阅读说明：本技术 一种苗床自走式植物表型图像采集装置 (Seedbed self-propelled plant phenotype image acquisition device ) 是由 章竞瑾 郭斗斗 杨晓 黄丹枫 查凌雁 于 2020-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种苗床自走式植物表型图像采集装置,该装置包括主体结构、驱动行进装置,驱动行进装置通过螺栓连接在主体结构上,作业探头装置设有光电传感器、两个横向同步滑台和一个纵向滑台,纵向滑台和横向滑台上设有红外传感器,驱动行进装置包括同步轨道,驱动滑轮,定滑轮,导向轮,驱动电机,联轴器,定滑轮和驱动滑轮通过收紧的皮带环绕连接。该装置结构简单,扩展能力强,扩展了不同株高植株的成像范围,可以实现高度可调的表型监测,侧向放置的电机同步驱动两侧运行,避免动行进过程中可能的偏移,使用柔性皮带传动替代了齿轮机械传统,避免在温室高温高湿工况下齿轮出现的生锈及杂质阻塞等问题,提高了传动系统的适用性。(The invention discloses a seedbed self-propelled plant phenotype image acquisition device which comprises a main body structure and a driving advancing device, wherein the driving advancing device is connected to the main body structure through a bolt, an operation probe device is provided with a photoelectric sensor, two transverse synchronous sliding tables and a longitudinal sliding table, infrared sensors are arranged on the longitudinal sliding table and the transverse sliding table, the driving advancing device comprises a synchronous rail, a driving pulley, a fixed pulley, a guide wheel, a driving motor and a coupling, and the fixed pulley and the driving pulley are connected in a surrounding mode through a tightened belt. The device simple structure, the expansion ability is strong, has expanded the imaging range of different plant height plants, can realize height-adjustable's phenotype monitoring, and the operation of motor synchronous drive both sides that the side direction was placed avoids moving the possible skew of in-process of marcing, uses flexible belt transmission to replace gear machinery tradition, avoids getting rusty and impurity jam scheduling problem that the gear appears under the high temperature and high humidity operating mode in greenhouse, has improved transmission system's suitability.)

一种苗床自走式植物表型图像采集装置

技术领域

本发明涉及图像采集领域，尤其涉及一种苗床自走式植物表型图像采集装置。

背景技术

随着植物基因组、蛋白组、代谢组等多组学生物信息技术的不断发展，植物表型组学越来越成为研究植物品种特性及生理生态环境适应性的重要手段，植物表型组学能够有效地反应植物基因型、环境因素和表型之间的联系。植物表型组学通过对植物生长及相关环境参数进行高通量系统完整的采集和分析，能够实现快速准确无损地监测植物生长情况，对遗传育种和可控环境下植物的生长调控具有重要意义。

由于机器视觉和信息化技术的快速发展，植物表型图像采集平台已经出现多种形式适应不同环境下的设备类型，例如无人机、田间表型平台、温室物流表型平台、气候室表型设备、固定箱式表型设备等等，通过可见光、近红外、荧光、热成像、激光3D成像以及高光谱等技术手段来实现各类型植物表型指标的高通量检测。

针对温室穴盘种苗和嫩叶蔬菜植物的表型设备研究目前还没有较多报道，由于穴盘苗菜具备不易移动、表型指标受小气候影响大、品种及生长周期差异大等特性，不适合移动到固定位点图像采集，需要采用自走式表型图像采集设备来实现大面积快速表型图像获取与解析。

近年来，温室中可移动的表型成像设备主要有车架式、悬挂臂式和苗床架式，针对苗床穴盘苗菜的表型监测设备主要为无线驱动电机的苗床成像作业图像采集车。由于现有苗床表型图像采集设备采用联动轴，受限于轴的高度只能采集株高较低的幼苗类作物，无法实现对株高较高的盆栽苗菜进行图像采集，而车架式或悬挂臂式可移动采集装置受温室地形及日常作业限制，不适合长期稳定监测；同时以上三种表型成像设备的设备齿轮传动装置在温室高温高湿环境下的稳定性较差，不适合实际使用工况。

因此，为了解决联动轴限制成像植物高度的问题，提高传动装置在温室环境下的适用性，同时还能够减少表型平台对苗床称重的荷载需求，提高苗床成像平台移动监测的灵活性，所以本领域的技术人员致力于开发一种适用于苗床植物的表型图像采集装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种适用于苗床植物的表型图像采集装置，解决表型图像采集装置在实际使用中出现的联动轴限制成像植物高度的问题，进一步提高传动装置在温室环境下的适用性，同时还能够减少表型平台对苗床称重的荷载需求，提高苗床成像平台移动监测的灵活性。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种苗床自走式植物表型图像采集装置，该装置包括主体结构、驱动行进装置、作业探头装置。

