專利名稱：基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蔬果嫁接機，具體是一種待嫁接苗的子葉可調式排序裝置。
背景技術：
嫁接機器人技術是近年在國際上出現的一種集機械、自動控制與設施園藝技術于一體的高新技術。嫁接機器人可在極短時間內將砧木和穗木的切口嫁接為一體，不僅避免了切口長時間的氧化和苗內液體的流失，極大地提高了嫁接成活率；同時還能有效提升生產效率，對于促進蔬菜瓜果的規模化生產有重要的意義。目前國際上嫁接機械化研究已發展到一定階段，逐漸由半自動化嫁接向全自動化方向發展。然而蔬果作物的幼苗通常采用貼接法進行嫁接，穴盤中幼苗的苗徑大小不一而且幼苗的子葉生長方向也各不相同，極大地妨礙了嫁接機器人的高速運行，限制了全自動化嫁接效率的提升。因此，如何解決因幼苗個體生長差異而引起的砧木接穗胚徑尺寸不匹配的問題，并且如何實現穴盤幼苗子葉方向的調整，是蔬果作物進行高速自動嫁接的關鍵，也是國際研究的先進技術領域。

實用新型內容本實用新型的目的是克服上述背景技術中的不足，提供一種新型的基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，該裝置應能按苗徑大小對幼苗進行排序，并能自動調整幼苗的子葉方向，同時還具有結構簡單、生產效率高和成本較低的特點。本實用新型的技術方案是:基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，包括機架、用于抓取穴盤幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于:該排序裝置還包括設置在機架底部并用于運送穴盤的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅使夾爪單元豎直移動和繞豎直軸線轉動的定位單元以及設置在機架中對穴盤幼苗進行拍照的攝像單 元；所述傳送單元包括由電機驅動的一對平行設置并用于運送穴盤的主傳送帶和副傳送帶；所述攝像單元包括一設置在主傳送帶上方并用于豎直向下拍攝幼苗的頂端攝像頭以及一設置在主傳送帶運行方向末端并用于水平拍攝幼苗的前置攝像頭；所述平移單元包括一水平設置在傳送單元上方且長度方向垂直于傳送單元運行方向的導向架、安裝在導向架中的同步帶、可在導向架的導軌上滑動的滑塊、安裝在滑塊頂端的水平電機以及由水平電機驅動并與同步帶嚙合配合的帶輪；所述定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架、設置在安裝架中的旋轉電機、可繞豎直軸線轉動地定位在安裝架底端并由旋轉電機驅動的旋轉架以及固定在旋轉架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸。所述夾爪單元包括一薄型氣缸、固定在薄型氣缸上的連接板、垂直固定在連接板上的安裝板、一對可轉動地鉸接在安裝板上的夾持臂、固定在薄型氣缸的活塞桿頂端的推桿、兩端分別可轉動地鉸接在夾持臂動力臂和推桿上的連桿；所述薄型氣缸通過固定板連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；薄型氣缸的活塞桿垂直穿越連接板中心位置的通孔后與推桿連接；所述夾持臂的夾持端為L形。所述控制單元包括用于分析處理攝像單元信號并分別控制攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元和夾爪單元工作的計算機。所述機架由鋁合金制成。本實用新型的有益效果是:本實用新型通過攝像單元來獲取幼苗的苗徑大小和子葉方向等信息，并通過夾爪單元、平移單元以及伸縮旋轉單元的互相配合來重新排列幼苗順序和調整子葉方向；因此，本實用新型不僅結構簡單、生產效率高而且使用效果明顯，能夠為幼苗后續的高速嫁接做好必要的準備。

圖1是本實用新型的立體結構示意圖。圖2是本實用新型中滑塊、水平電機、定位單元和夾爪單元的立體結構示意圖。圖3是本實用新型中平移單 元和安裝架的立體結構示意圖。圖4是本實用新型中旋轉架的立體主視結構示意圖。圖5是本實用新型中雙桿氣缸和夾爪單元的立體結構示意圖。圖6是穴盤的立體結構示意圖。圖7是幼苗排序如后的對比不意圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖，對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。本實用新型主要包括以下部件:機架1、主傳送帶2、副傳送帶3、前置攝像頭4、頂端攝像頭5、滑塊6、安裝架7、旋轉電機8、旋轉架10、帶輪11、水平電機12、雙桿氣缸13、固定板14、薄型氣缸15、推桿16、夾持臂17、連桿18、安裝板19、同步帶20、導向架21、導軌21-1、連接板22。