分拣装置及种子自动切片采样设备的制作方法

本发明涉及一种分拣装置及具有该分拣装置的种子自动切片采样设备。

背景技术：

在植物开发和改良中，通过选择性育种或遗传操纵对植物进行遗传改良。其中，种子经非破坏性或破坏性检验。为此，首先要把用于检验的种子分拣为单粒，然后才能对每粒种子进行处理。希望对种子的分拣能够快速地、有效地进行。

中国发明专利申请CN103118527A披露了一种种子采样系统，该系统具有自动化种子加载组件、自动化种子采样组件、自动化种子传送组件。其中，通过种子箱内的两个分离轮的孔口捕捉并以真空吸力保持单独种子，然后种子由于真空吸力的减小或刮器的作用而离开孔口经由转向器的传送室、多支管中的一个导管分配到种子加载组件的多个提升单元中的一个。

中国发明专利CN203426069U、CN204448619U披露了传统的分拣方式，即，经振动盘处理后的种子一粒一粒成列排列。中国发明专利申请CN104890905A中披露的与将种子分拣为单粒的动作相关的技术方案包括振动电机、激震架、和数粒通道。振动电机的振动带动激震架振动，从而带动数粒通道振动，以使种子能够顺着数粒通道运动并最终成单粒为排向前运动。

上述种子分拣装置不能满足对分拣功能在快速和准确性方面的要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种分拣装置，该分拣装置能够实现对种子的快速准确分拣，并使种子在后续工序中能够被一粒一粒地处理。

这一技术问题通过一种根据本发明的分拣装置得以实现。该分拣装置包括：储料斗，该储料斗用于储存一定量的种子，其底部由一个固定盘组成，所述固定盘倾斜地布置且上部边缘区域具有一个开口，所述开口位置高于所述储料斗中储存的种子高度；落料导管，所述落料导管的一端与所述固定盘的所述开口相连通，另一端直接或间接地通到升降平台上方；分选转盘，所述分选转盘布置在所述储料斗的底部并贴靠在所述固定盘上侧，所述分选转盘的边缘区域沿周长均匀分布有若干缺口，所述缺口的尺寸设计为每个缺口仅能容纳一粒种子，所述分选转盘被设计为能够相对于所述储料斗步进地转动，使得总是有一个所述缺口会旋转到与所述固定盘的开口相互对齐连通的位置。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，所述分选转盘在每个所述缺口的两侧具有朝向所述缺口倾斜的斜面突起部，使得储料斗中的种子能够被导向所述缺口。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，所述分拣装置包括多个升降平台，为每个所述升降平台对应配设有一根通到所述升降平台上方的出料导管，在所述落料导管与所述出料导管之间布置有气动换向阀，所述落料导管根据所述气动换向阀的动作与所述出料导管之一相连通。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，所述分拣装置还包括气流作用装置，所述气流作用装置被设计用于在所述固定盘的所述开口与所述分选转盘的所述缺口相互连通时向所述缺口内的种子提供一个气流作用，使所述种子在该气流作用下穿过所述固定盘的开口而落入所述落料导管中。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，所述分拣装置还包括检测装置，所述检测装置被设计用于持续检测和记录种子通过所述落料导管上端的时刻，在所述固定盘的所述开口与所述分选转盘的所述缺口相互连通后一个预定时间内如果未检测到有种子通过所述落料导管上端，则所述气流作用装置向所述缺口内的种子提供一个气流作用。在本实施例中，所述检测装置 是一种光学检测装置。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，所述气流作用装置是配设在所述固定盘的所述开口上方的吹气装置。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，该分拣装置还包括视觉识别装置，所述视觉识别装置优选包括CCD相机，用于以视觉识别的方式检测升降平台上的种子是否适于切割。

根据本发明的分拣装置的一种优选实施形式，该分拣装置还包括废料剔除机构，该废料剔除机构用于在所述视觉识别装置判断该粒种子不适于切割时将该粒种子拨落到废料收集容器内。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种种子自动切片采样设备。该种子自动切片采样设备包括：被设计用于将储料斗中的种子单粒地运送到升降平台上的上述分拣装置；移动拾取装置，所述移动拾取装置被设计用于从所述升降平台拾取种子并将其移动到切片采样工位；夹持机构，所述夹持机构由第一夹持件和可相对于所述第一夹持件运动的第二夹持件组成，所述夹持机构被设计用于与所述切片采样工位的承载种子的承载面相配合地夹紧所拾取的种子，且所述第一夹持件和第二夹持件能够一体地运动；采样切割装置，所述采样切割装置对由所述夹持机构夹持在所述切片采样工位的种子进行切割；样本收集装置，所述样本收集装置包括样本收集导管和布置在所述样本收集导管下方的样本收集容器，所述样本收集导管被设计为适于运动到所切割的种子的下方以便使所述样本切片经过所述样本收集导管落入到所述样本收集容器中，其中，所述样本收集导管总是运动到所述切片采样工位下方的相同位置，而所述样本收集容器则被设计为适于在水平面内沿相互垂直的XY方向移动，以便使所述样本收集容器的不同存储部位对准所述样本收集导管；种子收集装置，所述种子收集装置包括种子收集导管和布置在所述种子收集导管下方的种子收集容器，所述种子收集导管的入口布置于所述切片采样工位的所述承载面内且位置被选择为，使切割后的种子能够在由所述夹持机构夹持回退的过程中落入所述种子收集导管，从而落入所述种 子收集容器中，其中，所述种子收集容器总是运动到所述切片采样工位下方的相同位置，而所述种子收集导管的出口则被设计为适于在水平面内沿相互垂直的XY方向移动，从而使所述种子收集容器的不同存储部位能够被依次装填。

