玉米果穗自动考种装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了玉米果穗自动考种装置，包括：转动单元、升降单元、图像采集单元和称重单元；转动单元与升降单元连接，与升降单元一起升降，其中转动单元在转动的同时带动玉米果穗沿着果穗的轴向进行旋转，升降单元通过升降实现玉米果穗与称重单元的脱离和接触；图像采集单元固定在转动单元的上方，用于获取玉米果穗的全方位图像信息；称重单元固定在图像采集单元的正下方，用于获取玉米果穗的重量信息，且转动单元升降的过程中不与称重单元接触。本实用新型通过将称重装置固定设计，图像采集装置动态设计，可以解决称重和旋转过程中动态和静态的矛盾，实现玉米考种过程中玉米果穗的重量信息和全方位图像信息的自动获取。
【专利说明】玉米果穗自动考种装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及农作物考种【技术领域】，尤其涉及玉米果穗自动考种装置。
【背景技术】
[0002]玉米在我国农业生产、粮食安全中占有举足轻重的作用，是我国最主要的三大粮食作物之一，玉米育种在我国种业科研领域尤为重要，育种的重要环节是玉米果穗的考种，通常情况下考种作业要获取玉米果穗的形态指标、性状指标和重量信息。考种作业通常要完成成千上万的玉米果穗的处理，具有工作量大、操作时间集中、指标参数种类繁多、测量方式多样化等特点，而传统的考种方法大多依赖于手工操作，占用大量人力资源，工作效率低下，成为制约玉米种业发展的技术瓶颈。
[0003]计算机图形图像技术和机械自动化技术为传统考种方法的改进提供了支持，原本的手工操作可以用机械自动化代替。现有技术中进行玉米果穗考种需要采集玉米果穗的重量信息和形态特征，重量信息的获取一般通过称重传感器实现，形态特征一般利用图像采集装置获取玉米果穗图像。因此，考种的工作流程为:首先将玉米果穗放在称重托盘上测量玉米果穗的重量，然后将玉米果穗取下来放置到一个旋转装置上，对玉米果穗进行旋转。因为玉米果穗为类圆柱形结构，若要获得玉米果穗的全方位图像就需要将玉米果穗进行旋转，先用相机拍下玉米果穗的一侧图像，之后将其进行一定角度的旋转，再获取其它侧的玉米果穗图像。最后将采集到的所有侧面图像进行处理和分析，得到玉米果穗针对形态特征的考种结果，再结合重量信息得到玉米果穗的综合考种结果。
[0004]然而，利用现有技术进行玉米果穗考种时，存在一个突出的矛盾就是:在进行玉米果穗称重装置的设计时，为了保证重量数据的准确性就需要采用静态设计，而在进行玉米果穗全方位图像采集装置设计时，为了获取玉米果穗的360度全方位图像就需要对玉米果穗进行动态的旋转。目前的考种装置在结构上还没有解决上述动态和静态的矛盾，还不能在无需人工干涉的情况下自动获取玉米果穗的重量信息和全方位图像信息。
实用新型内容
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]针对上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是如何在无需人工干涉的情况下，实现自动采集玉米果穗的重量信息和全方位图像信息。
[0007](二)技术方案
[0008]为解决上述问题，本实用新型提供了玉米果穗自动考种装置，具体包括:
[0009]转动单元、升降单元、图像采集单元和称重单元；
[0010]所述转动单元与所述升降单元连接，与所述升降单元一起上升和/或下降，其中所述转动单元在转动的同时带动玉米果穗沿着果穗的轴向进行旋转，所述升降单元通过上升和下降实现玉米果穗与所述称重单元的脱离和接触；
[0011]所述图像采集单元固定在所述转动单元的上方，用于在所述转动单元带动玉米果穗旋转的同时获取玉米果穗的全方位图像信息；
[0012]所述称重单元固定在所述图像采集单元的下方，用于对玉米果穗进行称重，获取玉米果穗的重量信息，且所述转动单元上升和/或下降的过程中不与所述称重单元接触。