本實用新型的結構如下:如圖1所示，基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，主要包括機架I (一般為鋁合金制成的框架結構)、設置在機架底部并用于運送穴盤的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于豎直移動和水平轉動(轉動軸線豎直布置)夾爪單元的定位單元、安裝在定位單元上并用于從穴盤中抓取幼苗的夾爪單元、設置在機架中并對幼苗進行拍照的攝像單元以及分別控制上述各單元配合工作的控制單元。傳送單元主要包括一對設置在機架底部并由電機驅動的主傳送帶2和副傳送帶3(主傳送帶和副傳送帶互相平行地布置在同一水平面內并且運轉方向相反);如圖1所示，主傳送帶用于運送栽滿幼苗的原始穴盤2-1，副傳送帶用于運送待栽幼苗的目標穴盤3-1 (幼苗經過排序和調整方向后將從原始穴盤中移植到目標穴盤中)；如圖6所示，每個穴盤上布置有若干個用于栽培幼苗的穴口 2-2，一般為5列*10排共計50個穴口。攝像單元包括一固定在機架頂部的頂端攝像頭5以及一固定在機架上并設置在主傳送帶運行方向末端的前置攝像頭4 ;該頂端攝像頭位于主傳送帶上方并豎直方向下拍攝原始穴盤的幼苗，用于獲取幼苗子葉的詳細圖像；該前置攝像頭從水平方向上拍攝原始穴盤的幼苗，用于獲取幼苗苗徑的詳細圖像，該角度只能拍攝到原始穴盤上第一排幼苗的圖像。平移單元包括一水平設置在傳送單元上方且長度方向垂直于傳送單元運行方向的導向架21 (導向架固定在機架的頂部并且導向架的軸線垂直于主傳送帶和副傳送帶的運行方向)、固定在導向架中的同步帶20 (同步帶的長度方向和導向架的軸線平行)、固定在導向架下端的導軌21-1(導軌布置方向和導向架的軸線平行)、可在導軌上往復滑動的滑塊6、安裝在滑塊頂端的水平電機12以及由水平電機驅動并與同步帶嚙合配合的帶輪11 ;水平電機輸出軸與帶輪連接(通常采用螺釘固定連接)，因而水平電機可以驅動帶輪在同步帶上移動并帶動滑塊沿著導軌滑動。定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架7、安裝在安裝架中的旋轉電機8、通過軸承可轉動地定位在安裝架底端并由旋轉電機驅動的旋轉架10以及固定在旋轉架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸13 ;旋轉電機輸出軸與旋轉架連接(通常采用螺釘固定連接)，因而旋轉電機可帶動旋轉架繞著豎直軸線轉動。夾爪單元主要包括一薄型氣缸15、固定在薄型氣缸上的連接板22 (該連接板的中心制有通孔，薄型氣缸的活塞桿15-1垂直穿越該通孔后與推桿16連接)、垂直固定在連接板上的安裝板19、一對可轉動地鉸接在安裝板上的夾持臂17、固定在薄型氣缸活塞桿頂端的推桿16、兩端分別可轉動地鉸接在夾持臂動力臂以及推桿上的連桿18 ;該夾持臂主要用于定位幼苗，夾持臂的夾持端17-1為L形；薄型氣缸進行伸縮時可帶動夾持臂夾持或釋放幼苗。薄型氣缸通過固定板14連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；夾爪單兀夾持住幼苗后，通過定位單元中雙桿氣缸的伸縮來實現幼苗的升降，并通過定位單元中旋轉電機的轉動來實現子葉方向的調整，同時還通過平移單元中水平電機的平移來實現幼苗的橫向移動。控制單元包括一分別連接攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元以及夾爪單元的計算機(圖中省略該計算機)；該計算機通過接受攝像單元的圖像信號來獲取當前工位上幼苗的情況并進行分析處理，并逐步發出指令以控制上述各單元協同工作來對幼苗進行排序和方向調整。本實用新型的工作原理如下:首先將生長有幼苗的原始穴盤放置在主傳送帶上運行方向的起始端(該起始端同時也位于副傳送帶運行方向的末端一側)，并將目標穴盤放置在副傳送帶上運行方向的起始端(該起始端同時也位于主送帶運行方向的末端一側)；原始穴盤上幼苗的苗徑大小不一并且子葉方向雜亂無序，有待進行后續排序和調整。然后啟動本實用新型，傳送單元在控制單元的控制下開始運行；主傳送帶和副傳送帶分別運載著原始穴盤和目標穴盤相向運行，當原始穴盤的第一排幼苗移動至導向架正下方時，目標穴盤的第一 排穴口也將移動至導向架正下方，此時傳送單元停止運行，原始穴盤的第一排幼苗與目標穴盤的第一排穴口位于同一豎直平面內。[0036]此時，控制單兀將控制攝像單兀中的如直攝像頭和頂攝像頭從不冋角度拍攝幼苗圖像，并將圖像信號傳回控制單元；控制單元對圖信號進行處理后，獲取了原始穴盤中幼苗的苗徑大小和子葉方向等信息，并分析出相應的排序順序以及調整角度。