CN109060450A - 一种种子自动取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分子育种技术领域，涉及一种种子自动取样方法，该方法包括：将种子彼此振动分离后依次送入输送机构；将种子输送至抓取机构并通过检测机构进行筛选和调整抓取位置，实现对种子的精确抓取；将种子抓取并送至取样机构；从固持于抓取机构的种子上切割试样，其中从种子上切割试样的操作是自动化的；试样托盘自动调整位置，依次在试样托盘的隔间中接收试样；取样完成后的种子通过抓取机构送至种子托盘，同样依次排放在种子托盘的隔间中；在种子托盘内的隔间中接收种子，其中种子托盘内的隔间与接收相应试样的试样托盘内的隔间之间一一对应。本发明实现了种子无损取样并收集的功能，具有种子适应性广、自动化程度高、工作效率高等优点。
Description
技术领域
本发明属于分子育种技术领域，具体涉及一种种子自动取样方法。
背景技术
目前的分子育种技术是通过采集种苗的叶片进行基因型分析，受农作物种植季节限制，并且需要大量种植空间、时间和人力，不能确保找到最优植株。如果直接对种子进行微创取样，切取少量胚乳进行DNA提取和基因型分析，而不损伤种子胚芽的发芽活性，然后根据基因型分析结果优选种子，进行种植、杂交和进一步的后代分析，将解决这一问题。然而，上百万个种子的取样和基因型分析难以用人工方法完成。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，提供了一种自动化程度高、可施行无损取样、适用性强、工作效率高的种子自动取样方法，可实现多种种子的取样操作，如小麦、水稻、玉米、大豆等。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种种子自动取样方法，所述方法包括：
将种子彼此振动分离后依次送入输送机构；
输送机构将种子输送至抓取机构的抓取位置并通过检测机构对种子位置和角度进行检测，检测结果反馈给抓取机构做出抓取位置调整，实现对种子的精确抓取；
抓取机构将种子抓取并送至取样机构的取样区域；
从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，其中从种子上切割试样的操作是自动化的；
试样托盘自动调整位置，依次在试样托盘的隔间中接收所述试样；
取样完成后的种子通过抓取机构送至种子托盘，同样依次排放在种子托盘的隔间中；
在种子托盘内的隔间中接收种子，其中该种子托盘内的隔间与接收相应试样的试样托盘内的隔间之间一一对应；
对所述试样进行试验分析，其中对所述试样进行试验分析包括：对所述试样进行试验分析以判断有无至少一个所需性状，且其中所述方法进一步包括：基于试样有无所述至少一个所需性状而实现对应种子的分类筛选。
优选的，所述方法进一步包括：基于试样有无所述至少一个所需性状而实现对应种子的分类筛选，有至少一个所需性状的种子进行栽培植株，无所需性状的种子将不再耕种。
优选的，所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，具体为从种子上通过激光切削获取试样。
优选的，所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，且抓取机构送至取样机构的位置不变，所述取样机构切割试样的位置也不变。
优选的，所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，同时保证切割完的种子的发芽率。
优选的，所述对种子的精确抓取，是对检测机构能够识别的种子进行抓取，无法识别的种子落入输送机构端部的收纳斗内。
优选的，所述检测机构为视觉检测装置。
优选的，所述种子为小麦、水稻、玉米或大豆。
采用上述技术方案后，本发明提供的一种种子自动取样方法具有以下有益效果：
本发明自动完成供料、取料、送料、抓取、取样、样品和种子收集等工作，整个过程无需人工参与，生产效率高，人工成本低；在种子输送机构末端还添加未抓取种子收纳斗，可对特异种子或无法识别或抓取的种子进行收集，保证工作台面的整洁；采用视觉检测装置对输送线上的种子进行坐标定位、角度识别等并传输给抓取机构做出抓取位置调整，实现对种子快速精准的抓取，提高工作效率，同时识别胚芽位置，避免伤害胚芽，保证成活率；采用激光切削方式，保证正确的切削量和角度，对种子的影响较小，保证后续育种的成活率。因此，本发明实现了种子无损取样并收集的功能，具有种子适应性广、自动化程度高、工作效率高等优点。
附图说明
图1为本发明一种种子自动取样方法所采用种子自动取样装置的结构示意图；
图2为种子自动取样装置供料机构的结构示意图；
图3为种子自动取样装置取料机构的结构示意图；
图4为种子自动取样装置输送机构的结构示意图；
图5为种子自动取样装置抓取机构的结构示意图；
图6为种子自动取样装置取样机构的结构示意图；
图7为种子自动取样装置样品收集机构的结构示意图；
图8为种子自动取样装置种子收集机构的结构示意图；
图9为种子自动取样装置PCR盘托板定位夹紧装置部分结构示意图。
