定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于机器视觉技术领域。一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置及方法，其通过喂料装置和输送装置，使得待测种粒呈周期性喂料并间隔排布在输送带上，通过调向分面摆放装置的结构设计，使得其能够实现对胚面朝向不同的玉米种粒进行分别摆放，并对其尖端朝向进行修正，从而实现定向定位摆放，本申请同时通过对玉米种粒的外形特征进行检测计算，能够大大提高尖端朝向的准确性，为后期的玉米种粒的排列包装以及定向播种提供条件，为实现玉米机械化、自动化定向播种提供解决途径。

【技术实现步骤摘要】
定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置及方法
本专利技术属于机器视觉
，具体涉及一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置及方法。
技术介绍
玉米定向播种是指控制种粒在土壤中的空间姿态，使其胚芽面朝向一致，以使植株叶片有序伸展，提高通光、通风效果，对提高玉米单位面积产量具有重要意义。玉米实现定向播种，最初采用人工排种法，费工、费力，且在覆土时种子易发生移动。后有学者专利技术了人工种带法，事先将种子定向黏贴在载体上，形成种子带，再将种子带铺入沟中，便于快速定向播种，如段晋宏所设计的玉米定向播种方法。起初，种子带的制作由人工完成，前期投入劳动仍较多。四川有学者利用型孔排种的原理专利技术了一种玉米定向播种器，该播种器对播种环境要求严格，播种效率也不高，但是跨出了人工定向播种向机械化转变的质的一步。江光华等设计了玉米种子定向定位排种器，试验合格率达到80％以上。徐丽明、赵学观、王应彪等专利技术了玉米种子定向方法及定向排种装置、玉米定向种子带制作及种子带播种装置等，设计了定向排序输送方法以及定向吸附摆放机构，并进行了试验设计及参数优化分析。纵观国内外研究现状，目前实现玉米种子的定向有序排列主要依靠纯机械手段来实现寻位定向，对种子的外形尺寸和机械的结构参数以及两者之间的适应性要求均较高，但合格率不高。针对玉米定向播种，本课题组前期基于机器视觉技术研究了种穗和种粒的形态、品质检测算法，并研制了相应的精选装置，本研究将进一步基于机器视觉技术，针对适于定向播种的合格玉米种粒，设计一种定向定位装置，从而使得其能够为后续玉米种粒的排列包装以及定向播种提供条件，为实现玉米机械化、自动化定向播种提供解决途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在的问题和现状，提供一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置及方法，其结构设计合理、紧凑，通过作业条件和精度要求，设计控制方式，优化了种粒胚芽正反面和尖端朝向的图像检测方法，实现玉米种粒的定位定向摆放。为达到上述目的，所采取的技术方案是：一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，包括支撑架、设置在支撑架上的输送装置、与输送装置其中一端对应设置的喂料装置、与输送装置的另一端对应设置的图像采集处理装置和调向分面摆放装置、以及控制系统；所述的图像采集处理装置包括图像采集处理单元和调节置位机构，所述的调节置位机构驱动图像采集处理单元上下升降动作和沿输送装置的行进方向前后横移动作，所述的图像采集处理单元包括光源箱、设置在光源箱内的相机和布设在相机两侧的两组光源，所述相机的镜头光轴与输送装置垂直；所述的调向分面摆放装置包括横跨在输送装置上的支撑台架、设置在支撑台架上且输出轴朝上的分面步进电机、通过联轴器与分面步进电机传动连接的旋转中心轴、套设在旋转中心轴上的开口滑动轴承、套设在开口滑动轴承上的分面旋转臂、设置在分面旋转臂端部的单轴调向步进电机、与单轴调向步进电机输出轴连接的调节杆和设置在调节杆下端的真空吸盘组件，所述的支撑台架上固定设置有导向轴套，导向轴