人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备的制作方法

1.本实用新型涉及农业信息技术领域，公开了一套人工气候培养室内高通量自动化种子发芽表型数据采集装置。


背景技术：

2.传统的植物性状测定主要通过田间取样实现，费时费力且容易出现较大的人为误差。近年来，随着植物表型组学的蓬勃发展，研究人员不断探究并采用多种技术手段来获得植物的表型数据。目前主要的手段有，在田间通过无人机等装置搭载各种光学镜头收集植物冠层光谱数据；在温室内，植物通过履带传送至指定地点进行图像收集；在室内，将植物放入特定的植物表型成像设备中进行图像收集。种子活力衡量种子内在发芽、生长及生产的潜力，是种子品质的重要指标，与农业生产息息相关，高活力的种子在适宜条件下萌发快而整齐，具有较高的生活力。现有的表型收集设备难以满足在环境可控条件下对种子萌发期进行高通量的图像收集。在此背景下，我们自主搭建了一套人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备。其具有环境可控性高、图像收集速度快通量高、设备稳定性好、性价比高的优点，适合大规模采集植物种子萌发表型，为种子活力鉴定及相关研究提供基础。


技术实现要素：

3.本实用新型要的目的是提供一种结构简单、操作便捷的可以在人工气候培养室内高通量自动化种子发芽表型数据采集装置，以实时获取植物种子萌发期间的表型信息。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一套人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备，包括：
6.种子摆放架、置放于种子摆放架上的自动开盖式种子萌发盒、“工”型双履带第一水平传动组件、“工”型第一垂直传动组件、第二水平传动组件和拍摄装备；其中，所述“工”型双履带第一水平传动组件包括分别固定在地面和天花板的2条平行的水平轨道、第一电机，所述“工”型第一垂直传动组件包括一竖直轨道、滑动模块和第二电机；所述第二水平传动组件包括固定杆、相对固定杆运动的运动杆和第三电机；所述“工”型第一垂直传动组件的两端分别与2条平行的水平轨道活动连接，第一电机用于驱动“工”型第一垂直传动组件沿水平轨道水平往返移动；所述竖直轨道上设有滑轨，滑动模块与滑轨活动连接，第二电机用于驱动滑块沿竖直轨道竖直往返移动；所述固定杆的一端与滑动模块固定连接，第三电机用于驱动运动杆相对固定杆往返移动；拍摄装备通过拍摄装备卡槽固定于运动杆的末端。
7.进一步地，还包括用于远程控制和实时监测人工气候室环境参数的温湿度控制设备。
8.进一步地，所述温湿度控制设备包括空调、加湿器和温湿度传感器。
9.进一步地，还包括固定于运动杆末端的可控光源，用于对拍摄装备补光。
10.进一步地，所述的第二水平传动组件还包括电源，为相机和可控光源提供周期性电源。
11.进一步地，所述水平轨道、竖直轨道上还设有传动限位块。
12.进一步地，所述自动开盖式种子萌发盒包括：盒体，滤纸，置种板和盒盖。
13.进一步地，所述固定在地面和天花板的2条平行的水平轨道上设有滑轨，”工”字型第一垂直传动组件的两端分别与滑轨活动连接。
14.本实用新型提供的人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备，将植物种子放置在自动开盖式种子萌发盒中，将种子萌发盒置于种子摆放架指定位置上，种子萌发盒中加入适量水进行发芽试验。其中，自动开盖式种子萌发盒保持不动，相机自动运行到对应位置。通过拍摄装备的周期性拍照，获得作物种子长时间的萌发期表型信息。
附图说明
15.图1:人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备的内部结构示意图
16.图2:种子摆放架示意图
17.图3:“工”字型双履带第一水平传动组件的结构示意图
18.图4:“工”字型第一垂直传动组件盒第二水平传动组件的结构示意图