[0013]进一步地，所述转动单元为位于所述称重单元两侧的两根托辊，在所述托辊转动的同时，带动两根托辊之间的玉米果穗沿轴向进行旋转。
[0014]进一步地，所述装置还包括:同步带，用于连接两根托辊中间的轴，实现两根托辊的同步转动。
[0015]进一步地，在所述托辊上沿圆周方向设置径向凹槽。
[0016]进一步地，所述升降单元包括:支架和升降凸轮，所述支架用于连接所述托辊和所述升降凸轮，且通过所述升降凸轮的上升和下降实现所述托辊和所述支架的上升和下降。
[0017]进一步地，所述图像采集单元为相机，用于采集玉米果穗的360度全方位图像。
[0018]进一步地，所述称重单元包括:称重托架和称重传感器，所述称重托架和所述称重传感器固定连接，所述称重托架位于两根托辊之间。
[0019]进一步地，所述称重托架具有“工”字型结构的支臂，所述支臂为向上弯折形，且长度相等，且所述支臂与所述托辊上的凹槽相配合，所述托辊升降过程中不与所述支臂接触。
[0020]进一步地，所述装置还包括:滑动轴承，所述滑动轴承套装在所述升降凸轮下方支柱的外围，所述升降凸轮能在所述滑动轴承中进行升降运动。
[0021]进一步地，所述装置还包括:步进电机，用于为所述转动单元的转动和所述升降单元的升降提供动力。
[0022](三)有益效果
[0023]本实用新型提供了玉米果穗自动考种装置，通过升降单元的上升和下降实现玉米果穗与称重托架的分离和接触，当升降单元上升时，转动单元随着升降单元上升，将玉米果穗托起离开称重单元，并且在转动单元的带动下实现360度旋转，在玉米果穗转动的同时，图像采集单元对玉米果穗进行全方位图像采集，得到玉米果穗的全方位图像信息；当升降单元下降时，转动单元随着升降单元下降，玉米果穗离开转动单元，落在称重单元上，称重单元对玉米果穗进行称重，获取玉米果穗的重量信息，从而实现玉米考种过程中自动采集玉米果穗的重量信息和全方位图像信息，减少考种过程中的人工操作，进而提高考种操作的自动化水平，以降低人工成本和操作复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型玉米果穗自动考种装置的组成示意图；
[0025]图2为本实用新型玉米果穗自动考种装置的结构示意图；
[0026]图3为本实用新型托辊的示意图；
[0027]图4为本实用新型托辊与称重支架的位置关系平面示意图；
[0028]图5为本实用新型托辊I的凹槽与称重托架2的支臂的立体关系示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。[0030]本实用新型实施例中提供了玉米果穗自动考种装置，组成示意图如图1所示，具体包括:转动单元01、升降单元02、图像采集单元03和称重单元04。
[0031]转动单元01与升降单元02连接，与升降单元02 —起上升和/或下降，其中转动单元01在转动的同时带动玉米果穗沿着果穗的轴向进行旋转，升降单元02通过上升和下降实现玉米果穗与称重单元04的脱离和接触。
[0032]图像采集单元03固定在转动单元01的上方，用于在转动单元01带动玉米果穗旋转的同时获取玉米果穗的全方位图像信息。
[0033]称重单元04固定在图像采集单元03的下方，用于对玉米果穗进行称重，获取玉米果穗的重量信息，且转动单元上升和/或下降的过程中不与称重单元接触。
[0034]本实用新型中升降单元的上升和下降控制玉米果穗与称重托架的分离和接触，当升降单元上升时，转动单元随着升降单元上升，将玉米果穗托起离开称重单元，并且在转动单元的带动下实现360度旋转，在玉米果穗转动的同时，图像采集单元对玉米果穗进行全方位图像采集，得到玉米果穗的全方位图像信息；当升降单元下降时，转动单元随着升降单元下降，玉米果穗离开转动单元，落在称重单元上，称重单元对玉米果穗进行称重，获取玉米果穗的重量信息，从而实现玉米考种过程中玉米果穗的重量信息和全方位图像信息的自动获取。
