本发明涉及农业机械，特别是振动式花生种子单行排序装置及排序方法。
背景技术：
花生种子筛选能够克服出苗率低、提高植株的抗病和抗逆性、提高花生产量等。随着农业现代化的推进，农场式作业是必然发展趋势，单纯靠人力进行花生种子筛选已经不能满足农场大规模种植的种子需求量。目前国内种子筛选设备的相关研究仍处于起步阶段，基于光电、机器视觉等技术的花生优良种子分级设备更是数字技术与农业机械结合的挑战，一些关键技术还不够成熟，研制的样机还主要处于试验阶段。其中花生种子单粒化是实现基于嵌入式神经网络的花生优良种子筛选的一项关键技术环节。现有的花生种子单粒供种装置结构较为复杂、供种效率较低、单粒化可靠性不够高，特别是对于当前花生种子筛选装备领域仍处于人工或半机械化的低水平阶段，实现自动化较为困难。因此，针对花生种子的结构特点，开发出花生种子单行排序方法和装置，对于开发出经济适用的基于嵌入式神经网络的花生优良种子筛选装备具有重要的支持作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种振动式花生种子单行排序装置及排序方法，其实现了杂乱无序的花生种子的排序和单粒输送，排序和单粒化准确可靠，输送供种效率高。
本发明的技术方案是：一种振动式花生种子单行排序装置，其中，包括电磁振动机构、种腔、回种口、螺旋输送轨道、单粒筛选机构、数道单粒输送轨道和机架，电磁振动机构设置在机架上，种腔外壳固定在电磁振动机构的上方，种腔位于种腔外壳内，种腔的外侧壁与种腔外壳之间存在环形间隙，种腔内盛装有待排序的花生种子，种腔的底部设有回种口，种腔外壳的上部设有单粒输送轨道，单粒输送轨道位于种腔外壳和种腔之间；
所述种腔的内侧壁固定有螺旋输送轨道，种腔的上方设有数道单粒输送轨道，单粒输送轨道由机架固定支撑，单粒输送轨道的输入端与螺旋输送轨道的输出端连接，螺旋输送轨道与种腔内侧壁之间呈夹角设置，单粒输送轨道的输出端与花生种子单行输出通道连接，单行输送轨道的输出端固定有下落轨道；
所述单粒筛选机构包括第一单粒筛选机构和第二单粒筛选机构，第一单粒筛选机构位于螺旋输送轨道的输出端，第二单粒筛选机构位于单粒输送轨道的输出端。
所述第一单粒筛选机构包括限高挡杆i和落种口i，落种口i为沿螺旋输送轨道面的、且位于螺旋输送轨道的输出端的缺口，限高挡杆i设置在落种口i处的种腔侧壁上，限高挡杆i与螺旋输送轨道面之间的高度差大于花生的厚度且小于花生种子的两倍厚度，限高挡杆i呈弧形；
所述第二单粒筛选机构包括限高挡杆ⅱ。
本发明中，所述电磁振动装置包括衔铁、铁芯、减振器、托盘、板弹簧、电磁铁支撑座和底盘，衔铁设置在铁芯的正上方，衔铁固定在托盘的底部表面的中心位置，托盘与种腔、种腔外壳固定连接，铁芯的外侧面缠绕有线圈，铁芯固定在电磁铁支撑座的顶部表面的中心位置，电磁铁支撑座固定在底盘的上方，底盘的底部表面固定有数个减震器，减震器由橡胶材料制成，板弹簧倾斜安装在底盘上，板弹簧与底盘之间的夹角为95-150°。
所述限高挡杆ⅱ可以固定在单粒输送轨道的轨道侧立面上。
所述螺旋输送轨道与种腔内侧壁之间的夹角优选为65°-75°。
所述种腔外壳和种腔通过弹性片与电磁振动机构连接。
所述单粒输送轨道的输出端与花生种子单行输出通道连接，单行输送轨道的输出端固定有下落轨道，下落轨道位于运行轨道的上方；
所述花生种子单行输出通道为由两个夹角为80-150°的钢板形成的通道，花生种子单行输出通道的输出端竖直向下，下落轨道为表面覆盖有绒布的钢板，下落轨道与花生种子单行输出轨道的延长线之间的夹角为30-60°。
所述在下落轨道的下方设有运行轨道，运行轨道的一端位于下落轨道的正下方，运行轨道为中间凸起的平滑轨道，中间凸起处的上方设有高速摄像头。通过设置中间凸起，使花生种子可以在运行轨道的最高点附近进行翻滚输送，有利于高速摄像头采集花生种子的全貌。
本发明还包括一种利用上述振动式花生种子单行排序装置对花生种子进行单行排序的方法，其中包括以下步骤：
第一步，将花生种子放置种腔内；
第二步，启动电磁振动机构，驱动种腔产生振动，使种腔内的花生种子沿着螺旋输送轨道螺旋上升，此时螺旋输送轨道上的花生种子处于杂乱状态；
第三步，花生种子依次经过第一单粒筛选机构和第二单粒筛选机构，将不符合排序的花生种子剔除至花生种子置种腔内或调整为有序；
