本发明涉及农业播种技术，特别是一种小粒种子动态跟踪补种方法及装置。
背景技术：
小粒径种子是指平均直径≤3mm的种子，主要包括谷物、牧草、芝麻以及部分蔬菜、花卉、林业种子等经济作物。我国小粒径种子作物种类繁多，种植面积广泛，产业价值持续提高，在我国作物种植中有着重要的地位，其作物生产是一个潜力巨大的朝阳产业，具有非常广阔的发展场景。
提升小粒径种子播种质量是提高其产量的关键途径，目前主要通过精量播种技术可以有效提升作物植株田间分布的均匀性，最大限度地减少植株间对土壤水分、养分的竞争，从而大幅度提高产量，而精量播种机器要实现高效率、持续性的播种工作，必须在保证匹配精量播种机器作业进度的过程中高效低损地完成自动补种工作。由于小粒径种子物料特性的差异和特殊，现阶段补种工作基本上采用人工或半机械化的方式，难以匹配精量播种机器作业进度，无法保障高效低损地补种，直接影响机器工作进程和效率，存着生产效率低、劳动强度大、作业成本高等问题，并且其机械化程度不高已经成为制约小粒径种子作物产业化发展的一个瓶颈。因此，如何实现自动化补种作业过程是解决当前小粒径种子自动补种难题、提升精量播种机作业效率和续航时间的重要研究方向。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于播种作业过程的小粒种子动态跟踪补种方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种小粒种子动态跟踪补种装置，其中，包括：
机架；
试验种箱，安装在所述机架上；
叶轮式卸种装置，用于控制卸种速度，安装在所述机架上，所述叶轮式卸种装置的喂入口与所述试验种箱的出口连接；
风机，用于控制种子的输送速度，安装在所述机架上，所述风机的出口与所述叶轮式卸种装置的进风口连接；
输送管道，用于改变种子的输送方向，安装在所述机架上，所述输送管道的进口与所述叶轮式卸种装置的出风口连接；
补种装置，用于控制补种位置和补种速率，所述补种装置的入口与所述输送管道的出口连接；
图像识别系统，用于识别精量播种机的种箱位置以实现小粒种子动态跟踪，安装在所述补种装置上；
传动装置，安装在所述机架上，并分别与所述叶轮式卸种装置、风机、输送管道和所述补种装置连接；以及
控制装置，用于实时调整工作速度和补种位置，安装在所述机架上，并分别与所述传动装置和图像识别系统连接。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述试验种箱由钢板折弯形成一容置空间，所述试验种箱的入口设置于所述容置空间的顶端，所述试验种箱的出口设置于所述容置空间的底端，所述试验种箱的底部薄板与水平方向的夹角大于小粒径种子的休止角。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述叶轮式卸种装置包括：
卸种壳体，所述卸种壳体的中部设置所述叶轮式卸种装置的喂入口，所述卸种壳体的前端口为所述叶轮式卸种装置的进风口，所述卸种壳体的后端口为所述叶轮式卸种装置的出风口；以及
卸种机构，对应于所述叶轮式卸种装置的喂入口安装在所述卸种壳体内，所述卸种机构包括叶轮和卸种轴，所述卸种轴安装在所述机架上，所述叶轮安装在所述卸种轴上。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述输送管道包括顺序连接的上弯头、竖直管道和下弯头，所述上弯头的出口与所述补种装置的入口连接，所述下弯头的进口与所述叶轮式卸种装置的出风口连接。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，补种装置包括：
补种管道；
补种机构，安装在所述补种管道上，所述补种机构包括补种壳体和叶片旋转机构，所述补种壳体的进口与所述补种管道连通；所述叶片旋转机构设置在所述补种壳体内，所述叶片旋转机构包括叶片和旋转轴，所述旋转轴通过轴承安装在所述补种壳体上，所述叶片安装在旋转轴上，所述旋转轴的轴线垂直于所述补种壳体的轴线；以及