套与旋转中心轴之间设置有滚动轴承，所述的开口滑动轴承与导向轴套之间的旋转中心轴上凸起有环形挡板，伸缩弹簧套设在旋转中心轴上并置设与环形挡板上，开口滑动轴承置于伸缩弹簧上部，与开口滑动轴承对应的旋转中心轴上开设有键槽，所述的分面旋转臂上固定设置有平键和定位轴套，定位轴套与开口滑动轴承之间通过卡簧连接固定，平键的端部穿过开口滑动轴承的开口并与键槽匹配，进而实现旋转中心轴、开口滑动轴承和分面旋转臂的扭矩传递；与旋转中心轴对应的分面旋转臂的端部固定设置有垂直固定支架，垂直固定支架上固定设置有升降气缸，升降气缸的动作端与旋转中心轴同轴固定连接；所述的控制系统包括上位机图像采集与处理系统和下位机动力控制系统，所述的上位机图像采集与处理系统包括计算机硬件部分和图像采集与处理算法软件部分，所述的下位机动力控制系统包括PLC、步进电机驱动器硬件部分和动力控制系统软件部分，所述的上位机图像采集与处理系统对图像采集处理单元的图像检测结果实时串行通信给下位机动力控制系统；与真空吸盘组件下端对应的支撑架上设置有中间定位板，中间定位板与传输送装置的输送皮带滑动贴合，且在中间定位板中部设置有定位凹槽，所述的图像采集处理单元和真空吸盘组件均与定位凹槽对应设置；在支撑台架的前侧、左侧和右侧均设置有光电检测开关，在支撑台架上还设置有与真空吸盘组件连接的微型真空泵和单向电磁阀。所述的调节置位机构包括设置在支撑架上的两组竖直导轨、匹配滑动设置在每组竖直导轨上的横向导轨梁、分别设置在两横向导轨梁上的置位气缸和滑块、匹配滑动设置在滑块上并与置位气缸连接的线性导轨，所述的图像采集处理单元固定设置在线性导轨的端部。所述的输送装置包括设置在支撑架上的主动滚筒和从动滚筒、与主动滚筒传动连接的输送步进电机和输送皮带，所述的输送皮带的表面为黑色，所述的中间定位板上涂有反光率低的黑漆。所述的喂料装置包括底座、设置在底座上的分粒排种器、与分粒排种器的下种管连通的储种箱、和排种电机，所述的分粒排种器的下料端设置有与输送装置对应的导向定位管；所述的导向定位管包括梯形引导斜槽、设置在梯形引导斜槽端部的定位圆管、设置在定位圆管内壁上的缓冲限位舌片和设置在定位圆管下端部的U型导向板，所述的梯形引导斜槽与定位圆管布设的夹角为锐角，在梯形引导斜槽上部设置有扇形罩，在梯形引导斜槽侧部设置有安装架。所述的调节杆为截面呈半圆弧形的敞开式直杆，在调节杆的上端为刚性半联轴器结构，刚性半联轴器结构与单轴调向步进电机连接并进行扭矩传递，在调节杆的底部设置有支撑圆环，所述的真空吸盘组件匹配套设在支撑圆环内的螺纹管、设置在支撑圆环两侧的螺纹管上的定位螺母、设置在螺纹管上端的气吸管接头、以及设置在螺纹管下端的吸气嘴和真空吸盘。一种利用上述任一所述的种粒定向定位摆放装置的玉米种粒定向定位摆放方法，包括以下步骤：a、设定各部件的运行周期为T，喂料装置按设定周期T向输送装置的输送皮带上连续均匀喂入待定向定位摆放的种粒，输送装置按设定周期T间歇运行；b、种粒在输送皮带的作用下输送至中间定位板的定位凹槽处，完成种粒的机械定位，图像采集处理单元采集种粒的图像信息，并将图像信息输送至计算机，同时图像采集处理单元在调节置位机构的作用下退出图形采集区域；c、计算机通过图形采集与处理算法软件部分对种粒的图像信息进行检测判断，确定种粒形心位置检测信息；根据种粒形心位置检测信息、以及其偏离位于前侧的光电检测开关的距离，微调旋转角，使调向分面摆放装置上的真空吸盘至于种粒正上方，实现精准定位；d、微型真空泵启动，同时驱动升降气缸推动分面旋转臂垂直下行，真空吸盘贴近并吸附种粒后，种粒随升降气缸一同上行回缩，根据上位机图像采集与处理算法软件部分对于种粒胚芽正反面检测信息和种粒尖端朝向信息的反馈，驱动分面旋转臂左旋或右旋到位，同时通过单轴调向步进电机调整种粒尖端朝向，左旋或右旋至摆放工位后，升降气缸下行到位，气吸系统关闭，吸盘将种粒定向摆放在左侧或右侧的摆放工位上，完成种粒的定向定位摆放；e、随后升降气缸上行复位，图像采集处理单元在调节置位机构的作用下置位至图形采集区域，至此完成该周期内的种粒定向定位摆放。