重新落入种腔内的花生种子重复上述第一步至第三步的动作，直至花生种子能够单行的、平躺的经过单粒输送轨道。
本发明的有益效果是：
(1)可以实现杂乱无序的花生种子的排序和单粒输送，排序和单粒化准确可靠，输送供种效率高；
(2)可以适应当前花生种子筛选装备单粒化供种要求，为开发经济适用的基于嵌入式神经网络的花生优良种子筛选装备提供了重要支持；
(3)基于本发明所提供的排序及单粒化方法，可以开发出适应不同结构特征种子的排序及单粒化输送装置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是种腔和种腔外壳的结构示意图；
图3是电磁振动机构的结构示意图；
图4是第一单粒筛选机构的结构示意图；
图5是第二单粒筛选机构的结构示意图；
图6是排序方法的流程图。
其中：1电磁振动机构；101衔铁；102铁芯；103减振器；107底盘；106电磁铁支撑座；105板弹簧；104托盘；2种腔；3回种口；4螺旋输送轨道；5第一单粒筛选机构；501落种口i；502限高挡杆i；6单粒输送轨道；7第二单粒筛选机构；701限高挡杆ⅱ；8种腔外壳；9花生种子单行输出通道；10机架；11下落轨道；12运行轨道；13高速摄像头；14花生种子。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1至图5所示，本发明所述的振动式花生种子单行排序装置包括电磁振动机构1、种腔2、回种口3、螺旋输送轨道4、单粒筛选机构、数道单粒输送轨道和机架10。电磁振动机构1设置在机架10上，种腔外壳8固定在电磁振动机构1的上方，种腔外壳8围成一筒状，种腔2位于种腔外壳8内，种腔2内盛装有待排序的花生种子，种腔外壳8与种腔2的外侧壁之间存在一定的环形间隙，种腔2的底部设有回种口3，上述环形间隙与种腔2之间通过回种口3连通。种腔外壳8通过弹性片与电磁振动机构1连接，电磁振动机构1振动过程中产生驱动力，使种腔2内的花生种子产生螺旋振动，其振动频率和振动强度可以通过调振器调节。单粒输送轨道位于种腔外壳8的上部，且位于种腔外壳8和种腔2之间。
种腔2的内侧壁固定有螺旋输送轨道4，通过螺旋输送轨道4使种腔2内的花生种子螺旋上升输送。种腔2的上方设有数道单粒输送轨道6，单粒输送轨道6由机架10固定支撑。单粒输送轨道6的输入端与螺旋输送轨道4的输出端连接。螺旋输送轨道4与种腔2内侧壁之间呈一定夹角，本实施例中其夹角范围为65°-75°，将种腔2内的花生种子螺旋上升输送。单粒输送轨道6的输出端与花生种子单行输出通道9连接，单行输送轨道9的输出端固定有下落轨道11，下落轨道11位于运行轨道12的上方。单粒筛选机构包括第一单粒筛选机构5和第二单粒筛选机构7，其中第一单粒筛选机构5位于螺旋输送轨道4的末端，第二单粒筛选机构7位于单粒输送轨道6的末端，通过第一单粒筛选机构5对花生种子进行第一次筛选，通过第二单粒筛选机构7对花生种子进行第二次筛选，将不符合排序及单粒化的花生种子剔除至花生种子置种腔2内，将种腔轨道上的花生种子调整为单粒化，用于提高花生种子的排序及单粒化的稳定性。单粒输送轨道6的轨道宽度等于或略小于花生种子的最大宽度，即花生种子尾端两侧的间距。通过单粒输送轨道6，可实现输出的花生种子头部朝前、尾部朝后的状态。经排序及单粒化的花生种子依次从花生种子单行输出通道9排出到下落轨道11，平稳下滑到运行轨道12，并随运行轨道12运动和翻滚。
如图3所示，电磁振动机构1包括衔铁101、铁芯102、减振器103、托盘104、板弹簧105、电磁铁支撑座106和底盘107，衔铁101设置在铁芯102的正上方，衔铁101固定在托盘104的底部表面的中心位置，托盘104与种腔、种腔外壳8固定连接。铁芯102的外侧面缠绕有线圈，铁芯102固定在电磁铁支撑座106的顶部表面的中心位置，电磁铁支撑座106固定在底盘107的上方，底盘107的底部表面固定有数个减震器103，减震器103由橡胶材料制成。板弹簧105倾斜安装在底盘107上，板弹簧105与底盘107之间的夹角为95-150°。电磁振动机构1位于整个装置的中心底部，接通电源后，其产生的振动能够驱动排序输送装置产生螺旋振动，其振动频率和振动强度可以通过调振器调节，调振器为线圈供电，振动频率调节范围为0-100hz。
