一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置及方法制造方法及图纸

一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，涉及智能移栽检测领域，利用超声波实现钵苗盘漏苗盘穴检测识别，通过超声波定位的方法指导移栽机械手在钵苗盘上对漏苗盘穴位置的准确定位，并能够控制机械手抓取、替换掉漏苗盘穴中的土壤基质，提升钵苗盘中钵苗数量合格率，提高移栽质量与成功率。

A device and method for detecting and locating seedlings of bowl seedlings

A seedling tray seedling leakage detection and location for seeking seedling seedling transplanting device, relates to the field of intelligent detection and Realization of seedling seedling disc leakage detection point by ultrasonic method by ultrasonic positioning guide manipulator of transplanting seedling disc in seedling of leakage point location accurate positioning, and can control the manipulator grab, replace the drain hole in the soil matrix seedling, enhance seedling seedling number in disc pass rate, improve the quality and the success rate of transplanting.

【技术实现步骤摘要】
一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置及方法
本专利技术涉及智能移栽检测领域，具体地说是一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置及方法。
技术介绍
在机械化移栽领域中，移栽苗通常由工厂进行大规模培育，工厂化育苗统一生产作业中育苗的钵苗盘难免会出现漏、病苗的情况。因此，为了减少机械化移栽漏栽率，提高移栽作业的成活率，必须要对移栽机喂入的钵苗进行质量检测，剔除漏苗及病苗，并进行盘穴中不合格幼苗的更换。为了提高钵苗盘中幼苗质量，国内已开展钵苗盘健壮苗识别及控制系统的研究，例如专利号为CN103309310A的中国专利提出了一种基于激光扫描的穴盘苗移栽机器人作业监控方法。该方法利用激光扫描识别技术，对病害苗进行识别，并控制移栽的顺序。但在实际检测工作中，钵苗盘中幼苗的检测会受到叶片的影响，相邻穴盘中的叶片会相互交错，严重影响了检测的控制效果，取苗机械手并不能够准确定位病害苗及漏苗的穴盘位置，并且不能够按照检测结果正确的排除存在病害苗及漏播苗的盘穴。专利号为CN102939816A的中国专利提出了一种用于穴盘苗移栽的识别定位移栽方法，但该方法基于机器视觉且通过苗盘坐标预设值来控制机械手定位的方式，通过坐标位置预设的方式不能够满足实际的工作要求，机械手并不能够准确的移动到相应的盘穴位置。因此，若能开发出一套用于工厂化育苗的出厂检测系统，能够对钵盘苗的出苗率进行检测，并能够识别漏播盘穴，并实现机械手自动定位寻找漏播盘穴进行基质剔除及更换相应生长期的幼苗，提高钵苗盘出苗合格率，则能减少研发相应防漏栽及钵盘识别移栽机的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置及方法，解决目前机械移栽后钵苗直立度及漏栽情况检测的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，包括钵苗盘传输检测装置，包括传输装置和设置于传输装置上的检测区域，传输装置不间断地将钵苗盘依次传输经过检测区域并由位于检测区域的4个位置检测传感器检测后将信号传递至控制系统，位置检测传感器均匀设置于检测区域的周向；漏苗检测装置，包括对位于检测区域的钵苗进行检测识别的超声波雷达阵列，超声波雷达阵列位于检测区域的正下方，超声波雷达阵列中的各个单体超声波雷达都包含用于发射超声波信号的发射器及用于接收超声回波信号的接收器；取苗换苗装置，包括用于取苗换苗的取苗机械手以及设置于取苗机械手上的全向超声波接收器，取苗机械手位于检测区域内，取苗机械手的移动方向及距离由X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机控制；控制系统，用于实现对钵苗盘传输检测装置、漏苗检测装置以及取苗换苗装置检测结果的获取、分析和控制。本专利技术所述的钵苗盘传输装置包括机架、设置于机架上的传输机构，所述传输机构由步进电机驱动，步进电机通过皮带轮与钵苗盘输送机构连接，所述取苗机械手位于传输机构上，检测区域位于传输机构上取苗机械手的正下方。