[0035]本实用新型的优选实施例为:装置中的转动单元为位于所述称重单元两侧的两根托辊1，升降单元包括:支架6和升降凸轮7，图像采集单元为相机10，称重单元包括:称重托架2和称重传感器8。除此之外还包括:同步带5、步进电机4和滑动轴承9，组成结构图如图2所示。
[0036]在转动单元中托辊I转动的同时，带动两根托辊之间的玉米果穗沿轴向进行旋转。在托辊I上还设置有凹槽，一种较佳的方式是在托辊I上沿圆周方向设置径向凹槽，在托辊I转动的同时，带动两根托辊之间的玉米果穗旋转。本实施例中，在每个托辊I上分别设置5个凹槽，托辊示意图如图3所示。托辊I的外部直径为60mm，内部直径为20mm，长300mm,凹槽宽度为20mm,两根托棍的轴距为70mm,两根轴分别用轴承安装在支架6上。
[0037]需要说明的是，本实施例中的凹槽设置是为了实现托辊升降的同时不与称重托架接触，还可以通过其它方式避免托辊与称重托架的接触。
[0038]在两根托辊I之间还设置有同步带5，用于连接两根托辊I中间的轴，实现两根托辊I的同步转动。同步带5配合两托辊轴终端的同步带轮组成同步传动结构，将两根托辊I连接，在其中一根托棍I轴上安装步进电机就能驱动两托棍轴I的同步转动。同步带是实现两根转轴同步的最常用方式，但是为了实现同步还可以采用其它结构实现两根托辊的同步转动。
[0039]本实施例中的升降单元包括支架6和升降凸轮7，其中支架6用于连接托辊I和升降凸轮7，且通过升降凸轮7的上升和下降实现托辊I和支架6的上升和下降。为了实现玉米果穗图像采集的动态设计，本实施例通过支架6将转动单元中的托辊I和升降单元中的升降凸轮连接在一起，使得他们三者可以同时上升和下降，进一步实现称重单元与玉米果穗的接触和脱离。
[0040]本实施例中的图像采集单元为相机10，设置在托辊的正上方，用于采集玉米果穗的360度全方位图像。当托棍I转动时,相机10采集玉米果穗的四周图像,用于对玉米果穗的形态特征做最全面的分析。
[0041]本实施例中的称重单元包括:称重托架2和称重传感器8，称重托架2和称重传感器8固定连接，称重托架2由多个“工”字型结构的支臂组成。支臂的长度和宽度均相等，大小略小于托辊I上凹槽的宽度和深度，托辊I与称重支架2的位置关系平面示意图如图4所示。
[0042]需要说明的是，本实施例提供的支臂与凹槽的配合关系为最佳实施方式，而对于支臂结构还可以做出其它变化，例如支臂的数目可以只设置成两组，即一个“工”字型结构的支臂，同时，需要在托辊沿圆周方向上与支臂相对应的位置设置径向凹槽，实现托辊的升降不影响称重托盘的位置和称重操作。
[0043]为了以保证升降凸轮7的上升和下降过程中称重托架2与托辊I之间不接触，将称重托架2的支臂为向上弯折形。托辊I的凹槽与称重托架2的支臂的立体关系示意图如图5所示，同时图5中还可以看出支臂的弯折形结构。
[0044]由于支臂的向上弯折结构不仅能够有效避免托辊I升降运动过程中支臂接触到托辊1，还能保证称重过程中玉米果穗能够在称重托架中位置稳定，以免玉米果穗来回滚动或者容易从称重托架上脱落对称重结果产生影响，能够很好地保证重量信息的可靠性，减小考种误差。需要说明的是，除了将称重托架设置成支臂、托辊设置成具有凹槽的结构，还可以对称重托架和托辊的配合关系设置成其它形式，只需满足升降凸轮7的上升和下降过程中称重托架2与托辊I之间不接触，不会对称重和玉米果穗的进行360度滚动产生影响即可。例如，称重托架就 是一个托盘，但是两根托辊之间的间距大小可根据升降位置高低进行自动调节，当托辊I随着升降凸轮7上升时，两根托辊之间的间距变小，小的程度为可以将玉米果穗托起并离开称重托盘为标准，相反，当托辊I随着升降凸轮7下降时，两根托辊之间的间距变大，大到刚好将玉米果穗放开，使得玉米果穗落在称重托盘上进行称重为标准。除此之外，还可以有其他方式实现本实施例，保证称重时玉米果穗不与托辊接触，转动时玉米果穗不与称重托盘接触的效果。
[0045]本实施例中的玉米果穗自动考种装置还包括:滑动轴承9，套装在升降凸轮7下方支柱的外围，以便升降凸轮7能在滑动轴承9中进行升降运动。
