基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010556037.8 (22)申请日 2020.06.17 (71)申请人 青岛理工大学 地址 266520 山东省青岛市经济技术开发 区嘉陵江路777号 申请人 新疆农业科学院农业机械化研究所 内蒙古民族大学 (72)发明人 李长河王荣杨会民赵华洋 贾东洲石佳彭业振巩鹏 周启宇李德举袁宗斌侯亚丽 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 陈晓敏 (51)Int.Cl. A01C 1/00(2006.01) A01C 1/06(2006.0。

2、1) A01C 1/08(2006.01) A61L 2/18(2006.01) B07B 9/00(2006.01) (54)发明名称 基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置 及方法 (57)摘要 本公开涉及一种基于多级筛选和芽眼识别 的智能制种装置及方法， 包括送料模块、 预切块 模块、 芽眼识别与切块模块和拌料模块， 所述送 料模块能够通过多级筛选机构筛选出质量及形 状符合要求的种薯； 所述预切块模块能够接收送 料模块排出的种薯， 并将种薯沿长轴所在的对称 面切割成两半； 所述芽眼识别与切块模块能够接 收从预切块模块排出的种薯块， 判断种薯块的重 量并识别种薯块表面的芽眼分布， 芽眼识别与。

3、切 块模块能够将种薯块切割成所需要的多个块茎， 并使得芽眼在不同块茎上均匀分布； 所述拌料模 块能够接收切割后的块茎， 并完成块茎的拌料。 本公开能够集筛选送料、 芽眼识别、 切块、 拌料等 功能于一体， 提高了种薯的利用率和切块的播种 质量。 权利要求书2页 说明书13页 附图16页 CN 111699779 A 2020.09.25 CN 111699779 A 1.一种基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 包括： 送料模块， 送料模块能够通过多级筛选机构筛选出质量及形状符合要求的种薯； 预切块模块， 预切块模块能够接收送料模块排出的种薯， 并将种薯沿长轴所在的对称 面切割成。

4、两半； 芽眼识别与切块模块， 芽眼识别与切块模块能够接收从预切块模块排出的种薯块， 判 断种薯块的重量并识别种薯块表面的芽眼分布， 芽眼识别与切块模块能够将种薯块切割成 所需要的多个块茎， 并使得芽眼在不同块茎上均匀分布； 拌料模块， 所述拌料模块能够接收切割后的块茎， 并完成块茎的拌料。 2.根据权利要求1所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述送 料模块包括能够沿自身中心轴线转动的承载盘， 承载盘的中心轴线竖直布置， 承载盘中承 载有待筛选的种薯， 承载盘的上表面安装有所述多级筛选限位机构， 多级筛选限位机构包 括限位轨道， 限位轨道能够接收承载盘中的种薯， 并沿设定。

5、方向输送； 限位轨道能够从不同开口处输出小于最小质量要求的种薯、 大于最大质量要求及形状 不满足要求的种薯、 处于最小质量与最大质量之间的种薯。 3.根据权利要求2所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述限 位轨道处依次设置有多级分选口用于筛选不同质量的马铃薯。 4.根据权利要求1所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述预 切块模块包括并排设置的两个柔性传送带， 两个柔性传送带之间形成V型夹持空间， V型夹 持空间上端开口能够接收从送料模块筛选出的质量及形状符合要求的种薯， 并朝下输送； V 型夹持空间的下端开口具有预切割组件， 预切割组件能够将V型。

6、夹持空间中输出的种薯沿 长轴所在的对称面切割成两半。 5.根据权利要求4所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所预切 割组件包括三角体， 三角体的上端尖角设置有弧形刀片， 弧形刀片正对于V型夹持空间的下 端开口。 6.根据权利要求1所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是,所述芽 眼识别与切块模块包括承料盘， 承料盘上具有四对承料槽， 每对承料槽中承料槽数量为两 个； 承料盘能够沿竖直轴线转动， 以使得每对承料槽分别在落料工位、 识别工位、 切块工位、 消毒工位之间转换； 落料工位处的承料槽能够接收预切块模块排出的种薯块； 识别工位上方设有识别组 件， 识别组。

7、件能够识别种薯块外圆面中芽眼的位置分布及种薯块重量， 识别组件能够将信 息传递给控制系统， 控制系统能够根据预设程序向切刀组件输出切块数量及切刀切割方案 指令， 切块工位处的种薯块能被切刀组件切割成所需的块茎。 7.根据权利要求6所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述芽 眼识别与切块模块包括水平布置的固定板， 固定板通过机架支撑， 固定板的下端面设置 有识别组件和切刀模块， 识别组件包括所述摄像头及重力测量机构， 识别组件处于识别工 位正上方， 所述切刀模块能够伸出不同结构形式的弧形刀片， 并能够驱动弧形刀片沿自身 竖直轴线旋转， 以适配于控制系统输出的指令。 8.根据。

