本發(fā)明屬于工業(yè)自動化技術(shù)領域，尤其涉及一種玉米育種取樣自動切片機。

技術(shù)背景

現(xiàn)代玉米育種常采用分子標記育種，育種切片是一種用于現(xiàn)代分子標記育種的分析樣本，可以由人工手動切取也可以使用機器自動切取。在玉米育種切片制取過程中，人工制取成本高、效率低、一致性差，迫切需要一種自動化裝備來代替人工勞動，提高切片制取效率和準確率，從而提高玉米育種效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種玉米育種取樣自動切片機。該設備可以自動完成玉米種子分離、定向、定位、切削、樣本分離、樣本標記等全部過程。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種玉米育種取樣自動切片機，包括種子自動分離裝置、種子視覺定向裝置、種子姿態(tài)調(diào)整裝置、雙臂機器人系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)及標準盤上下料系統(tǒng)，其中種子自動分離裝置通過滑道與種子姿態(tài)調(diào)整裝置連接，所述種子視覺定向裝置設置于所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置上，所述標準盤上下料系統(tǒng)、雙臂機器人系統(tǒng)和激光器系統(tǒng)分別于所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置的四周；所述種子自動分離裝置用于種子的分離；所述種子視覺定向裝置對種子進行圖像采集并分析得到種子當前姿態(tài)，通過計算和對比將當前姿態(tài)和理想姿態(tài)的偏差值輸出給種子姿態(tài)調(diào)整裝置；所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置可將種子姿態(tài)由任意姿態(tài)調(diào)整為理想姿態(tài)；所述雙臂機器人系統(tǒng)用于種子的加持和傳輸；所述激光器系統(tǒng)用于完成玉米種子切片的切削；所述標準盤上下料系統(tǒng)自動完成空標準盤 的上料動作、標準盤定位動作以及滿標準盤的下料動作。

所述種子自動分離裝置和種子姿態(tài)調(diào)整裝置通過軟管滑道連接，且所述種子自動分離裝置的位置高于種子姿態(tài)調(diào)整裝置。

所述種子自動分離裝置包括種子單粒分離器、種子隊列導向槽及振動盤，其中種子隊列導向槽的兩端分別與振動盤和種子單粒分離器連接，所述種子單粒分離器通過軟管滑道與所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置連接。

所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置包括滑道導引裝置、姿態(tài)調(diào)整臺、進步電機、出料裝置及夾持對中裝置，所述姿態(tài)調(diào)整臺的外側(cè)沿周向布設有滑道導引裝置、出料裝置及夾持對中裝置，所述滑道導引裝置與所述種子自動分離裝置連接，所述種子視覺定向裝置設置于姿態(tài)調(diào)整臺的上方，所述姿態(tài)調(diào)整臺與進步電機的輸出軸連接、并且通過進步電機的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。

所述雙臂機器人系統(tǒng)包括右臂單元和左臂單元，所述右臂單元和左臂單元均由兩組直線單元組成，均可以在xy平面內(nèi)自由移動，使得雙臂機器人系統(tǒng)的右臂末端執(zhí)行器和左臂末端執(zhí)行器可以到達xy平面內(nèi)指定位置。

所述右臂單元和左臂單元中的組成直線單元中，x向直線單元均采用導軌固定、滑塊運動的安裝方式，y向直線單元均采用滑塊固定、導軌運動的安裝方式。

所述激光器系統(tǒng)使用固定光路，種子切削軌跡通過雙臂機器人系統(tǒng)夾持玉米種子，協(xié)同運動完成。

所述標準盤上下料系統(tǒng)包括種子母體標準盤上下料機構(gòu)和種子切片標準盤上下料機構(gòu)，所述母體標準盤上下料機構(gòu)和種子切片標準盤上下料機構(gòu)布設于種子姿態(tài)調(diào)整裝置的兩側(cè)。

所述母體標準盤上下料機構(gòu)包括種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)、種子母體標準盤定位氣缸、種子母體標準盤、種子母體標準盤運動導軌、種子母體擺放區(qū)及種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)，其中種子母體擺放區(qū)通過種子母體標準盤運動導軌與種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)和種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)連 接，所述種子母體擺放區(qū)的一側(cè)設有種子母體標準盤定位氣缸，所述種子母體標準盤通過所述雙臂機器人系統(tǒng)的驅(qū)動在所述種子母體標準盤運動導軌上滑動。

