马铃薯种薯智能切块机的设计与研究

发布时间：2020-08-13 02:44

【摘要】：众所周知,马铃薯通过块茎进行繁殖。通常在马铃薯制种时,根据芽眼对种薯进行切块,切块不仅能保证正常的播种,而且还能很大程度上节省种薯。在农业生产中,一般会选择经济性强的马铃薯作为种薯,将此种薯进行切块,可以尽可能增加种薯与空气的接触面积,促进内外氧气交换,促使种薯块提早发芽,相应的出苗时间可以提前7-10天,增产15%-20%;接着对种薯块进行统一的消毒处理,能够降低植株发病率,促进植株生长更加茂盛。然而尽管当前种薯种植得到一定程度的机械自动化发展,但是种薯块仍然是人工完成,基于此缺陷,本论文对马铃薯智能切块机进行设计,该切块机实现了基于芽眼识别的种薯智能切块,首先对种薯智能切块机的机械部分进行设计,然后对芽眼进行识别,最后根据芽眼的分布进行切块,提出了一个切种决策机制。机械部分根据进料装置-稳定中心装置(给料)-检测识别装置-切割装置-薯块收集装置进行模块化设计。整个过程需要人工进行装料,在稳定中心可以对体积过小不需切块的种薯直接进行筛选,最后在薯块收集过程中,机器会自动对种薯块进行消毒,全过程仅需一人操作,节约人力和资源。通过查阅文献和实际调查,不同地区或者种植规模不同,种薯的选择就不同,人们会用不同时间段的种薯制种,这需要对不同时间段的芽眼识别分别进行研究。芽眼识别过程包括对种薯图像进行预处理,然后采用局部二值模式(Local Binary Patterns,LBP)对种薯芽眼及非芽眼进行特征提取,最后通过支持向量机(Support Vector Machine,SVM)对种薯芽眼进行识别。综上,本文完成了马铃薯种薯智能切块机的机械部分设计,根据设计的机构分别对重要部分进行校核仿真,因种薯切块时会产生“粘刀”现象,着重对刀具进行了设计;芽眼识别过程中,对采集的不同时间段的新旧种薯图片采用所提出方法进行实验,综合识别率取得了97.33%的满意效果;最后结合设计的机械部分和芽眼识别的研究,提出根据芽眼进行切块的切种决策机制,即首先根据芽眼数量选择刀型,再对芽眼连线形成的多边形质心与芽眼连线,这里简称“质心线”,通过质心线与刀具刀刃夹角来对刀具进行转动,最大限度的保证种薯块含有一个芽眼。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;S223
【图文】：

芽眼,工作原理,切块

兰州交通大学工程硕士学位论文、机器设计及下刀决策一同进行研究的学者。马铃薯种薯智能切阶段，根据现存研究的不足，结合马铃薯制种的需求对马铃薯种，设计的主要目的是能够根据芽眼分布对种薯进行智能切块，根时，体积较小的种薯是直接作为种子播种，不需要进行切块，据自动筛选；完成智能切块就要借助于机器视觉，对种薯进行图像行识别；最后根据识别出的芽眼进行下刀切块。实现种薯智能切为基础，对芽眼识别进行研究。而在芽眼识别中使用 LBP 分别域进行特征提取，再通过 SVM 进行训练分类，如图 1.2 所示，测工作原理。

种薯,西部地区,生长情况

种薯切块机的研究则多是直接对种薯进行切块，这在播种时会导致出大的浪费；而且在切块后不能进行自动消毒处理，通常在生产生活中进行统一收集并浸泡。统一收集浸泡使得种薯不能够很好地进行消毒的利用，研究针对于此三点对种薯智能切块机进行设计，使得整个过动化，智能化，对种薯切块可以最大限度保证，每块种薯有一个芽眼理，减少人力的投入。整个机器的工作流程是先将准备制种的种薯放料装置的大小进行设计保证可以一个人操作，进料装置的挡板可按一种薯有规律的从料斗流出。种薯由进料机构进入稳定中心后，稳定中轮，种薯经过滚轮后按照重心的位置，自然摆放在图像提取工作台，过小的种薯进行筛选，在进行重心调整后，对种薯图像进行采集，采光源补偿，进而对所采集的图像进行处理，对芽眼进行识别，根据识断选择刀型，再根据芽眼连接所形成的多边形顶点与质心的连线及刀对刀具进行旋转，如果不需要则直接进行切块，需要的话则对刀具进，最后对种薯块喷雾消毒处理后统一进行收集，图 2.1 为西部地区种

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图 2.2 种薯智能切块机技术路线4 马铃薯种薯智能切块机主要技术参数文所设计和研究的马铃薯种薯智能切块机的主要参数如下：外形尺寸：（长×宽×高）2500mm 1400mm 1500mm；料斗存放量：10kg；刀具数量：2 个；消毒药水存放量：10kg；处理能力：每分钟 25 个左右。

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