根据本发明的种子自动切片采样设备的一种优选实施形式，种子自动切片采样设备还包括用于识别种子的三维形状的视觉识别系统，所述移动拾取装置根据由所述视觉识别系统识别出的种子三维形状确定所述种子在所述承载面上的安放位置，使得所述种子被所述旋转切割件切割下来的体积保持恒定。样本体积的恒定有助于提高检测的精度。

根据本发明的种子自动切片采样设备的一种优选实施形式，夹持机构被设计为适于携带种子横向移动但却无法为种子提供向上的支承力。例如，第一夹持件和第二夹持件两者中的至少一个具有向下凹斜的夹持面。这样的夹持面能够提供侧向夹持力，但却不能阻止种子在失去承载面的支承力时下落。在此，将第一夹持件的夹持面设计为两个拼接在一起的三角形斜面，如图6、图7所示，但是本领域技术人员显然也可以考虑其它形状的支承面，例如圆弧形的，或者是由更多三角形斜面拼接而成的支承面。

由于样本切片的质量和体积较小，因而希望其下落时通过的样品收集导管保持不动，否则容易卡在导管里造成系统失效。而切割后的种子质量较大，收集它的种子收集容器也因而较大，所以希望种子收集容器保持不动。因此，上面这种要求样品收集容器和种子收集导管运动的设计就具有特别有益的技术效果。

附图说明

图1是根据本发明的分拣装置的侧面剖视图；

图2是根据本发明的分拣装置的立体图；

图3是根据本发明的采样切割装置下部的局部侧视图，示出了落料导管通过气动换向阀与两个出料导管相连的布置；

图4是根据本发明的种子自动切片采样设备的俯视图；

图5是根据本发明的种子自动切片采样设备的夹持机构的立体图；

图6是图5所示夹持机构中的第一夹持机构的立体图；

图7是图6所示第一夹持机构从另一个方向观察的立体图；

图8是根据本发明的采样切割装置的立体图；

图9是根据本发明的采样切割装置的侧视图；

图10是根据本发明的种子自动切片采样设备的样本收集装置的正视图；

图11是根据本发明的种子自动切片采样设备的样本收集装置的立体图；

图12是根据本发明的种子自动切片采样设备的种子收集装置的正视图；

图13是根据本发明的种子自动切片采样设备的种子收集装置的立体图；

图14是根据本发明的种子自动切片采样设备的侧视图；

图15是根据本发明的种子自动切片采样设备的正视图；

图16是根据本发明的种子自动切片采样设备的立体图；

图17是根据本发明的种子自动切片采样设备的移动拾取装置的侧视图，其中示出了一粒种子被移动拾取装置的吸头从一个升降平台上拾起，而另一粒种子位于另一个升降平台上；

图18以局部立体图的形式示出了落料导管、气动换向阀和升降平台之间的空间位置关系；

图19是冲切装置的立体图，同时也示出了承载面上的种子收集导管入口。

具体实施方式

图1是根据本发明的分拣装置7的局部简化立体视图。为清楚起见，图中仅示意地示出了必要的部件。一定量的种子5被储存在储料斗23，在重力作用下集中在储料斗23的由固定盘24组成的底部。固定盘24倾斜地布置且上部边缘区域具有一个开口25，所述开口25位置高于所述储料斗23中储存的种子高度且在下侧与落料导管26相连通。分选转盘27布置在所述储料斗23的底部并贴靠在所述固定盘24上侧，其边缘区域沿周长均匀分布有若干缺口28，所述缺口的尺寸设计为每个缺口28仅能容纳一粒种子5。分选转盘27被设计为能够相对于所述储料斗23步进地转动，使得总是有一个所述缺口28会旋转到与所述固定盘24的开口25相互对齐连通的位置。种子5在重力作用下不断向所述分选转盘27的各个缺口28移动，并随着分选转盘27的步进旋转运动而被输送到与固定盘24的所述开口25连通的位置。如图 所示，分选转盘27在边缘区域的每个缺口28的两侧具有朝向该缺口28倾斜的斜面突起部29，这些斜面突起部起到引导储料斗23中的种子5向所述缺口28运动的作用。