所述種子切片標準盤上下料機構(gòu)包括種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)、種子切片標準盤、種子切片標準盤運動導軌、種子切片標準盤定位氣缸、種子切片擺放區(qū)及種子切片標準盤滿盤緩沖區(qū)，其中種子切片擺放區(qū)通過種子切片標準盤運動導軌與種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)和種子切片標準盤滿盤緩沖區(qū)連接，所述種子切片擺放區(qū)的一側(cè)設有種子切片標準盤定位氣缸，所述種子切片標準盤通過所述雙臂機器人系統(tǒng)的驅(qū)動在所述種子切片標準盤運動導軌上滑動。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1.本發(fā)明中使用雙臂機器人自動自動完成種子抓取、種子切削軌跡生成、種子切片分離等過程，雙臂同步協(xié)同作業(yè)，左右作業(yè)臂均由兩直線單元沿笛卡爾坐標系x、y方向搭建而成。

2.本發(fā)明由種子自動分離裝置、種子視覺定向裝置、種子姿態(tài)調(diào)整裝置、雙臂機器人系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)及標準盤上下料系統(tǒng)，自動完成種子分離、定向、定位、切削、樣本分離、樣本標記等全部過程，整個過程無需人工參與，提高生產(chǎn)效率，降低切片制取人工成本。

3.本發(fā)明中種子識別方法使用機器視覺和機械調(diào)整裝置相結(jié)合的方案，對種子適應性強，可以適用各類形態(tài)甚至其他作物如花生、大豆等農(nóng)作物種子的方向識別，可以有效應對不同品種的玉米種子，方便系統(tǒng)升級。

4.本發(fā)明中切片信息管理適用條碼識別，自動錄入切片標準盤和母體標準盤的編碼信息，實現(xiàn)信息化管理，在切片分析完成后可以根據(jù)切片所在標準盤條碼信息快速定位到對應母體信息，改善育種效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中種子分離定向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中姿態(tài)調(diào)整裝置和種子視覺定向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中姿態(tài)調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中雙臂機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中標準盤上下料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為標準盤上下料系統(tǒng)，101為種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)，102為種子母體標準盤定位氣缸，103為種子母體標準盤，104為種子母體標準盤運動導軌，105為種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)，106為種子切片標準盤，107為種子切片標準盤運動導軌，108為種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)，109為種子切片標準盤空盤定位氣缸，110為種子切片標準盤滿盤緩沖區(qū)，2為種子姿態(tài)調(diào)整裝置，201為滑道導引裝置，202為姿態(tài)調(diào)整臺，203為出料裝置，204為夾持對中裝置，3為激光器系統(tǒng)，4為種子視覺定向裝置，5為雙臂機器人系統(tǒng)，501為雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器，502為雙臂機器人右臂y向?qū)к墸?03為雙臂機器人右臂x向?qū)к墸?04為雙臂機器人右臂y向驅(qū)動電機，505為雙臂機器人右臂x向驅(qū)動電機，506為雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器，507為雙臂機器人左臂y向?qū)к墸?08為雙臂機器人左臂y向驅(qū)動電機，509為雙臂機器人左臂x向驅(qū)動電機，510為雙臂機器人左臂x向?qū)к墸?為種子自動分離裝置，601為軟管滑道，602為種子單粒分離器，603為種子隊列導向槽，604為振動盤。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述，以便本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術(shù)人員了解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種玉米育種取樣自動切片機，包括種子自動分離裝置6、種子視覺定向裝置4、種子姿態(tài)調(diào)整裝置2、雙臂機器人系統(tǒng)5、激光器系統(tǒng)3及標準盤上下料系統(tǒng)1，其中種子自動分離裝置6通過滑道 與種子姿態(tài)調(diào)整裝置2連接，所述種子視覺定向裝置4設置于所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2上，所述標準盤上下料系統(tǒng)1、雙臂機器人系統(tǒng)5和激光器系統(tǒng)3分別于所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2的四周；所述種子自動分離裝置6用于種子的分離；所述種子視覺定向裝置4對種子進行圖像采集并分析得到種子當前姿態(tài)，通過計算和對比將當前姿態(tài)和理想姿態(tài)的偏差值輸出給種子姿態(tài)調(diào)整裝置2；所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2可將種子姿態(tài)由任意姿態(tài)調(diào)整為理想姿態(tài)；所述雙臂機器人系統(tǒng)5用于種子的加持和傳輸；所述激光器系統(tǒng)3用于完成玉米種子切片的切削；所述標準盤上下料系統(tǒng)1自動完成空標準盤的上料動作、標準盤定位動作以及滿標準盤的下料動作。

