一种大粒种子定向播种装置

摘要

一种大粒种子定向播种装置，包括工作台、输送机构、苗盘、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、种箱、导向板、调向机构、矫正机构以及控制箱，工作台包括机架和工作台面；输送机构、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、调向机构、矫正机构均与控制箱内的控制系统连接；摄像检测机构与控制箱内的控制系统外接、内部装有图像处理软件的计算机。本装置传感器对工作过程进行精确检测反馈，输送速度通过步进电机调频实现，压穴气缸、矫正气缸往复运动和集气管连接吸针头运动采用双单向节流阀进行调速，实现播种后出芽点朝向一致定向播种。

权利要求

1.一种大粒种子定向播种装置，包括工作台、输送机构、苗盘、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、种箱、导向板、调向机构、矫正机构以及控制箱，其特征在于：所述工作台包括机架和工作台面；所述机架上按流水线的工作流程分别固定有压穴机构、摄像检测机构、调向机构、吸种机构、种箱、矫正机构；所述工作台面的下方设有控制箱；

所述输送机构、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、调向机构、矫正机构均与控制箱内的控制系统连接；所述摄像检测机构与控制箱内的控制系统外接、内部装有图像处理软件的计算机；

所述输送机构包括步进电机、皮带轮、输送带以及导向板；所述步进电机安装在工作台苗盘输出端侧面，所述输送带设置于工作台面上，所述步进电机与输送带之间通过皮带轮连接，所述导向板设置于输送带两侧，其宽度能调整；

所述压穴机构包括设置于气缸支架上的光电传感器和压穴气缸；所述压穴气缸内的活塞杆顶端安装一个带滑槽的压穴夯头基座，所述压穴夯头基座的滑槽里设有呈Ｖ型的夯头，所述夯头的数量和尺寸根据苗盘压穴的要求调整。

2.根据权利要求1所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述吸种机构包括固定支架、旋转手臂、伺服电机、真空发生器、集气管以及吸针头；所述伺服电机安置在固定支架上端，所述旋转手臂一端与电机主轴连接，另一端连接与真空发生器相连接的集气管，所述集气管连接吸种用的吸针头；所述吸针头依靠旋转手臂、在伺服电机的作用下，从种箱出种槽吸种、并旋转到调向机构进入导向板位置放种。

3.根据权利要求1所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述摄像检测机构包括安装在工作台机架上的光电传感器和摄像头。

4.根据权利要求1所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述调向机构包括进种导向板、调向板、步进电机和出种导向板；所述进种导向板和出种导向板组成外型似漏斗装置，所述调向板放置在该外型似漏斗装置内部颈部，与安装在外部的步进电机电机轴相连接；所述调向板在电机主轴带动下实现正反转。

5.根据权利要求4所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述调向板为凹形调向板，凹形空间的横向直径小于种子的长轴而大于种子的短轴、纵向的长边不小于种子的长轴。

6.根据权利要求1所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述矫正机构包括设置于气缸支架上的光电传感器和矫正气缸；所述矫正气缸内的活塞杆顶端安装一个带滑槽的倒V型夯头基座，所述倒V型夯头基座的滑槽里设置倒V型夯头，所述倒V型夯头的数量和尺寸根据压穴夯头调整。

7.根据权利要求1～6任一所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述控制箱内的控制系统为单片机；所述计算机通过串口和单片机进行通信。

8.根据权利要求7所述大粒种子定向播种装置，其特征在于：所述摄像头利用CMOS相机进行图像采集。

说明书

一种大粒种子定向播种装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种定向播种机，尤其涉及一种为自动嫁接机提供标准化苗的大粒种子定向播种装置，属于精密农业机械技术领域。

背景技术

[0002] 由于嫁接可以克服作物的连作障碍，提高作物产量，近年来，嫁接技术在设施栽培中得到广泛的应用，有着广阔的技术应用前景。为了提高蔬菜嫁接的效率，同时减轻工人的劳动强度，国内外针对嫁接的自动化不断进行着研究。虽然嫁接过程已经实现了自动化，但是有些嫁接方法，例如贴接法，嫁接时嫁接机对幼苗子叶方向具有一定的方向要求，目前大多嫁接机仍采用人工供苗的方式，效率非常低。生产标准化苗实现自动嫁接机的自动供苗成为目前设施农业中的一种迫切需求。

