本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)輸送機(jī)，特別是一種幼苗自動(dòng)輸送裝置和系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在苗木等植物的工業(yè)化種植中，由于初期播種育苗密度大，如果在幼苗已經(jīng)生長(zhǎng)至一定時(shí)期時(shí)，在原床上繼續(xù)培養(yǎng)2~3年生以上的苗木，就會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)面積小，光照不足，通風(fēng)不良等情況，導(dǎo)致苗木等植物幼苗枝葉少、苗干細(xì)弱、地下根量少、造林成活率低的不良后果，為了培育健壯苗木，必須進(jìn)行輸送轉(zhuǎn)移，將幼苗更換育苗地繼續(xù)培養(yǎng)，使幼苗根部擴(kuò)大吸收營(yíng)養(yǎng)面積，有利于苗木生長(zhǎng)，提高苗木質(zhì)量和成苗率。

2、在植物種植工廠的作業(yè)車間中，由于種植設(shè)備排列擺放較為密集、種植作業(yè)車間空間有限，通常會(huì)使用運(yùn)輸裝置進(jìn)行幼苗的運(yùn)輸，如轉(zhuǎn)運(yùn)小車等，其路徑規(guī)劃復(fù)雜，需要人工操控或駕駛，運(yùn)行中容易碰撞到種植車間內(nèi)設(shè)備和人員，且為適應(yīng)在車間的設(shè)備間運(yùn)行，裝置尺寸設(shè)計(jì)不能過大，導(dǎo)致運(yùn)輸可承載量非常有限，一次性可運(yùn)輸?shù)挠酌鐢?shù)量少，只能通過多次運(yùn)輸或設(shè)置多個(gè)運(yùn)輸裝置同時(shí)運(yùn)行才能完成大批量運(yùn)輸任務(wù)，增加了成本的同時(shí)過多的運(yùn)輸設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生相互干擾影響運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行；而由于采用上述現(xiàn)有的運(yùn)輸裝置進(jìn)行批量運(yùn)輸時(shí)，將種植設(shè)備上密集種植的幼苗進(jìn)行批量搬運(yùn)至運(yùn)輸裝置上無法及時(shí)對(duì)幼苗的狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分，判斷其是否需要轉(zhuǎn)運(yùn)輸或幼苗已死亡需要清理等情況，該情況導(dǎo)致不需要被運(yùn)輸?shù)挠酌缂捌浠|(zhì)體占用了運(yùn)輸裝置的部分承載量，從而使部分運(yùn)輸力被浪費(fèi)，進(jìn)一步影響了運(yùn)輸工作的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的植物培育作業(yè)車間的運(yùn)輸裝置存在運(yùn)輸不便，運(yùn)力浪費(fèi)的問題，本發(fā)明提供了一種幼苗自動(dòng)輸送裝置和系統(tǒng)及方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種幼苗自動(dòng)輸送裝置，包括第一取苗器和第二取苗器，所述第一取苗器和第二取苗器分別置于輸送帶兩端；且第一取苗器和第二取苗器之間設(shè)置分揀裝置，由分揀裝置作用于輸送帶表面幼苗；

4、其中，輸送帶上依次設(shè)置有輸入段、分揀段和輸出段，所述第一取苗器和第二取苗器分別作用于輸入段和輸出段；

5、裝置還包括輸送定位機(jī)構(gòu)，所述輸送定位機(jī)構(gòu)置于輸送帶上，所述輸送定位機(jī)構(gòu)上承載幼苗和幼苗生長(zhǎng)基質(zhì)；

6、其中，分揀段設(shè)置有分揀支路段，分揀支路段上方設(shè)置有識(shí)別分揀裝置，所述識(shí)別分揀裝置包括設(shè)置于輸送帶的分揀段上方的識(shí)別相機(jī)和分揀機(jī)械手，所述識(shí)別相機(jī)與分揀機(jī)械手之間連接有plc控制器。

7、進(jìn)一步地，所述第一取苗器包括取苗支架，所述取苗支架上設(shè)置有第一水平向滑軌機(jī)構(gòu)，所述第一水平向滑軌機(jī)構(gòu)上連接有取苗氣缸支架，所述取苗氣缸支架上設(shè)置有夾爪氣缸，所述夾爪氣缸的底部通過氣缸活塞連接有取苗夾爪，所述取苗夾爪包括中心支撐件，圍繞中心支撐件均勻分布連接有多個(gè)夾爪片，所述夾爪片與中心支撐件鉸接。

