一种马铃薯种薯仿人工自动切块机

1.本实用新型涉及农业机械设备技术领域，具体是指一种马铃薯种薯仿人工自动切块机。


背景技术：

2.马铃薯通过块茎无性繁殖，每个马铃薯都有许多芽眼，每一个芽眼种植后都会成为独立的单株。多株挤在一起，不仅影响马铃薯的产量和品质，还造成大量种子的浪费，增加生产成本。因此，每年播种前，都要将马铃薯种薯切块，培育切好的薯块，然后将培育好的薯块播种在地里。
3.传统手工切块效率低，人工成本高。目前市场上现有的马铃薯种薯自动切块机没有芽眼识别功能，在种薯切块过程中芽眼容易被切到，从而造成了马铃薯种薯的极大浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术的不足，提供一种马铃薯种薯仿人工自动切块机，能够自动识别马铃薯种薯芽眼的位置，防止种薯切块过程中芽眼被切到，大大提高了种薯的利用率。
5.本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种马铃薯种薯仿人工自动切块机，包括机架，所述机架上安装有透明的上支撑板、位于上支撑板上方的切刀，以及驱动切刀沿竖向移动的第一驱动装置和驱动切刀绕竖向轴线旋转的第二驱动装置，上支撑板的上方还设有朝下设置的上图像采集装置，上支撑板的下方设有与上图像采集装置相对的下图像采集装置；所述第一驱动装置、第二驱动装置、上图像采集装置和下图像采集装置均电性连接控制器。
6.本方案在使用时，将马铃薯种薯放置在上支撑板上，利用上图像采集装置和下图像采集装置识别马铃薯种薯正面和反面的芽眼，并将芽眼数据传至控制器，控制器根据接收到的芽眼数据控制第二驱动装置工作，使切刀轴转动一定角度，从而使切刀错开芽眼，然后控制第一驱动装置动作，带动切刀下移，完成切块动作。
7.作为优化，所述第一驱动装置包括与切刀固接的切刀轴，以及驱动切刀轴沿竖向移动的气缸。本优化方案采用气缸带动切刀上下移动，完成切块动作，动作迅速，提高了切块动作的灵活性，通过设置切刀轴，方便气缸向切刀传力。
8.作为优化，上图像采集装置位于切刀轴的下端面，上图像采集装置的下方设有切刀。本优化方案通过设置切刀，可多次切分种薯，将种薯切分为多块，同时保证了种薯的稳定，避免种薯在切块过程中滚动，实现仿人工切块；将上图像采集装置设置在切刀轴的下端面，方便控制器计算芽眼与切刀的位置关系。
9.作为优化，所述第二驱动装置包括与切刀轴同轴固接的从动带轮，以及与从动带轮通过同步带传动连接的同步带电机，切刀轴与气缸的活塞杆通过直线轴承转动连接。本方案通过同步带传动，实现切刀轴的转动，结构简单，通过设置直线轴承，使气缸的活塞杆
与切刀轴相对转动，避免气缸活塞杆随切刀轴转动，延长了气缸的使用寿命。
10.作为优化，机架上还固设有带座轴承，带座轴承的内孔穿设固定有导向套，切刀轴穿过导向套的内孔，且切刀轴与导向套沿周向相对固定、沿轴向相对滑动设置，导向套向下穿至从动带轮的内孔且与从动带轮固定连接。本优化方案通过设置带座轴承和导向套，提高了切刀轴的稳定性，防止切刀轴发生大幅度摆动，并且利用导向套实现对从动带轮的支撑，以及切刀轴与带座轴承、从动带轮的相对滑动，切刀轴与导向套之间通过键连接。
11.作为优化，所述机架包括底座、与底座沿横向滑接的上支架，以及驱动上支架沿横向移动的第三驱动装置，上支撑板固设在底座上，第一驱动装置和第二驱动装置均安装在上支架上，第三驱动装置与控制器电性连接。本优化方案的设置，使得切刀随上支架发生横向位移，从而使切块位置更加合理。
12.作为优化，上支撑板的上表面设有相互垂直的位置标记线。通过位置标记线可以确定马铃薯种薯的位置、芽眼位置、滚珠丝杠的位移长度以及同步带转动的角度，保证了切块的精确度。
13.本方案还提供一种马铃薯种薯仿人工切块方法，包括如下步骤：
14.1、通过送料机构将马铃薯种薯输送到上支撑板，且马铃薯种薯位于上图像采集装置和下图像采集装置的图像采集范围内；
