专利名称：基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蔬果嫁接机，具体是一种待嫁接苗的子叶可调式排序装置。
背景技术：
嫁接机器人技术是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与设施园艺技术于一体的高新技术。嫁接机器人可在极短时间内将砧木和穗木的切口嫁接为一体，不仅避免了切口长时间的氧化和苗内液体的流失，极大地提高了嫁接成活率；同时还能有效提升生产效率，对于促进蔬菜瓜果的规模化生产有重要的意义。目前国际上嫁接机械化研究已发展到一定阶段，逐渐由半自动化嫁接向全自动化方向发展。然而蔬果作物的幼苗通常采用贴接法进行嫁接，穴盘中幼苗的苗径大小不一而且幼苗的子叶生长方向也各不相同，极大地妨碍了嫁接机器人的高速运行，限制了全自动化嫁接效率的提升。因此，如何解决因幼苗个体生长差异而引起的砧木接穗胚径尺寸不匹配的问题，并且如何实现穴盘幼苗子叶方向的调整，是蔬果作物进行高速自动嫁接的关键，也是国际研究的先进技术领域。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种新型的基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，该装置应能按苗径大小对幼苗进行排序，并能自动调整幼苗的子叶方向，同时还具有结构简单、生产效率高和成本较低的特点。本发明的技术方案是:基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，包括机架、用于抓取穴盘幼苗的夹爪单元以及控制单元，其特征在于:该排序装置还包括设置在机架底部并用于运送穴盘的传送单元 、横跨在传送单元上方并用于水平移动夹爪单元的平移单元、安装在平移单元上并用于驱使夹爪单元竖直移动和绕竖直轴线转动的定位单元以及设置在机架中对穴盘幼苗进行拍照的摄像单元；所述传送单元包括由电机驱动的一对平行设置并用于运送穴盘的主传送带和副传送带；所述摄像单元包括一设置在主传送带上方并用于竖直向下拍摄幼苗的顶端摄像头以及一设置在主传送带运行方向末端并用于水平拍摄幼苗的前置摄像头；所述平移单元包括一水平设置在传送单元上方且长度方向垂直于传送单元运行方向的导向架、安装在导向架中的同步带、可在导向架的导轨上滑动的滑块、安装在滑块顶端的水平电机以及由水平电机驱动并与同步带啮合配合的带轮；所述定位单元包括固定在滑块底端的安装架、设置在安装架中的旋转电机、可绕竖直轴线转动地定位在安装架底端并由旋转电机驱动的旋转架以及固定在旋转架上并可竖直向下伸缩的双杆气缸。所述夹爪单元包括一薄型气缸、固定在薄型气缸上的连接板、垂直固定在连接板上的安装板、一对可转动地铰接在安装板上的夹持臂、固定在薄型气缸的活塞杆顶端的推杆、两端分别可转动地铰接在夹持臂动力臂和推杆上的连杆；所述薄型气缸通过固定板连接在双杆气缸的活塞杆顶端；薄型气缸的活塞杆垂直穿越连接板中心位置的通孔后与推杆连接；所述夹持臂的夹持端为L形。所述控制单元包括用于分析处理摄像单元信号并分别控制摄像单元、传送单元、平移单元、定位单元和夹爪单元工作的计算机。所述机架由铝合金制成。本发明的有益效果是:
本发明通过摄像单元来获取幼苗的苗径大小和子叶方向等信息，并通过夹爪单元、平移单元以及伸缩旋转单元的互相配合来重新排列幼苗顺序和调整子叶方向；因此，本发明不仅结构简单、生产效率高而且使用效果明显，能够为幼苗后续的高速嫁接做好必要的准备。
图1是本发明的立体结构示意图。图2是本发明中滑块、水平电机、定位单元和夹爪单元的立体结构示意图。图3是本发明中平移单元和安装架的立体结构示意图。图4是本发明中旋转架的立体主视结构示意图。图5是本发明中双杆气缸和夹爪单元的立体结构示意图。图6是穴盘的立体结构示意图。图7是幼苗排序如后的对比不意图。