8、权利要求1所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述拌 料模块包括绞龙输送机， 绞龙输送机能够切斜朝上输送块茎， 绞龙输送机下端的开口能够 权利要求书 1/2 页 2 CN 111699779 A 2 接收芽眼识别与切块模块输出的块茎， 绞龙输送机包括壳体， 壳体的内腔中设置有搅拌料。 9.根据权利要求8所述的基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 其特征是， 所述绞 龙输送机的旋转轴上安装有螺旋叶片， 螺旋叶片为镂空结构。 10.一种马铃薯制种方法， 利用了权利要求1-9中任意一项所述的基于多级筛选和芽眼 识别的智能制种装置， 其特征是， 包括以下步骤： 将待筛选种薯定位。

9、排序， 进行质量筛选， 筛除异型种薯及细长种薯； 将待加工种薯沿长轴所在的对称面对称剖切； 对切成两半的种薯块， 分别采集其表面芽眼数量、 位置信息以及种薯块体积， 根据采集 到的信息确定切块数量以及切刀方案； 根据确定的切刀方案对种薯块进行切块； 将切块得到的块茎与拌料充分混合， 实现对物料的消毒防腐处理。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111699779 A 3 基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置及方法 技术领域 0001 本公开属于农用机械技术领域， 具体涉及一种基于多级筛选和芽眼识别的智能制 种装置及方法。 背景技术 0002 本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，。

10、 不必然构成在先技 术。 0003 马铃薯是仅次于水稻、 玉米、 小麦的重要粮食作物， 对于马铃薯这种无性繁殖的块 根类作物来说， 播种时采用块根播种。 对无性繁殖的块根类作物的根进行切块， 能够得到预 设重量范围内的块根。 整个待切块种薯质量控制在50-160g为宜， 小于50g则不进行切块。 50-160g的整个种薯进行切块时， 薯块质量一般控制在25克至30克之间， 并且每个切块上必 须至少留有一个芽眼。 因此， 将不同大小的马铃薯种薯沿长轴对称纵切后采取不同切块方 式， 单瓣种薯50g以下不进行切块， 5175g纵切两瓣， 75g以上先纵切两瓣再切三块。 切块完 成后， 需要利用草木灰。

11、等固体或液体配合固体化学制剂对种薯切块进行消毒， 以保证良好 的生长率， 防止烂根。 0004 目前种薯切块基本依靠人力， 自动化程度很低， 且效率低下， 易受主观因素制约。 在切块的过程中， 根据需求得到的块根大小来选择不同形状的刀具， 进而从大到小依次选 择相匹配的刀具， 得到最终需要大小的块根， 例如： 普遍存在的5170g的 “一” 型刀， 71 100g的 “Y” 型刀。 这样对块根进行切块， 需要准备多种流线型切刀， 切块过程繁琐， 降低了切 块效率。 而且切块装置多是盲切， 没有注意种薯块根上芽眼的多少， 得到的种薯块根芽眼个 数偏差太大， 体积大小各异， 难以保证切块生长过程中。

12、的养料供给， 易造成种薯资源浪费， 降低切块质量且难以保证块根类作物的高产量。 0005 发明人了解到， 目前工厂里主要以机械切块为主， 将马铃薯放入切种机器里， 机器 自动将马铃薯按需切种。 目前， 市场上的马铃薯切种机可分为两类： 智能控制式、 舀勺定刀 式。 纵观目前使用的机器， 普遍存在通用性差， 易有疏漏的缺点。 由于薯块重量控制及芽眼 识别能力有限， 因此对薯块的大小适应能力方面和芽眼识别切块能力方面还不够理想。 0006 赵宣铭等发明了一种马铃薯切种机。 该设计在一定程度上实现了机械化切块， 但 无法控制薯块的重量， 无论种薯大小只能保证薯块有芽眼而无法确定芽眼个数及位置。 00。

13、07 郭志东等发明了一种马铃薯自动切种机。 该设计在一定程度上实现了智能机械化 切块， 控制了薯块的重量， 但是无论种薯大小， 只能切为两块， 显然不能满足实际播种需求， 同时该款切种机也不具有芽眼识别功能。 0008 刘文钺等人发明了一种多级自定位筛选和芽眼识别的智能制种装置及方法， 克服 了设备盲切， 实现了种薯的柔性自定位， 但该装置不具有筛选功能， 另外机器识别切块部分 无法通过种薯体积判断下刀， 另外不具有切刀消毒功能以及固液混合拌料功能。 0009 综上， 现有马铃薯切块机械中存在薯块质量控制及切块问题， 但是同时也存在通 用性不够强， 无法进行多级筛选限位切块及芽眼识别智能制种的。