[0046]需要说明的是，升降凸轮和支架的作用就是为了实现托辊的升降，最终为了实现玉米果穗与称重托架的接触和分离，所以升降凸轮、支架和托辊的结构还可以做出其它变化，在此不再--列出。
[0047]本实施例中的玉米果穗自动考种装置还包括:步进电机4，用于为转动单元的转动和升降单元的升降提供动力。因此步进电机的个数至少两个，具体的，一个步进电机与托辊I中的一根托辊连接，通过同步带5的作用能够使两根托辊以相同的速度同步进行转动。同时，升降凸轮7也是在步进电机的驱动下才能进行上下的升降运动，而且步进电机都是在计算机的控制下进行转动的。
[0048]为了实现将采集的重量信息和全图像信息进行处理，得到最终的考种结果，还需要将上述玉米果穗自动考种装置与计算机进行连接。
[0049](I)为了实现对重量信息的采集需要将称重传感器与计算机连接，通过计算机控制实现数据的采集和对考种装置的控制。
[0050](2)为了实现对升降凸轮的升降和托辊的转动进行控制还需要将控制升降凸轮的电动机与计算机进行连接，通过计算机控制电动机的工作，进一步实现对升降凸轮的升降控制，通过计算机控制与托辊连接的电动机的转动实现对托辊转动的控制。
[0051]当托辊位于降低状态时，托辊与玉米果穗分离，玉米果穗落在称重托架上进行称重，将采集到的重量数据传输给计算机；
[0052]当托辊位于升高状态时，托辊支撑玉米果穗离开称重托架，并带动玉米果穗进行360度转动，相机采集玉米果穗的360度全方位图像，将采集到的图像数据传输给计算机。
[0053](3 )为了实现采集玉米果穗全方位图像，需要将相机与计算机连接，在玉米果穗进行转动的同时，安装在其上方的相机在计算机控制下采集玉米果穗转到指定角度的图像。为了得到全方位图像，相机致少需要拍摄四张角度间隔为90度的图像，最后将采集到的所有图像拼接即得到玉米果穗的全方位图像。相机将采集到的原始图像传输给计算机，计算机再对原始图像进行处理得到考种需要的图像信息。
[0054]基于上述玉米果穗自动考种装置，利用该装置进行玉米果穗重量和全图像自动考种的工作流程为:
[0055]首先，获取重量信息，计算机通过控制步进电机的转动使得升降单元中的升降凸轮下降，将转动单元中的两根托辊和连接托辊和升降凸轮的支架的位置降低。在升降单元升降的过程中，升降单元中的升降凸轮下方的支柱在滑动轴承中上下滑动，托辊的位置降低过程中，由于称重托架的支臂与托辊上的凹槽刚好错开，使得托辊下降过程中玉米果穗随着下降，最后玉米果穗称重托架的支臂上，将玉米果穗与托辊分离，称重单元中的称重传感器将称重托架上玉米果穗的重量信息传输给计算机。
[0056]然后，获取全图像信息，计算机通过控制步进电机的转动使得升降单元中的升降凸轮上升，将转动单元中的两根托辊和连接托辊和升降凸轮的支架的位置升高。托辊升高的过程中将玉米果穗从称重托架上托起来，使其离开称重托盘。接着，计算机控制连接托辊的步进电机转动，在同步带的带动下两根托棍以同样的速度向着相同的方向转动，通过托辊上设置的凹槽带动玉米果穗一起转动，转动的同时计算机还控制相机每隔一定时间采集一次玉米果穗图像，玉米果穗旋转一周后，将相机采集到的玉米果穗图像拼接在一起构成360度全方位图像，并将全方位图像信息传输给计算机。
[0057]需要说明的是，上述工作流程中获取重量信息和获取全图像信息的步骤可以互调，即先获取全图像信息，再获取重量信息。使用本实用新型提供的自动考种装置，能够在无需人工干预的情况下实现获取重量信息和获取全图像信息之间的自动切换，无需现有方法中在称重完成后，人工将玉米果穗从称重装置取下，放到转动结构上进行转动实现玉米果穗全图像的采集。减少了考种过程中的人工干涉，实现自动化考种。
[0058]综上所述，本实用新型提供的优选实施例可以通过设置托辊的升降实现玉米果穗与称重托架的分离和接触，托辊下降时进行玉米果穗的称重，托辊上升时带动玉米果穗旋转进行全方位图像信息的采集，从而实现基于图像的玉米考种方法中果穗的重量和全方位图像信息的自动获取，提高考种操作的自动化水平，以降低人工成本和操作复杂度。另外，通过将重量信息采集和全图像信息采集利用静态和动态相结合的设计结构还能保证考种结果的准确性，减小考种误差。