如图2所示，固定盘24的边缘区域仅有一个开口25，并且中心具有通孔。未示出的所述步进电机的驱动轴穿过所述通孔驱动分选转盘27。

落料导管26的一端与固定盘24的开口25相连通，在所述步进电机驱动的旋转运动过程中分选转盘27总是有一个缺口28旋转到与固定盘24的开口25相互对齐的位置，从而使分选转盘27的这个缺口28与落料导管26相连通而直接或间接地通到升降平台8上方，如图1所示。

根据本发明的一种实施形式，落料导管26可以直接地通到升降平台8上方。而在另外的实施形式中，也可以在设有多个升降平台8的情况下通过气动换向阀31的选择由多根出料导管30之一通到多个升降平台8之一上方。在后者的情况下，为每个升降平台8对应配设一根出料导管30。提供多个升降平台8可以实现并行工作，有效地提高生产效率。如图3所示，种子5根据气动换向阀31的动作经由该气动换向阀31进入第一出料导管或第二出料导管，而每个出料导管30都分别对应于一个升降平台8，从而使两个升降平台8实现交替工作。

在种子落到升降平台8后，升降平台8升起，以便于四轴机器人用吸头拾取种子。

为了避免多粒种子5卡在落料导管26的上端或者固定盘的开口25或分选转盘27的缺口28处，还提供了气流作用装置32，所述气流作用装置被设计用于在所述固定盘24的所述开口25与所述分选转盘27的所述缺口28相互连通时向所述缺口28内的种子5提供一个气流作用，使所述种子5在该气流作用下穿过所述固定盘24的开口25而落入所述落料导管26中。这种气流作用装置32可以是配设在所述固定盘24的所述开口25的上方的吹气装置，也可以是能够向落料导管26内提供负压的装置。种子5在气流作用 装置32的吹送或抽吸作用下进入落料导管26并最终落到升降平台8上。

为配合气流作用装置32的功能，使之达到更好的技术效果，分拣装置7还包括持续检测和记录种子5通过所述落料导管26的上端的时刻的检测装置33，在所述固定盘24的所述开口25与所述分选转盘27的所述缺口28相互连通后一个预定时间内如果未检测到有种子5通过所述落料导管26的上端，则气流作用装置32(在此实施例中是吹气装置)就向所述缺口28内的种子5提供一个气流作用，从而使种子5能够进入落料导管26。

由于分选转盘27和固定盘24倾斜地布置，因而适当地布置固定盘24的开口25，使其位置高于所述储料斗23中储存的种子高度。这样，就尽可能地保证在通过气流作用装置32经由吹送或抽吸种子5时只有一粒种子5位于固定盘24的开口25或分选转盘27的相应缺口28内，就可以避免从储料斗23内吹送或抽吸到多粒种子5。

为识别种子5的形状和位置是否适于切割，该分拣装置7还包括视觉识别装置34，优选是CCD相机35，用于以视觉识别的方式检测升降平台8上的种子5是否适于切割。为良好地实现这种视觉识别，设有相适应的光源对升降平台8进行照明。

还提供了废料剔除机构36，在本实施例中是设置在升降平台8的抬升位置侧面的推板，其用于在所述视觉识别装置34判断该粒种子5不适于切割时横向运动扫过升降平台8的台面而将该粒种子5拨落到废料收集容器内。

图14至图16中示出了一种带有上述分拣装置7的种子自动切片采样设备，该设备包括分拣装置7、移动拾取装置9、采样切割装置14、样本收集装置15、种子收集装置18等主要部分，用于将储料斗23中的种子5单粒拾取，并在其形状和位置符合要求的情况下将其拾取和移动到切片采样工位10进行切割，切割后的样本切片和余下的种子分别由样本收集装置15和种子收集装置18一一对应地收集。

上述分拣装置7的储料斗23用于储存一定量的种子5，保证设备持续运转。上述分拣装置7确保每次只有一粒种子5被输送到一个升降平台8上。两个升降平台8根据气动换向阀的动作交替往复工作。图3则示出了气动换向阀31上端连接的落料导管26与下端连接的两根出料导管30。种子经落料导管26、气动换向阀31落下后，由轮流工作的两个升降平台8之一顶起到适于CCD相机进行视觉识别的高度，升降平台如图18所示地布置在气动换向阀31旁。

升降平台8上的种子5由CCD相机35进行视觉识别，根据典型样本的图像分析、利用智能视觉识别软件、以平台外形定位、识别种子的外形中心和偏转角度，从而快速确定种子5的位置和方向；如果发现该粒种子5不适于切割(比如：找不到种子粒的轴线，种子粒太小，长宽比太大，以及切割位置太薄等)，则由废料剔除机构36将该粒种子5推送到废料收集容器内。