14、缺点。 说明书 1/13 页 4 CN 111699779 A 4 发明内容 0010 本公开的目的是提供一种基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 能够集筛选 送料、 芽眼识别、 切块、 拌料等功能于一体， 实现了对待加工种薯的质量及形态控制， 提高了 种薯的利用率和切块的播种质量， 保证了发芽率。 0011 本公开的一个或多个实施例提供一种基于多级筛选和芽眼识别的智能制种装置， 包括送料模块， 预切块模块， 芽眼识别与切块模块、 拌料模块， 所述送料模块能够通过多级 筛选机构筛选出质量及形状符合要求的种薯； 所述预切块模块能够接收送料模块排出的种 薯， 并将种薯沿长轴所在的对称面切割成两半。

15、； 所述芽眼识别与切块模块能够接收从预切 块模块排出的种薯块， 判断种薯块的重量并识别种薯块表面的芽眼分布， 芽眼识别与切块 模块能够将种薯块切割成所需要的多个块茎， 并使得芽眼在不同块茎上均匀分布； 所述拌 料模块能够接收切割后的块茎， 并完成块茎的拌料。 0012 本公开的一个或多个实施例提供一种马铃薯制种方法， 利用了所述的基于多级筛 选和芽眼识别的智能制种装置， 包括以下步骤： 0013 将待筛选种薯定位排序， 进行质量筛选， 筛除异型种薯及细长种薯； 0014 将待加工种薯沿长轴所在的对称面对称剖切； 0015 对切成两半的种薯块， 分别采集其表面芽眼数量、 位置信息以及种薯块体积，。

16、 根据 采集到的信息确定切块数量以及切刀方案； 0016 根据确定的切刀方案对种薯块进行切块； 0017 将切块得到的块茎与拌料充分混合， 实现对物料的消毒防腐处理。 0018 以上一个或多个技术方案的有益效果： 0019 将筛选送料、 芽眼识别、 切块、 拌料等功能于一体， 实现了对待加工的种薯的质量 及形态控制， 严格消毒， 提高了种薯的利用率和切块的播种质量， 保证了发芽率。 0020 芽眼识别与切块模块根据种薯块上芽眼数量分布以及种薯块的重量进行综合考 量， 以得到种薯块的切刀方案并进行切割； 能够在保证切块后的每个块茎满足所需要重量 的同时， 使得芽眼在块茎上均匀分布， 保证了种薯块。

17、的制种质量。 附图说明 0021 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解， 本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请， 并不构成对本申请的限定。 0022 图1(a)为本公开一些实施例中整体机构带壳时的轴测示意图； 0023 图1(b)为本公开一些实施例中整体机构去壳后的轴测图； 0024 图1(c)为本公开一些实施例中整体机构去壳后的正视图； 0025 图1(d)为本公开一些实施例中整体机构去壳后的侧视图； 0026 图2(a)为本公开一些实施例中送料模块的轴测图； 0027 图2(b)为本公开一些实施例中送料模块的爆炸视图； 0028 图3(a)为本公开一些实施例中。

18、限位轨道的轴测图； 0029 图3(b)为本公开一些实施例中限位轨道的剖视图； 0030 图4为本公开一些实施例中送料模块的部分剖视图； 0031 图5(a)为本公开一些实施例中三角分离机构的轴测图； 说明书 2/13 页 5 CN 111699779 A 5 0032 图5(b)为本公开一些实施例中三角分离机构的爆炸视图； 0033 图5(c)为本公开一些实施例中三角分离机构的剖视图； 0034 图6为本公开一些实施例中三角分离机构的部分剖视图； 0035 图7为本公开一些实施例中弧形刀片的轴测图； 0036 图8(a)为本公开一些实施例中柔性输送模块的轴测图； 0037 图8(b)为本公开。

19、一些实施例中柔性输送模块的爆炸视图； 0038 图8(c)为本公开一些实施例中柔性输送模块和三角分离机构相对位置正视图； 0039 图9(a)为本公开一些实施例中芽眼识别与切块模块的轴测图； 0040 图9(b)为本公开一些实施例中芽眼识别与切块模块的侧视图； 0041 图9(c)为本公开一些实施例中芽眼识别与切块模块的剖视图； 0042 图10为本公开一些实施例中承料盘的轴测及部分放大图； 0043 图11为本公开一些实施例中识别组件的轴测图； 0044 图12为本公开一些实施例中喷淋系统的轴测图； 0045 图13(a)为本公开一些实施例中三角形切刀库的轴测图； 0046 图13(b)为本。

