玉米果穗自動考種裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了玉米果穗自動考種裝置，包括：轉動單元、升降單元、圖像采集單元和稱重單元；轉動單元與升降單元連接，與升降單元一起升降，其中轉動單元在轉動的同時帶動玉米果穗沿著果穗的軸向進行旋轉，升降單元通過升降實現玉米果穗與稱重單元的脫離和接觸；圖像采集單元固定在轉動單元的上方，用于獲取玉米果穗的全方位圖像信息；稱重單元固定在圖像采集單元的正下方，用于獲取玉米果穗的重量信息，且轉動單元升降的過程中不與稱重單元接觸。本實用新型通過將稱重裝置固定設計，圖像采集裝置動態設計，可以解決稱重和旋轉過程中動態和靜態的矛盾，實現玉米考種過程中玉米果穗的重量信息和全方位圖像信息的自動獲取。
【專利說明】玉米果穗自動考種裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及農作物考種【技術領域】，尤其涉及玉米果穗自動考種裝置。
【背景技術】
[0002]玉米在我國農業生產、糧食安全中占有舉足輕重的作用，是我國最主要的三大糧食作物之一，玉米育種在我國種業科研領域尤為重要，育種的重要環節是玉米果穗的考種，通常情況下考種作業要獲取玉米果穗的形態指標、性狀指標和重量信息。考種作業通常要完成成千上萬的玉米果穗的處理，具有工作量大、操作時間集中、指標參數種類繁多、測量方式多樣化等特點，而傳統的考種方法大多依賴于手工操作，占用大量人力資源，工作效率低下，成為制約玉米種業發展的技術瓶頸。
[0003]計算機圖形圖像技術和機械自動化技術為傳統考種方法的改進提供了支持，原本的手工操作可以用機械自動化代替。現有技術中進行玉米果穗考種需要采集玉米果穗的重量信息和形態特征，重量信息的獲取一般通過稱重傳感器實現，形態特征一般利用圖像采集裝置獲取玉米果穗圖像。因此，考種的工作流程為:首先將玉米果穗放在稱重托盤上測量玉米果穗的重量，然后將玉米果穗取下來放置到一個旋轉裝置上，對玉米果穗進行旋轉。因為玉米果穗為類圓柱形結構，若要獲得玉米果穗的全方位圖像就需要將玉米果穗進行旋轉，先用相機拍下玉米果穗的一側圖像，之后將其進行一定角度的旋轉，再獲取其它側的玉米果穗圖像。最后將采集到的所有側面圖像進行處理和分析，得到玉米果穗針對形態特征的考種結果，再結合重量信息得到玉米果穗的綜合考種結果。
[0004]然而，利用現有技術進行玉米果穗考種時，存在一個突出的矛盾就是:在進行玉米果穗稱重裝置的設計時，為了保證重量數據的準確性就需要采用靜態設計，而在進行玉米果穗全方位圖像采集裝置設計時，為了獲取玉米果穗的360度全方位圖像就需要對玉米果穗進行動態的旋轉。目前的考種裝置在結構上還沒有解決上述動態和靜態的矛盾，還不能在無需人工干涉的情況下自動獲取玉米果穗的重量信息和全方位圖像信息。
實用新型內容
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]針對上述缺陷，本實用新型要解決的技術問題是如何在無需人工干涉的情況下，實現自動采集玉米果穗的重量信息和全方位圖像信息。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述問題，本實用新型提供了玉米果穗自動考種裝置，具體包括:
[0009]轉動單元、升降單元、圖像采集單元和稱重單元；
[0010]所述轉動單元與所述升降單元連接，與所述升降單元一起上升和/或下降，其中所述轉動單元在轉動的同時帶動玉米果穗沿著果穗的軸向進行旋轉，所述升降單元通過上升和下降實現玉米果穗與所述稱重單元的脫離和接觸；
[0011]所述圖像采集單元固定在所述轉動單元的上方，用于在所述轉動單元帶動玉米果穗旋轉的同時獲取玉米果穗的全方位圖像信息；
[0012]所述稱重單元固定在所述圖像采集單元的下方，用于對玉米果穗進行稱重，獲取玉米果穗的重量信息，且所述轉動單元上升和/或下降的過程中不與所述稱重單元接觸。