[0003] 研究工厂化育苗机械，国外开始研究的时间要比国内早，精量播种机研究技术已经很成熟，但是大多针对的小粒种子，针对大粒种子研究还不成熟。日本在大粒种子播种方面的研究最为成熟，可实现种子长轴方向偏差不大于30º的播种，但不能保证出芽点所在方向的朝向。国内起步较晚，技术还不成熟，尤其针对大粒种子的播种设备的研究起步于近两年，仅仅利用机械式进行播种，同样存在出芽点朝向不能保持一致的情况。近年来，一些科研单位也进行了精量播种的相关研究, 但是国内对于南瓜等大粒种子精量播种方面的研究较少，还不够重视。而对于嫁接所使用的瓜科砧木，使用的都是大粒种子。因而，针对大粒种子播种设备的研制进行播种是有必要的。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种大粒种子定向播种装置，具体说就是针对像南瓜、玉米、大豆等长度在5~15cm种子进行播种，它解决大粒种子播种后出芽点朝向不一致的问题，为自动嫁接机在嫁接过程中幼苗子叶按特定方向进行供给提供条件。

[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

[0006] 一种大粒种子定向播种装置，包括工作台、输送机构、苗盘、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、种箱、导向板、调向机构、矫正机构以及控制箱，

[0007] 其特殊之处在于：所述工作台包括机架和工作台面；所述机架上按流水线的工作流程分别固定有压穴机构、摄像检测机构、调向机构、吸种机构、种箱、矫正机构；所述工作台面的下方设有控制箱；

[0008] 所述输送机构、压穴机构、摄像检测机构、吸种机构、调向机构、矫正机构均与控制箱内的控制系统连接；所述摄像检测机构与控制箱内的控制系统外接、内部装有图像处理软件的计算机。

[0009] 上述输送机构包括步进电机、皮带轮、输送带以及导向板；所述步进电机安装在工作台苗盘输出端侧面，所述输送带设置于工作台面上，所述步进电机与输送带之间通过皮带轮连接，所述导向板设置于输送带两侧，其宽度能调整。

[0010] 上述压穴机构包括设置于气缸支架上的光电传感器和压穴气缸；所述压穴气缸内的活塞杆顶端安装一个带滑槽的压穴夯头基座，所述压穴夯头基座的滑槽里设有呈Ｖ型的夯头，所述夯头的数量和尺寸根据苗盘压穴的要求调整。

[0011] 上述吸种机构包括固定支架、旋转手臂、伺服电机、真空发生器、集气管以及吸针头；所述伺服电机安置在固定支架上端，所述旋转手臂一端与电机主轴连接，另一端连接与真空发生器相连接的集气管，所述集气管连接吸种用的吸针头；所述吸针头依靠旋转手臂、在伺服电机的作用下，从种箱出种槽吸种、并旋转到调向机构进入导向板位置放种。

[0012] 上述摄像检测机构包括安装在工作台机架上的光电传感器和摄像头。

[0013] 上述调向机构包括进种导向板、调向板、步进电机和出种导向板；所述进种导向板和出种导向板组成外型似漏斗装置，所述调向板放置在该外型似漏斗装置内部颈部，与安装在外部的步进电机电机轴相连接；所述调向板在电机主轴带动下实现正反转。

[0014] 上述调向板为凹形调向板，凹形空间的横向直径小于种子的长轴而大于种子的短轴、纵向的长边不小于种子的长轴。

[0015] 上述矫正机构包括设置于气缸支架上的光电传感器和矫正气缸；所述矫正气缸内的活塞杆顶端安装一个带滑槽的倒V型夯头基座，所述倒V型夯头基座的滑槽里设置倒V型夯头，所述倒V型夯头的数量和尺寸根据压穴夯头调整。