19.图5:人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备的外部结构示意图
20.附图标记：1：种子摆放架；2：自动开盖式种子萌发盒；2-1：盒盖；2-2：盒体；2-3：液压滑动伸缩杆；3：“工”字型双履带第一水平传动组件；3-1：轨道；3-2：传动限位块；3-3：拖链；3-4：第一电机；4：“工”字型第一垂直传动组件；4-1：滑动轨道；4-2：滑动模块；4-3：第二电机；4-4：传动限位块；5：第二水平传动组件；5-1：固定杆：5-2：运动杆；5-3：滑轨；5-4：第三电机；5-5：拍摄装备卡槽；6：拍摄装备；7：可控光源；8：温湿度控制设备；8-1：温湿度传感器；8-2：操作面板；9：总控；其中，加圈标注为自动开盖式种子萌发盒盒体编号。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。
22.需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
23.以下，通过具体的实施例并结合图1-5进一步详细说明本实用新型的技术方案。
24.本实用新型的一些实施案例中提供了一套人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备。如图1所示，包括种子摆放架1，种子摆放架上配置有多个自动开盖式种子萌发盒2，本实施例中，种子摆放架1共三层，每层摆放9个自动开盖式种子萌发盒2，共27个；自动开盖式种子萌发盒2结构如图2所示，包括pvc材质的盒盖2-1，亚克力材质、用于摆放种子的长方形盒体2-2，盒体内一般还设置有吸水布，滤纸，置种板，是种子萌发的场所；液压滑动伸缩杆2-3控制种子萌发盒盖2-1开合，一般情况下，所述盒盖2-1在非图像收集时间处于闭合状态，维持种子萌发湿度。图像收集时种子萌发盒盖2-1自动打开，并在每层图像收集结束后自动闭合。“工”型双履带第一水平传动组件3结构如图3所示，包括2条平行的水平轨道3-1分别固定在地面和天花板上，控制工”字型双履带第一水平传动组件运动的第一电机3-4，“工”型第一垂直传动组件4，包括竖直轨道4-1，滑动模块4-2，控制滑动模块4-2运动的第二电机4-3，第二水平传动组件5包括固定杆5-1，运动杆5-2，滑轨5-3，控制运动杆5-2运动的第三电机5-4；其中，所述“工”型第一垂直传动组件3的两端分别与2条平行的水平轨道3-1活动连接，第一电机3-4用于驱动“工”型第一垂直传动组件4沿水平轨道3-1水平(第一方向)往返移动；所述竖直轨道4-1上设有滑轨，滑动模块4-2与滑轨活动连接，第二电机4-3用于驱动滑动模块4-2沿竖直轨道4-1竖直(第二方向)往返移动；所述固定杆5-1的一端与滑动模块4-2固定连接，第三电机5-4用于驱动运动杆5-2相对固定杆5-1(第三方向)往返移动；拍摄装备6通过拍摄装备卡槽5-5悬挂于运动杆5-2末端，拍摄时位于自动开盖式萌发盒2上方，垂直于地面拍摄；其中，第一方向与种子摆放架1的水平面平行，第二方向与种子摆放架1的竖直面平行，第三方向与种子摆放架1的竖直面垂直，通过“工”型双履带第一水平传动组件3、“工”型第一垂直传动组件4和第二水平传动组件5联合，可使拍摄装备6在种子摆放架1之间可控移动和拍摄自动开盖式种子萌发盒2内状态，完成自动化收集种子萌发表型。
25.作为一优选的实施方案，还包括固定于运动杆5-2末端的可控光源7：一般地，可控光源7被设置为环行灯管，如环形led冷光源，拍摄装备6位于中央，在图像拍摄时起补光作用，拍摄周期内补光灯通电，拍摄周期结束后补光灯断电。
26.作为一优选的实施方案，所述的第二水平传动组件还包括电源，为拍摄装备6和可控光源7提供周期性电源。所述的拍摄装备6，可设置为高分辨率rgb、多光谱、双目工业相机，由自动化控制系统控制，图像收集间隔时长最低为8分钟，拍摄装备仅在拍摄期间供电。
27.作为一优选的实施方案，所述水平轨道3-1、竖直轨道4-1上还设有传动限位块；如图中所示，具体为传动限位块3-2和传动限位块4-4。进一步地，“工”型双履带第一水平传动组件3还包括对“工”型双履带第一水平传动组件3所内置的电缆等起到牵引和保护的作用的拖链3-3。