[0013]進一步地，所述轉動單元為位于所述稱重單元兩側的兩根托輥，在所述托輥轉動的同時，帶動兩根托輥之間的玉米果穗沿軸向進行旋轉。
[0014]進一步地，所述裝置還包括:同步帶，用于連接兩根托輥中間的軸，實現兩根托輥的同步轉動。
[0015]進一步地，在所述托輥上沿圓周方向設置徑向凹槽。
[0016]進一步地，所述升降單元包括:支架和升降凸輪，所述支架用于連接所述托輥和所述升降凸輪，且通過所述升降凸輪的上升和下降實現所述托輥和所述支架的上升和下降。
[0017]進一步地，所述圖像采集單元為相機，用于采集玉米果穗的360度全方位圖像。
[0018]進一步地，所述稱重單元包括:稱重托架和稱重傳感器，所述稱重托架和所述稱重傳感器固定連接，所述稱重托架位于兩根托輥之間。
[0019]進一步地，所述稱重托架具有“工”字型結構的支臂，所述支臂為向上彎折形，且長度相等，且所述支臂與所述托輥上的凹槽相配合，所述托輥升降過程中不與所述支臂接觸。
[0020]進一步地，所述裝置還包括:滑動軸承，所述滑動軸承套裝在所述升降凸輪下方支柱的外圍，所述升降凸輪能在所述滑動軸承中進行升降運動。
[0021]進一步地，所述裝置還包括:步進電機，用于為所述轉動單元的轉動和所述升降單元的升降提供動力。
[0022](三)有益效果
[0023]本實用新型提供了玉米果穗自動考種裝置，通過升降單元的上升和下降實現玉米果穗與稱重托架的分離和接觸，當升降單元上升時，轉動單元隨著升降單元上升，將玉米果穗托起離開稱重單元，并且在轉動單元的帶動下實現360度旋轉，在玉米果穗轉動的同時，圖像采集單元對玉米果穗進行全方位圖像采集，得到玉米果穗的全方位圖像信息；當升降單元下降時，轉動單元隨著升降單元下降，玉米果穗離開轉動單元，落在稱重單元上，稱重單元對玉米果穗進行稱重，獲取玉米果穗的重量信息，從而實現玉米考種過程中自動采集玉米果穗的重量信息和全方位圖像信息，減少考種過程中的人工操作，進而提高考種操作的自動化水平，以降低人工成本和操作復雜度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型玉米果穗自動考種裝置的組成示意圖；
[0025]圖2為本實用新型玉米果穗自動考種裝置的結構示意圖；
[0026]圖3為本實用新型托輥的示意圖；
[0027]圖4為本實用新型托輥與稱重支架的位置關系平面示意圖；
[0028]圖5為本實用新型托輥I的凹槽與稱重托架2的支臂的立體關系示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。[0030]本實用新型實施例中提供了玉米果穗自動考種裝置，組成示意圖如圖1所示，具體包括:轉動單元01、升降單元02、圖像采集單元03和稱重單元04。
[0031]轉動單元01與升降單元02連接，與升降單元02 —起上升和/或下降，其中轉動單元01在轉動的同時帶動玉米果穗沿著果穗的軸向進行旋轉，升降單元02通過上升和下降實現玉米果穗與稱重單元04的脫離和接觸。
[0032]圖像采集單元03固定在轉動單元01的上方，用于在轉動單元01帶動玉米果穗旋轉的同時獲取玉米果穗的全方位圖像信息。
[0033]稱重單元04固定在圖像采集單元03的下方，用于對玉米果穗進行稱重，獲取玉米果穗的重量信息，且轉動單元上升和/或下降的過程中不與稱重單元接觸。
[0034]本實用新型中升降單元的上升和下降控制玉米果穗與稱重托架的分離和接觸，當升降單元上升時，轉動單元隨著升降單元上升，將玉米果穗托起離開稱重單元，并且在轉動單元的帶動下實現360度旋轉，在玉米果穗轉動的同時，圖像采集單元對玉米果穗進行全方位圖像采集，得到玉米果穗的全方位圖像信息；當升降單元下降時，轉動單元隨著升降單元下降，玉米果穗離開轉動單元，落在稱重單元上，稱重單元對玉米果穗進行稱重，獲取玉米果穗的重量信息，從而實現玉米考種過程中玉米果穗的重量信息和全方位圖像信息的自動獲取。
