一種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)的制作方法
【專利說明】一種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)作物育種自動(dòng)化取樣設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]農(nóng)作物分子標(biāo)記育種技術(shù)作為一種戰(zhàn)略性新型先進(jìn)育種技術(shù)，已引起世界各國的高度重視。國家的糧食安全、食品安全、環(huán)境安全、生態(tài)安全、農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等都離不開先進(jìn)育種技術(shù)。高通量、快速、精確化、通用型的種子樣品切割技術(shù)和設(shè)備是開展分子標(biāo)記育種技術(shù)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前農(nóng)作物育種切割，特別是玉米等作物種子因其籽粒形態(tài)和外形尺寸差異度大，采用一般方法難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切割取樣，多采用人工切除法，效率低，準(zhǔn)確率差，落后的切割方法阻礙了先進(jìn)育種技術(shù)在國內(nèi)的推廣和應(yīng)用。
[0004]以玉米為例，作物育種切片取樣的一般工藝流程為:單粒分離—定向—定位—切削—樣本分離—標(biāo)記對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存。玉米等作物種子因不同品種或即使同一品種，其籽粒形態(tài)和外形尺寸差異度大，采用一般的機(jī)械式方法難以實(shí)現(xiàn)單粒種子的分離和切片所需的精確定向及定位。孟山都技術(shù)有限公司的專利CN200780015878.0提出一種利用刀片切削的方法，但刀片切削需要及時(shí)清洗刀具，而且易于造成籽粒間的交叉污染。先鋒國際良種公司的專利US201101a7570提出的方法采用激光切削，很好的解決了交叉污染問題，但需要在玉米脫粒前增加涂刷磁粉環(huán)節(jié)，不僅引入了不必要的磁粉、膠等中間物質(zhì)，也不適宜于通常已脫粒的玉米。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為達(dá)到玉米等農(nóng)作物育種樣品自動(dòng)化切割的目的，本發(fā)明提供一種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)。采用機(jī)器視覺識(shí)別輔助雙層轉(zhuǎn)盤定位機(jī)構(gòu)，應(yīng)用激光對(duì)玉米等作物種子進(jìn)行自動(dòng)化切片取樣，以克服因籽粒形態(tài)、外形尺寸等差異大而不能自動(dòng)切片取樣的問題，為玉米等作物育種切片取樣提供一種自動(dòng)化設(shè)備。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)，包括機(jī)架、料桶、單籽粒分離機(jī)構(gòu)、籽粒定向機(jī)構(gòu)、籽粒切割定位機(jī)構(gòu)、激光切割機(jī)構(gòu)、樣品分離機(jī)構(gòu)和樣品標(biāo)記與儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)，其特征在于:
機(jī)架的支架橫梁上裝設(shè)有導(dǎo)軌。料桶設(shè)置在機(jī)架一側(cè)的下方。
[0007]單籽粒分離機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人和安裝在機(jī)器人下端的真空吸盤。機(jī)器人豎直設(shè)置，機(jī)器人通過導(dǎo)軌副與機(jī)架上的導(dǎo)軌匹配組合，機(jī)器人能沿機(jī)架的支架橫梁上的導(dǎo)軌作水平方向和豎直方向自由運(yùn)動(dòng)。
[0008]取料機(jī)器人由初始零點(diǎn)沿X方向移動(dòng)至料桶上方，并沿Z方向向下移動(dòng)，帶動(dòng)安裝于取料機(jī)器人末端的真空吸盤插入料桶中的作物籽粒堆，真空系統(tǒng)動(dòng)作，吸取一粒作物籽粒，由于真空吸盤的合理選擇并配合恰當(dāng)?shù)奈×Γ婵瘴P每次保證能夠且只能夠吸取一粒作物籽粒。