具体实施例方式以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。本发明主要包括以下部件:机架1、主传送带2、副传送带3、前置摄像头4、顶端摄像头5、滑块6、安装架7、旋转电机8、旋转架10、带轮11、水平电机12、双杆气缸13、固定板14、薄型气缸15、推杆16、夹持臂17、连杆18、安装板19、同步带20、导向架21、导轨21_1、连接板22。本发明的结构如下:如图1所示，基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，主要包括机架I (一般为铝合金制成的框架结构)、设置在机架底部并用于运送穴盘的传送单元、横跨在传送单元上方并用于水平移动夹爪单元的平移单元、安装在平移单元上并用于竖直移动和水平转动(转动轴线竖直布置)夹爪单元的定位单元、安装在定位单元上并用于从穴盘中抓取幼苗的夹爪单元、设置在机架中并对幼苗进行拍照的摄像单元以及分别控制上述各单元配合工作的控制单元。传送单元主要包括一对设置在机架底部并由电机驱动的主传送带2和副传送带3(主传送带和副传送带互相平行地布置在同一水平面内并且运转方向相反);如图1所示，主传送带用于运送栽满幼苗的原始穴盘2-1，副传送带用于运送待栽幼苗的目标穴盘3-1 (幼苗经过排序和调整方向后将从原始穴盘中移植到目标穴盘中)；如图6所示，每个穴盘上布置有若干个用于栽培幼苗的穴口 2-2，一般为5列*10排共计50个穴口。
摄像单元包括一固定在机架顶部的顶端摄像头5以及一固定在机架上并设置在主传送带运行方向末端的前置摄像头4 ;该顶端摄像头位于主传送带上方并竖直方向下拍摄原始穴盘的幼苗，用于获取幼苗子叶的详细图像；该前置摄像头从水平方向上拍摄原始穴盘的幼苗，用于获取幼苗苗径的详细图像，该角度只能拍摄到原始穴盘上第一排幼苗的图像。平移单元包括一水平设置在传送单元上方且长度方向垂直于传送单元运行方向的导向架21 (导向架固定在机架的顶部并且导向架的轴线垂直于主传送带和副传送带的运行方向)、固定在导向架中的同步带20 (同步带的长度方向和导向架的轴线平行)、固定在导向架下端的导轨21-1(导轨布置方向和导向架的轴线平行)、可在导轨上往复滑动的滑块6、安装在滑块顶端的水平电机12以及由水平电机驱动并与同步带啮合配合的带轮11 ;水平电机输出轴与带轮连接(通常采用螺钉固定连接)，因而水平电机可以驱动带轮在同步带上移动并带动滑块沿着导轨滑动。定位单元包括固定在滑块底端的安装架7、安装在安装架中的旋转电机8、通过轴承可转动地定位在安装架底端并由旋转电机驱动的旋转架10以及固定在旋转架上并可竖直向下伸缩的双杆气缸13 ;旋转电机输出轴与旋转架连接(通常采用螺钉固定连接)，因而旋转电机可带动旋转架绕着竖直轴线转动。夹爪单元主要包括一薄型气缸15、固定在薄型气缸上的连接板22 (该连接板的中心制有通孔，薄型气缸的活塞杆15-1垂直穿越该通孔后与推杆16连接)、垂直固定在连接板上的安装板19、一对可转动地铰接在安装板上的夹持臂17、固定在薄型气缸活塞杆顶端的推杆16、两端分别可转动地铰接在夹持臂动力臂以及推杆上的连杆18 ;该夹持臂主要用于定位幼苗，夹持臂的夹持端17-1为L形；薄型气缸进行伸缩时可带动夹持臂夹持或释放幼苗。薄型气缸通过固定板14连接在双杆气缸的活塞杆顶端；夹爪单兀夹持住幼苗后，通过定位单元中双杆气缸的伸缩来实现幼苗的升降，并通过定位单元中旋转电机的转动来实现子叶方向的调整，同时还通过平移单元中水平电机的平移来实现幼苗的横向移动。
控制单元包括一分别连接摄像单元、传送单元、平移单元、定位单元以及夹爪单元的计算机(图中省略该计算机)；该计算机通过接受摄像单元的图像信号来获取当前工位上幼苗的情况并进行分析处理，并逐步发出指令以控制上述各单元协同工作来对幼苗进行排序和方向调整。本发明的工作原理如下:首先将生长有幼苗的原始穴盘放置在主传送带上运行方向的起始端(该起始端同时也位于副传送带运行方向的末端一侧)，并将目标穴盘放置在副传送带上运行方向的起始端(该起始端同时也位于主送带运行方向的末端一侧)；原始穴盘上幼苗的苗径大小不一并且子叶方向杂乱无序，有待进行后续排序和调整。然后启动本发明，传送单元在控制单元的控制下开始运行；主传送带和副传送带分别运载着原始穴盘和目标穴盘相向运行，当原始穴盘的第一排幼苗移动至导向架正下方时，目标穴盘的第一排穴口也将移动至导向架正下方，此时传送单元停止运行，原始穴盘的第一排幼苗与目标穴盘的第一排穴口位于同一竖直平面内。此时，控制单元将控制摄像单元中的前置摄像头和顶端摄像头从不同角度拍摄幼苗图像，并将图像信号传回控制单元；控制单元对图信号进行处理后，获取了原始穴盘中幼苗的苗径大小和子叶方向等信息，并分析出相应的排序顺序以及调整角度。