本实用新型涉及农用机械设备技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置。
背景技术：
大葱是我国重要的经济作物之一，我国的大葱种植面积和产量均居世界首位。大葱育苗是大葱生产中最基础的一个环节，也是最重要的一个环节。
大葱主要有两种育苗方式：其中一种是传统的人工育苗，另一种是专用机械育苗。人工育苗的人工成本过高，劳动强度大，而且人工育苗的出苗质量差，不利于后续机械化移栽。机械育苗的播种基本上是采用“一穴三粒”的方式，这种育苗方式符合大葱生长的农艺要求，保证了育苗的成功率。而且在大葱的移栽过程中，由于一个穴盘孔中有三颗大葱，三颗大葱的根相互交织在一起，大葱才更容易从穴盘孔中被拔起。然而在滚筒式播种过程中，容易出现穴盘孔中只有一粒或两粒大葱种子的漏播现象，因此大葱育苗的机械漏播现象也束缚了大葱机械化的发展。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，解决了穴盘式大葱育苗机工作过程中的漏播问题，提高了穴盘式大葱育苗机的机械化水平，有利于解决大葱的精准精量育苗问题。
本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，包括安装在工作台上的压穴装置和滚筒式播种装置，以及安装在工作台上的图像识别装置、针式补种装置和带动穴盘移动的输送带，压穴装置、滚筒式播种装置、图像识别装置和针式补种装置沿穴盘的移动方向依次排布。
本方案在使用时，通过输送带带动穴盘自前往后移动，通过压穴装置进行压穴动作，通过滚筒式播种装置进行播种，播种后的穴盘移至图像识别装置区域，通过图形识别装置对穴盘内的种子数量进行识别，如果数量少于3个，在穴盘移至针式补种装置下方时，通过针式补种装置进行补种，从而解决了漏播问题。
作为优化，滚筒式播种装置中的滚筒表面每三个窝眼形成一个窝眼单元，每个窝眼单元中的三个窝眼呈三角形分布，各窝眼单元分别与穴盘的各穴盘孔对应。本优化方案的窝眼设置，使每个穴盘孔中播种三粒种子，以符合“一穴三粒”种植的农艺要求，将每个窝眼单元的三个窝眼按三角形分布，在落入到穴盘孔后，便于被图像识别装置识别。
作为优化，图像识别装置包括与工作台固接的固定支架、滑设在固定支架上的可动横梁，以及驱动所述可动横梁沿竖向移动的第一驱动装置，可动横梁上安装有位于穴盘上方的摄像头装置。本优化方案的图像识别装置通过第一驱动装置驱动可动横梁上下移动，实现了识别距离的调整，有利于提高识别的精确性。
作为优化，可动横梁的底部固设有定位板，定位板上固设有安装摄像头装置的摄像头支架，摄像头支架上安装有驱动摄像头装置转动的第二驱动装置。本方案通过设置定位板，方便摄像头支架固定，通过设置第二驱动装置，方便摄像头装置前后方向转动，图像识别装置中摄像头装置的位置在机器运转之前进行初始化调试，并且利用驱动装置将摄像头装置调整到能够对整个穴盘进行准确拍照的位置，使识别更加准确全面。
作为优化，图像识别装置中摄像头装置对穴盘整体拍照，并对照片进行处理，根据大葱包衣种子与基质在颜色上的差别，利用基于卷积神经网络的机器视觉，能够对穴盘孔内大葱种子的数量精准识别。
作为优化，针式补种装置包括固接于工作台上的侧板、与侧板固接且开口朝上的针式补种种盒，以及与侧板转动连接且位于针式补种种盒上方的播种杆，播种杆上固设有若干吸种头，每个吸种头连通一安装有电磁阀的集气管，侧板上还安装有驱动播种杆转动的第三驱动装置；还包括若干固定设置的落种管，落种管的进种口位于吸种头转动轨迹一侧且朝向吸种头设置，落种管的下端延伸至穴盘上方，且分别与同行的穴盘孔对应。本优化方案针式补种装置的各吸种头之间相互独立，当某吸种头对应的穴盘孔需要补种时，该吸种头连接的集气管吸起，利用气吸将种子吸至吸种头，第三驱动装置带动播种杆转动至吸种头朝向其对应的落种管进种口，电磁阀切换，使集气管喷气，将吸种头上的种子吹至落种管，种子由落种管落入相应的穴盘孔中，完成补种，由于各吸种头相互独立，补种的精确性更高。
作为优化，落种管的下端转动连接有播种导向头。本优化方案通过在落种管下端设置可转动的播种导向头，可以通过调整播种导向头的方向，进行播种方向的调整。