[0009]粒籽切割定位機(jī)構(gòu)，包括雙層轉(zhuǎn)盤和相機(jī)。相機(jī)裝設(shè)在相機(jī)支架上，相機(jī)支架裝設(shè)在支架橫梁上，能沿裝設(shè)在支架橫梁上的相機(jī)用導(dǎo)軌移動(dòng)。雙層轉(zhuǎn)盤由雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤和雙層轉(zhuǎn)盤定盤組成，雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤位于雙層轉(zhuǎn)盤定盤的上端面上。雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤上沿圓周方向等距離開設(shè)有四個(gè)切割槽，每一個(gè)切割槽內(nèi)部，右側(cè)壁為反向切割定位面，左側(cè)壁為正向切割定位面。雙層轉(zhuǎn)盤定盤上開設(shè)有第一被取樣種子收集孔、第二被取樣種子收集孔、第一樣品孔和第二樣品收集孔。雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤轉(zhuǎn)軸裝設(shè)在底座上。
[0010]所述籽粒定向機(jī)構(gòu)，包括進(jìn)料漏斗和雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤上開設(shè)的四個(gè)切割槽，進(jìn)料漏斗安裝在籽粒上料工位，對(duì)應(yīng)于一個(gè)切割槽。
[0011]取料機(jī)器人在料桶中吸取一粒作物籽粒之后，將帶動(dòng)吸取的籽粒沿Z方向向上移動(dòng)到一確定高度，隨之沿帶導(dǎo)軌的支架橫梁水平X方向移動(dòng)至進(jìn)料漏斗上方，Z方向移動(dòng)至恰當(dāng)?shù)母叨龋惭b于取料機(jī)器人末端的真空吸盤動(dòng)作，釋放所吸取的一粒作物籽粒，籽粒隨之墜落入進(jìn)料漏斗。進(jìn)料漏斗出口剛好位于切割槽的正上方，進(jìn)料漏斗的入口大出口小，入口呈圓形，出口呈橢圓形，入口和出口的尺寸及形狀根據(jù)對(duì)作物籽粒樣本外形尺寸的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)合理設(shè)計(jì)，保證作物籽粒從進(jìn)料漏斗出口出來進(jìn)入切割槽時(shí)的姿態(tài)為尖端朝前或朝后兩種姿態(tài)。切割槽的尺寸及形狀設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)作物籽粒樣本外形尺寸的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)合理設(shè)計(jì)，只能配合進(jìn)料漏斗16容納尖端朝前或朝后兩種姿態(tài)的作物籽粒。籽粒釋放完畢，取料機(jī)器人I分別沿X和Z方向回位到初始零位，等待下一輪抓料循環(huán)。
[0012]所述籽粒切割定位機(jī)構(gòu)包括雙層轉(zhuǎn)盤、相機(jī)和位于同一個(gè)切割槽內(nèi)部的正反2個(gè)切割定位面和，當(dāng)作物籽粒從進(jìn)料漏斗出口出來進(jìn)入切割槽后，相機(jī)拍照，根據(jù)圖像處理算法確定籽粒姿態(tài)是尖端朝前還是朝后，根據(jù)機(jī)器視覺識(shí)別判斷的結(jié)果，確定雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向(順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))，比如機(jī)器視覺判定籽粒尖端朝前，則控制動(dòng)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，切割槽的定位面推動(dòng)被取樣種子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至激光切割與樣片分離工位。
[0013]所述激光切割機(jī)構(gòu)，包括激光切割頭和一套激光切割系統(tǒng)，激光切割頭固定在激光切割頭支架上。當(dāng)檢測(cè)到達(dá)激光切割與樣片分離工位后，激光切割系統(tǒng)出光，將作物被取樣種子由定位面切下，由于切割槽的正、反定位面，保證切取的樣品質(zhì)量和尺寸的一致性。激光切割支架裝設(shè)在機(jī)架的支架橫梁上。激光切割系統(tǒng)包括激光器、激光傳輸機(jī)構(gòu)，為已知技術(shù)。
