大蒜蒜瓣识别与转向装置设计

随着社会经济的快速发展，大蒜作为-种经济作物，经济效益和附加值较高，并具有很好的药用价值。

大蒜具有消炎、杀菌和养颜等功效，也是人们 13常生活的必需品。目前，国内大蒜种植大部分采用人工种植 ，劳动强度大，生产率低，实现大蒜种植机械化就成为必然发展趋势。由于大蒜外部形状的不规则性，要实现大蒜方向的控制就需要很多数据 、图片以及农艺的支持。目前国内基本没有成型的大蒜种植机械，不少专家正在研究，力求 13实现大蒜种植机械化。研究资料 表明，国内大蒜种植机的研究 目标主要在于确保大蒜种植时不破损 ，同时改变人工种植的状况，进-步改善人工辅助机械种植状况。采用机械动力种植，研究新型大蒜方向可控制种植机械已经初见成效 ，但是对种植大蒜蒜瓣的损伤严重，影响了大蒜的发芽率1 大蒜端向识别与转向装置的工作原理大蒜种纸向识别与转向装置的工作原理：采用动力机的动力带动种子箱上 V带轮的转动 ，进而使转盘转动把大蒜按照-定的方向与距离送往转向和识别箱内；转向和识别箱也是通过 V带与种子箱连接，带动传送带转动；从转盘上落下的蒜瓣经传送带送往识别口进行识别，然后由识别装置确定蒜瓣进人收稿 日期 ：2012-07-02基金项目：农、I 部中央级公益性科研院所基本项 目(1630032012036)作者简介：1： 娟(1982-)，女，陕西周至人，硕士研究生。

通讯作者：王东劲(1959-)，男，广东梅州人，副研究员 ，(E-mail)carabaobao2008### 163.Corn。

到排种器人口。其流程图如图 1所示，工作原理如图2所示 。

图 1 蒜瓣端向识别流程图Fig.1 Garlic clove side to identify the flow chart图2 大蒜端向识别与转向装置工作原理Fig.2 Garlic side works to identify and steering2 机械转向装置的设计2.1 大蒜蒜瓣控制机构实验实验设计如下：在硬纸背上刻出大小不同的长方2013年 6月 农 机 化 研 究 第 6期形孔，孔的两边有挡板 ，保证大蒜蒜瓣方向的可控制性，即正反两个方向。把硬纸背上的孔放在空中，将大蒜蒜瓣放在挡板中间，在蒜瓣的后面给予蒜瓣-定的推力，使蒜瓣缓慢地在挡板中间向前运动。当蒜瓣到达开孔位置时，打开孔上的挡板，蒜瓣就会顺着挡板滑进孑L当中。实验示意如图3所示。

、图 3 大蒜蒜瓣控制机构买验Fig.3 Garlic clove controlling agency experiment经过对 1O0个大蒜蒜瓣的测量记录表明，这组数据充分体现了大蒜的外部形状分布是有规律可寻的，即大蒜的大端比较大、小端特细、中间最大。首先，由100个大蒜得出大蒜蒜瓣的平均长度 30.85ram，平均宽度 19.96mm，平均厚度 1为 17.13ITlm，平均厚度2为 5.17mm。因此，实验设计如下：在保证大蒜蒜瓣在传送槽 内部转向的前 提下 ，长为 31.00，32.00，33.(，34.o0，35.00ram，宽为 2O.o0，21.00，22.o0，23.00，24.00ram；其次，按照对应的长和宽设计出符合要求的孔；再次，用 100个大蒜蒜瓣进行实验，共 25组 ，组合如表 1所示；最后 ，经过对大蒜蒜瓣的正反两个方向不同摆放的多次实验结果显示，所给出的宽为22.000 Omm、长为 32.000 Omm的长方形孔可以满足机构要求。因此 ，在大蒜外部形状和不出现翻转的前提下，传送大蒜的机构要求宽度为 22.000 0ram，长度为 32.000 Omm。

表 l 蒜瓣在不同内部尺寸的转向实验结果Table 1 Garlic in different internal dimensions to experimental results· 95·2.2 传送带大蒜蒜瓣可 以通过的孔尺寸由实验得出，即长32.000 0mm、宽22.000 Omm。因此，把传动带在衙的 XXL型 的平带 上放置 长为 32.000 0mm、宽为22.000 Omm、高为22.000 Omm的长方形格子，确保蒜瓣只要是正反两个方向都有且只能放-个蒜瓣，两个格子之问的距离为 125.6mm。传送带(包括挡板)都要涂上红外线吸收油漆，如图4所示。