所述的控制系统包括对钵苗盘传输检测装置进行控制的单片机，对漏苗检测装置进行控制的超声波雷达控制器，以及对取苗换苗装置进行控制的PLC控制器，单片机、PLC控制器、超声波雷达控制器作为协处理器分别与计算机及各自的执行部件相连接，计算机作为主处理器，协调各执行部件动作的时序性。利用所述的装置对钵苗盘进行漏苗检测和定位寻苗换苗的方法，包括以下步骤：步骤一、启动钵苗盘传输检测装置、漏苗检测装置、取苗换苗装置和控制系统，根据钵苗盘穴孔数、间距信息，设置超声波雷达阵列中超声波雷达的数目、排序间距，使超声波雷达阵列中超声波雷达的数目及位置与钵苗盘中的盘穴数目及位置一一对应；步骤二、当位置检测传感器检测到钵苗盘输送至监测区域即超声波雷达阵列上方时，将信号传递至控制系统，控制系统控制超声波雷达阵列启动，每个超声波雷达对其相应的盘穴发射超声波，且每个盘穴发射的超声波的频率相同，根据超声波回波信号，判断盘穴中是否有漏苗的情况；步骤三、如果所有超声波回波信号均无异常，则判定钵苗盘无漏苗情况；如果有异常回波信号，则可判定异常回波信号对应的盘穴存在漏苗情况，确定漏苗盘穴的位置并统计漏苗盘穴的数量n；步骤四、控制系统确定取苗机械手到n个漏苗盘穴的位移；步骤五、对各个漏苗盘穴进行定位，控制系统规划取苗机械手移动路径，并驱动取苗机械手至漏苗盘穴的上方，完成漏苗剔除及换苗动作。本专利技术所述步骤四中确定取苗机械手到n个漏苗盘穴的位移的方法为：记录机械手所在的水平移动平面Ⅰ到超声波雷达阵列所在平面Ⅱ之间的垂直距离h，利用超声波在空气介质中的衰减特性，由公式（1）获得全向超声波接收器与n个漏苗盘穴之间的位置距离信息，从而由公式（2）确定机械手在移动平面Ⅰ上到n个漏苗盘穴的位移，其中，表示漏苗盘穴处超声波振幅强值，表示超声波接收端即机械手处超声波振幅强值，表示超声波在空气中的衰减系数，表示超声波频率。本专利技术所述步骤五中机械手移动路径规划的方法为：（1）确定机械手在移动平面Ⅰ上到n个漏苗盘穴的位移后，通过冒泡比较法确定最小值，确定距离机械手最近的漏苗盘穴；（2）通过全方位超声波接收器追踪目标漏播盘穴超声波信号的来源，获取方位角，通过计算得到目标漏播盘穴三维坐标参数信息，获取坐标；（3）控制系统根据坐标位置，发出方向信号及距离移动信号，指导机械手完成对漏播盘穴的剔除及更换工作；（4）重复步骤（1）、（2）和（3），直至所有的漏播盘穴更换完毕，机械手复位，等待下次工作流程的开始。本专利技术所述步骤（3）中方向信号及距离移动信号的获得方法为：a.通过方位角与坐标关系，规定右方向为正方向，判断方位角是否小于90°，若方位角小于90°，则机械手横向移动方向输出为右，反之则输出为左；b.控制系统分别计算机械手横向、纵向和垂向移动距离所需要的脉冲数并输出相应的脉冲数控制机械手上X轴步进电机，Y轴步进电机，Z轴步进电机按照时序进行运动；c.机械手夹取出漏播盘穴中的土壤，并在空盘穴处更换合格移栽幼苗。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术利用超声波探测钵苗盘中漏播的盘穴，避免了由于叶片交错作用对漏苗盘穴识别错误情况的出现，提高了漏苗盘穴识别的准确率；（2）利用超声波定位的方法结合步进电机脉冲数控制方法，规划了机械手的取苗路径，优化了机械手对漏苗位置的寻找时间，提高了钵苗盘漏苗盘穴剔除工作的效率及准确率；（3）单片机、PLC控制器、超声波雷达控制器作为协处理器分别与各自的执行部件及计算机相连接，计算机作为主处理器，协调各执行部件动作的时序性，并作为人机交互系统，反馈控制信息给操作者，提高工作及信号处理效率；（4）提供了一套适用于工厂大规模育苗钵苗出厂检测装置及系统，可完成对钵盘苗漏播盘穴的自动识别及剔除，提升钵盘苗出厂时的出苗合格率，降低了研发相应防漏栽识别移栽机的成本，可带来巨大经济效益。附图说明图1为本专利技术钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置的结构示意图；图2为本专利技术钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置结构框图；图3为本专利技术机械手超声波定位示意图；图4为本专利技术机械手钵苗盘中寻苗路径规划示意图；图5为本专利技术机械手横向移动方位角判断示意图。图中标记：1、单片机，2、步进电机，3、皮带轮，4、传输机构，5、钵苗盘，6、取苗机械手，7、通信电缆线，8、PLC控制器，9、计算机，10、位置检测传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，其特征在于：包括钵苗盘传输检测装置，包括传输装置和设置于传输装置上的检测区域，传输装置不间断地将钵苗盘（5）依次传输经过检测区域并由位于检测区域的4个位置检测传感器检测后将信号传递至控制系统，位置检测传感器（10）均匀设置于检测区域的周向；漏苗检测装置，包括对位于检测区域的钵苗进行检测识别的超声波雷达阵列（12），超声波雷达阵列（12）位于检测区域的正下方，超声波雷达阵列中的各个单体超声波雷达都包含用于发射超声波信号的发射器及用于接收超声回波信号的接收器；取苗换苗装置，包括用于取苗换苗的取苗机械手（6）以及设置于取苗机械手（6）上的全向超声波接收器，取苗机械手（6）位于检测区域内，取苗机械手（6）的移动方向及距离由X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机控制；控制系统，用于实现对钵苗盘传输检测装置、漏苗检测装置以及取苗换苗装置检测结果的获取、分析和控制。