之后，控制单元将控制平移单元、定位单元以及夹爪单元进行幼苗的排序和子叶方向调整:第一步，平移单元先将定位单元和夹爪单元移动至原始穴盘中具有最大苗径的幼苗上方；第二步，定位单元和夹爪单元将该幼苗从原始穴盘中提起(幼苗的土壤基质也被连带提起)；第三步，平移单元将该幼苗平移至目标穴盘中相应穴口的上方(定位单元同时将子叶方向调整到相应的角度)；第四步，定位单元和夹爪单元将幼苗放入目标穴盘中 ’第五步，重复上述步骤并按照苗径从大到小的次序依次将第一排幼苗从原始穴盘中移植到目标穴盘中。如图7所示，图的左侧为未经过排序调整的幼苗排列情况，图的右侧为经过排序调整后的幼苗排列情况；移植到目标穴盘中的第一排幼苗将按照苗径从大到小的次序排列，并且幼苗的子叶方向都被调整至同一角度；苗径最小的幼苗将被放入目标穴盘中距离原始穴盘最近的穴口中，苗径最大的幼苗将被放入目标穴盘中距离原始穴盘最远的穴口中；当完成原始穴盘中第一排幼苗的移植后，本发明将按照相同方式依次对后排的幼苗进行排序和子叶方向调整。本发明主要适用于蔬果类幼苗的 排序调整，可以为下一步使用嫁接机进行整排嫁接做好准备。
权利要求
1.基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，包括机架(I)、用于抓取穴盘幼苗的夹爪单元以及控制单元，其特征在于:该排序装置还包括设置在机架底部并用于运送穴盘的传送单元、横跨在传送单元上方并用于水平移动夹爪单元的平移单元、安装在平移单元上并用于驱使夹爪单元竖直移动和绕竖直轴线转动的定位单元以及设置在机架中对穴盘幼苗进行拍照的摄像单元； 所述传送单元包括由电机驱动的一对平行设置并用于运送穴盘的主传送带(2)和副传送带(3)； 所述摄像单元包括一设置在主传送带上方并用于竖直向下拍摄幼苗的顶端摄像头(5)以及一设置在主传送带运行方向末端并用于水平拍摄幼苗的前置摄像头(4)； 所述平移单元包括一水平设置在传送单元上方且长度方向垂直于传送单元运行方向的导向架(21)、安装在导向架中的同步带(20)、可在导向架的导轨(21-1)上滑动的滑块(6)、安装在滑块顶端的水平电机(12)以及由水平电机驱动并与同步带啮合配合的带轮(11)； 所述定位单元包括固定在滑块底端的安装架(7)、设置在安装架中的旋转电机(8)、可绕竖直轴线转动地定位在安装架底端并由旋转电机驱动的旋转架(10)以及固定在旋转架上并可竖直向下伸缩的双杆气缸(13)。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，其特征在于:所述夹爪单元包括一薄 型气缸(15)、固定在薄型气缸上的连接板(22)、垂直固定在连接板上的安装板(19)、一对可转动地铰接在安装板上的夹持臂(17)、固定在薄型气缸的活塞杆(15-1)顶端的推杆(16)、两端分别可转动地铰接在夹持臂动力臂和推杆上的连杆(18);所述薄型气缸通过固定板(14)连接在双杆气缸的活塞杆顶端；薄型气缸的活塞杆垂直穿越连接板中心位置的通孔后与推杆连接；所述夹持臂的夹持端(17-1)为L形。
3.根据权利要求2所述的基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，其特征在于:所述控制单元包括用于分析处理摄像单元信号并分别控制摄像单元、传送单元、平移单元、定位单元和夹爪单元工作的计算机。
4.根据权利要求3所述的基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，其特征在于:所述机架由铝合金制成。
全文摘要
本发明涉及基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置。目的是提供的装置应能按苗径大小对幼苗进行排序，并能自动调整幼苗的子叶方向，同时还具有结构简单、生产效率高和成本较低的特点。技术方案是基于视觉的待嫁接苗的子叶可调式排序装置，包括机架、用于抓取穴盘幼苗的夹爪单元以及控制单元，其特征在于该排序装置还包括设置在机架底部并用于运送穴盘的传送单元、横跨在传送单元上方并用于水平移动夹爪单元的平移单元、安装在平移单元上并用于驱使夹爪单元竖直移动和绕竖直轴线转动的定位单元以及设置在机架中对穴盘幼苗进行拍照的摄像单元。
文档编号A01G1/06GK103202179SQ20131008111
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者武传宇, 杨蒙爱, 王哲禄, 陈少钟, 陈晨 申请人:浙江理工大学