进一步地，驱动行进装置固定在主体结构上。

进一步地，固定的方式为螺栓连接。

进一步地，作业探头装置设有光电传感器、横向同步滑台和纵向滑台。

进步一地，横向同步滑台包括上横向同步滑台和下横向同步滑台。

进一步地，主体结构由方管构成，方管通过三通连接件及螺栓固定。

进一步地，方管为OB3030方管。

进一步地，上横向同步滑台和下横向同步滑台通过联轴器连接，并通过横向滑台电机控制纵向滑台的横向移动。

进一步地，纵向滑台通过联轴器连接纵向滑台电机，控制工业相机的纵向移动。

进一步地，横向滑台电机、纵向滑台电机的电源线连接在苗床一端。

进一步地，在纵向滑台上固定一个与其等长的纵向方管，通过螺栓固定连接。

进一步地，纵向方管上设有角件，角件通过螺栓与纵向方管固定连接。

进一步地，光电传感器通过螺栓固定连接在角件上。

进一步地，光电传感器与单片机控制器连接。

进一步地，光电传感器为工业相机或其他传感器。

进一步地，纵向滑台和横向滑台上设有红外传感器。

进一步地，横向滑台电机和纵向滑台电机与远程控制系统有线和/或无线连接。

进一步地，作业探头装置的无线控制通过串口与WiFi结合，使用单片机直接将串口数据转成WiFi数据发送的方式实现无线控制。

进一步地，驱动行进装置包括同步轨道，驱动滑轮，定滑轮，导向轮，驱动电机，联轴器。

进一步地，滑块通过阶梯型连接件连接在主体结构上部方管下方。

进一步地，同步轨道通过螺栓和支撑条连接固定在苗床两侧，驱动滑轮位于苗床头部两端，与驱动轴固定连接，驱动轴通过带座轴座、螺栓固定在苗床头部两侧，驱动电机通过轴架、螺栓固定在苗床头部中央，驱动轴与驱动电机通过联轴器相连，驱动电机的过电源线与行走控制系统连接，通过联轴器与驱动电机相连接的驱动滑轮同步运行，定滑轮通过螺栓和支撑条连接固定在行进方向末端的苗床两侧。

进一步地，定滑轮和驱动滑轮通过收紧的皮带环绕连接或收紧的无弹性绳环绕。

进一步地，阶梯型连接件通过卡扣与皮带固定连接。

进一步地，驱动行进装置中的控制系统使用单片机配备无线及蓝牙模块实现远程控制作业平台的移动，可以通过远程服务器来控制表型平台的移动和图像采集，单片机接收指令后相应控制电机正转、反转、计算定位并拍照成像。

技术效果

1、本发明扩展了不同株高植株的成像范围，从植株低于15cm的穴盘苗扩展到株高50cm以内多种蔬菜花卉盆栽苗，可以实现高度可调的表型监测。

2、本发明通过侧向放置的电机，可以同步驱动两侧运行，避免单侧自动行进过程中可能的偏移。

3、本发明使用柔性皮带传动替代了齿轮机械传统，避免在温室高温高湿工况下齿轮出现的生锈及杂质阻塞等问题，提高了传动系统的适用性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是实施例中苗床自走式植物表型图像采集装置的结构示意图；

其中，1.上横向滑台、2.工业相机、3.导向轮、4.定滑轮、5.联轴器、6.驱动电机、7.带座轴承、8.驱动滑轮、9.同步轨道。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例1

一种苗床自走式植物表型图像采集装置，具体结构如图1所示，该装置包括主体结构、驱动行进装置，驱动行进装置通过螺栓连接在主体结构上，作业探头装置设有光电传感器、上横向同步滑台1、下横向同步滑台和一个纵向滑台，纵向滑台和横向滑台上设有红外传感器，本实施例中光电传感器为工业相机。

主体结构平台主体由型号为OB3030的方管构成，方管由三通连接件及螺栓固定连接。作业探头装置的两个横向滑台1通过联轴器连接并由横向滑台电机控制纵向滑台的横向移动；在两个横向滑台1上设置一个竖直方向的纵向滑台，纵向滑台通过联轴器连接纵向滑台电机；在纵向滑台上固定一个与其等长的纵向方管，纵向方管通过螺栓与纵向滑台连接；工业相机2通过螺栓固定连接在角件上，角件通过螺栓固定连接在纵向方管上，工业相机与单片机控制器连接。在两个滑台上设置有红外传感器；电机设有远程控制系统。

作业探头装置的无线控制通过串口与WiFi相结合，使用单片机直接将串口数据转成WiFi数据发送的方式实现作业探头装置的无线控制。

行进装置包括同步轨道9，驱动滑轮8，定滑轮4，导向轮3，驱动电机6，联轴器5。同步导轨9通过螺栓和支撑条连接固定在苗床两侧，驱动滑轮8位于苗床头部两端，与驱动轴固定连接，驱动轴通过带座轴承、螺栓固定在苗床头部，驱动电机6通过轴架、螺栓固定在苗床头部中央，驱动轴与驱动电机通过联轴器5相连，驱动电机通过电源线与行走控制系统连接，定滑轮4通过螺栓和支撑条连接固定在行进方向末端的苗床两侧，定滑轮4和驱动滑轮8通过收紧的皮带环绕连接，通过联轴器与驱动电机6相连接的驱动滑轮8同步运行，阶梯型连接件通过卡扣与皮带固定连接。

驱动行进装置中的控制系统使用单片机配备无线及蓝牙模块实现远程控制作业平台的移动，可以通过远程服务器来控制表型平台的移动和图像采集，单片机接收指令后相应控制电机正转、反转、计算定位并拍照成像。

实施例2

一种苗床自走式植物表型图像采集装置的使用方法：

步骤1、通电后先复位，平台和相机调整到初始位置，检查各传感器工作状态是否正常；

步骤2、自检复位完成后，可以通过远程控制平台进行XYZ三个方向的移动，其中X方向表型平台在苗床上的移动方向，由驱动电机以及驱动滑轮带动皮带运动，带动平台在苗床上前移动。

步骤3、Y为相机在平台上的水平移动方向，Z为相机的平台上的垂直移动方向，每个方向的滑轨两段有限位器(光电传感器)。YZ两个方向移动通过横向滑台和纵向滑台进行移动控制，带动相机实现不同位置的拍摄定位。

步骤4、XYZ三方向的移动为各自独立控制，可点控也可根据输入的移动距离来控制行走，由限位器控制移动边界。

步骤5、定位完成后，通过远程控制平台进行拍照成像，工业相机采集定位点位置信息及图像照片，通过单片机进行数据存储并上传至远程平台。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。