20、公开一些实施例中三角形切刀库的爆炸视图； 0047 图13(c)为本公开一些实施例中三角形切刀库的部分剖视图； 0048 图14为本公开一些实施例中拌料模块的轴测图； 0049 图15为本公开一些实施例中绞龙输送机的部分结构轴测图； 0050 图16(a)为本公开一些实施例中种薯在弹性V型定位作用下的受力图； 0051 图16(b)为本公开一些实施例中种薯冲向弧形切刀被弧形切刀剖切过程受力图； 0052 图17为本公开一些实施例中切刀库控制模块示意图； 0053 图中： -送料模块； -预切块模块； -芽眼识别与切块模块； -拌料模块； -控 制系统； -机架； -外壳。 0054 -01、 。

21、限位轨道； -0101、 承载盘外挡板； -0102、 承载盘内挡板； -0103、 位姿扶正 挡板； -0104、 第一分选开口； -0105、 第一分选轨道； -0106、 第二分选轨道； -0107、 电机 承载板； -0108、 第二分选开口； -0109、 限位轨道落料口； -0110、 第二斜轨； -0111、 第一 斜轨； -02、 锥形承载盘； -0201、 承载盘； -0202、 锥形分料凸起； -03、 锥形承载盘传动轴； -04、 锥形承载盘传动轴固定轴承； -05、 承载盘动力部件； -06、 限位片； -07、 限位步进 电机； -08、 锥形承载盘传动轴固定螺栓； 。

22、-09、 送料模块圆锥轴承。 0055 -01、 三角分离机构； -0101、 弧形刀片； -010101、 弧形刀片刀刃； -010102、 弧形刀片底座； -010103、 弧形刀片固定孔； -0102、 防翻壳； -0103、 轴承套； -0104、 轴承支撑杆； -0105、 防翻壳固定螺钉； -0106、 轴承支撑杆固定螺钉； -0107、 三角体； -0108、 弧形刀片固定螺钉； -0109、 自滑分离轴承； -02、 柔性输送模块； -0201、 柔性 传送带； -0202、 支撑体； -0203、 架体； -0204、 小V型辊； -0205、 小V型辊支撑轴； - 0206。

23、、 柔性输送模块动力部件； -0207、 大V型辊； -0208、 大V型辊轴承； -0209、 支撑体 自适应弹簧； -0210、 小V型辊支撑横杆； -0211、 小V型辊自适应弹簧； -0212、 小V型辊 支撑横杆固定螺母； -0213、 大V型辊支撑轴； -0214、 传动齿轮； -0215、 支撑体固定螺 栓； -0216、 支撑体固定轴承。 0056 -01、 芽眼识别与切块模块固定板； -02、 承料盘； -0201、 承料盘圆形凹槽； 说明书 3/13 页 6 CN 111699779 A 6 -0202、 承料盘十字支撑架； -0203、 切刀槽； -0204、 海绵； -。

24、03、 识别组件； -0301、 识别组件固定座； -0302、 灯泡； -0303、 红外测距部件； -0304、 Open MV摄像头； -04、 切刀库； -0401、 切刀库电机； -0402、 切刀库第二齿轮； -0403、 V型切刀； -0404、 切刀 库第一齿轮； -0405、 切刀库圆锥轴承； -0406、 切刀库电磁铁固定架； -0407、 三角形切 刀库第一电磁铁； -0408、 I型切刀； -0409、 三角形切刀库第二电磁铁； -05、 喷淋系统； -0501、 喷淋系统液体箱； -0502、 喷淋系统喷嘴； -06、 承料盘挡板； -07、 承料盘动力 部件； -0。

25、8、 承料盘圆锥轴承。 0057 -01、 拌料筒； -02、 拌料模块电机； -03、 拌料模块固定轴承； -04、 拌料模块 带轮； -05、 拌料模块皮带； -06、 绞龙输送机； -0601、 绞龙输送机转动轴； -0602、 绞 龙输送机固定杆； -0603、 绞龙输送机叶片。 具体实施方式 0058 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0059 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本申请的示例性实施。

26、方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合。 0060 本公开的一种典型实施方式中， 如图1(a)-图1(d)所示， 提供一种基于多级筛选和 芽眼识别的智能制种装置， 包括送料模块 ， 预切块模块， 芽眼识别与切块模块和拌料 模块， 所述送料模块 能够通过多级筛选机构筛选出质量及形状符合要求的种薯； 所述预 切块模块能够接收送料模块 排出的种薯， 并将种薯沿长轴所在的对称面切割成两半； 所 述芽眼识别。