挡板 0型传送带图 4 大蒜装箱装置传送带Fig.4 Garlic packing device conveyor belt2.3 圆盘式排种器设计排种器的槽轮转速在9～60r/min范围内，播种较为稳定 - 。槽轮上开有 8个凹槽 ，是用于排放蒜瓣的，凹槽的最小长度为32.0000mm，宽度为22.0000mm，深度为 22.000 0mm。这样保证了蒜瓣只能有正反两个方向存放在槽轮上，选槽轮的转速为 20r/min，如图5所示 。

图 5 槽轮结构 图Fig.5 Sheave block diagram2.4 管道如果大蒜蒜瓣在带传动箱体 中的方向符合种植方向要求的话，大蒜蒜瓣将从左边的管道直接进入，大蒜蒜瓣输 出的方向是种植要求的方 向，即大端朝下、下端朝上；如果大蒜蒜瓣在带传动箱体 中的方向与要求输出方向相反的话 ，大蒜会在传送带挡板的推动下继续向前运动，直到大蒜蒜瓣完全处在右侧挡板上面时，右侧挡板旋转打开，大蒜蒜瓣落入到管道中201 3年 6月 农 机 化 研 究 第 6期的方向就满足了种纸向的要求，从而实现了大蒜蒜瓣种纸向的-致性。至于传送带箱体上的挡板何时开启 ，将有红外线发射与接收装置完成控制。设计管道倾角实验 方法：首先用两根管道形成与水平方向成43.432 5∏，同时和竖直管道对接进行实验，结果大蒜蒜瓣卡在了管道的交界处；其次，把竖直管道和倾斜管道之间的接触处相切圆直径加大，可以降低大蒜蒜瓣在管道交界处卡住率，经过对其角度的实验，分别设置相切圆直径为20，30，40，50，60，70，80，90，100mIlq。由实验数据显示，在相切圆直径在 60ram和70ram时，大蒜蒜瓣的通过率较高。尤其在相切圆直径为60mm时候，通过率最高。管道设计如图6所示。此外，还有传送带箱体 和 V带轮的设计等，最后形成三维模型如图7和图8所示，至此完成了机械结构设计。

-芒 -li图6 管道设计Fig.6 Pipeline design刳7 大蒜端向识别与转向装置工作原理三维图Fig.7 Three-dimensional map of the garlic side tothe reeognilion and steering works图8 大蒜端向识别与转向装置工作原理三三维图Fig.8 Three-dimensional map of the garlic side tothe teognition and steering works3 红外线识别程序的设计及其编写通过研究发现，大蒜的头部和尾部在对红外线反射上存在着-定的差异：大蒜头部对红外线的反射量在 4～5之间，而尾部的反射量在 0～1之间。因此，就大蒜头部和尾部对红外线的反射量不同做了进-步的实验，发现大蒜头部要得到在 4～5之间数据的话 ，红外线接收装置应在距大蒜头部 8～10mm处。

根据转向要求，设计电路图如图9所示。软件缩略程序为：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dP1 7：//数码管小数点位sbit ALEP3O：//AD锁存控制端sbit START P3 1：//AD开始转换void tlintmwupt 3 using 0//定时器 1 中断服务TH1(65536-50)/256；· 96·2013年 6月 农 机 化 研 究 第 6期TL1(65536-50)%256；图 9 蒜瓣 端向识 别电路板原理 图Fig.9 Garlic-side to identify circuit board schematic diagram4 结论1)本文对实验的 100个蒜瓣进行拍照，采集正反两个方向的照片，运用图像处理对大蒜蒜瓣的外部弧形对比分析，可以得出：在距离大蒜蒜瓣头小端 5～8mm之间时，红外线接受装置接收到的信号范围进入到了大端信号接收范围。当与大蒜蒜瓣大端接收的信号范围入围后，则 1号通道挡板 自动打开。1号通道挡板的打开是让符合种植要求的大蒜蒜瓣通过，同时确保与种纸向相反的大蒜蒜瓣能够继续随着传送带向前运动到达 2号通道挡板，通过大蒜蒜瓣的外形弧线的变化，来确定红外线装置和孔之间的安装配合距离。

2)通过设计机械转向装置和红外线识别控制系统，使得大蒜都能够按照预期目的种植，为大蒜播种提供了技术支持。