(shí)還能有效提升生產(chǎn)效率，對(duì)于促進(jìn)蔬菜瓜果的規(guī)模化生產(chǎn)有重要的意義。目前國(guó)際上嫁接機(jī)械化研究已發(fā)展到一定階段，逐漸由半自動(dòng)化嫁接向全自動(dòng)化方向發(fā)展。然而蔬果作物的幼苗通常采用貼接法進(jìn)行嫁接，穴盤(pán)中幼苗的苗徑大小不一而且幼苗的子葉生長(zhǎng)方向也各不相同，極大地妨礙了嫁接機(jī)器人的高速運(yùn)行，限制了全自動(dòng)化嫁接效率的提升。因此，如何解決因幼苗個(gè)體生長(zhǎng)差異而引起的砧木接穗胚徑尺寸不匹配的問(wèn)題，并且如何實(shí)現(xiàn)穴盤(pán)幼苗子葉方向的調(diào)整，是蔬果作物進(jìn)行高速自動(dòng)嫁接的關(guān)鍵，也是國(guó)際研究的先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提供一種新型的基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，該裝置應(yīng)能按苗徑大小對(duì)幼苗進(jìn)行排序，并能自動(dòng)調(diào)整幼苗的子葉方向，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高和成本較低的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，包括機(jī)架、用于抓取穴盤(pán)幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于:該排序裝置還包括設(shè)置在機(jī)架底部并用于運(yùn)送穴盤(pán)的傳送單元 、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動(dòng)夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅(qū)使夾爪單元豎直移動(dòng)和繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的定位單元以及設(shè)置在機(jī)架中對(duì)穴盤(pán)幼苗進(jìn)行拍照的攝像單元；所述傳送單元包括由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)平行設(shè)置并用于運(yùn)送穴盤(pán)的主傳送帶和副傳送帶；所述攝像單元包括一設(shè)置在主傳送帶上方并用于豎直向下拍攝幼苗的頂端攝像頭以及一設(shè)置在主傳送帶運(yùn)行方向末端并用于水平拍攝幼苗的前置攝像頭；所述平移單元包括一水平設(shè)置在傳送單元上方且長(zhǎng)度方向垂直于傳送單元運(yùn)行方向的導(dǎo)向架、安裝在導(dǎo)向架中的同步帶、可在導(dǎo)向架的導(dǎo)軌上滑動(dòng)的滑塊、安裝在滑塊頂端的水平電機(jī)以及由水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)并與同步帶嚙合配合的帶輪；所述定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架、設(shè)置在安裝架中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、可繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地定位在安裝架底端并由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)架以及固定在旋轉(zhuǎn)架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸。所述夾爪單元包括一薄型氣缸、固定在薄型氣缸上的連接板、垂直固定在連接板上的安裝板、一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在安裝板上的夾持臂、固定在薄型氣缸的活塞桿頂端的推桿、兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在夾持臂動(dòng)力臂和推桿上的連桿；所述薄型氣缸通過(guò)固定板連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；薄型氣缸的活塞桿垂直穿越連接板中心位置的通孔后與推桿連接；所述夾持臂的夾持端為L(zhǎng)形。所述控制單元包括用于分析處理攝像單元信號(hào)并分別控制攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元和夾爪單元工作的計(jì)算機(jī)。所述機(jī)架由鋁合金制成。本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明通過(guò)攝像單元來(lái)獲取幼苗的苗徑大小和子葉方向等信息，并通過(guò)夾爪單元、平移單元以及伸縮旋轉(zhuǎn)單元的互相配合來(lái)重新排列幼苗順序和調(diào)整子葉方向；因此，本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高而且使用效果明顯，能夠?yàn)橛酌绾罄m(xù)的高速嫁接做好必要的準(zhǔn)備。