[0016] 上述控制箱内的控制系统为单片机；所述计算机通过串口和单片机进行通信。

[0017] 上述摄像头利用CMOS相机进行图像采集。

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] 本装置采用单片机进行整体控制，利用CMOS相机进行图像采集，计算机图像处理技术判别种子方向。传感器对工作过程进行精确检测反馈，输送速度通过步进电机调频实现，压穴气缸、矫正气缸往复运动和集气管连接吸针头运动采用双单向节流阀进行调速，实现播种后出芽点朝向一致定向播种。该大粒种子定向播种装有利于标准化幼苗的生产及管理，为嫁接机自动供苗提供前提条件，提高育苗和嫁接的生产效率。

附图说明

[0020] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0021] 图2为本发明的压穴结构结构示意图；

[0022] 图3为本发明的调向结构结构示意图；

[0023] 图4为本发明的播种结构示意图；

[0024] 图5为本发明的矫正机构结构示意图。

[0025] 附图标号说明：1—压穴机构、2—摄像检测机构、3—调向机构、4—吸种机构、5—种箱、6—矫正机构、7—导向板、8—输送带、9—皮带轮、10—步进电机、11—控制箱、12—苗盘、13—V型夯头、15—光电传感器、16—夯头气缸、17—气缸支架、18—调向板、19—步进电机、20—进种导向板、21—出种导向板、23—摄像头、24—集气管、25—旋转手臂、26—伺服电机、27—吸针头、29—固定支架、30—倒V型夯头、31—倒V型夯头基座、32—光电传感器、33—矫正气缸、34—气缸支架。

具体实施方式

[0026] 参见图1，一种大粒种子定向播种装置，由压穴机构1、摄像检测机构2、调向机构3、吸种机构4、种箱5、矫正机构6、导向板7、控制箱11、苗盘12等组成，其特征是：在工作台的机架上按流水线的工作流程分别固定有压穴机构1、摄像检测机构2、调向机构3、吸种机构4、种箱5、矫正机构6。在工作台面下安装有控制箱11。输送机构由步进电机10、皮带轮9、输送带8组成，步进电机10安装在工作台苗盘12输出端侧面，通过皮带轮9带动安装在工作台面上输送带8传动，在输送带8两侧有两块宽度可以调整的导向板7，使苗盘12在导向板7限制的宽度内沿工作台面移动，进入各工作流程。

[0027] 参见图2，压穴机构1中，气缸支架17上有光电传感器15和夯头气缸16，光电传感器15对传送带8输送到压穴位置1的苗盘12各个种穴位置进行检测，并将信息传递给控制箱11内的控制系统从而做出反馈，夯头气缸16活塞杆顶端安装一个带滑槽的打穴夯头基座14，V型夯头13安装在基座14的滑槽里，V型夯头13的数量和尺寸可以根据苗盘12压穴的要求调整，压穴的深度可以通过气缸支架上的行程控制器进行调整。

[0028] 摄像检测机构2由安装在工作台机架上的光电传感器22和摄像头23组成。光电传感器22的作用同压穴机构中的光电传感器15作用相似，对传送带8输送到播种位置的苗盘12各个种穴位置进行检测，并将信息传递给控制箱内11的控制系统从而做出反馈，摄像头23对调向机构3中调向板18上的种子位置和方向进行图像采集，指导调向机构3的动作。

[0029] 参见图3，调向机构3由进种导向板20、调向板18、步进电机19和出种导向板21组成，进种导向板20和出种导向板21组成外型似漏斗装置，调向板18放置在其内部颈部，与安装在外部的步进电机19电机轴相连接，在电机主轴带动下实现正反转，定位摄像装置2中的摄像头23通过调向机构3的上部开口射向调向板21。

[0030] 参见图4，吸种机构4由集气管24、旋转手臂25、伺服电机26、吸针头27、固定支架29组成，伺服电机26安置在固定支架29上端，旋转手臂25一端与伺服电机26主轴连接，另一端连接与真空发生器相连接的集气管24，并通过集气管24连接吸种用的吸针头27，吸针头27依靠旋转手臂25可在伺服电机26的作用下，实现从种箱5出种槽吸种旋转到调向机构3进种导向板20位置放种。