作为优化，针式补种种盒上固装有种盒振动器。本优化方案通过在针式补种种盒处安装种盒振动器，能够保证大葱种子在种盒里均匀分布，减少因为种子分布不均匀无法吸种而导致的补种失败。
作为优化，还包括分别位于针式补种装置下方两侧的两相互发射、接收信号的光电传感器。本优化方案通过设置两相互发射、接收信号的光电传感器，便于确定穴盘的行位置信息，当穴盘在输送带的带动下运行至传感器前端时，左、右两侧的两传感器无法相互接收信号；穴盘继续移动，当传感器位于第一行穴盘孔和第二行穴盘孔之间时，左右两侧的传感器通过两行穴盘孔之间的缝隙间隔再次接受相互传来的信号，此时系统记录一次光电信号，即为穴盘的第一行穴盘孔，以此类推，实现精确定位每一行的穴盘孔。
本方案还提供一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播检测方法，包括如下方面：
1、当穴盘经过滚筒式播种装置播种后，进入图像识别装置区域；图像识别装置对穴盘整体进行拍照，并对照片进行处理，将整个穴盘进行网格化，每一个穴盘孔分割为一个方格，并定位其在穴盘的位置，运用卷积神经网络对每一个穴盘孔进行识别，利用大葱包衣种子与基质在颜色上的差别，确定每一个穴盘孔的种子数量；当穴盘孔的种子数量为3，为正常播种；当穴盘孔的种子数量小于3时，为漏播，图像识别装置会将漏播信息传递给针式补种装置；
2、当穴盘继续移动至光电传感器位置时，光电传感器会根据光电信号的接受与否，精确定位穴盘的每一行穴盘孔，光电传感器会将定位信息传递给针式补种装置；
3、针式补种装置接收到上述信息后，根据图像识别装置传来的信息，确定穴盘上漏播穴盘孔的位置，精确到某一行某一列；根据光电传感器传来的信息确定行信息，播种杆上的相互独立的吸种头确定列信息；当穴盘移动至针式补种装置下方时，针式补种装置通过控制相互独立的电磁阀的吸气和出气进行补种操作；
4、当穴盘孔种子数量为2时，针式补种装置安排第一排补种装置进行一次补种，第二排补种装置不动；当穴盘孔种子数量为1时，针式补种装置安排两排的补种装置根据穴盘的位置前后依次进行两次补种。
本实用新型的有益效果为：通过图像识别装置识别穴盘孔的漏播情况，通过摄像头支架可实现摄像头前后方向的自由转动，可动横梁通过带动摄像头定位板进而可实现摄像头的竖直方向的上下移动，摄像头的自由移动能够使摄像头找到更好的识别穴盘的位置，提高识别的精确率，为接下来的补种操作提供准确的信息支持；
通过在工作台两侧边缘、每一组针式补种装置下方处均安装光电传感器，利用传感器能够接收光电信号与否，确定经过穴盘的位置信息，为针式补种装置提供准确的位置信息支持；
通过在播种杆上设置相互独立的吸种头，每一个吸种头都与单独的集气管相连，集气管的另一端连接相互独立的电磁阀，利用电磁阀的吸气出气，实现对穴盘上每一个穴盘孔都能够进行补种操作，既提高了补种的准确率，也提高了补种的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的精准补种流程图；
图2为本实用新型的整体结构示意图；
图3为本实用新型的整体结构侧面图；
图4为本实用新型的图像识别装置结构示意图；
图5为本实用新型的针式补种装置结构示意图；
图中所示：
1、工作台，2、输送带，3、穴盘，4、压穴装置，5、滚筒式播种装置，6、图像识别装置，7、针式补种装置，8、光电传感器，61、固定支架，62、定位板，63、摄像头支架，64、摄像头装置，65、可动横梁，71、摆动气缸，72、播种杆，74、针式补种种盒，75、种盒振动器，76、落种管，77、集气管，78、电磁阀，79、播种导向头。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。本实施方案阐述的是一种基于机器视觉的大葱穴盘育苗三粒播种漏播检测方法及补种装置，包括对部分播种结构的优化及设计了基于机器视觉的漏播检测和精准补种结构，利用图像识别装置为针式补种装置提供精确的穴盘孔漏播信息，利用光电传感器为针式补种装置提供穴盘的位置信息。