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中滑塊、水平電機(jī)、定位單元和夾爪單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中平移單元和安裝架的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)架的立體主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明中雙桿氣缸和夾爪單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是穴盤(pán)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是幼苗排序如后的對(duì)比不意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。本發(fā)明主要包括以下部件:機(jī)架1、主傳送帶2、副傳送帶3、前置攝像頭4、頂端攝像頭5、滑塊6、安裝架7、旋轉(zhuǎn)電機(jī)8、旋轉(zhuǎn)架10、帶輪11、水平電機(jī)12、雙桿氣缸13、固定板14、薄型氣缸15、推桿16、夾持臂17、連桿18、安裝板19、同步帶20、導(dǎo)向架21、導(dǎo)軌21_1、連接板22。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下:如圖1所示，基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，主要包括機(jī)架I (一般為鋁合金制成的框架結(jié)構(gòu))、設(shè)置在機(jī)架底部并用于運(yùn)送穴盤(pán)的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動(dòng)夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于豎直移動(dòng)和水平轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)軸線豎直布置)夾爪單元的定位單元、安裝在定位單元上并用于從穴盤(pán)中抓取幼苗的夾爪單元、設(shè)置在機(jī)架中并對(duì)幼苗進(jìn)行拍照的攝像單元以及分別控制上述各單元配合工作的控制單元。傳送單元主要包括一對(duì)設(shè)置在機(jī)架底部并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主傳送帶2和副傳送帶3(主傳送帶和副傳送帶互相平行地布置在同一水平面內(nèi)并且運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反);如圖1所示，主傳送帶用于運(yùn)送栽滿幼苗的原始穴盤(pán)2-1，副傳送帶用于運(yùn)送待栽幼苗的目標(biāo)穴盤(pán)3-1 (幼苗經(jīng)過(guò)排序和調(diào)整方向后將從原始穴盤(pán)中移植到目標(biāo)穴盤(pán)中)；如圖6所示，每個(gè)穴盤(pán)上布置有若干個(gè)用于栽培幼苗的穴口 2-2，一般為5列*10排共計(jì)50個(gè)穴口。
攝像單元包括一固定在機(jī)架頂部的頂端攝像頭5以及一固定在機(jī)架上并設(shè)置在主傳送帶運(yùn)行方向末端的前置攝像頭4 ;該頂端攝像頭位于主傳送帶上方并豎直方向下拍攝原始穴盤(pán)的幼苗，用于獲取幼苗子葉的詳細(xì)圖像；該前置攝像頭從水平方向上拍攝原始穴盤(pán)的幼苗，用于獲取幼苗苗徑的詳細(xì)圖像，該角度只能拍攝到原始穴盤(pán)上第一排幼苗的圖像。平移單元包括一水平設(shè)置在傳送單元上方且長(zhǎng)度方向垂直于傳送單元運(yùn)行方向的導(dǎo)向架21 (導(dǎo)向架固定在機(jī)架的頂部并且導(dǎo)向架的軸線垂直于主傳送帶和副傳送帶的運(yùn)行方向)、固定在導(dǎo)向架中的同步帶20 (同步帶的長(zhǎng)度方向和導(dǎo)向架的軸線平行)、固定在導(dǎo)向架下端的導(dǎo)軌21-1(導(dǎo)軌布置方向和導(dǎo)向架的軸線平行)、可在導(dǎo)軌上往復(fù)滑動(dòng)的滑塊6、安裝在滑塊頂端的水平電機(jī)12以及由水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)并與同步帶嚙合配合的帶輪11 ;水平電機(jī)輸出軸與帶輪連接(通常采用螺釘固定連接)，因而水平電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)帶輪在同步帶上移動(dòng)并帶動(dòng)滑塊沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)。定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架7、安裝在安裝架中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)8、通過(guò)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位在安裝架底端并由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)架10以及固定在旋轉(zhuǎn)架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸13 ;旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸與旋轉(zhuǎn)架連接(通常采用螺釘固定連接)，因而旋轉(zhuǎn)電機(jī)可帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)架繞著豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。