连杆调节机构，包括摇杆和连接杆，所述摇杆的一端分别对称铰接在所述补种管道上并位于所述补种壳体的两侧，所述连接杆分别与所述摇杆的另一端铰接。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述连接杆的首端对称铰接在所述补种管道上并位于第一补种壳体的两侧，相邻的所述摇杆的长度比例为1：2。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述补种壳体的内侧设置有滑轨，所述叶片和叶轮的边缘设置有橡胶片。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述风机通过风机支架安装在所述机架上，所述风机的出口通过螺栓与所述叶轮式卸种装置的进风口连接，风机产生的最小气流速度va＝kvf，其中，k为经验系数，vf为小粒径种子的悬浮速度。
上述的小粒种子动态跟踪补种装置，其中，所述传动装置包括叶轮式卸种传动机构、风机电机、旋转法兰电机、连杆调节电机和叶片旋转电机，所述叶轮式卸种传动机构包括叶轮卸种电机、叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器，所述叶轮卸种电机分别与所述叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器连接；所述风机电机与所述风机连接；所述旋转法兰电机安装在所述输送管道上；所述连杆调节电机与所述摇杆连接；所述叶片旋转电机与所述旋转轴连接。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种小粒种子动态跟踪补种方法，其中，包括以下步骤：
s100、图像识别系统识别精量播种机的种箱位置，输送管道在旋转法兰电机和连杆调节电机的作用下，驱动连杆调节机构和旋转法兰运动，使补种装置与所述精量播种机的种箱对接；
s200、种子储备在试验种箱中，在叶轮式卸种装置的旋转作用下进入到卸种壳体内；
s300、风机将所述卸种壳体内的种子顺着输送管道吹送到补种装置中；
s400、种子在所述风机的气力和自身重力的作用下，顺着每个补种壳体出口汇集在补种装置的集种腔中；
s500、待每个集种腔中充满种子后，在叶片旋转机构的作用下，种子被均匀补入所述精量播种机器的每个种箱中；以及
s600、所述精量播种机器的种箱补满后，传动装置停止工作，等待进入下一个工作循环。
本发明的技术效果在于：
本发明布局合理，能从根本上解决小粒径种子自动补种效率低、劳动强度大、作业成本高等问题，实现了小粒种子动态跟踪和高效低损的自动补种，有效匹配了精量播种机作业进度。其中，采用气力输送的方式，极大降低了种子的损伤率；叶轮式卸种装置可将种子以均匀流量卸种，避免造成堵塞问题，提高补种效率；图像识别系统识别完种箱位置，驱动连杆调节机构和旋转法兰运动，实现了小粒种子动态跟踪，保证补种装置与精量播种机器的种箱完成对接，并在叶片旋转机构的作用下，种子被均匀补到精量播种机器的每个种箱中，提高了补种均匀性，实现了变量补种，有效匹配了精量播种机作业进度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的小粒种子动态跟踪补种装置结构示意图；
图2为本发明一实施例的试验种箱结构示意图；
图3为本发明一实施例的叶轮式卸种装置结构示意图；
图4为本发明一实施例的输送管道结构示意图；
图5为本发明一实施例的补种装置结构示意图；
图6为本发明一实施例的补种机构结构示意图；
图7为本发明一实施例的连杆调节机构结构示意图；
图8为本发明一实施例的图像识别系统示意图。
其中，附图标记：
1机架
2风机
3传动装置
4试验种箱
5叶轮式卸种装置
51卸种壳体
52卸种机构
6控制装置
7输送管道
71下弯头
72竖直管道
73上弯头
8图像识别系统
81工业相机
82数据采集器
9补种装置
91补种机构
911叶片旋转机构
912补种壳体
92连杆调节机构
921摇杆
922连接杆
93补种管道
10种箱
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明一实施例的小粒种子动态跟踪补种装置结构示意图。本发明的小粒种子动态跟踪补种装置，可以实现小粒种子动态跟踪，提高自动补种效率，确保种子完整性，极大降低劳动强度和作业成本，有效匹配了精量播种机作业进度，提升了精量播种机作业效率和续航时间。