[0031] 参见图5，矫正机构6中，气缸支架34上有光电传感器32和矫正气缸33，光电传感器32对传送带8输送到矫正机构6的苗盘12各个种穴位置进行检测，并将信息传递给控制箱11内的控制系统从而做出反馈，矫正气缸16活塞杆顶端安装一个带滑槽的倒V型夯头基座31，倒V型夯头30安装在倒V型夯头31的滑槽里，倒V型夯头30的数量和尺寸可以根据压穴的V型夯头13调整。

[0032] 需要播种的苗盘12通过工作台上的输送机构，在宽度可以根据苗盘12尺寸调节的导向板7引导下，沿工作台移动进入各个工作流程，当压穴机构1气缸支架17上的光电传感器15检测到苗盘12的空穴移动到V型夯头13正下方时，向控制箱11内的控制系统发送信号，控制系统接收到信息后做出反应，首先对步进电机10发出指令使其停止转动，从而输送机构停止工作，然后发出脉冲信号控制气缸气动电磁阀，使夯头气缸16运动，实现对苗盘12中的每个穴的压穴操作，用以引导大粒种子进一步导向。苗盘12压穴的要求可以通过调整安装在基座14的滑槽里V型夯头13的数量和尺寸以及气缸支架17上的行程控制器来满足。压完穴的苗盘12向前移动，当摄像检测机构2中的光电传感器22检测到苗盘12的空穴时，向控制箱11内的控制系统发送信号，控制系统接收到信息后做出反应，首先对输送机构的步进电机10发出指令使其停止转动，从而输送机构停止工作，然后发出脉冲信号控制真空发送器电子阀动作，抽真空，延时，吸针头27从种箱5出种槽28上吸取种子，每个吸针头27通过真空吸取一个种子，然后控制系统对安置在固定机架29上的伺服电机26发送脉冲，带动旋转手臂25转动到调向机构3的进种导向板20位置，真空发生器中连接喷射口的电磁阀接通，真空集气管充气，种子被喷射而出，通过进种导向板20滑落到调向板18上。由于调向板18所在的空间的作用，使种子长轴只能按调向板18长边平行方向放置。摄像头23对滑落到调向板18上的种子进行图像采集，利用计算机的图像处理技术对摄像头23采集的种子的图像进行灰度处理，在对灰度图进行二值化处理，得到种子二值图像，而后利用二值图像进行面积的比较，从而得到种子出芽点所在位置。计算机将获得的获得的种子方向信息通过串口通信将方向信息传到控制系统，控制系统根据种子方向信息对步进电机19进行控制，实现调向板18正反转，进而可以使种子竖直进入出种导向槽21，经过出种导向槽21的导向作用，可以使种子缓慢的经由出种口落入苗盘12，完成大粒种子排种后出芽点方向一致定向排种过程。播完种的苗盘向前移动，当矫正机构6气缸支架34上的光电传感器32检测到苗盘12的空穴移动到倒V型夯头30正下方时，向控制箱
11内的控制系统发送信号，控制系统接收到信息后做出反应，首先对步进电机10发出指令使其停止转动，从而输送机构停止工作，然后发出脉冲信号控制气缸气动电磁阀，使矫正气缸33向下运动，其顶端倒V型夯头30就会插入已播完种的苗盘土壤中，因苗盘土壤被压的穴开口尺寸小于倒V型夯头30开口尺寸，随着倒V型夯头30插入土壤深度增加，苗盘土壤在倒V型夯头30力的作用下向空穴堆积，对种子产生挤压，种子在空穴两次土壤挤压的作用下移动到正确位置，实现播完种的苗盘里种子出芽点方向基本一致。

[0033] 本装置采用单片机进行整体控制，利用CMOS相机23进行图像采集，计算机图像处理技术判别种子方向。通过串口使计算机和单片机进行通信，从而将图像处理的信息和调向机构的控制结合起来。传感器对工作过程进行精确检测反馈，输送速度通过步进电机10调频实现，压穴气缸16、矫正气缸33往复运动和集气管24连接吸针头27运动采用双单向节流阀进行调速，实现播种后出芽点方向一致定向播种。该大粒种子定向播种装置有利于标准化幼苗的生产及管理，为嫁接机自动供苗提供前提条件，提高育苗和嫁接的生产效率。