夾爪單元主要包括一薄型氣缸15、固定在薄型氣缸上的連接板22 (該連接板的中心制有通孔，薄型氣缸的活塞桿15-1垂直穿越該通孔后與推桿16連接)、垂直固定在連接板上的安裝板19、一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在安裝板上的夾持臂17、固定在薄型氣缸活塞桿頂端的推桿16、兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在夾持臂動(dòng)力臂以及推桿上的連桿18 ;該夾持臂主要用于定位幼苗，夾持臂的夾持端17-1為L(zhǎng)形；薄型氣缸進(jìn)行伸縮時(shí)可帶動(dòng)夾持臂夾持或釋放幼苗。薄型氣缸通過(guò)固定板14連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；夾爪單兀夾持住幼苗后，通過(guò)定位單元中雙桿氣缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)幼苗的升降，并通過(guò)定位單元中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)子葉方向的調(diào)整，同時(shí)還通過(guò)平移單元中水平電機(jī)的平移來(lái)實(shí)現(xiàn)幼苗的橫向移動(dòng)。

控制單元包括一分別連接攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元以及夾爪單元的計(jì)算機(jī)(圖中省略該計(jì)算機(jī))；該計(jì)算機(jī)通過(guò)接受攝像單元的圖像信號(hào)來(lái)獲取當(dāng)前工位上幼苗的情況并進(jìn)行分析處理，并逐步發(fā)出指令以控制上述各單元協(xié)同工作來(lái)對(duì)幼苗進(jìn)行排序和方向調(diào)整。本發(fā)明的工作原理如下:首先將生長(zhǎng)有幼苗的原始穴盤(pán)放置在主傳送帶上運(yùn)行方向的起始端(該起始端同時(shí)也位于副傳送帶運(yùn)行方向的末端一側(cè))，并將目標(biāo)穴盤(pán)放置在副傳送帶上運(yùn)行方向的起始端(該起始端同時(shí)也位于主送帶運(yùn)行方向的末端一側(cè))；原始穴盤(pán)上幼苗的苗徑大小不一并且子葉方向雜亂無(wú)序，有待進(jìn)行后續(xù)排序和調(diào)整。然后啟動(dòng)本發(fā)明，傳送單元在控制單元的控制下開(kāi)始運(yùn)行；主傳送帶和副傳送帶分別運(yùn)載著原始穴盤(pán)和目標(biāo)穴盤(pán)相向運(yùn)行，當(dāng)原始穴盤(pán)的第一排幼苗移動(dòng)至導(dǎo)向架正下方時(shí)，目標(biāo)穴盤(pán)的第一排穴口也將移動(dòng)至導(dǎo)向架正下方，此時(shí)傳送單元停止運(yùn)行，原始穴盤(pán)的第一排幼苗與目標(biāo)穴盤(pán)的第一排穴口位于同一豎直平面內(nèi)。此時(shí)，控制單元將控制攝像單元中的前置攝像頭和頂端攝像頭從不同角度拍攝幼苗圖像，并將圖像信號(hào)傳回控制單元；控制單元對(duì)圖信號(hào)進(jìn)行處理后，獲取了原始穴盤(pán)中幼苗的苗徑大小和子葉方向等信息，并分析出相應(yīng)的排序順序以及調(diào)整角度。之后，控制單元將控制平移單元、定位單元以及夾爪單元進(jìn)行幼苗的排序和子葉方向調(diào)整:第一步，平移單元先將定位單元和夾爪單元移動(dòng)至原始穴盤(pán)中具有最大苗徑的幼苗上方；第二步，定位單元和夾爪單元將該幼苗從原始穴盤(pán)中提起(幼苗的土壤基質(zhì)也被連帶提起)；第三步，平移單元將該幼苗平移至目標(biāo)穴盤(pán)中相應(yīng)穴口的上方(定位單元同時(shí)將子葉方向調(diào)整到相應(yīng)的角度)；第四步，定位單元和夾爪單元將幼苗放入目標(biāo)穴盤(pán)中 ’第五步，重復(fù)上述步驟并按照苗徑從大到小的次序依次將第一排幼苗從原始穴盤(pán)中移植到目標(biāo)穴盤(pán)中。如圖7所示，圖的左側(cè)為未經(jīng)過(guò)排序調(diào)整的幼苗排列情況，圖的右側(cè)為經(jīng)過(guò)排序調(diào)整后的幼苗排列情況；移植到目標(biāo)穴盤(pán)中的第一排幼苗將按照苗徑從大到小的次序排列，并且幼苗的子葉方向都被調(diào)整至同一角度；苗徑最小的幼苗將被放入目標(biāo)穴盤(pán)中距離原始穴盤(pán)最近的穴口中，苗徑最大的幼苗將被放入目標(biāo)穴盤(pán)中距離原始穴盤(pán)最遠(yuǎn)的穴口中；當(dāng)完成原始穴盤(pán)中第一排幼苗的移植后，本發(fā)明將按照相同方式依次對(duì)后排的幼苗進(jìn)行排序和子葉方向調(diào)整。本發(fā)明主要適用于蔬果類幼苗的 排序調(diào)整，可以為下一步使用嫁接機(jī)進(jìn)行整排嫁接做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1.