该小粒种子动态跟踪补种装置包括：机架1；试验种箱4，安装在所述机架1上；叶轮式卸种装置5，用于控制卸种速度，安装在所述机架1上，并位于试验种箱4下面，所述叶轮式卸种装置5的喂入口与所述试验种箱4的出口连接；风机2，用于控制种子的输送速度，安装在所述机架1上，所述风机2的出口与所述叶轮式卸种装置5的进风口连接，所述风机2通过风机支架安装在所述机架1上，所述风机2的出口通过螺栓与所述叶轮式卸种装置5的进风口连接，风机2产生的最小气流速度va＝kvf，其中，k为经验系数，vf为小粒径种子的悬浮速度；输送管道7，用于改变种子的输送方向，安装在所述机架1上，所述输送管道7的进口与所述叶轮式卸种装置5的出风口连接；补种装置9，用于控制补种位置和补种速率，所述补种装置9的入口与所述输送管道7的出口连接；图像识别系统8，用于识别精量播种机的种箱10位置以实现小粒种子动态跟踪，安装在所述补种装置9上；传动装置3，安装在所述机架1上，并分别与所述叶轮式卸种装置5、风机2、输送管道7和所述补种装置9连接；以及控制装置6，用于实时调整工作速度和补种位置，安装在所述机架1上，并分别与所述传动装置3和图像识别系统8连接，可以通过显示屏实时调整叶轮卸种电机、风机电机、旋转法兰电机、连杆调节电机以及叶片旋转电机的工作速度和补种机构91的位置。
其中，所述传动装置3用于实现各机构的运动，包括叶轮式卸种传动机构、风机电机、旋转法兰电机、连杆调节电机和叶片旋转电机，所述叶轮式卸种传动机构包括叶轮卸种电机、叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器，所述叶轮卸种电机分别与所述叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器连接，叶轮卸种电机可通过螺栓与叶轮卸种减速器相连，通过键与叶轮卸种链轮连接，叶轮卸种链张紧在叶轮卸种链轮上并将动力传递给卸种轴，卸种轴通过与轴承的配合固定在叶轮卸种支架上，叶轮卸种减速器安装在叶轮卸种安装板上，通过螺栓固定在叶轮卸种支架上；所述风机电机与所述风机2连接，将动力传递给风机2，并通过螺栓安装在风机支架上；所述旋转法兰电机安装在所述输送管道7上，具体为旋转法兰电机与旋转法兰连接，通过齿轮将动力传递给旋转法兰，旋转法兰电机通过螺栓安装在旋转法兰安装板上，并通过螺栓固定在输送管道7上；所述连杆调节电机与所述摇杆921连接，将动力传递给摇杆921，并通过连杆调节安装板安装在补种壳体912上；所述叶片旋转电机与所述旋转轴连接，将动力传递给旋转轴，旋转轴通过轴承安装在补种壳体912上，叶片旋转电机与叶片旋转安装板连接，并通过螺栓分别固定在每个补种壳体912上。
参见图2，图2为本发明一实施例的试验种箱4结构示意图。本实施例的所述试验种箱4由钢板折弯形成一容置空间，所述试验种箱4的入口设置于所述容置空间的顶端，所述试验种箱4的出口设置于所述容置空间的底端，所述试验种箱4的底部薄板与水平方向的夹角大于小粒径种子的休止角，以保证种子准确落入叶轮式卸种装置5中。
参见图3，图3为本发明一实施例的叶轮式卸种装置5结构示意图。本实施例的所述叶轮式卸种装置5包括：卸种壳体51，所述卸种壳体51的中部设置所述叶轮式卸种装置5的喂入口，所述卸种壳体51的前端口为所述叶轮式卸种装置5的进风口，所述卸种壳体51的后端口为所述叶轮式卸种装置5的出风口；以及卸种机构52，对应于所述叶轮式卸种装置5的喂入口安装在所述卸种壳体51内，所述卸种机构52包括叶轮和卸种轴，所述卸种轴安装在所述机架1上，所述叶轮安装在所述卸种轴上。
参见图4，图4为本发明一实施例的输送管道7结构示意图。本实施例中，所述输送管道7包括顺序连接的上弯头73、竖直管道72和下弯头71，所述上弯头73的出口与所述补种装置9的入口连接，所述下弯头71的进口与所述叶轮式卸种装置5的出风口连接。下弯头71的进口通过螺栓管夹与竖直管道72连接；竖直管道72的进口通过旋转法兰与下弯头71的出口连接；上弯头73的进口通过螺栓管夹与竖直管道72的出口连接。
参见图5-图7，图5为本发明一实施例的补种装置9结构示意图，图6为本发明一实施例的补种机构91结构示意图，图7为本发明一实施例的连杆调节机构92结构示意图。本实施例的补种装置9包括：补种管道93，补种管道93的进口通过螺栓管夹与上弯头73的出口连接，多段补种管道93的进出口可分别与相邻补种管道93出进口通过螺旋管夹连接；补种机构91，安装在所述补种管道93上，补种机构91数量由精量播种机的种箱10数量决定，可进行增加或删减，本实施例以4个补种机构91数量为例。所述补种机构91包括补种壳体912和叶片旋转机构911，所述补种壳体912的进口与所述补种管道93连通；所述叶片旋转机构911设置在所述补种壳体912内，所述叶片旋转机构911包括叶片和旋转轴，所述旋转轴通过轴承安装在所述补种壳体912上，所述叶片安装在旋转轴上，所述旋转轴的轴线垂直于所述补种壳体912的轴线；以及连杆调节机构92，包括摇杆921和连接杆922，所述摇杆921的一端分别对称铰接在所述补种管道93上并位于所述补种壳体912的两侧，所述连接杆922分别与所述摇杆921的另一端铰接。其中，所述连接杆922的首端对称铰接在所述补种管道93上并位于第一补种壳体912的两侧，相邻的所述摇杆921的长度(从外到内)比例优选为1：2。所述补种壳体912的内侧可设置有滑轨，所述叶片及叶轮的边缘可设置有橡胶片。