[0035]本實用新型的優選實施例為:裝置中的轉動單元為位于所述稱重單元兩側的兩根托輥1，升降單元包括:支架6和升降凸輪7，圖像采集單元為相機10，稱重單元包括:稱重托架2和稱重傳感器8。除此之外還包括:同步帶5、步進電機4和滑動軸承9，組成結構圖如圖2所示。
[0036]在轉動單元中托輥I轉動的同時，帶動兩根托輥之間的玉米果穗沿軸向進行旋轉。在托輥I上還設置有凹槽，一種較佳的方式是在托輥I上沿圓周方向設置徑向凹槽，在托輥I轉動的同時，帶動兩根托輥之間的玉米果穗旋轉。本實施例中，在每個托輥I上分別設置5個凹槽，托輥示意圖如圖3所示。托輥I的外部直徑為60mm，內部直徑為20mm，長300mm,凹槽寬度為20mm,兩根托棍的軸距為70mm,兩根軸分別用軸承安裝在支架6上。
[0037]需要說明的是，本實施例中的凹槽設置是為了實現托輥升降的同時不與稱重托架接觸，還可以通過其它方式避免托輥與稱重托架的接觸。
[0038]在兩根托輥I之間還設置有同步帶5，用于連接兩根托輥I中間的軸，實現兩根托輥I的同步轉動。同步帶5配合兩托輥軸終端的同步帶輪組成同步傳動結構，將兩根托輥I連接，在其中一根托棍I軸上安裝步進電機就能驅動兩托棍軸I的同步轉動。同步帶是實現兩根轉軸同步的最常用方式，但是為了實現同步還可以采用其它結構實現兩根托輥的同步轉動。
[0039]本實施例中的升降單元包括支架6和升降凸輪7，其中支架6用于連接托輥I和升降凸輪7，且通過升降凸輪7的上升和下降實現托輥I和支架6的上升和下降。為了實現玉米果穗圖像采集的動態設計，本實施例通過支架6將轉動單元中的托輥I和升降單元中的升降凸輪連接在一起，使得他們三者可以同時上升和下降，進一步實現稱重單元與玉米果穗的接觸和脫離。
[0040]本實施例中的圖像采集單元為相機10，設置在托輥的正上方，用于采集玉米果穗的360度全方位圖像。當托棍I轉動時,相機10采集玉米果穗的四周圖像,用于對玉米果穗的形態特征做最全面的分析。
[0041]本實施例中的稱重單元包括:稱重托架2和稱重傳感器8，稱重托架2和稱重傳感器8固定連接，稱重托架2由多個“工”字型結構的支臂組成。支臂的長度和寬度均相等，大小略小于托輥I上凹槽的寬度和深度，托輥I與稱重支架2的位置關系平面示意圖如圖4所示。
[0042]需要說明的是，本實施例提供的支臂與凹槽的配合關系為最佳實施方式，而對于支臂結構還可以做出其它變化，例如支臂的數目可以只設置成兩組，即一個“工”字型結構的支臂，同時，需要在托輥沿圓周方向上與支臂相對應的位置設置徑向凹槽，實現托輥的升降不影響稱重托盤的位置和稱重操作。
[0043]為了以保證升降凸輪7的上升和下降過程中稱重托架2與托輥I之間不接觸，將稱重托架2的支臂為向上彎折形。托輥I的凹槽與稱重托架2的支臂的立體關系示意圖如圖5所示，同時圖5中還可以看出支臂的彎折形結構。
[0044]由于支臂的向上彎折結構不僅能夠有效避免托輥I升降運動過程中支臂接觸到托輥1，還能保證稱重過程中玉米果穗能夠在稱重托架中位置穩定，以免玉米果穗來回滾動或者容易從稱重托架上脫落對稱重結果產生影響，能夠很好地保證重量信息的可靠性，減小考種誤差。需要說明的是，除了將稱重托架設置成支臂、托輥設置成具有凹槽的結構，還可以對稱重托架和托輥的配合關系設置成其它形式，只需滿足升降凸輪7的上升和下降過程中稱重托架2與托輥I之間不接觸，不會對稱重和玉米果穗的進行360度滾動產生影響即可。例如，稱重托架就 是一個托盤，但是兩根托輥之間的間距大小可根據升降位置高低進行自動調節，當托輥I隨著升降凸輪7上升時，兩根托輥之間的間距變小，小的程度為可以將玉米果穗托起并離開稱重托盤為標準，相反，當托輥I隨著升降凸輪7下降時，兩根托輥之間的間距變大，大到剛好將玉米果穗放開，使得玉米果穗落在稱重托盤上進行稱重為標準。除此之外，還可以有其他方式實現本實施例，保證稱重時玉米果穗不與托輥接觸，轉動時玉米果穗不與稱重托盤接觸的效果。
[0045]本實施例中的玉米果穗自動考種裝置還包括:滑動軸承9，套裝在升降凸輪7下方支柱的外圍，以便升降凸輪7能在滑動軸承9中進行升降運動。