当喂料装置单次喂出多粒种粒，且在抵达定位凹槽处时，计算机的图形采集与处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，其特征在于：包括支撑架、设置在支撑架上的输送装置、与输送装置其中一端对应设置的喂料装置、与输送装置的另一端对应设置的图像采集处理装置和调向分面摆放装置、以及控制系统；所述的图像采集处理装置包括图像采集处理单元和调节置位机构，所述的调节置位机构驱动图像采集处理单元上下升降动作和沿输送装置的行进方向前后横移动作，所述的图像采集处理单元包括光源箱、设置在光源箱内的相机和布设在相机两侧的两组光源，所述相机的镜头光轴与输送装置垂直；所述的调向分面摆放装置包括横跨在输送装置上的支撑台架、设置在支撑台架上且输出轴朝上的分面步进电机、通过联轴器与分面步进电机传动连接的旋转中心轴、套设在旋转中心轴上的开口滑动轴承、套设在开口滑动轴承上的分面旋转臂、设置在分面旋转臂端部的单轴调向步进电机、与单轴调向步进电机输出轴连接的调节杆和设置在调节杆下端的真空吸盘组件，所述的支撑台架上固定设置有导向轴套，导向轴套与旋转中心轴之间设置有滚动轴承，所述的开口滑动轴承与导向轴套之间的旋转中心轴上凸起有环形挡板，伸缩弹簧套设在旋转中心轴上并置设与环形挡板上，开口滑动轴承置于伸缩弹簧上部，与开口滑动轴承对应的旋转中心轴上开设有键槽，所述的分面旋转臂上固定设置有平键和定位轴套，定位轴套与开口滑动轴承之间通过卡簧连接固定，平键的端部穿过开口滑动轴承的开口并与键槽匹配，进而实现旋转中心轴、开口滑动轴承和分面旋转臂的扭矩传递；与旋转中心轴对应的分面旋转臂的端部固定设置有垂直固定支架，垂直固定支架上固定设置有升降气缸，升降气缸的动作端与旋转中心轴同轴固定连接；所述的控制系统包括上位机图像采集与处理系统和下位机动力控制系统，所述的上位机图像采集与处理系统包括计算机硬件部分和图像采集与处理算法软件部分，所述的下位机动力控制系统包括PLC、步进电机驱动器硬件部分和动力控制系统软件部分，所述的上位机图像采集与处理系统对图像采集处理单元的图像检测结果实时串行通信给下位机动力控制系统；与真空吸盘组件下端对应的支撑架上设置有中间定位板，中间定位板与传输送装置的输送皮带滑动贴合，且在中间定位板中部设置有定位凹槽，所述的图像采集处理单元和真空吸盘组件均与定位凹槽对应设置；在支撑台架的前侧、左侧和右侧均设置有光电检测开关，在支撑台架上还设置有与真空吸盘组件连接的微型真空泵和单向电磁阀。...

【技术特征摘要】
1.一种定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，其特征在于：包括支撑架、设置在支撑架上的输送装置、与输送装置其中一端对应设置的喂料装置、与输送装置的另一端对应设置的图像采集处理装置和调向分面摆放装置、以及控制系统；所述的图像采集处理装置包括图像采集处理单元和调节置位机构，所述的调节置位机构驱动图像采集处理单元上下升降动作和沿输送装置的行进方向前后横移动作，所述的图像采集处理单元包括光源箱、设置在光源箱内的相机和布设在相机两侧的两组光源，所述相机的镜头光轴与输送装置垂直；所述的调向分面摆放装置包括横跨在输送装置上的支撑台架、设置在支撑台架上且输出轴朝上的分面步进电机、通过联轴器与分面步进电机传动连接的旋转中心轴、套设在旋转中心轴上的开口滑动轴承、套设在开口滑动轴承上的分面旋转臂、设置在分面旋转臂端部的单轴调向步进电机、与单轴调向步进电机输出轴连接的调节杆和设置在调节杆下端的真空吸盘组件，所述的支撑台架上固定设置有导向轴套，导向轴套与旋转中心轴之间设置有滚动轴承，所述的开口滑动轴承与导向轴套之间的旋转中心轴上凸起有环形挡板，伸缩弹簧套设在旋转中心轴上并置设与环形挡板上，开口滑动轴承置于伸缩弹簧上部，与开口滑动轴承对应的旋转中心轴上开设有键槽，所述的分面旋转臂上固定设置有平键和定位轴套，定位轴套与开口滑动轴承之间通过卡簧连接固定，平键的端部穿过开口滑动轴承的开口并与键槽匹配，进而实现旋转中心轴、开口滑动轴承和分面旋转臂的扭矩传递；与旋转中心轴对应的分面旋转臂的端部固定设置有垂直固定支架，垂直固定