如图4所示，第一单粒筛选机构5包括限高挡杆i502和落种口i501，落种口i501为沿螺旋输送轨道面上的、且位于螺旋输送轨道4的输出端的一个缺口，落种口i501的轨道面宽度范围为10-104mm，该宽度略大于花生种子重心处的宽度。落种口i501的作用是，两个以上并排在一起的花生种子以及横向移动的花生种子因重心在轨道外，将从落种口i501落回种腔2内，完成花生种子的初次筛选。限高挡杆i502设置在落种口i501处的种腔侧壁上，限高挡杆i502与轨道面之间的高度差大于花生的厚度且小于花生种子的两倍厚度。限高挡杆i502呈弧形且沿螺旋输送轨道的弯曲方向延伸。限高挡杆i502的作用是将叠加在一起的上层的花生种子推出轨道落回种腔2内，或者将竖立的花生种子推倒后，按要求状态躺倒在螺旋输送轨道4上或者直接推落到种腔2内。
如图5所示，第二单粒筛选机构7包括限高挡杆ⅱ701，限高挡杆ⅱ701可以固定在单粒输送轨道的轨道侧立面上。限高挡杆ⅱ701的作用等同于限高挡杆i502，完成叠加花生种子的二次调整和筛除，经限高挡杆ⅱ701推落的花生种子直接落至种腔外壳8和种腔2之间的环形间隙内，并通过回种口3再次进入种腔2内。关于第一单粒花生筛选机构5和第二单粒花生筛选机构7，其可以设置单个，也可以分别设置多个，当分别设置多个时可以提高花生种子的筛选和调整效果。
本实施例中，花生种子单行输出通道9为由两个宽度为5-105mm的钢板形成的夹角范围为80-150°的通道，花生种子单行输出通道9的输入端与单粒输送轨道的输出端连接，其输出端竖直向下，单粒化的花生种子依次从花生种子单行输出通道9排出。本实施例中，下落轨道11为2cm宽的钢板，钢板的表面覆盖一层绒布，绒布可以增加轨道的摩擦力，使花生种子可以沿下落轨道11平稳下落。下落轨道11与花生种子单行输出轨道9的延长线之间形成一定的夹角，夹角范围为30-60°，运行轨道12的一端设置在下落轨道11的正下方，本实施例中，运行轨道12和下落轨道11之间的竖直距离为5mm。运行轨道12是中间凸起的平滑轨道，距离运行轨道位于下落轨道下方端部的30cm处为最高点，运行轨道最高点位置处设有高速摄像头13，最高点相对于运行轨道两端在竖直方向高出的范围为5-15cm。通过设置中间凸起，使花生种子可以在运行轨道12的最高点附近进行翻滚输送，有利于高速摄像头采集花生种子的全貌。
利用上述振动式花生种子单行排序装置对花生种子进行单行排序的方法如图6所示，包括以下步骤。图中y表示单行单粒花生种子，n表示杂乱无序的花生种子。
第一步，将花生种子放置在种腔2内。
第二步，启动电磁振动机构1，驱动种腔2产生振动，使得种腔2内的花生种子沿着螺旋输送轨道4螺旋上升。从种腔2输送来的花生种子进入到螺旋输送轨道4上，此时螺旋输送轨道4上的花生种子处于杂乱状态，其中可能出现并排和重叠的为不符合要求的花生种子。
第三步，花生种子依次通过第一单粒筛选机构5和第二单粒筛选机构7，将不符合排序的花生种子即图中的n剔除至种腔2内或调整为有序的花生种子即y。经第一单粒筛选机构剔除的杂乱无序的花生种子n直接落入种腔内，经第二单粒筛选机构剔除的杂乱无序的花生种子n经过回种口再次进入种腔内。符合要求的单行单粒的花生种子y直接输出。
其中第一单粒筛选机构5中的限高挡杆i502将叠加在一起的上层的花生种子推出轨道并落回种腔2内，或者，将竖立的花生种子推倒后平态躺倒轨道面上或直接推落到种腔2内。另外，两个以上并排在一起的花生种子以及横向移动的花生种子因重心在轨道外，将从落种口i501落回种腔2内。通过第一单粒筛选机构实现了对花生种子的第一次调整和筛出。第二单粒筛选机构7让平躺的花生种子通过，同时使竖立和叠加的花生种子下落到种腔2内，对花生种子进行二次调整和筛除。
重新落入种腔2内的花生种子重复上述第一步至第三步的动作，直至花生种子能够单行的、平躺的经过单粒输送轨道6。
以上对本发明所提供的振动式花生种子单行排序装置及排序方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，包括电磁振动机构(1)、种腔(2)、回种口(3)、螺旋输送轨道(4)、单粒筛选机构、数道单粒输送轨道和机架(10)，电磁振动机构(1)设置在机架(10)上，种腔外壳(8)固定在电磁振动机构(1)的上方，种腔(2)位于种腔外壳(8)内，种腔(2)的外侧壁与种腔外壳(8)之间存在环形间隙，种腔(2)内盛装有待排序的花生种子，种腔(2)的底部设有回种口(3)，种腔外壳(8)的上部设有单粒输送轨道，单粒输送轨道位于种腔外壳(8)和种腔(2)之间；