如图4及图17所示，被识别为适于进行切割的种子5由移动拾取装置9(四轴机器人，例如Epson机器人)根据CCD相机35的反馈抓取并调整方向，然后将种子5搬运到切片采样工位10，其中，移动拾取装置的机械手抓取方式采用真空吸盘吸取的方式，吸头与机械手主轴中心同轴。采用负压监控的方式识别种子5是否在搬运过程中掉落，如掉落系统将报警。

在切片采样工位10，根据CCD相机40传递的数据调整种子5的方向和位置以及夹持机构11的位置，使夹持机构11将种子5夹紧固定。图5示出了种子5被夹持机构的第一夹持件12和第二夹持件13共同夹持在承载面1上的状态。图6和图7则详细示出了第一夹持件12的夹持面形状。种子5被夹持之后，由另一套CCD相机进行识别和判断，如果判定种子被切割位置伸出平台的尺寸达到要求，则使激光测距传感器运动到切割位置上方测量种子切割线位置上方的高度，从而控制旋转切割件的切割深度。

切割时如图8所示，布置在平台2上的种子5的一部分伸出平台。旋转切割件2沿承载面1的边沿从侧面旋转进入种子5，控制其进刀深度小于所测得的种子厚度到一个这样的程度，使得种子5在胚乳部分的下部被切出一 条缝隙，但种子的5上部仍保持完整，约有1-2毫米的连接，这样，样本就不至于掉落。

图9以侧视图示出了冲切装置3是如何自上而下冲切被夹持机构夹持在承载面上的种子5的。图2中示出了冲头4正切割在种子5上，而下方的样本收集导管16则对准种子下方以便收集所冲切下来的种子5。

如图5所示，夹持机构11由第一夹持件12和可相对于所述第一夹持件12运动的第二夹持件13组成。它与切片采样工位10的承载种子5的承载面1相配合地夹紧所拾取的种子5，且所述第一夹持件12和第二夹持件13能够一体地运动。

第一和第二夹持件12、13中的至少一个具有向下凹斜的夹持面22。这样的夹持面适于携带种子5横向移动但却无法为种子5提供向上的支承力。例如，图6和图7以立体图的形式示出了第一夹持件12由两个三角形夹持面组成的向下凹斜的夹持面22。这样的夹持面能够在第一和第二夹持件12、13相互靠近时夹紧种子，亦能够在种子失去承载面1的支承时使种子能够自由下落。

承载面1上如图19所示地提供了种子收集导管入口20，因而在第一夹持件12和第二夹持件13共同夹持种子回退而远离承载面边沿时，能够使种子失去承载面1的支承的情况发生，从而通过种子收集导管入口20收集落下的种子。

在切割过程中，同时利用负压吸尘收集切割过程产生的粉末。切割缝隙的深度根据种子激光测高的结果进行调整，通过步进电机和凸轮机构实现。

图10和图11示出了样本收集装置15。切割结束之后，样本收集导管16运动到种子5的下方，同时样本收集导管16的端口打开，然后冲切气缸向下运动，将已被部分切割的胚乳部分冲切下来，使之经过样本收集导管16，落入到专用样本收集容器17(样本九十六孔板)中。其中，样本收集导管 16的位置始终对准种子5的下方，而样本九十六孔板则可在水平面内相互垂直的XY方向上移动。

图12和图13单独示出了种子收集装置18。冲切完成之后，夹持机构11夹持切割后的种子5沿回退方向后退，使种子5在后退过程中落入种子收集导管19，从而落入专用种子收集容器21(种子九十六孔板)中。其中，种子九十六孔板运动到位后，由气动夹爪定位，固定不动。种子收集导管19置于XY运动平台之上，出口对着九十六孔板内的单元格依次装填。

以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导而做出更多的实施方式和应用，这些实施方式和应用都在本发明的精神和范围内。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

附图标记列表

1 承载面

2 旋转切割件

3 冲切装置

4 冲头

5 种子

7 分拣装置

8 升降平台

9 移动拾取装置

10 切片采样工位

11 夹持机构

12 第一夹持件

13 第二夹持件

14 采样切割装置

15 样本收集装置

16 样本收集导管

17 样本收集容器

18 种子收集装置

19 种子收集导管

20 种子收集导管入口

21 种子收集容器

22 夹持面

23 储料斗

24 固定盘

25 开口

26 落料导管

27 分选转盘

28 缺口

29 斜面突起部

30 出料导管

31 气动换向阀

32 气流作用装置

33 检测装置

34 视觉识别装置

35 CCD相机

36 废料剔除机构

38 控制柜

39 气泵

40 CCD相机。