[0014]所述籽粒分離機(jī)構(gòu)包括適用于正反切割的二個(gè)取樣接料漏斗和二個(gè)大端接料漏斗，二個(gè)取樣接料漏斗分別通過管路與第一取樣料盤對(duì)應(yīng)連接。二個(gè)大端接料漏斗，分別通過管路與大端盤對(duì)應(yīng)的穴井連接。激光切割取樣后，動(dòng)盤切割槽與取樣接料漏斗剛好對(duì)正，借助于負(fù)壓，使樣片通過樣品收集孔或先后經(jīng)取樣接料漏斗、取樣輸送支管路、取樣接料主漏斗、取樣輸送主管路進(jìn)入取樣料盤中的指定樣品穴中。樣片通過樣品收集孔的尺寸設(shè)計(jì)大樣片尺寸，小于被取樣種子尺寸，保證樣片易于通過而被取樣種子不能通過，通過負(fù)壓系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，利用樣片和母體的尺寸差異和所需負(fù)壓輸送力差異，確保樣片與母體可靠分離。隨后動(dòng)盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至被取樣種子分離工位，動(dòng)盤切割槽與大端接料漏斗剛好對(duì)正，借助于負(fù)壓，使被取樣種子通過被取樣種子收集孔，先后經(jīng)被取樣種子接料漏斗、被取樣種子輸送支管路9、被取樣種子接料主漏斗、被取樣種子輸送主管路進(jìn)入被取樣種子料盤中的指定的穴井1la中。所述樣品標(biāo)記與儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)包括取樣料盤、大端料盤各I套及控制料盤平面移動(dòng)的套二維滑臺(tái)和套料盤自動(dòng)堆棧式上料機(jī)構(gòu)，取樣料盤8和大端料盤均為12行8列陣列式穴井式料盤，分別由I套二維滑臺(tái)帶動(dòng)能夠進(jìn)行XY二維移動(dòng)，使相對(duì)應(yīng)的穴井81a和1la同時(shí)移動(dòng)到取樣輸送主管路出口和被取樣種子輸送主管路出口的下方，分別使樣片和被取樣種子滑入對(duì)應(yīng)的穴井8Ia和10Ia內(nèi)，從而保證樣片和母體的對(duì)應(yīng)。取樣料盤和大端料盤均有相對(duì)應(yīng)的編號(hào)，分別由自動(dòng)碼垛裝置完成碼盤工作。
[0015]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能保證切取的樣品質(zhì)量和尺寸的一致性，易于使用等特點(diǎn)，完成籽粒單粒分離，標(biāo)記，對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存全自動(dòng)化作業(yè)，一定程度上克服因籽粒形態(tài)和外形尺寸差異而造成的不能自動(dòng)切片取樣問題，為玉米等作物育種切片取樣提供一種自動(dòng)化設(shè)備。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1旋轉(zhuǎn)180度視圖。
[0018]圖3是雙層轉(zhuǎn)盤動(dòng)盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是雙層轉(zhuǎn)盤定盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是取樣料盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖6是大端料盤結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]—種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)，包括機(jī)架5、料桶14、單籽粒分離機(jī)構(gòu)、籽粒定向機(jī)構(gòu)、籽粒切割定位機(jī)構(gòu)、激光切割機(jī)構(gòu)、樣品分離機(jī)構(gòu)和樣品標(biāo)記與儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)，其特征在于:
機(jī)架5的支架橫梁4上裝設(shè)有導(dǎo)軌。料桶14設(shè)置在機(jī)架5—側(cè)的下方。
[0023]單籽粒分離機(jī)構(gòu)，包括機(jī)器人I和安裝在機(jī)器人I下端的真空吸盤15。機(jī)器人I豎直設(shè)置，機(jī)器人I通過導(dǎo)軌副與機(jī)架I上的導(dǎo)軌匹配組合，機(jī)器人I能沿機(jī)架5的支架橫梁4上的導(dǎo)軌作水平方向和豎直方向自由運(yùn)動(dòng)。
[0024]取料機(jī)器人I由初始零點(diǎn)沿X方向移動(dòng)至料桶14上方，并沿Z方向向下移動(dòng)，帶動(dòng)安裝于取料機(jī)器人I末端的真空吸