所述种腔(2)的内侧壁固定有螺旋输送轨道(4)，种腔(2)的上方设有数道单粒输送轨道(6)，单粒输送轨道(6)由机架(10)固定支撑，单粒输送轨道(6)的输入端与螺旋输送轨道(4)的输出端连接，螺旋输送轨道(4)与种腔(2)内侧壁之间呈夹角设置；
所述单粒筛选机构包括第一单粒筛选机构(5)和第二单粒筛选机构(7)，第一单粒筛选机构(5)位于螺旋输送轨道(4)的输出端，第二单粒筛选机构(7)位于单粒输送轨道(6)的输出端；
所述第一单粒筛选机构(5)包括限高挡杆i(502)和落种口i(501)，落种口i(501)为沿螺旋输送轨道面的、且位于螺旋输送轨道输出端的缺口，限高挡杆i(502)设置在落种口i(501)处的种腔侧壁上，限高挡杆i(502)与螺旋输送轨道面之间的高度差大于花生的厚度且小于花生种子的两倍厚度，限高挡杆i(502)呈弧形；
所述第二单粒筛选机构(7)包括限高挡杆ⅱ(701)。
2.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述电磁振动装置(1)包括衔铁(101)、铁芯(102)、减振器(103)、托盘(104)、板弹簧(105)、电磁铁支撑座(106)和底盘(107)，衔铁(101)设置在铁芯(102)的正上方，衔铁(101)固定在托盘(104)的底部表面的中心位置，托盘(104)与种腔(2)、种腔外壳(8)固定连接，铁芯(102)的外侧面缠绕有线圈，铁芯(102)固定在电磁铁支撑座(106)的顶部表面的中心位置，电磁铁支撑座(106)固定在底盘(107)的上方，底盘(107)的底部表面固定有数个减震器(103)，板弹簧(105)倾斜安装在底盘(107)上，板弹簧(105)与底盘(107)之间的夹角为95-150°。
3.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述限高挡杆ⅱ(701)固定在单粒输送轨道的轨道侧立面上。
4.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述螺旋输送轨道(4)与种腔内侧壁之间的夹角为65°-75°。
5.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述种腔外壳(8)和种腔(2)通过弹性片与电磁振动机构(1)连接。
6.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述单粒输送轨道(6)的输出端与花生种子单行输出通道(9)连接，单行输送轨道(9)的输出端固定有下落轨道(11)，下落轨道(11)位于运行轨道(12)的上方；
所述花生种子单行输出通道(9)为由两个夹角为80-150°的钢板形成的通道，花生种子单行输出通道(9)输出端竖直向下，下落轨道(11)为表面覆盖有绒布的钢板，下落轨道(11)与花生种子单行输出轨道(9)的延长线之间的夹角为30-60°。
7.根据权利要求1所述的振动式花生种子单行排序装置，其特征在于，所述在下落轨道(11)的下方设有运行轨道(12)，运行轨道(12)的一端位于下落轨道(11)的正下方，运行轨道(12)为中间凸起的平滑轨道，中间凸起处的上方设有高速摄像头(13)。
8.一种权利要求1-7任一权利要求所述振动式花生种子单行排序装置的排序方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将花生种子放置在种腔内；
第二步，启动电磁振动机构，驱动种腔产生振动，使种腔内的花生种子沿着螺旋输送轨道螺旋上升，此时螺旋输送轨道上的花生种子处于杂乱状态；
第三步，花生种子依次经过第一单粒筛选机构和第二单粒筛选机构，将不符合排序的花生种子剔除至花生种子置种腔内或调整为有序；
重新落入种腔内的花生种子重复上述第一步至第三步的动作，直至花生种子能够单行的、平躺的经过单粒输送轨道。
技术总结