8、進(jìn)一步地，所述第一水平向滑軌機(jī)構(gòu)包括與取苗支架固定連接的x向取苗導(dǎo)軌，所述x向取苗導(dǎo)軌上滑動(dòng)連接有x向吊裝滑塊，所述x向吊裝滑塊底部固定連接有y向調(diào)位滑槽件，所述取苗氣缸支架的頂部滑動(dòng)連接于y向調(diào)位滑槽件內(nèi)。

9、進(jìn)一步地，所述取苗氣缸支架的側(cè)面連接有夾取托底機(jī)構(gòu)，所述夾取托底機(jī)構(gòu)包括鉸接于取苗氣缸支架兩側(cè)面的旋轉(zhuǎn)板，所述旋轉(zhuǎn)板通過旋轉(zhuǎn)軸與取苗氣缸支架連接，所述旋轉(zhuǎn)軸連接有托底機(jī)構(gòu)電機(jī)，兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)板之間連接有用于在夾取苗過程中對(duì)幼苗和基質(zhì)底部進(jìn)行托底的整排苗托板。

10、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)板與整排苗托板的連接處開設(shè)有升降調(diào)節(jié)槽，所述整排苗托板的端部連接有與升降調(diào)節(jié)槽配合的升降調(diào)節(jié)滾輪。

11、進(jìn)一步地，所述第二取苗器包括出苗支架，所述出苗支架上設(shè)置有第二水平向滑軌機(jī)構(gòu)，所述第二水平向滑軌機(jī)構(gòu)上連接有出苗氣缸支架，所述出苗氣缸支架上設(shè)置有夾爪氣缸，所述夾爪氣缸的底部通過氣缸活塞連接有出苗夾爪，所述出苗氣缸支架包括上層支撐板和下層距離調(diào)節(jié)板，所述上層支撐板的兩側(cè)端部連接有上層伸縮支撐板，所述上層伸縮支撐板與下層距離調(diào)節(jié)板之間固定連接有吊裝板，所述下層距離調(diào)節(jié)板上設(shè)置有多個(gè)伸縮節(jié)，所述夾爪氣缸設(shè)置于伸縮節(jié)之間。

12、一種幼苗自動(dòng)輸送系統(tǒng)，根據(jù)上述的幼苗自動(dòng)輸送裝置，包括速度控制單元、坐標(biāo)控制單元、監(jiān)測(cè)識(shí)別單元、圖像信息處理單元，信號(hào)傳輸單元和動(dòng)作執(zhí)行單元；

13、所述速度控制單元用于根據(jù)監(jiān)測(cè)識(shí)別單元和圖像信息處理單元所獲取并處理的信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸送帶的運(yùn)行速度，使識(shí)別分揀裝置及時(shí)識(shí)別和分揀未達(dá)要求的植物苗；

14、所述坐標(biāo)控制單元用于控制第一取苗器、第二取苗器以及識(shí)別分揀裝置在輸送帶上和輸送帶外部的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，使輸送裝置能夠準(zhǔn)確定位到每一個(gè)幼苗的位置，實(shí)現(xiàn)取苗、分揀和出苗工作的坐標(biāo)定位控制；

15、所述監(jiān)測(cè)識(shí)別單元用于通過識(shí)別相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶上的植物幼苗，識(shí)別幼苗包括種類、大小、健康狀況的信息，并將信息傳遞至圖像信息處理單元進(jìn)行進(jìn)一步分析；

16、所述圖像信息處理單元用于接收來自監(jiān)測(cè)識(shí)別單元的數(shù)據(jù)，并通過圖像處理算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別出幼苗的差別，包括顏色、形狀、紋理，生成分揀指令，并將其傳遞給動(dòng)作執(zhí)行單元，使識(shí)別分揀裝置做出正確的分揀決策；

17、所述信號(hào)傳輸單元用于在系統(tǒng)的各個(gè)單元之間進(jìn)行無線傳遞信息，使監(jiān)測(cè)識(shí)別單元、圖像信息處理單元、速度控制單元、坐標(biāo)控制單元和動(dòng)作執(zhí)行單元之間通信保持通信并協(xié)同工作；

18、所述動(dòng)作執(zhí)行單元用于直接對(duì)植物幼苗進(jìn)行運(yùn)輸操作，根據(jù)圖像信息處理單元生成的分揀指令，通過取苗夾爪、出苗夾爪和分揀機(jī)械手，將不同類型的幼苗從輸送帶上分揀出來，并放置到指定的位置或容器中，實(shí)現(xiàn)分揀功能。