27、与切块模块能够接收从预切块模块排出的种薯块， 判断种薯块的重量并识 别种薯块表面的芽眼分布， 芽眼识别与切块模块能够将种薯块切割成所需要的多个块 茎， 并使得芽眼在不同块茎上均匀分布； 所述拌料模块能够接收切割后的块茎， 并完成块 茎的拌料。 以下分别对各模块进行描述： 0061 送料模块 ： 所述送料模块 包括能够沿自身中心轴线转动的承载盘 -0201， 承载 盘 -0201的中心轴线竖直布置， 承载盘 -0201中承载有待筛选的种薯， 承载盘 -0201的上 表面安装有所述多级筛选限位机构， 多级筛选限位机构包括限位轨道 -01， 限位轨道 -01 能够接收承载盘 -0201中的种薯， 并。

28、沿设定方向输送； 限位轨道 -01能够从不同开口处输 出小于最小质量要求的种薯、 大于最大质量要求及形状不满足要求的种薯、 处于最小质量 与最大质量之间的种薯。 所述限位轨道 -01处依次设置有用于筛出小于最小质量种薯的第 一分选开口 -0104 以及用于筛出处于最小质量与最大质量之间种薯的第二分选开口 - 0108， 大于最大质量要求及形状不满足要求的种薯从限位轨道 -01末端排出。 0062 具体的， 如图2(a)-图4所示送料模块 包括： 锥形承载盘 -02、 第一分选轨道 - 0105、 第二分选轨道 -0106， 锥形承载盘 -02中间设有锥形分料凸起 -0202， 第一分选轨道 -。

29、0105 上设置有第一分选开口 -0104、 第二分选开口 -0108以及位姿扶正挡板 -0103， 下 层的第二分选轨道 -0106上设置以及限位轨道落料口 -0109及限位片 -06。 说明书 4/13 页 7 CN 111699779 A 7 0063 送料模块 设计为2层结构， 锥形承载盘 -02及第一分选轨道 -0105为第一层结 构、 第二分选轨道 -0106为第二层结构。 锥形承载盘 -02的底面分为承载盘 -0201和锥形 分料凸起 -0202两部分， 锥形分料凸起 -0202实现种薯的在承载盘 -0201内的分散， 承载 盘动力部件 -05为锥形承载盘 -02提供动力， 锥形。

30、承载盘 -02底面绕锥形承载盘传动轴 -03进行匀速旋转， 带动种薯进入第一斜轨 -0111后滑入第一分选轨道 -0105。 0064 该系统为了实现锥形承载盘 -02旋转的设计要求， 对速度大小的控制不是很严 格， 采用带轮传动、 齿轮传动、 链轮传动均可实现功能。 0065 送料模块 利用V型定位原理将集装的待加工种薯整齐分散开， 借助种薯与连续旋 转的承料盘间的摩擦力进行送料推进， 推进的种薯进入限位轨道， 实现种薯的排序， 进入第 一分选轨道 -0105后， 位姿扶正挡板 -0103进行种薯位姿扶正， 保证种薯长径输送， 利用 第一分选开口 -0104进行大小筛选， 通过开口尺寸限制，。

31、 使过小种薯直接经第一分选开口 -0104进入后续的拌料工序， 其它种薯随后由第二分选开口 -0108进行形态筛选， 细长种 薯及异型种薯不能漏入第二分选开口 -0108， 其它种薯由第二分选开口 -0108进入第二斜 轨 -0110。 随后由固定在电机承载板 -0107上的限位步进电机 -07带动限位片 -06推动种 薯从第二分选轨道 -0106， 逐个投喂进入限位轨道落料口 -0109， 经落料口定量喂入预切 块模块， 从而实现种薯的形状体积筛选以及有序的周期性输送， 筛选的实现极大的提高 了种块成活率。 0066 等间歇式周期性运送： 步进电机转速一定， 匀速转动， 两个相邻排布的限位片。

32、之间 只能容纳一个种薯， 棘轮、 限位棘爪、 凸轮之间的配合， 实现限位片单向等周期运动。 控制限 位片周期转动速度从而调整单个种薯运送的时间， 实现种薯的单向有序喂料。 0067 由于种薯因倾斜轨道产生的速度略小于限位片旋转速度， 这样能够确保种薯顺利 到达最佳限位位置， 供已定位的种薯进入预切块模块； 第一分选开口掉落的小型种薯直 接进行后续拌料工序无需再进行切块处理。 0068 为了满足该系统的传动方案设计， 采用锥形承载盘传送轴I-03与锥形承载盘传动 轴固定轴承 -04， 利用锥形承载盘传送轴固定螺栓 -08将锥形承载盘传动轴固定轴承 -04 安装于架体上； 锥形承载盘 -02利用送。