[0046]需要說明的是，升降凸輪和支架的作用就是為了實現托輥的升降，最終為了實現玉米果穗與稱重托架的接觸和分離，所以升降凸輪、支架和托輥的結構還可以做出其它變化，在此不再--列出。
[0047]本實施例中的玉米果穗自動考種裝置還包括:步進電機4，用于為轉動單元的轉動和升降單元的升降提供動力。因此步進電機的個數至少兩個，具體的，一個步進電機與托輥I中的一根托輥連接，通過同步帶5的作用能夠使兩根托輥以相同的速度同步進行轉動。同時，升降凸輪7也是在步進電機的驅動下才能進行上下的升降運動，而且步進電機都是在計算機的控制下進行轉動的。
[0048]為了實現將采集的重量信息和全圖像信息進行處理，得到最終的考種結果，還需要將上述玉米果穗自動考種裝置與計算機進行連接。
[0049](I)為了實現對重量信息的采集需要將稱重傳感器與計算機連接，通過計算機控制實現數據的采集和對考種裝置的控制。
[0050](2)為了實現對升降凸輪的升降和托輥的轉動進行控制還需要將控制升降凸輪的電動機與計算機進行連接，通過計算機控制電動機的工作，進一步實現對升降凸輪的升降控制，通過計算機控制與托輥連接的電動機的轉動實現對托輥轉動的控制。
[0051]當托輥位于降低狀態時，托輥與玉米果穗分離，玉米果穗落在稱重托架上進行稱重，將采集到的重量數據傳輸給計算機；
[0052]當托輥位于升高狀態時，托輥支撐玉米果穗離開稱重托架，并帶動玉米果穗進行360度轉動，相機采集玉米果穗的360度全方位圖像，將采集到的圖像數據傳輸給計算機。
[0053](3 )為了實現采集玉米果穗全方位圖像，需要將相機與計算機連接，在玉米果穗進行轉動的同時，安裝在其上方的相機在計算機控制下采集玉米果穗轉到指定角度的圖像。為了得到全方位圖像，相機致少需要拍攝四張角度間隔為90度的圖像，最后將采集到的所有圖像拼接即得到玉米果穗的全方位圖像。相機將采集到的原始圖像傳輸給計算機，計算機再對原始圖像進行處理得到考種需要的圖像信息。
[0054]基于上述玉米果穗自動考種裝置，利用該裝置進行玉米果穗重量和全圖像自動考種的工作流程為:
[0055]首先，獲取重量信息，計算機通過控制步進電機的轉動使得升降單元中的升降凸輪下降，將轉動單元中的兩根托輥和連接托輥和升降凸輪的支架的位置降低。在升降單元升降的過程中，升降單元中的升降凸輪下方的支柱在滑動軸承中上下滑動，托輥的位置降低過程中，由于稱重托架的支臂與托輥上的凹槽剛好錯開，使得托輥下降過程中玉米果穗隨著下降，最后玉米果穗稱重托架的支臂上，將玉米果穗與托輥分離，稱重單元中的稱重傳感器將稱重托架上玉米果穗的重量信息傳輸給計算機。
[0056]然后，獲取全圖像信息，計算機通過控制步進電機的轉動使得升降單元中的升降凸輪上升，將轉動單元中的兩根托輥和連接托輥和升降凸輪的支架的位置升高。托輥升高的過程中將玉米果穗從稱重托架上托起來，使其離開稱重托盤。接著，計算機控制連接托輥的步進電機轉動，在同步帶的帶動下兩根托棍以同樣的速度向著相同的方向轉動，通過托輥上設置的凹槽帶動玉米果穗一起轉動，轉動的同時計算機還控制相機每隔一定時間采集一次玉米果穗圖像，玉米果穗旋轉一周后，將相機采集到的玉米果穗圖像拼接在一起構成360度全方位圖像，并將全方位圖像信息傳輸給計算機。
[0057]需要說明的是，上述工作流程中獲取重量信息和獲取全圖像信息的步驟可以互調，即先獲取全圖像信息，再獲取重量信息。使用本實用新型提供的自動考種裝置，能夠在無需人工干預的情況下實現獲取重量信息和獲取全圖像信息之間的自動切換，無需現有方法中在稱重完成后，人工將玉米果穗從稱重裝置取下，放到轉動結構上進行轉動實現玉米果穗全圖像的采集。減少了考種過程中的人工干涉，實現自動化考種。