15.2、通过上图像采集装置和下图像采集装置对马铃薯种薯进行图像采集，以获取马铃薯种薯正面和反面的芽眼分布状况，并将芽眼数据传控制器，控制器根据接收的芽眼数据控制步进电机驱动器工作，步进电机驱动器驱动滚珠丝杆电机和同步带电机工作，同步带电机带动切刀转动，滚珠丝杠电机驱动上支架移动，使切刀处于合适的角度和位置，以保证切分后的每块种薯块上都有一个或两个芽眼；
16.3、气缸活塞杆伸出，带动切刀向下运动，将马铃薯种薯切断，完成切块工作；
17.4、切块工作完成后，气缸活塞杆收回。
18.本实用新型的有益效果为：
19.1、能够识别芽眼的位置，避免切到芽眼，并使切分后的每块种薯块上都有一个或两个芽眼，提高了种薯的发芽率和利用率，从而增加马铃薯的产量；
20.2、采用嵌入式微控制器、滚珠丝杠、同步带和气缸来控制切刀轴的运动，实现了模仿人工切块，且可靠耐用寿命长；
21.3、采用气缸驱动切刀轴模仿人工进行切块工作，切削力大，易于切块。
附图说明
22.图1为本实用新型结构示意图；
23.图2为本实用新型的主视图；
24.图3为本实用新型的俯视图；
25.图4为本实用新型上支架的侧视图；
26.图5为带座轴承、导向套和从动带轮分解图；
27.图中所示：
28.1、上支架，2、气缸，3、活塞杆，4、直线轴承，5、带座轴承，6、从动带轮，7、同步带，8、切刀轴， 9、滚珠丝杠机构，10、滚珠丝杠电机，11、切刀，12、位置标记线，13、主动带轮，14、
同步带电机，15、步进电机驱动器，16、电磁阀，17、气泵，18、控制器，19、底座，20、上支撑板，21、下支撑板，22、上图像采集装置，23、下图像采集装置，24、支撑架，25、导向套。
具体实施方式
29.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
30.如图1所示一种马铃薯种薯仿人工自动切块机，包括机架，所述机架上安装有透明的上支撑板20、位于上支撑板上方的切刀11，以及驱动切刀沿竖向移动的第一驱动装置和驱动切刀绕竖向轴线旋转的第二驱动装置，上支撑板的上表面设有相互垂直的位置标记线12，通过位置标记线12可以确定马铃薯种薯的位置、芽眼位置、滚珠丝杆的位移长度以及同步带转动的角度，保证了切块的精确度。
31.上支撑板的上方还设有朝下设置的上图像采集装置22，上支撑板的下方设有与上图像采集装置22相对的下图像采集装置23，本实施例的上图像采集装置22和下图像采集装置23均为摄像头，且上图像采集装置位于切刀轴的下端面，上图像采集装置的下方设有切刀。
32.机架包括底座19、与底座沿横向滑接的上支架1，以及驱动上支架1沿横向移动的第三驱动装置，本实施例的第三驱动装置包括滚珠丝杠机构9，以及与滚珠丝杠机构传动连接的滚珠丝杠电机10，滚珠丝杠机构和滚珠丝杠电机均安装在底座上，上支架位于底座上方且与滚珠丝杠中的滑块固接，滚珠丝杠的可滑动长度与上支撑板的边长相等。上支撑板固设在底座上，第一驱动装置和第二驱动装置均安装在上支架上，在底座上固设有用于安装下图像采集装置的下支撑板21。采用滚珠丝杠来实现上支架的移动，滚珠丝杠定位精度高，适合精度要求高的工作场景，同时滚珠丝杠机械效率高，稳定性强，维修保养也较简单。
33.第一驱动装置包括与切刀固接的切刀轴8，以及驱动切刀轴沿竖向移动的气缸2，气缸的缸体上端与上支架固接，气缸的活塞杆3朝下竖直设置，底座上安装有气泵17，气泵与气缸之间的供气管路上安装有电磁阀16。选择气泵作为压缩空气的元件，气泵体积小巧，噪音低，功耗小，易于操作，维护简单。选择电磁阀作为气缸的控制元件，气缸与嵌入式微控制器连接十分方便，同时气缸结构简单，易于安装维护，安全性高，反应灵敏，价格较低，性价比高。作为优选方案，本实施例的气缸采用迷你气缸，通过迷你气缸控制切刀轴上下运动，迷你气缸体积小，耐腐蚀，耐高温，对安装人员要求低，切削力大，能较好地模仿人工完成马铃薯种薯切块工作。
34.第二驱动装置包括与切刀轴同轴固接的从动带轮6，以及与从动带轮通过同步带7传动连接的同步带电机14，底座上固设有用于安装同步带电机的支撑架24，支撑板与底座焊接，同步带电机的输出轴固装有主动带轮13，主动带轮与从动带轮通过同步带传动连接。切刀轴与气缸的活塞杆通过直线轴承4转动连接，在同步带电机带动切刀轴转动时，活塞杆不随切刀轴转动，以免使气缸受损，而且直线轴承尺寸小，精度高，能减少摩擦，更好的传递力。选择同步带实现切刀轴的旋转运动，同步带传动比固定，工作效率高，体积小，维护保养简单，传动误差小，适合精度要求高的工作场景。