[0059]本实用新型由于可以在无需人工干预前提下，采集玉米果穗的重量数据后自动采集玉米果穗360度旋转的全方位图像序列，为基于图像技术的玉米考种提供准确的数据源，为基于图像的玉米考种提供自动化的数据采集技术手段和实用工具，提高考种操作的自动化水平，从而提高玉米考种作业的效率和质量。
[0060]以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述装置具体包括: 转动单元、升降单元、图像采集单元和称重单元； 所述转动单元与所述升降单元连接，与所述升降单元一起上升和/或下降，其中所述转动单元在转动的同时带动玉米果穗沿着果穗的轴向进行旋转，所述升降单元通过上升和下降实现玉米果穗与所述称重单元的脱离和接触； 所述图像采集单元固定在所述转动单元的上方，用于在所述转动单元带动玉米果穗旋转的同时获取玉米果穗的全方位图像信息； 所述称重单元固定在所述图像采集单元的下方，用于对玉米果穗进行称重，获取玉米果穗的重量信息，且所述转动单元上升和/或下降的过程中不与所述称重单元接触。
2.根据权利要求1所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述转动单元为位于所述称重单元两侧的两根托辊，在所述托辊转动的同时，带动两根托辊之间的玉米果穗沿轴向进行旋转。
3.根据权利要求2所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述装置还包括:同步带，用于连接两根托辊中间的轴，实现两根托辊的同步转动。
4.根据权利要求2所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，在所述托辊上沿圆周方向设置径向凹槽。
5.根据权利要求2所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述升降单元包括:支架和升降凸轮，所述支架用于连接所述托辊和所述升降凸轮，且通过所述升降凸轮的上升和下降实现所述托辊和所述支架的上升和下降。
6.根据权利要求1所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述图像采集单元为相机，用于采集玉米果穗的360度全方位图像。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述称重单元包括:称重托架和称重传感器，所述称重托架和所述称重传感器固定连接，所述称重托架位于两根托辊之间。
8.根据权利要求7所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述称重托架具有“工”字型结构的支臂，所述支臂为向上弯折形，且长度相等，且所述支臂与所述托辊上的凹槽相配合，所述托辊升降过程中不与所述支臂接触。
9.根据权利要求5所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述装置还包括:滑动轴承，所述滑动轴承套装在所述升降凸轮下方支柱的外围，所述升降凸轮能在所述滑动轴承中进行升降运动。
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的玉米果穗自动考种装置，其特征在于，所述装置还包括:步进电机，用于为所述转动单元的转动和所述升降单元的升降提供动力。
【文档编号】A01C1/00GK203435319SQ201320383501
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】肖伯祥, 郭新宇, 王传宇, 吴升, 杜建军 申请人:北京农业信息技术研究中心