所述種子自動分離裝置6的安裝位置高于種子姿態(tài)調(diào)整裝置2，種子經(jīng)自動分離裝置6由無規(guī)則疊放狀態(tài)變?yōu)橛行蛑本€排列狀態(tài)，排列于種子自動分離裝置6的種子導向槽中，在控制信號的控制下，單粒釋放，釋放后的種子經(jīng)一段軟管滑道滑落到種子姿態(tài)調(diào)整裝置2上，此時種子視覺定向裝置4對種子進行拍照，并進行分析運算得到種子當前姿態(tài)，如種子當前姿態(tài)與理想姿態(tài)有偏差則發(fā)送偏差調(diào)整值給種子姿態(tài)調(diào)整裝置2，經(jīng)種子姿態(tài)調(diào)整裝置2調(diào)整后種子姿態(tài)變?yōu)槔硐胱藨B(tài)，種子分離定向過程完成。

如圖2所示，所述種子自動分離裝置6和種子姿態(tài)調(diào)整裝置2通過軟管滑道601連接。所述種子自動分離裝置6包括種子單粒分離器602、種子隊列導向槽603及振動盤604，其中種子隊列導向槽603的兩端分別與振動盤604和種子單粒分離器602連接，所述種子單粒分離器602通過軟管滑道601與所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2連接。種子經(jīng)軟管滑道601從種子自動分離裝置6到達種子姿態(tài)調(diào)整裝置2，種子姿態(tài)調(diào)整裝置2可以將種子姿態(tài)由任意姿態(tài)調(diào)整為理想姿態(tài)，以便種子切削。

所述振動盤604可以使種子從振動盤604中逐漸運動到種子隊列導向槽603中，此時種子已經(jīng)變?yōu)橛行蚺帕袪顟B(tài)，在種子隊列導向槽603的末端安裝有種子單粒分離器602，種子單粒分離器602受控制系統(tǒng)控制。當控制系統(tǒng)發(fā) 送“釋放”控制信號時，種子單粒分離器602打開并釋放一粒種子，然后閉合，被釋放的種子進入軟管滑道601內(nèi)，最終落入種子姿態(tài)調(diào)整裝置2內(nèi)。

所述種子單粒分離器602為市購產(chǎn)品，購置于沈陽明華自動化機械設備有限公司，雙a牌，型號：mh-sa-08102，額定處理料2kg。

如圖3所示，所述姿態(tài)調(diào)整裝置2的上方設有種子視覺定向裝置4。所述種子視覺定向裝置4包括相機和照明裝置，用于種子圖像信息采集。

如圖4所示，所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2包括滑道導引裝置201、姿態(tài)調(diào)整臺202、出料裝置203及夾持對中裝置204，所述姿態(tài)調(diào)整臺202的外側(cè)沿周向布設有滑道導引裝置201、出料裝置203及夾持對中裝置204。所述滑道導引裝置201與軟管滑道601連接，所述種子視覺定向裝置4設置于姿態(tài)調(diào)整臺202的上方。

由所述軟管滑道601滑過來的種子進入滑道導引裝置201端部的導引管內(nèi)，并由所述導引管落入姿態(tài)調(diào)整臺202上。所述出料裝置203為氣缸驅(qū)動推料板，將姿態(tài)調(diào)整完成后的種子推入所述雙臂機器人系統(tǒng)5的手爪內(nèi)。所述夾持對中裝置204為氣動夾爪。