19、一種幼苗自動(dòng)輸送方法，根據(jù)上述的幼苗自動(dòng)輸送裝置，包括如下步驟：

20、a、系統(tǒng)啟動(dòng)與自檢：?jiǎn)?dòng)整個(gè)運(yùn)輸裝置及其控制系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確保所有單元均處于正常工作狀態(tài)，包括速度控制單元、坐標(biāo)控制單元、監(jiān)測(cè)識(shí)別單元、圖像信息處理單元、信號(hào)傳輸單元和動(dòng)作執(zhí)行單元；

21、b、參數(shù)配置：根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸需求，配置系統(tǒng)參數(shù)，包括輸送帶的初始速度，動(dòng)作執(zhí)行單元中第一取苗器、第二取苗器和分揀裝置的夾取位置、放置位置和移動(dòng)路徑，監(jiān)測(cè)識(shí)別單元的清晰度，圖像信息處理單元中判定幼苗需要被分揀的條件，并通過信號(hào)傳輸單元建立通信連接，保持信息實(shí)時(shí)傳遞和共享；

22、c、幼苗上帶監(jiān)測(cè)：第一取苗器根據(jù)步驟b預(yù)設(shè)的參數(shù)運(yùn)動(dòng)，將種植設(shè)備上的幼苗夾取至輸送帶上的指定位置，植物幼苗被放置到輸送帶上后運(yùn)輸至識(shí)別分揀裝置處；

23、d、識(shí)別與分揀：監(jiān)測(cè)識(shí)別單元開始工作，通過識(shí)別相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)幼苗的位置和狀態(tài)，圖像信息處理單元接收來自監(jiān)測(cè)識(shí)別單元的圖像數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像處理算法，對(duì)幼苗進(jìn)行識(shí)別和分析，提取出關(guān)鍵特征信息，根據(jù)圖像信息處理單元的分析結(jié)果，生成相應(yīng)的分揀指令，包括幼苗的種類、分揀位置以及分揀時(shí)機(jī)，并發(fā)送至分揀裝置處，分揀裝置根據(jù)指令將需要分揀出的幼苗通過分揀機(jī)械手夾取至運(yùn)輸帶的分揀支路段上；

24、e、運(yùn)輸出苗：無需分揀的植物幼苗在輸送帶上輸送至第二取苗器處，第二取苗器根據(jù)預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡和夾取動(dòng)作，將出苗夾爪從輸送帶上取出，并通過自身間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)幼苗相鄰間的間距，將取出的幼苗進(jìn)行碼放，等待后續(xù)處理。

25、進(jìn)一步地，所述步驟d中采用圖像采集對(duì)幼苗狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別判斷是否需要分揀的方法具體如下：

26、通過圖像采集和圖像信息處理，獲得幼苗最大長(zhǎng)度、幼苗最大寬度、幼苗莖稈直徑和幼苗葉片顏色相對(duì)于預(yù)設(shè)顏色的偏差值，計(jì)算各參數(shù)相比于對(duì)應(yīng)允許閾值的偏差值，綜合各項(xiàng)偏差值進(jìn)行計(jì)算得到綜合偏差值，將綜合偏差值與對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)值相比較判斷幼苗是否需要分揀。

27、進(jìn)一步地，所述綜合偏差值的計(jì)算方法具體如下：

28、s1、通過圖像采集和圖像信息處理，識(shí)別幼苗在圖像中的最長(zhǎng)部分和最寬部分，分別作為幼苗的最大長(zhǎng)度lmax、最大寬度wmax，通過圖像處理中的邊緣檢測(cè)和輪廓分析，提取幼苗莖稈部分的直徑d；

29、根據(jù)幼苗的最大長(zhǎng)度和最大寬度，計(jì)算其與預(yù)設(shè)尺寸的偏差，設(shè)預(yù)設(shè)的幼苗理想長(zhǎng)度為lideal，理想寬度為wideal，理想莖稈直徑為dideal，幼苗尺寸與預(yù)設(shè)尺寸相比的權(quán)重值wsize為：

30、

31、其中，lrange和?wrange分別是允許的長(zhǎng)度和寬度偏差范圍，drange為允許的莖稈直徑偏差范圍；幼苗的尺寸偏差越小，wsize則越趨于1；

32、s2、通過圖像采集和圖像顏色信息處理，得到幼苗葉片顏色在rgb顏色空間的平均rgb值rleaf、gleaf、bleaf；則幼苗葉片相對(duì)于幼苗預(yù)設(shè)顏色的偏差值δc為：

33、

34、其中，rpreset、g?preset、b?preset?是幼苗預(yù)設(shè)顏色的rgb值；

35、根據(jù)幼苗葉片相對(duì)于幼苗預(yù)設(shè)顏色的偏差值δc，當(dāng)δc≤δcthreshold，計(jì)算δc與預(yù)設(shè)顏色偏差閾值δcthreshold相比的權(quán)重值wcolor為：