支架上固定设置有升降气缸，升降气缸的动作端与旋转中心轴同轴固定连接；所述的控制系统包括上位机图像采集与处理系统和下位机动力控制系统，所述的上位机图像采集与处理系统包括计算机硬件部分和图像采集与处理算法软件部分，所述的下位机动力控制系统包括PLC、步进电机驱动器硬件部分和动力控制系统软件部分，所述的上位机图像采集与处理系统对图像采集处理单元的图像检测结果实时串行通信给下位机动力控制系统；与真空吸盘组件下端对应的支撑架上设置有中间定位板，中间定位板与传输送装置的输送皮带滑动贴合，且在中间定位板中部设置有定位凹槽，所述的图像采集处理单元和真空吸盘组件均与定位凹槽对应设置；在支撑台架的前侧、左侧和右侧均设置有光电检测开关，在支撑台架上还设置有与真空吸盘组件连接的微型真空泵和单向电磁阀。2.根据权利要求1所述的定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，其特征在于：所述的调节置位机构包括设置在支撑架上的两组竖直导轨、匹配滑动设置在每组竖直导轨上的横向导轨梁、分别设置在两横向导轨梁上的置位气缸和滑块、匹配滑动设置在滑块上并与置位气缸连接的线性导轨，所述的图像采集处理单元固定设置在线性导轨的端部。3.根据权利要求1所述的定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，其特征在于：所述的输送装置包括设置在支撑架上的主动滚筒和从动滚筒、与主动滚筒传动连接的输送步进电机和输送皮带，所述的输送皮带的表面为黑色，所述的中间定位板上涂有反光率低的黑漆；所述的喂料装置包括底座、设置在底座上的分粒排种器、与分粒排种器的下种管连通的储种箱、和排种电机，所述的分粒排种器的下料端设置有与输送装置对应的导向定位管；所述的导向定位管包括梯形引导斜槽、设置在梯形引导斜槽端部的定位圆管、设置在定位圆管内壁上的缓冲限位舌片和设置在定位圆管下端部的U型导向板，所述的梯形引导斜槽与定位圆管布设的夹角为锐角，在梯形引导斜槽上部设置有扇形罩，在梯形引导斜槽侧部设置有安装架。4.根据权利要求1所述的定向播种用的玉米种粒定向定位摆放装置，其特征在于：所述的调节杆为截面呈半圆弧形的敞开式直杆，在调节杆的上端为刚性半联轴器结构，刚性半联轴器结构与单轴调向步进电机连接并进行扭矩传递，在调节杆的底部设置有支撑圆环，所述的真空吸盘组件匹配套设在支撑圆环内的螺纹管、设置在支撑圆环两侧的螺纹管上的定位螺母、设置在螺纹管上端的气吸管接头、以及设置在螺纹管下端的吸气嘴和真空吸盘。5.一种利用权利要求1～4任一所述的种粒定向定位摆放装置的玉米种粒定向定位摆放方法，其特征在于：包括以下步骤：a、设定各部件的运行周期为T，喂料装置按设定周期T向输送装置的输送皮带上连续均匀喂入待定向定位摆放的种粒，输送装置按设定周期T间歇运行；b、种粒在输送皮带的作用下输送至中间定位板的定位凹槽处，完成种粒的机械定位，图像采集处理单元采集种粒的图像信息，并将图像信息输送至计算机，同时图像采集处理单元在调节置位机构的作用下退出图形采集区域；c、计算机通过图形采集与处理算法软件部分对种粒的图像信息进行检测判断，确定种粒形心位置检测信息；根据种粒形心位置检测信息、以及其偏离位于前侧的光电检测开关的距离，微调旋转角，使调向分面摆放装置上的真空吸盘至于种粒正上方，实现精准定位；d、微型真空泵启动，同时驱动升降气缸推动分面旋转臂垂直下行，真空吸盘贴近并吸附种粒后，种粒随升降气缸一同上行回缩，根据上位机图像采集与处理算法软件部分对于种粒胚芽正反面检测信息和种粒尖端朝向信息的反馈，驱动分面旋转臂左旋或右旋到位，同时通过单轴调向步进电机调整种粒尖端朝向，左旋或右旋至摆放工位后，升降气缸下行到位，气吸系统关闭，吸盘将种粒定向摆放...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵旗，王侨，邵敏，梁习卉子，杨明，
申请(专利权)人：河南省现代富博智能装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41