33、料模块 圆锥轴承 -09安装于架体上。 0069 预切块模块： 所述预切块模块包括并排设置的两个柔性传送带-0201， 两个 柔性传送带-0201之间形成V型夹持空间， V型夹持空间上端开口能够接收从送料模块 筛 选出的质量及形状符合要求的种薯， 并朝下输送； V型夹持空间的下端开口具有预切割组 件， 预切割组件能够将V型夹持空间中输出的种薯沿长轴所在的对称面切割成两半。 所预切 割组件包括三角体 -0107， 三角体-0107的上端尖角设置有弧形刀片-0101， 弧形刀 片-0101正对于V型夹持空间的下端开口。 0070 具体的， 如图5(a)-图8(c)预切块模块包括： 三角分离机构-0。

34、1和柔性输送模 块 -02。 0071 柔性输送模块-02的在空间上对种薯进行自适应定位， 带动种薯长轴输送， 与弧 形刀片 -0101相撞， 将种薯对称剖切， 然后将切瓣的种薯分别输送至下一环节。 V型辊有 四对， 其中最上面一对大V型辊-0207连接传动系统， 起传动作用， 最下面一对大V型辊- 0207通过大V 型辊支撑轴-0213借助大V型辊轴承-0208固定于支撑体-0202下部， 这 两对大V型辊 -0207合作支撑起柔性传送带-0201， 柔性传送带-0201靠大V型辊- 说明书 5/13 页 8 CN 111699779 A 8 0207拉开， 两个弹性面因为大V型辊-0207。

35、的表面形状使柔性传送带-0201形成V型夹持 空间， 利用V型定位原理对种薯进行定位。 0072 中间两对小V型辊-0204串在两对小V型辊支撑轴-0205上， 小V型辊-0204与 小V 型辊支撑轴-0205同心可相对旋转， 这两对小V型辊支撑轴-0205分别空套在两对 小V型辊支撑横杆-0210上， 靠小v型辊自适应弹簧-0211连接， 小v型辊自适应弹簧- 0211与小V 型辊支撑横杆-0210同心， 小V型辊支撑轴-0205与小V型辊支撑横杆- 0210垂直。 由于小V型辊支撑横杆-0210和小v型辊自适应弹簧-0211的作用， 小V型辊支 撑轴-0205轴线可沿小V型辊支撑横杆-02。

36、10轴线方向实现弹性移动， 即V型辊轴线可沿 导杆轴线方向实现弹性移动， 同时小V型辊-0204可在小V型辊支撑轴-0205上自由转 动。 两个支撑体自适应弹簧-0209均是一端连接在支撑体-0202下端， 另一端连接在架 体-0203上， 使整个V型夹持空间具有弹性调节功能， 以适应体积相对较大的种薯。 弧形切 刀-0101横架于柔性传送带-0201最下端， 弧形刀片-0101包括弧形刀片刀刃- 010101、 弧形刀片底座-010102、 弧形刀片固定孔-010103， 弧形刀片-0101。 弧形刀片 -0101通过弧形刀片固定螺钉-0108 固定在三角体-0107上， 与最下面一对大V型。

37、辊 -0207等高。 三角分离机构-01包括三角体-0107、 轴承套-0103、 防翻壳-0102， 四 对轴承套-0103对称安装于三角体-0107 上， 承接完成切瓣的种薯， 将其运送至芽眼识 别与切块模块， 防翻壳-0102通过防翻壳固定螺钉-0105固定于三角体-0107上， 位 于轴承套-0103斜上方， 防止种薯在传送带运送过程中发生翻转的现象。 0073 该系统在传动过程中， 要求两侧的柔性传送带-0201和三角分离机构-01中的 传送带相向运转， 故采用齿轮传动功能； 而对于该系统的能量输入， 没有严格的速度等要 求， 采用带轮传动、 链轮传动、 齿轮传动均可将电机输出的动力。

38、输入到该系统中。 0074 柔性输送模块动力部件-0206输出动力到传动齿轮-0214， 传动齿轮-0214 转动带动柔性传送带-0201运转， 支撑体固定螺栓-0215、 支撑体固定轴承-0216将支 撑体-0202固定在架体-0203上， 通过大V型辊-0207将柔性传送带-0201支撑起来。 小V型辊支撑横杆固定螺母-0212将小V型辊支撑横杆-0210固定于架体-0203上， 轴 承支撑杆固定螺钉-0106将三角体-0107组装起来， 防翻壳固定螺钉-0105将防翻壳 -0102固定于三角体 -0107上， 两自滑分离轴承-0109和轴承支撑杆-0104将轴承 套-0103支撑起来。 。