基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，包括機(jī)架(I)、用于抓取穴盤(pán)幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于:該排序裝置還包括設(shè)置在機(jī)架底部并用于運(yùn)送穴盤(pán)的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動(dòng)夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅(qū)使夾爪單元豎直移動(dòng)和繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的定位單元以及設(shè)置在機(jī)架中對(duì)穴盤(pán)幼苗進(jìn)行拍照的攝像單元； 所述傳送單元包括由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)平行設(shè)置并用于運(yùn)送穴盤(pán)的主傳送帶(2)和副傳送帶(3)； 所述攝像單元包括一設(shè)置在主傳送帶上方并用于豎直向下拍攝幼苗的頂端攝像頭(5)以及一設(shè)置在主傳送帶運(yùn)行方向末端并用于水平拍攝幼苗的前置攝像頭(4)； 所述平移單元包括一水平設(shè)置在傳送單元上方且長(zhǎng)度方向垂直于傳送單元運(yùn)行方向的導(dǎo)向架(21)、安裝在導(dǎo)向架中的同步帶(20)、可在導(dǎo)向架的導(dǎo)軌(21-1)上滑動(dòng)的滑塊(6)、安裝在滑塊頂端的水平電機(jī)(12)以及由水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)并與同步帶嚙合配合的帶輪(11)； 所述定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架(7)、設(shè)置在安裝架中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(8)、可繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地定位在安裝架底端并由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)架(10)以及固定在旋轉(zhuǎn)架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，其特征在于:所述夾爪單元包括一薄 型氣缸(15)、固定在薄型氣缸上的連接板(22)、垂直固定在連接板上的安裝板(19)、一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在安裝板上的夾持臂(17)、固定在薄型氣缸的活塞桿(15-1)頂端的推桿(16)、兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)地鉸接在夾持臂動(dòng)力臂和推桿上的連桿(18);所述薄型氣缸通過(guò)固定板(14)連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；薄型氣缸的活塞桿垂直穿越連接板中心位置的通孔后與推桿連接；所述夾持臂的夾持端(17-1)為L(zhǎng)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，其特征在于:所述控制單元包括用于分析處理攝像單元信號(hào)并分別控制攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元和夾爪單元工作的計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，其特征在于:所述機(jī)架由鋁合金制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置。目的是提供的裝置應(yīng)能按苗徑大小對(duì)幼苗進(jìn)行排序，并能自動(dòng)調(diào)整幼苗的子葉方向，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高和成本較低的特點(diǎn)。技術(shù)方案是基于視覺(jué)的待嫁接苗的子葉可調(diào)式排序裝置，包括機(jī)架、用于抓取穴盤(pán)幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于該排序裝置還包括設(shè)置在機(jī)架底部并用于運(yùn)送穴盤(pán)的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動(dòng)夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅(qū)使夾爪單元豎直移動(dòng)和繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的定位單元以及設(shè)置在機(jī)架中對(duì)穴盤(pán)幼苗進(jìn)行拍照的攝像單元。
文檔編號(hào)A01G1/06GK103202179SQ20131008111
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者武傳宇, 楊蒙愛(ài), 王哲祿, 陳少鐘, 陳晨 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)