如图2所示一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，包括安装在工作台1上的压穴装置4和滚筒式播种装置5，以及安装在工作台上的图像识别装置6、针式补种装置7和带动穴盘3移动的输送带2，压穴装置、滚筒式播种装置、图像识别装置和针式补种装置沿穴盘的移动方向依次排布。
压穴装置4固定在工作台1的最前端，通过打孔气缸带动打孔头运动实现其压穴功能，压穴装置4采用现有技术实现，在此不再赘述其结构。
滚筒式播种装置5包括通过固定支架安装的滚筒式播种种箱焊接在种箱上用于防止落种的挡种板，以及在种箱出料口边缘通过固定架与中心转轴的连接安装的播种滚筒，在播种滚筒斜下方通过支架横梁固定设置有接种盒。种箱下方固定安装有种箱振动器，以保证种子在出料口边缘均匀分布。滚筒一端连接传动齿轮，另一端连接涡轮式风机。滚筒式播种装置中的滚筒表面每三个窝眼形成一个窝眼单元，每个窝眼单元中的三个窝眼呈三角形分布，各窝眼单元在滚筒上依次排列，并且各窝眼单元分别与穴盘的各穴盘孔对应。
在滚筒式播种装置5之后添加图像识别装置6，图像识别装置6包括与工作台固接的固定支架61、滑设在固定支架上的可动横梁65，以及驱动所述可动横梁沿竖向移动的第一驱动装置，可动横梁上安装有位于穴盘上方的摄像头装置64。可动横梁65的底部固设有定位板62，定位板62上固设有安装摄像头装置的摄像头支架63，摄像头支架63上安装有驱动摄像头装置转动的第二驱动装置。摄像头装置64能够对经过滚筒式播种后的穴盘3进行分割和识别，分割是将整个穴盘3进行网格化，每个穴盘孔看作是一个方格。识别是通过运用基于卷积神经系统的神经网络来实现，对分割后的每一个穴盘孔进行识别，利用大葱包衣种子与基质在颜色上的差别，经过卷积神经网络的卷积层、池化层和全连接层之后，每个穴盘孔中的大葱种子数量将会被精准识别。当穴盘孔种子数量小于3颗时，摄像头装置64会把漏播信息传递给后方的针式补种装置7，继而安排补种；摄像头支架63可实现摄像头装置64前后方向的自由转动；可动横梁65通过带动定位板62进而可实现摄像头装置64的竖直方向的上下移动；摄像头装置64能够自由移动有利于提高识别的精确性。
针式补种装置包括固接于工作台上的侧板、与侧板固接且开口朝上的针式补种种盒74，以及与侧板转动连接且位于针式补种种盒上方的播种杆72，播种杆为相互平行的两件，沿前后方向依次布置，针式补种种盒上固装有种盒振动器75，播种杆72上固设有若干吸种头，每个吸种头连通一安装有电磁阀78的集气管77，侧板上还安装有驱动播种杆转动的第三驱动装置，本实施的第三驱动装置为安装在侧板上的摆动气缸71。针式补种装置还包括若干固定设置的落种管76，落种管76竖直设置在工作台上方且沿工作台宽度方向排布，落种管的进种口位于吸种头转动轨迹一侧且朝向吸种头设置，以方便吸种头吹出的葱种进入，落种管的下端延伸至穴盘3上方，且分别与处于同一行的穴盘孔对应，在落种管的下端转动连接有播种导向头79。具体的，播种杆72上的每一个吸种头都是相互独立且每一个播种头分别连接一个集气管77，集气管77的另一端也都分别连接一个电磁阀，电磁阀控制气流的进出。当针式播种装置接收到前面传来的图像识别信息后，会根据信息的内容，控制相对应的电磁阀的进气出气进行补种操作。当穴盘孔种子数量为2时，针式补种装置安排第一排补种装置进行一次补种，第二排补种装置不动；当穴盘孔种子数量为1时，针式补种装置安排两排的补种装置根据穴盘的位置前后依次进行两次补种。在针式补种种盒加装振动器，解决了大葱种子在种盒里分布不均匀的现象，以保证大葱种子在出料口边缘均匀分布，针式补种每一个吸种头都能够均匀的吸附种子。
在每一组针式补种装置7下方、工作台1两侧边缘处各安装一个光电传感器8，光电传感器8包括发射端和接收端，两侧的光电传感器相对设置，可相互发射、接收信号。当穴盘3在输送带2的带动下运行至光电传感器8前端时，左右两侧传感器8无法相互接收信号。穴盘3继续移动，当传感器8位于第一行穴盘孔和第二行穴盘孔之间时，左右两侧传感器8通过两行穴盘孔之间的缝隙间隔会再次接受相互传来的信号，此时系统会记录一次光电信号，即为穴盘3的第一行穴盘孔。以此类推，系统会精确定位每一行的穴盘孔。
一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播检测方法，包括如下方面：