39、0075 芽眼识别与切块模块： 所述芽眼识别与切块模块包括承料盘-02， 承料盘 -02上具有四对承料盘圆形凹槽-0201， 每对承料盘圆形凹槽-0201中承料盘圆形凹 槽-0201数量为两个； 承料盘-02能够沿竖直轴线转动， 以使得每对承料盘圆形凹槽- 0201分别在落料工位、 识别工位、 切块工位、 消毒工位之间转换； 落料工位处的承料盘圆形 凹槽-0201能够接收预切块模块排出的种薯块； 识别工位上方设有识别组件， 识别组件 能够识别种薯块外圆面中芽眼的位置分布及种薯块重量， 识别组件能够将信息传递给控制 系统， 控制系统能够根据预设程序向切刀组件输出切块数量及切刀切割方案指令， 切块。

40、工 位处的种薯块能被切刀组件切割成所需的块茎。 0076 所述芽眼识别与切块模块包括水平布置的芽眼识别与切块模块固定板-01， 芽眼识别与切块模块固定板-01通过机架支撑， 芽眼识别与切块模块固定板-01的下 端面设置有识别组件-03和切刀模块， 识别组件-03包括所述Open MV芽眼识别部分及 说明书 6/13 页 9 CN 111699779 A 9 红外测距部件-0303， 识别组件-03处于识别工位正上方， 所述切刀模块切刀库-04能 够伸出不同结构形式的弧形刀片， 并能够驱动弧形刀片沿自身竖直轴线旋转， 以适配于控 制系统输出的指令。 0077 具体的， 参照图9(a)-图12， 。

41、芽眼识别与切块模块分为四个工序， 分别是进料工 序、 识别工序、 切块工序及喷药工序。 整个系统依靠承料盘-02间歇性旋转传送种薯， 识别 组件-03 包括Open MV芽眼识别部分及红外测距部件-0303。 Open MV芽眼识别部分包 括Open MV摄像头-0304、 stm32单片机以及灯泡-0302， 灯泡-0302提供光源， Open MV 摄像头-0304 对位于此工位的种薯进行拍照， 采集芽眼数量及位置信息； 红外测距部件 -0303， 测量种薯切半后的高度， 综合Open MV摄像头-0304获取的种薯投影面积信息， 模糊计算得到种薯体积。 0078 芽眼识别与切块模块承接自。

42、预切块模块送出的种薯， 在进料工序利用三角分 离机构 -01将种薯置于承料盘圆形凹槽-0201中间， 在Open MV芽眼智能识别工位利用 Open MV摄像头-0304及红外测距部件-0303采集种薯表面芽眼数量及位置及种薯质量 信息； 在切块工位利用切刀库-04和后台算法指令对种薯进行切块； 喷药工序设置承料盘 挡板-06， 将切块完毕的种薯剥离进入后续的拌料工序。 识别组件-03及切刀库-04均 固定在芽眼识别与切块模块固定板-01上。 0079 芽眼识别与切块模块包括： 承料盘-02、 识别组件固定座-0301、 识别组件 -03、 切块算法数据库、 切刀库-04和切刀库电机-0401。

43、； 0080 其中， 识别组件-03包括： 识别组件固定座-0301、 Open MV摄像头-0304、 灯 泡-0302 和红外测距部件-0303； 两个灯泡-0302及两个红外测距部件-0303分布 于Open MV摄像头-0304四周， 为Open MV摄像头-0304提供优良的光照条件， 进行质量 估算； 0081 承料盘-02为正方形双层结构， 经承料盘十字支撑架-0202连接承料盘动力部 件-07 进行间歇性旋转， 承料盘-02每边相同位置均分布有两双层承料盘圆形凹槽- 0201， 上层有切刀槽-0203， 下层有浸有高锰酸钾或75酒精的海绵-0204， 可进行刀具 单次下刀的消毒。

44、。 承料盘-02通过承料盘圆锥轴承-08固定于架体上， 由承料盘动力 部件-07传送带动承料盘-02间歇运转； 0082 该系统中的承料盘-02由于对间歇运动的时间和位移要求严格， 采用齿轮传动、 带轮传动、 同步带传动才能实现该系统的精度要求； 对于该系统电磁铁的动力输入， 设备采 用24V交流电机实现其动力输入。 该系统中的切刀库-04所使用的电磁铁也可使用电推杆 实现， 不过考虑到切块的效果、 空间布置和工作效率的问题， 电推杆空间占用率大， 运动速 度相对电磁铁慢， 故本方案采用电磁铁设计， 完成切块工作。 0083 切刀库-04如图13(a)-图13(c)所示， 由动力部分和切刀部分。