[0058]綜上所述，本實用新型提供的優選實施例可以通過設置托輥的升降實現玉米果穗與稱重托架的分離和接觸，托輥下降時進行玉米果穗的稱重，托輥上升時帶動玉米果穗旋轉進行全方位圖像信息的采集，從而實現基于圖像的玉米考種方法中果穗的重量和全方位圖像信息的自動獲取，提高考種操作的自動化水平，以降低人工成本和操作復雜度。另外，通過將重量信息采集和全圖像信息采集利用靜態和動態相結合的設計結構還能保證考種結果的準確性，減小考種誤差。
[0059]本實用新型由于可以在無需人工干預前提下，采集玉米果穗的重量數據后自動采集玉米果穗360度旋轉的全方位圖像序列，為基于圖像技術的玉米考種提供準確的數據源，為基于圖像的玉米考種提供自動化的數據采集技術手段和實用工具，提高考種操作的自動化水平，從而提高玉米考種作業的效率和質量。
[0060]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述裝置具體包括: 轉動單元、升降單元、圖像采集單元和稱重單元； 所述轉動單元與所述升降單元連接，與所述升降單元一起上升和/或下降，其中所述轉動單元在轉動的同時帶動玉米果穗沿著果穗的軸向進行旋轉，所述升降單元通過上升和下降實現玉米果穗與所述稱重單元的脫離和接觸； 所述圖像采集單元固定在所述轉動單元的上方，用于在所述轉動單元帶動玉米果穗旋轉的同時獲取玉米果穗的全方位圖像信息； 所述稱重單元固定在所述圖像采集單元的下方，用于對玉米果穗進行稱重，獲取玉米果穗的重量信息，且所述轉動單元上升和/或下降的過程中不與所述稱重單元接觸。
2.根據權利要求1所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述轉動單元為位于所述稱重單元兩側的兩根托輥，在所述托輥轉動的同時，帶動兩根托輥之間的玉米果穗沿軸向進行旋轉。
3.根據權利要求2所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述裝置還包括:同步帶，用于連接兩根托輥中間的軸，實現兩根托輥的同步轉動。
4.根據權利要求2所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，在所述托輥上沿圓周方向設置徑向凹槽。
5.根據權利要求2所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述升降單元包括:支架和升降凸輪，所述支架用于連接所述托輥和所述升降凸輪，且通過所述升降凸輪的上升和下降實現所述托輥和所述支架的上升和下降。
6.根據權利要求1所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述圖像采集單元為相機，用于采集玉米果穗的360度全方位圖像。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述稱重單元包括:稱重托架和稱重傳感器，所述稱重托架和所述稱重傳感器固定連接，所述稱重托架位于兩根托輥之間。
8.根據權利要求7所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述稱重托架具有“工”字型結構的支臂，所述支臂為向上彎折形，且長度相等，且所述支臂與所述托輥上的凹槽相配合，所述托輥升降過程中不與所述支臂接觸。
9.根據權利要求5所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述裝置還包括:滑動軸承，所述滑動軸承套裝在所述升降凸輪下方支柱的外圍，所述升降凸輪能在所述滑動軸承中進行升降運動。
10.根據權利要求1至6中任意一項所述的玉米果穗自動考種裝置，其特征在于，所述裝置還包括:步進電機，用于為所述轉動單元的轉動和所述升降單元的升降提供動力。
【文檔編號】A01C1/00GK203435319SQ201320383501
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】肖伯祥, 郭新宇, 王傳宇, 吳升, 杜建軍 申請人:北京農業信息技術研究中心