1、当穴盘经过滚筒式播种装置播种后，进入图像识别装置区域；图像识别装置对穴盘整体进行拍照，并对照片进行处理，将整个穴盘进行网格化，每一个穴盘孔分割为一个方格，并定位其在穴盘的位置，运用卷积神经网络对每一个穴盘孔进行识别，利用大葱包衣种子与基质在颜色上的差别，确定每一个穴盘孔的种子数量；当穴盘孔的种子数量为3，为正常播种；当穴盘孔的种子数量小于3时，为漏播，图像识别装置会将漏播信息传递给针式补种装置；
2、当穴盘继续移动至光电传感器位置时，光电传感器会根据光电信号的接受与否，精确定位穴盘的每一行穴盘孔，光电传感器会将定位信息传递给针式补种装置；
3、针式补种装置接收到上述信息后，根据图像识别装置传来的信息，确定穴盘上漏播穴盘孔的位置，精确到某一行某一列。根据光电传感器传来的信息确定行信息，播种杆上的相互独立的吸种头确定列信息；当穴盘移动至针式补种装置下方时，针式补种装置通过控制相互独立的电磁阀的吸气和出气进行补种操作；
4、当穴盘孔种子数量为2时，针式补种装置安排第一排补种装置进行一次补种，第二排补种装置不动；当穴盘孔种子数量为1时，针式补种装置安排两排的补种装置根据穴盘的位置前后依次进行两次补种。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。
1.一种基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，包括安装在工作台（1）上的压穴装置（4）和滚筒式播种装置（5），其特征在于：还包括安装在工作台上的图像识别装置（6）、针式补种装置（7）和带动穴盘（3）移动的输送带（2），压穴装置、滚筒式播种装置、图像识别装置和针式补种装置沿穴盘的移动方向依次排布。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：滚筒式播种装置中的滚筒表面每三个窝眼形成一个窝眼单元，每个窝眼单元中的三个窝眼呈三角形分布，各窝眼单元分别与穴盘的各穴盘孔对应。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：图像识别装置包括与工作台固接的固定支架（61）、滑设在固定支架上的可动横梁（65），以及驱动所述可动横梁沿竖向移动的第一驱动装置，可动横梁上安装有位于穴盘上方的摄像头装置（64）。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：可动横梁（65）的底部固设有定位板（62），定位板（62）上固设有安装摄像头装置的摄像头支架（63），摄像头支架（63）上安装有驱动摄像头装置转动的第二驱动装置，图像识别装置中摄像头装置（64）的位置在机器运转之前进行初始化调试，并且利用驱动装置将摄像头装置（64）调整到能够对整个穴盘进行准确拍照的位置。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：针式补种装置包括固接于工作台上的侧板、与侧板固接且开口朝上的针式补种种盒（74），以及与侧板转动连接且位于针式补种种盒上方的播种杆（72），播种杆（72）上固设有若干吸种头（73），每个吸种头连通一安装有电磁阀（78）的集气管（77），侧板上还安装有驱动播种杆转动的第三驱动装置；
还包括若干固定设置的落种管（76），落种管的进种口位于吸种头转动轨迹一侧且朝向吸种头设置，落种管的下端延伸至穴盘（3）上方，且分别与同行的穴盘孔对应。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：落种管的下端转动连接有播种导向头（79）。
7.根据权利要求5所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：针式补种种盒上固装有种盒振动器（75）。
8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的大葱三粒穴盘育苗漏播补种装置，其特征在于：还包括分别位于针式补种装置下方两侧的两相互发射、接收信号的光电传感器（8）。
技术总结