種子定向工作過程為：單粒種子從滑道引導裝置201的導引管進入姿態(tài)調(diào)整臺202，夾持對中裝置204進行初次對中，然后種子視覺定向裝置4進行圖像采集，根據(jù)采集到的圖像信息分析得到調(diào)整參數(shù)，姿態(tài)調(diào)整臺202根據(jù)調(diào)整參數(shù)進行姿態(tài)調(diào)整，調(diào)整后夾持對中裝置204進行再次對中，最后出料裝置203將種子推出，種子自動定向過程完成。

所述姿態(tài)調(diào)整臺202由步進電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，種子落入姿態(tài)調(diào)整臺202后可以由步進電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，從而改變姿態(tài)。

如圖5所示，所述雙臂機器人系統(tǒng)5完成種子移載、切削軌跡生成、切片與母體分離、標準盤上下料等功能。如圖3所示，所述雙臂機器人系統(tǒng)5包括右臂單元和左臂單元，所述右臂單元和左臂單元均由兩組直線單元組成，均可以在xy平面內(nèi)自由移動，使得雙臂機器人系統(tǒng)5的右臂末端執(zhí)行器501 和左臂末端執(zhí)行器506可以到達xy平面內(nèi)指定位置。

所述右臂單元和左臂單元中的組成直線單元中，x向直線單元均采用導軌固定、滑塊運動的安裝方式，y向直線單元均采用滑塊固定、導軌運動的安裝方式。

本實施例中，所述右臂單元和左臂單元協(xié)同作業(yè)，雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501安裝在雙臂機器人右臂y向?qū)к?02的末端，由雙臂機器人右臂y向驅(qū)動電機504驅(qū)動沿y向自由移動，雙臂機器人右臂x向?qū)к?03固定在設備主體上，機器人右臂y向驅(qū)動電機504和雙臂機器人右臂x向驅(qū)動電機505均固定在滑塊上，雙臂機器人右臂x向驅(qū)動電機505驅(qū)動滑塊可以沿雙臂機器人右臂x向?qū)к?03移動，此時雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器201就可以在機器人右臂y向驅(qū)動電機204和雙臂機器人右臂x向驅(qū)動電機205的驅(qū)動下，在xy平面內(nèi)到達導軌行程內(nèi)的任意位置，從而可以精確地到達種子姿態(tài)調(diào)整裝置2對應位置，雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器201可以夾持住已經(jīng)定向完成的玉米種子，并移載到激光器激光頭下方切削區(qū)域。同理，雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506也可以在雙臂機器人左臂y向驅(qū)動電機508和為雙臂機器人左臂x向驅(qū)動電機509的驅(qū)動下，到達種子切削區(qū)域?qū)恢?，與雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501對接，雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506安裝有吸盤，吸盤吸附住種子胚乳位置，激光器出光，雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506和雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501攜帶種子運動即可實現(xiàn)切削，切削完成后種子被分為切片和母體兩部分，切片由雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506移載放入種子切片標準盤106對應位置，母體由雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501移載放入種子母體標準盤103對應位置，切削過程完成。

所述激光器系統(tǒng)3使用固定光路，種子切削軌跡通過雙臂機器人系統(tǒng)5夾持玉米種子，協(xié)同運動完成。

所述激光器系統(tǒng)3包括激光器、激光器支架、氣源、冷水機，其中激光器包括電源、鏡座、鏡頭組件等，激光器系統(tǒng)用于完成玉米種子切片的切削， 激光器激光頭固定，種子切削軌跡由雙臂機器人系統(tǒng)5夾持種子做曲線運動生成，實現(xiàn)種子切削動作。切削完成的切片和種子母體分別由雙臂機器人的左臂和右臂攜帶放置到標準盤中，標準盤的切換和標記由標準盤上下料系統(tǒng)1完成。

所述標準盤上下料系統(tǒng)1包括種子母體標準盤上下料機構(gòu)和種子切片標準盤上下料機構(gòu)，所述母體標準盤上下料機構(gòu)和種子切片標準盤上下料機構(gòu)布設于種子姿態(tài)調(diào)整裝置2的兩側(cè)，如圖1所示。

如圖6所示，所述母體標準盤上下料機構(gòu)包括種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)101、種子母體標準盤定位氣缸102、種子母體標準盤103、種子母體標準盤運動導軌104、種子母體擺放區(qū)及種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)105，其中種子母體擺放區(qū)通過種子母體標準盤運動導軌104與種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)101和種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)105連接，所述種子母體擺放區(qū)的一側(cè)設有種子母體標準盤定位氣缸102，所述種子母體標準盤103通過所述雙臂機器人系統(tǒng)5的驅(qū)動在所述種子母體標準盤運動導軌104上滑動。