28.作为一优选的实施方案，所述的温湿度控制设备包括：
29.空调：包括一组商用中央空调，温控范围在16℃-30℃之间，温差范围
±
0.5℃，接入温湿度控制系统。
30.加湿器：配置在空调出风口，湿度范围在40％-90％，湿度范围
±
1％。
31.温湿度传感器8-1；多个温湿度传感器8-1配置在种子摆放架多处，用于监测温室内环境变化，接入温湿度控制系统。
32.作为一优选的实施方案，还包括设备总控9，被设置为控制自动开盖式种子萌发盒2、工”字型双履带第一水平传动组件3、”工”字型第一垂直传动组件运动4、第二水平传动组件5、拍摄设备6、可控光源7的定时开启。
33.本实用新型设备具体工作过程如下：
34.首先，打开温湿度控制设备8，在操作面板8-2设定指定的温度和湿度，待人工气候室内温度和湿度稳定后进行后续操作。
35.之后，在自动开盖式种子萌发盒2中摆放好种子，并在盒内放入种子编号，如二维码。
36.之后，向每个盒体2-2添加相同量的水。在实现本实用新型的过程中发现，可以考虑根据拍摄顺序在自动开盖式种子萌发盒2中加水，减少拍摄时差引起的图像收集时间误差。
37.之后，打开设备总控9，启动设备。将所有的自动开盖式种子萌发盒2的盒盖2-1盖上。然后设备进入自动采集模式，采集时间间隔最小可以设置为8分钟。
38.之后，总控9对拍摄装备6和可控光源7供电。
39.之后，总控9控制工”字型双履带第一水平传动组件3和“工”字型第一垂直传动组件移动到初始位置：第一个自动开盖式种子萌发盒2后方，总控9控制液压滑动伸缩杆2-3将最下面一层自动开盖式种子萌发盒2的盒盖打开，第二水平传动组件运动杆5-2沿第三方向向前运动至自动开盖式种子萌发盒2上方进行第一张图像收集。
40.之后，总控9控制“工”字型双履带第一水平传动组件3沿第一运动方向向左移动至第二个自动开盖式种子萌发盒2上方进行图像收集，依次操作，直至该层所有自动开盖式种子萌发盒2完成图像采集，完成后总控9控制液压滑动伸缩杆2-3将该层自动开盖式种子萌发盒2的盒盖关闭。其中，当碰到种子摆放架1的支架时，总控9先控制第二水平传动组件运动杆5-2沿第三方向向后运动至初始位置，控制“工”字型双履带第一水平传动组件3沿第一运动方向向左移动至下一个自动开盖式种子萌发盒2后方，第二水平传动组件运动杆5-2沿第三方向向前运动至对应自动开盖式种子萌发盒2上方进行图像收集。
41.之后，总控9控制”工”字型第一垂直传动组件4沿第二运动方向向上移动至上一层，即第十个自动开盖式种子萌发盒2后方。控制“工”字型双履带第一水平传动组件3运动杆沿第一方向向右运动至完成第十八个自动开盖式种子萌发盒2图像收集。
42.之后，总控9控制“工”字型第一垂直传动组件4沿第二运动方向向上移动至上一层，即第十九个自动开盖式种子萌发盒2后方。控制“工”字型双履带第一水平传动组件3运动杆沿第一方向向左运动至完成第二十七个自动开盖式种子萌发盒2图像收集。依次操作，完成全部自动开盖式种子萌发盒2的图像采集，获得一组照片收集。
43.之后，总控9控制第二水平传动组件3运动杆5-2沿第三方向向后运动收缩，总控9对拍摄装备6和可控光源7断电。
44.之后，等待总控9启动第二次拍摄，直至完成指定次数拍摄。
45.在本实施例中，该人工气候培养室内高通量自动化收集种子萌发表型的设备的工作过程包括，设置好自动开盖式种子萌发盒2，打开总控9，“工”字型双履带第一水平传动组件3、第二水平传动组件5、“工”字型第一垂直传动组件4按设定运动指定位置，拍摄设备6依次收集图像，“工”字型双履带第一水平传动组件3、第二水平传动组件5、“工”字型第一垂直
传动组件4回归到初始位置，完成一组照片收集。
46.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
47.本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。