45、组成， 动力部分包 括切刀库电机-0401和切刀库第一齿轮-0404以及切刀库第二齿轮-0402组成， 使切 刀库-04 可以转动； 切刀部分包括V型切刀-0403、 切刀库圆锥轴承-0405、 切刀库电 磁铁固定架 -0406、 三角形切刀库第一电磁铁-0407、 I型切刀-0408、 三角形切刀库 第二电磁铁-0409， 实现对马铃薯的切块。 0084 刀具包括I型切刀-0408和V型切刀-0403构成， 分别三角形切刀库第二电磁铁 -0409 和三角形切刀库第一电磁铁-0407控制， 三角形切刀库第二电磁铁-0409和三 说明书 7/13 页 10 CN 111699779 A 10 角。

46、形切刀库第一电磁铁-0407均为直推式电磁铁， 两电磁铁镶嵌于切刀库电磁铁固定架 -0406内， 其端部预留安装孔便于安装， 切刀库电磁铁固定架-0406固定于切刀库圆锥 轴承-0405内侧， 上述部分组成切刀部分； 继电器接收算法数据库发出的指令控制步进电 机启停， 进而控制切刀库第一齿轮-0404的旋转， 带动切刀部分旋转， 进而将I型切刀- 0408和V型切刀-0403旋转至最佳下刀位置。 由算法数据库再次发出指令控制相应的三角 形切刀库第二电磁铁-0409和三角形切刀库第一电磁铁-0407通电， 进而控制V型切刀 -0403或者I型切刀-0408向下迅速运动， 种薯剖切分离。 切刀库-。

47、04设置在切块工位 正上方， 固定于架体上。 0085 算法数据库分析芽眼信息， 将图片划分切块区域， 各区域的分界线即为下刀位置， 每个位置对应一个电磁铁， 一个电磁铁对应一个继电器， 数据库根据所划分的区域选择相 应继电器工作， 进而控制电磁阀通电， 电磁铁下刀切块， 下刀时刀具通过切刀槽-0203接 触海绵-0204进行药液消毒。 继电器接收算法数据库发出的指令控制步进电机启停， 进而 控制齿轮的旋转， 带动电磁铁旋转， 进而将刀具旋转至最佳下刀位置， 避免正好切于芽眼 上。 0086 切块算法数据库处理芽眼信息时， 考虑因素全面， 保证每个切块上至少保留两个 芽眼， 同时要求切块大小在。

48、一定范围内以保证切块质量控制在30到50克， 确保发芽率和生 长过程的养料供给。 0087 切块算法数据库内置算法程序， 对获取的芽眼信息进行处理、 分析。 基于图像识别 中Stm32F7 的Open MV机器视觉处理技术， 利用强大的Python库， 通过像素数方法测得切半 后的种薯的体积且通过颜色识别和特征点监测相关算法， 在图片中利用特征寻找种薯表面 芽眼， 对种薯表面芽眼数量及位置信息进行采集， 形成图像， 将图像建立X-Y坐标系， 在坐标 系中返回所需要的颜色及特征点的(x， y)位置坐标， 将位置信息发送给Stm32F1主控， 对信 息进行分析与处理， 更具切刀位置将图像分成三个区。

49、域。 根据所返回的(x， y)位置坐标确定 芽眼所在的区域， 结合红外测距部件检测的种薯高度， 进行种薯质量预估， 综合考虑切块生 长所需养料含量和切块生长所需芽眼量， 借助程序算法， 判断是否进行区域合并， 规划出最 优切块方式， 即有效区域的分界线即为流线型切刀下刀位置， 自动化控制所需电磁铁动作， 对种薯进行切块工作。 0088 得到种薯体积的具体过程： 将切成两半的种薯类似于半椭球， 通过Open MV可以测 量出椭圆的长半轴和短半轴所占的像素(分别为A/2,B/2)， 易知所占像素与实际长度的比 例尺K为一定值， 即实际的长半轴的长度为aKA/2， 短半轴的长度为bKB/2。 再通过。

50、 红外测距模块可测量出红外模块到种薯最高点的距离L， 又红外传感器到底盘的距离为定 值d， 可算出半椭球的极半径为cdL。 根据椭球体积公式由于种薯是已完成对 半切后的， 则最终体积为带入各数据为则种薯质量为m V ( 为种薯的密度)。 得到质量后根据质量的范围， 判断是否需要切块及需要切几块。 再 通过芽眼的坐标确定各坐标的位置关系， 再对完成编号的对应继电器下达0， 1命令， 当继电 器为高点平1时触发， 继电器由常开状态到常闭状态。 同时OLED显示芽眼的坐标。 所述确定 对应继电器下达命令的方法为： 若种薯质量小于50g， 则不对种薯切块。 若种薯质量在50.5g 到75g之间， 则切。