【技术特征摘要】
1.一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，其特征在于：包括钵苗盘传输检测装置，包括传输装置和设置于传输装置上的检测区域，传输装置不间断地将钵苗盘（5）依次传输经过检测区域并由位于检测区域的4个位置检测传感器检测后将信号传递至控制系统，位置检测传感器（10）均匀设置于检测区域的周向；漏苗检测装置，包括对位于检测区域的钵苗进行检测识别的超声波雷达阵列（12），超声波雷达阵列（12）位于检测区域的正下方，超声波雷达阵列中的各个单体超声波雷达都包含用于发射超声波信号的发射器及用于接收超声回波信号的接收器；取苗换苗装置，包括用于取苗换苗的取苗机械手（6）以及设置于取苗机械手（6）上的全向超声波接收器，取苗机械手（6）位于检测区域内，取苗机械手（6）的移动方向及距离由X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机控制；控制系统，用于实现对钵苗盘传输检测装置、漏苗检测装置以及取苗换苗装置检测结果的获取、分析和控制。2.一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，其特征在于：所述的传输装置包括机架（11）、设置于机架（11）上的传输机构（4），所述传输机构（4）由步进电机（2）驱动，所述取苗机械手（6）位于传输机构（4）上，检测区域位于传输机构（4）上取苗机械手（6）的正下方。3.根据权利要求1所述的一种钵苗盘漏苗检测和定位寻苗换苗装置，其特征在于：所述的控制系统包括对钵苗盘传输检测装置进行控制的单片机，对漏苗检测装置进行控制的超声波雷达控制器，以及对取苗换苗装置进行控制的PLC控制器，单片机、PLC控制器、超声波雷达控制器作为协处理器分别与计算机及各自的执行部件相连接，计算机作为主处理器，协调各执行部件动作的时序性。4.利用权利要求1所述的装置对钵苗盘进行漏苗检测和定位寻苗换苗的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、启动钵苗盘传输检测装置、漏苗检测装置、取苗换苗装置和控制系统，根据钵苗盘穴孔数、间距信息，设置超声波雷达阵列中超声波雷达的数目、排序间距，使超声波雷达阵列中超声波雷达的数目及位置与钵苗盘中的盘穴数目及位置一一对应；步骤二、当位置检测传感器检测到钵苗盘输送至检测区域即超声波雷达阵列上方时，将信号传递至控制系统，控制系统控制超声波雷达阵列启动，每个超声波雷达对其相应的盘穴发射超声波，且每个盘穴发射的超声波的频率相同，根据超...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬江涛，李明勇，金鑫，杜新武，庞靖，陈凯康，杨林辉，张巍朋，杨绪龙，吴霭玲，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41