種子母體空標準盤疊放于種子母體標準盤空盤緩沖區(qū)101，根據(jù)控制指令可以由緩沖區(qū)推入種子母體標準盤運動導軌104中并在雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501的驅(qū)動下沿導軌移動，到達種子母體標準盤103位置后，種子母體標準盤定位氣缸102推出，種子母體標準盤103位置被固定，當種子母體標準盤103被擺放滿之后母體標準盤定位氣缸102退回，種子母體標準盤103由雙臂機器人右臂末端執(zhí)行器501驅(qū)動推入到種子母體標準盤滿盤緩沖區(qū)105內(nèi)。

所述種子切片標準盤上下料機構(gòu)包括種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)108、種子切片標準盤106、種子切片標準盤運動導軌107、種子切片標準盤定位氣缸109、種子切片擺放區(qū)及種子切片標準盤滿盤緩沖區(qū)110，其中種子切片擺放區(qū)通過種子切片標準盤運動導軌107與種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)108和種子切片標準盤滿盤緩沖區(qū)110連接，所述種子切片擺放區(qū)的一側(cè)設有種子切 片標準盤定位氣缸109，所述種子切片標準盤106通過所述雙臂機器人系統(tǒng)5的驅(qū)動在所述種子切片標準盤運動導軌107上滑動。

所述種子切片空標準盤疊放于種子切片標準盤空盤緩沖區(qū)108內(nèi)，根據(jù)控制指令可以由緩沖區(qū)推入種子切片標準盤運動導軌107中、并在雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506的驅(qū)動下沿種子切片標準盤運動導軌107移動，到達種子切片標準盤106的位置，種子切片標準盤定位氣缸109推出，種子切片標準盤106被固定，當種子切片標準盤106被擺放滿之后切片標準盤定位氣缸109退回，種子切片標準盤106由雙臂機器人左臂末端執(zhí)行器506驅(qū)動推入切片標準盤滿盤緩沖區(qū)110，標準盤上下料過程完成。

本發(fā)明的工作原理是：

所述種子視覺定向裝置4與所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2由漏斗相連接。整個過程中，種子依次經(jīng)過種子自動分離裝置6、種子姿態(tài)調(diào)整裝置2后，通過種子視覺定向裝置4進行圖像采集，根據(jù)采集到的圖像信息分析得到調(diào)整參數(shù)，姿態(tài)調(diào)整臺202根據(jù)調(diào)整參數(shù)進行姿態(tài)調(diào)整，就可以完成種子定向。定向完成的種子經(jīng)雙臂機器人系統(tǒng)5夾持定位并移載到激光器系統(tǒng)3中，由激光器進行切削后擺放到標準盤中，標準盤的上料和下料過程由標準盤上下料系統(tǒng)1完成，以上所有過程中的信號控制由控制系統(tǒng)完成。

所述控制系統(tǒng)包括plc控制系統(tǒng)和工控機，plc控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)系統(tǒng)各傳感器信號采集處理，用于實現(xiàn)機器人雙臂伺服電機驅(qū)動，工控機用于實現(xiàn)人機交互界面、樣本信息管理。

本發(fā)明的一個實施例中，所述雙臂機器人系統(tǒng)5可以有效彌補玉米種子尺寸差異性對種子切削帶來的影響，可以滿足切片制取需求，所述種子姿態(tài)調(diào)整裝置2和種子視覺定向裝置4可以只通過軟件升級就可以滿足如瓠瓜、葵花、花生等不同種類作物種子的定向，具有良好的兼容性。

本發(fā)明是放入一定量的玉米種子到設備入料口，啟動設備就可以得到制取并標記完成的玉米種子切片和母體(種子被切去切片后剩下的部分)，切片 和母體整齊擺放在標準盤(一種樣本專用存儲裝置)中。本發(fā)明自動完成種子分離、定向、定位、切削、樣本分離、樣本標記等全部過程，整個過程無需人工參與，提高生產(chǎn)效率，降低切片制取人工成本。