参见图8，图8为本发明一实施例的连图像识别系统8示意图。本实例的图像识别系统8，基于结构性环境背景的精量播种机的种箱10具有明显的颜色和几何形态特征，利用图像处理方法，对种箱10的位置信息进行检测和计算，输出综合结果，完成种箱10与补种机构91的对接，实现小粒种子动态跟踪。图像识别系统8可包括工业相机81和数据采集器82，工业相机81对种箱10的位置信息进行检测，固定安装在补种壳体912上，并与数据采集器82连接；数据采集器82采集种箱10的位置信息，通过usb接口将其采集的数据信息传输给控制装置6。
本发明的小粒种子动态跟踪补种方法，包括以下步骤：
步骤s100、图像识别系统8识别精量播种机的种箱10位置，输送管道7在旋转法兰电机和连杆调节电机的作用下，驱动连杆调节机构92和旋转法兰运动，使补种装置9与所述精量播种机的种箱10对接；
步骤s200、种子储备在试验种箱4中，在叶轮式卸种装置5的旋转作用下进入到卸种壳体51内；
步骤s300、卸种壳体51内的种子在风机2的气力作用下，风机2将所述卸种壳体51内的种子顺着输送管道7吹送到补种装置9中；
步骤s400、种子在风机2的气力和自身重力的作用下，顺着每个补种壳体912的出口汇集在补种装置9的集种腔中；
步骤s500、待每个集种腔中充满种子后，在叶片旋转机构911的作用下，种子被均匀补入所述精量播种机器的每个种箱10中；以及
步骤s600、所述精量播种机器的种箱10补满后，传动装置3停止工作，等待进入下一个工作循环。
工作过程中，首先通过控制装置6调整叶轮卸种电机、风机电机、旋转法兰电机、连杆调节电机以及叶片旋转电机的工作速度，待各个传动装置3运动平稳，通过图像识别系统8检测的位置信息和输出结果，通过调节旋转法兰电机、连杆调节电机，驱动连杆调节机构92和旋转法兰运动，使补种装置9与精量播种机的种箱10完成对接，实现小粒种子动态跟踪；种子倒入并储备在试验种箱4中，叶轮卸种电机通过叶轮卸种链轮将动力传递给卸种轴，带动卸种机构52做回转运动，将种子均匀的卸到叶轮式卸种装置5的喂入口，然后通过风机2电机将动力传递给风机2，其产生的正压气流从卸种壳体51的前端口处进入，这时种子在气流的作用下，从卸种壳体51的后端口处出来，顺着输送管道7方向进入到补种装置9中，然后种子在风机2的气力和自身重力的作用下，顺着每个补种壳体912出口汇集在集种腔中，待每个集种腔中充满种子时，叶片旋转电机驱动叶片旋转机构911做回转运动，将种子匀速的补到精量播种机的每个种箱10，完成补种工作，实现变量补种。
本发明布局合理，能从根本上解决小粒径种子补种效率低、劳动强度大、作业成本高等问题，实现了高效低损地自动补种和小粒种子动态跟踪，有效匹配了精量播种机作业进度。其中，采用气力输送的方式，极大降低了种子的损伤率；叶轮式卸种装置5可将种子以均匀流量输送到输送管道7中，并控制卸种速度，避免造成堵塞问题，提高补种效率；图像识别系统8识别完种箱10位置，驱动连杆调节机构92和旋转法兰运动，保证补种机构91与精量播种机的种箱10完成对接，实现小粒种子动态跟踪，并在叶片旋转机构911的作用下，种子被均匀补到精量播种机的每个种箱10中，提高了补种均匀性，实现了变量补种，有效匹配精量播种机作业进度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
1.一种小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，包括：
机架；
试验种箱，安装在所述机架上；
叶轮式卸种装置，用于控制卸种速度，安装在所述机架上，所述叶轮式卸种装置的喂入口与所述试验种箱的出口连接；
风机，用于控制种子的输送速度，安装在所述机架上，所述风机的出口与所述叶轮式卸种装置的进风口连接；
输送管道，用于改变种子的输送方向，安装在所述机架上，所述输送管道的进口与所述叶轮式卸种装置的出风口连接；
补种装置，用于控制补种位置和补种速率，所述补种装置的入口与所述输送管道的出口连接；