36、

37、幼苗的顏色偏差越小，則wcolor越趨于1；

38、當(dāng)δc＞δcthreshold，則令wcolor=0；

39、s3、計(jì)算幼苗尺寸與葉片顏色的綜合偏差值，設(shè)幼苗尺寸權(quán)重系數(shù)為ksize，葉片顏色權(quán)重系數(shù)為kcolor，且ksize+kcolor=1，則綜合偏差值wa為：

40、wa=ksize?wsize+kcolor?wcolor

41、將計(jì)算得到的綜合偏差值與預(yù)設(shè)判斷數(shù)值wathreshold進(jìn)行比較，若wa<wathreshold，則判斷該幼苗需要被分揀。

42、本發(fā)明的有益效果是：

43、本發(fā)明的幼苗自動(dòng)輸送裝置可在如種植工廠車間的場(chǎng)景內(nèi)鋪設(shè)長(zhǎng)距離的輸送帶，通過第一取苗器和第二取苗器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了將輸送裝置前端的種植設(shè)備上的幼苗株自動(dòng)取出，放置于輸送裝置上，并自動(dòng)輸送至后端待轉(zhuǎn)運(yùn)或待后續(xù)工藝處理的位置處，相比于現(xiàn)有技術(shù)中采用小車在種植設(shè)備間進(jìn)行運(yùn)輸，本發(fā)明的輸送裝置可運(yùn)輸量更大、運(yùn)輸效率更高，只需一臺(tái)設(shè)備即可完成大批量的運(yùn)輸工作，不會(huì)發(fā)生運(yùn)輸過程中相互干擾的問題，且具備自動(dòng)取苗和出苗的功能，自動(dòng)化程度提高，節(jié)省了人力；本發(fā)明的輸送裝置上還設(shè)置了識(shí)別分揀裝置和分揀支路段，可通過識(shí)別相機(jī)與分揀機(jī)械手將識(shí)別出的未達(dá)要求的幼苗進(jìn)行分揀到分揀支路段上分離，等待后續(xù)處理，可區(qū)分出幼苗是否需要轉(zhuǎn)運(yùn)輸或幼苗已死亡需要清理等情況，避免了不需要被運(yùn)輸?shù)挠酌缂捌浠|(zhì)體占用運(yùn)輸裝置的承載量，防止運(yùn)輸力被浪費(fèi)，進(jìn)一步提升了運(yùn)輸工作的效率。

44、本發(fā)明的幼苗自動(dòng)輸送系統(tǒng)設(shè)置有速度控制單元、坐標(biāo)控制單元、監(jiān)測(cè)識(shí)別單元、圖像信息處理單元，信號(hào)傳輸單元和動(dòng)作執(zhí)行單元，各單元之間相互協(xié)同工作可實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化取苗、運(yùn)輸、識(shí)別分揀和出苗工作，減少了人工操作，大幅節(jié)省了人力，且可通過圖像信息采集和處理精準(zhǔn)識(shí)別出幼苗植株是否需要運(yùn)輸，并進(jìn)行分揀區(qū)分，保證處于一定生長(zhǎng)差異狀態(tài)下的幼苗也能得到更加妥善的處理，而不是統(tǒng)一進(jìn)行輸送處理，使幼苗種植過程的處理更加精確化、科學(xué)化，提升了工業(yè)化種植的產(chǎn)品質(zhì)量。

45、本發(fā)明的幼苗自動(dòng)輸送方法根據(jù)輸送裝置的特點(diǎn)，針對(duì)化設(shè)置了多項(xiàng)輸送所需的參數(shù)，包括輸送帶的初始速度，動(dòng)作執(zhí)行單元中第一取苗器、第二取苗器和分揀裝置的夾取位置、放置位置和移動(dòng)路徑，監(jiān)測(cè)識(shí)別單元的清晰度，圖像信息處理單元中判定幼苗需要被分揀的條件等，使輸送裝置和系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)單元均能良好地協(xié)同完成自動(dòng)化運(yùn)輸工作，實(shí)現(xiàn)了可根據(jù)種植環(huán)境、植物狀態(tài)、運(yùn)輸需求而靈活化地制定運(yùn)輸方案的功能，顯著提升了該運(yùn)輸方法的適用性，使運(yùn)輸裝置與系統(tǒng)可適用于任意幼苗種植場(chǎng)景下進(jìn)行針對(duì)化運(yùn)輸，運(yùn)輸效率高、效果好。