35.机架上还固设有带座轴承5，带座轴承的内孔穿设固定有导向套25，导向套的外圆与轴承内孔过盈配合，切刀轴穿过导向套的内孔，且切刀轴与导向套沿周向相对固定、沿轴向相对滑动设置，具体的，切刀轴与导向套通过花键连接，导向套的内孔设有沿竖向延伸的
键槽，切刀轴上设有与键槽适配的键块，切刀轴与导向套沿竖向相对滑动，导向套通过花键带动切刀轴转动。导向套向下穿至从动带轮的内孔且与从动带轮固定连接，具体的，在从动带轮的一端同轴设置接套，接套的内径与从动带轮一致，接套的侧壁上穿设有顶至导向套的紧固螺栓，紧固螺栓与接套通过螺纹连接。为了进一步提高从动带轮的稳定性，在从动带轮的下方设有与上支架焊接固定的中空套，导向套的下端向下延伸出从动带轮且穿至中空套的内孔，导向套通过轴承与中空套连接。
36.底座上还安装有电性连接的控制器18和步进电机驱动器15，其中控制器18采用嵌入式微控制器，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、上图像采集装置和下图像采集装置均与控制器18电性连接。具体的，嵌入式微控制器输入端通过电线连接上图像采集装置22和下图像采集装置23，上图像采集装置22和下图像采集装置23采集到的信息作为输入信息传输到嵌入式微控制器，嵌入式微控制器输出端通过电线连接步进电机驱动器15和电磁阀；步进电机驱动器15与滚珠丝杠电机10相连，步进电机驱动器15与同步带电机相连。滚珠丝杠电机10选用的型号是57两相步进电机，同步带电机14选用的型号是86两相步进电机，步距角为1.8
°
，是两相步进电机，轴径为14mm，键槽为5mm，机身长度101mm，出轴长度33mm。电磁阀16选用的型号是4v210-08。选择步进电机作为滚珠丝杠和同步带轮的驱动元件，步进电机结构简单，价格较低，性价比高，对调试人员要求不高，误差不会积累，具有较高的灵敏度。当马铃薯种薯到达上支撑板中央，上摄像头和下摄像头会识别马铃薯正面和反面的芽眼，芽眼数据由摄像头传到嵌入式微控制器，嵌入式微控制器通过对图像信息的处理，计算出马铃薯种薯的位置、芽眼位置、滚珠丝杠的位移长度以及同步带转动的角度；计算完毕后将信息传送到步进电机驱动器和电磁阀，由步进电机驱动器控制滚珠丝杠电机和同步带电机，由电磁阀控制气缸，同步带电机带动主动带轮13转动合适的角度；滚珠丝杠在滚珠丝杠电机的驱动下，带动上支架移动到合适的位置，再由电磁阀16控制气缸驱动切刀和切刀轴模仿人工完成马铃薯种薯切块工作。
37.嵌入式微控制器、气泵17、电磁阀16、步进电机驱动器15、滚珠丝杠电机10、同步带电机14均通过供电机构提供电源，所述供电机构为蓄电池或外接电源。
38.使用本实施例切块机进行的一种马铃薯种薯仿人工切块方法，包括如下步骤：
39.1、通过送料机构将马铃薯种薯输送到上支撑板，且马铃薯种薯位于上图像采集装置和下图像采集装置的图像采集范围内；
40.2、通过上图像采集装置和下图像采集装置对马铃薯种薯进行图像采集，以获取马铃薯种薯正面和反面的芽眼分布状况，并将芽眼数据传控制器，控制器通过对图像信息的处理，计算出马铃薯种薯的位置、芽眼位置、滚珠丝杠的位移长度以及同步带转动的角度；计算完毕后将信息传送到步进电机驱动器和电磁阀，步进电机驱动器驱动滚珠丝杠电机和同步带电机工作，同步带电机带动切刀转动合适的角度，滚珠丝杠电机驱动上支架移动，使切刀处于合适的角度和位置，以保证切分后的每块种薯块上都有一个或两个芽眼；
41.3、气缸活塞杆伸出，带动切刀向下运动，将马铃薯种薯切断，完成切块工作，在切块之前，应该开启气泵三分钟，完成压缩空气的准备工作；
42.4、切块工作完成后，气缸活塞杆收回。
43.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术
方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。