图像识别系统，用于识别精量播种机的种箱位置以实现小粒种子动态跟踪，安装在所述补种装置上；
传动装置，安装在所述机架上，并分别与所述叶轮式卸种装置、风机、输送管道和所述补种装置连接；以及
控制装置，用于实时调整工作速度和补种位置，安装在所述机架上，并分别与所述传动装置和图像识别系统连接。
2.如权利要求1所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述试验种箱由钢板折弯形成一容置空间，所述试验种箱的入口设置于所述容置空间的顶端，所述试验种箱的出口设置于所述容置空间的底端，所述试验种箱的底部薄板与水平方向的夹角大于小粒径种子的休止角。
3.如权利要求1或2所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述叶轮式卸种装置包括：
卸种壳体，所述卸种壳体的中部设置所述叶轮式卸种装置的喂入口，所述卸种壳体的前端口为所述叶轮式卸种装置的进风口，所述卸种壳体的后端口为所述叶轮式卸种装置的出风口；以及
卸种机构，对应于所述叶轮式卸种装置的喂入口安装在所述卸种壳体内，所述卸种机构包括叶轮和卸种轴，所述卸种轴安装在所述机架上，所述叶轮安装在所述卸种轴上。
4.如权利要求1或2所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述输送管道包括顺序连接的上弯头、竖直管道和下弯头，所述上弯头的出口与所述补种装置的入口连接，所述下弯头的进口与所述叶轮式卸种装置的出风口连接。
5.如权利要求1或2所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，补种装置包括：
补种管道；
补种机构，安装在所述补种管道上，所述补种机构包括补种壳体和叶片旋转机构，所述补种壳体的进口与所述补种管道连通；所述叶片旋转机构设置在所述补种壳体内，所述叶片旋转机构包括叶片和旋转轴，所述旋转轴通过轴承安装在所述补种壳体上，所述叶片安装在旋转轴上，所述旋转轴的轴线垂直于所述补种壳体的轴线；以及
连杆调节机构，包括摇杆和连接杆，所述摇杆的一端分别对称铰接在所述补种管道上并位于所述补种壳体的两侧，所述连接杆分别与所述摇杆的另一端铰接。
6.如权利要求5所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述连接杆的首端对称铰接在所述补种管道上并位于第一补种壳体的两侧，相邻的所述摇杆的长度比例为1：2。
7.如权利要求5所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述补种壳体的内侧设置有滑轨，所述叶片和叶轮的边缘设置有橡胶片。
8.如权利要求1或2所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述风机通过风机支架安装在所述机架上，所述风机的出口通过螺栓与所述叶轮式卸种装置的进风口连接，风机产生的最小气流速度va＝kvf，其中，k为经验系数，vf为小粒径种子的悬浮速度。
9.如权利要求5所述的小粒种子动态跟踪补种装置，其特征在于，所述传动装置包括叶轮式卸种传动机构、风机电机、旋转法兰电机、连杆调节电机和叶片旋转电机，所述叶轮式卸种传动机构包括叶轮卸种电机、叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器，所述叶轮卸种电机分别与所述叶轮卸种链轮和叶轮卸种减速器连接；所述风机电机与所述风机连接；所述旋转法兰电机安装在所述输送管道上；所述连杆调节电机与所述摇杆连接；所述叶片旋转电机与所述旋转轴连接。
10.一种小粒种子动态跟踪补种方法，其特征在于，包括以下步骤：
s100、图像识别系统识别精量播种机的种箱位置，输送管道在旋转法兰电机和连杆调节电机的作用下，驱动连杆调节机构和旋转法兰运动，使补种装置与所述精量播种机的种箱对接；
s200、种子储备在试验种箱中，在叶轮式卸种装置的旋转作用下进入到卸种壳体内；
s300、风机将所述卸种壳体内的种子顺着输送管道吹送到补种装置中；
s400、种子在所述风机的气力和自身重力的作用下，顺着每个补种壳体出口汇集在补种装置的集种腔中；
s500、待每个集种腔中充满种子后，在叶片旋转机构的作用下，种子被均匀补入所述精量播种机器的每个种箱中；以及
s600、所述精量播种机器的种箱补满后，传动装置停止工作，等待进入下一个工作循环。
技术总结