之后，控制單元將控制平移單元、定位單元以及夾爪單元進行幼苗的排序和子葉方向調整:第一步，平移單元先將定位單元和夾爪單元移動至原始穴盤中具有最大苗徑的幼苗上方；第二步，定位單元和夾爪單元將該幼苗從原始穴盤中提起(幼苗的土壤基質也被連帶提起)；第三步，平移單元將該幼苗平移至目標穴盤中相應穴口的上方(定位單元同時將子葉方向調整到相應的角度)；第四步，定位單元和夾爪單元將幼苗放入目標穴盤中 ’第五步，重復上述步驟并按照苗徑從大到小的次序依次將第一排幼苗從原始穴盤中移植到目標穴盤中。如圖7所示，圖的左側為未經過排序調整的幼苗排列情況，圖的右側為經過排序調整后的幼苗排列情況；移植到目標穴盤中的第一排幼苗將按照苗徑從大到小的次序排列，并且幼苗的子葉方向都被調整至同一角度；苗徑最小的幼苗將被放入目標穴盤中距離原始穴盤最近的穴口中，苗徑最大的幼苗將被放入目標穴盤中距離原始穴盤最遠的穴口中；當完成原始穴盤中第一排幼苗的移植后，本實用新型將按照相同方式依次對后排的幼苗進行排序和子葉方向調整。本實用新型主要適用于蔬果類幼苗的排序調整，可以為下一步使用嫁接機進行整排嫁接做 好準備。
權利要求1.基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，包括機架(I)、用于抓取穴盤幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于:該排序裝置還包括設置在機架底部并用于運送穴盤的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅使夾爪單元豎直移動和繞豎直軸線轉動的定位單元以及設置在機架中對穴盤幼苗進行拍照的攝像單元； 所述傳送單元包括由電機驅動的一對平行設置并用于運送穴盤的主傳送帶(2)和副傳送帶(3)； 所述攝像單元包括一設置在主傳送帶上方并用于豎直向下拍攝幼苗的頂端攝像頭(5)以及一設置在主傳送帶運行方向末端并用于水平拍攝幼苗的前置攝像頭(4)； 所述平移單元包括一 水平設置在傳送單元上方且長度方向垂直于傳送單元運行方向的導向架(21)、安裝在導向架中的同步帶(20)、可在導向架的導軌(21-1)上滑動的滑塊(6)、安裝在滑塊頂端的水平電機(12)以及由水平電機驅動并與同步帶嚙合配合的帶輪(11)； 所述定位單元包括固定在滑塊底端的安裝架(7)、設置在安裝架中的旋轉電機(8)、可繞豎直軸線轉動地定位在安裝架底端并由旋轉電機驅動的旋轉架(10)以及固定在旋轉架上并可豎直向下伸縮的雙桿氣缸(13)。
2.根據權利要求1所述的基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，其特征在于:所述夾爪單元包括一薄型氣缸(15)、固定在薄型氣缸上的連接板(22)、垂直固定在連接板上的安裝板(19)、一對可轉動地鉸接在安裝板上的夾持臂(17)、固定在薄型氣缸的活塞桿(15-1)頂端的推桿(16)、兩端分別可轉動地鉸接在夾持臂動力臂和推桿上的連桿(18);所述薄型氣缸通過固定板(14)連接在雙桿氣缸的活塞桿頂端；薄型氣缸的活塞桿垂直穿越連接板中心位置的通孔后與推桿連接；所述夾持臂的夾持端(17-1)為L形。
3.根據權利要求2所述的基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，其特征在于:所述控制單元包括用于分析處理攝像單元信號并分別控制攝像單元、傳送單元、平移單元、定位單元和夾爪單元工作的計算機。
4.根據權利要求3所述的基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，其特征在于:所述機架由鋁合金制成。
專利摘要本實用新型涉及基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置。目的是提供的裝置應能按苗徑大小對幼苗進行排序，并能自動調整幼苗的子葉方向，同時還具有結構簡單、生產效率高和成本較低的特點。技術方案是基于視覺的待嫁接苗的子葉可調式排序裝置，包括機架、用于抓取穴盤幼苗的夾爪單元以及控制單元，其特征在于該排序裝置還包括設置在機架底部并用于運送穴盤的傳送單元、橫跨在傳送單元上方并用于水平移動夾爪單元的平移單元、安裝在平移單元上并用于驅使夾爪單元豎直移動和繞豎直軸線轉動的定位單元以及設置在機架中對穴盤幼苗進行拍照的攝像單元。
文檔編號A01G1/06GK203136600SQ20132011678
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者楊蒙愛, 武傳宇, 王哲祿, 陳少鐘, 陳晨 申請人:浙江理工大學