其中：机架1、供料机构2、供料斗21、固定座22、立柱23、套筒24、缓冲弹簧25、气动振动器26、取料机构3、取料底座31、水平移动模组32、竖直移动模组33、真空吸嘴34、真空压力检测装置35、输送机构4、同步带输送线41、种子收纳斗42、抓取机构5、SCARA四轴水平关节机器人51、机器人底座52、气动手爪53、视觉检测相机54、光源55、样品收集机构6、第一定位模组61、第二定位模组62、取样机构7、支架71、竖杆72、横杆73、激光切削装置74、种子收集机构8、收集底座81、支撑杆82、PCR盘托板9、托板本体91、安装座92、限位挡边93、定位夹紧装置94。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
依据本发明一种种子自动取样方法所构建的种子自动取样装置，如图1所示，包括机架1及固定于机架1上的工作台，工作台上固定有供料机构2、取料机构3、输送机构4、抓取机构5、样品收集机构6和被取样后的种子收集机构8，机架1外部靠近样品收集机构6的一侧设有取样机构7，取料机构3和样品收集机构6分别设置在输送机构4的左右两端，供料机构2、抓取机构5和种子收集机构8设置在输送机构4的同一侧。
具体地，如图2所示，供料机构2包括固定座22和供料斗21，固定座22和供料斗21之间设有多根弹性支撑柱，多根弹性支撑柱具体设置为四根，分别设置在固定座22和供料斗21一一对应的四个角上，弹性支撑柱包括立柱23和套筒24，且立柱23和套筒24之间设有缓冲弹簧25，供料斗21的底部设有气动振动器26，气动振动器26带动供料斗21振动，上述弹性支撑柱的设置既能保证供料斗21的水平，又能保证供料斗21的振幅范围，气动振动器26的振动既可以保证供料斗21内种子分布均匀，又可以使得供料斗21内的种子彼此分离，便于取料机构3进行单粒种子的获取。
如图3所示，取料机构3包括固定在取料底座31上的水平移动模组32和垂直安装在水平移动模组32上的竖直移动模组33，水平移动模组32和竖直移动模组33皆通过伺服电机带动丝杠转动，由丝杠螺母带动导轨滑块往复运动，竖直移动模组33上安装有真空吸嘴34，真空吸嘴34在水平移动模组32和竖直移动模组33的联合作用下实现上下左右移动，能够移动到供料斗21中吸取种子，也能够移动到输送机构4的上方放置种子，真空吸嘴34采用金属材料加工而成，通过改变吸嘴结构可以适应不同类型的种子，真空吸嘴34上设有破真空装置，可以保证种子成功放置到输送机构4上，真空吸嘴34还连接有真空压力检测装置35，可以对种子是否成功吸取和放置进行实时监测，进一步保证了排种的成功率。
如图4所示，输送机构4包括通过电机驱动的同步带输送线41，同步带输送线41将真空吸嘴34放置在输送机构4上的种子输送至抓取位置供抓取机构5进行抓取，采用电机驱动同步带对种子进行输送，可以实时对种子的输送速度及种子之间的间距进行调整，满足不同供料要求，输送机构4远离取料机构3的一端还设有种子收纳斗42，可对特异种子或无法识别或抓取的种子进行收集，保证工作台面的整洁。
如图5所示，抓取机构5包括通过机器人底座52固定在工作台上的SCARA四轴水平关节机器人51，SCARA四轴水平关节机器人51前端设有气动手爪53，气动手爪53上方设有视觉检测相机54，通过视觉检测装置对种子进行图像采集(包括采集种子的胚芽所在位置)并分析得到种子当前坐标和角度，通过计算和对比将当前坐标、角度和理想坐标、角度的偏差值输出给抓取机构5做出抓取位置调整，实现对种子快速精准的抓取(抓取位置保证后续试样切削时不会切到胚芽，影响存活率)，视觉检测相机54前端或工作台上还设有为视觉检测相机54提供亮度的光源55。
如图6所示，取样机构7包括支架71和固定在支架71上并能上下左右移动的激光切削装置74，具体的，支架71上设有竖杆72和横杆73，激光切削装置74固定在横杆73上，横杆73可沿着竖杆72上下移动并固定，激光切削装置74可沿着横杆73左右移动并固定，支架71底部还设有4个可调节地脚，可以对取样机构7的平衡度及高度进行适当调节。
如图7所示，样品收集机构6包括第一定位模组61和垂直设置在第一定位模组61上的第二定位模组62，第一定位模组61和第二定位模组62皆通过伺服电机带动丝杠转动，由丝杠螺母带动导轨滑块往复运动，第二定位模组62上设有PCR盘托板9，PCR盘托板9上放置标准96孔PCR盘，PCR盘通过PCR盘托板9侧面设置的定位夹紧装置94进行定位夹紧，由于激光切削装置74在切削过程中需保持静止，且相对于种子的距离保持一致，故对样品收集机构6设计了二维XY定位平台，并在平台上添加了PCR盘自动定位夹紧装置94，保证切削下的样品精准落入PCR盘对应的方格中。
如图8所示，种子收集机构8包括收集底座81，收集底座81上也设有和第二定位模组62上结构一样的PCR盘托板9和定位夹紧装置94，PCR盘托板9与收集底座81之间设有支撑杆82。
如图9所示，上述样品收集机构6和种子收集机构8中的PCR盘托板9包括托板本体91，托板本体91四周均设有限位挡边93和安装座92，安装座92上安装定位夹紧装置94，定位夹紧装置94可选用夹紧气缸，在限位挡边93和夹紧气缸的协同作用下实现对PCR盘的定位夹紧。
实现本发明一种种子自动取样方法的种子取样装置工作步骤如下：a.设备启动，取料机构3、抓取机构5、样品收集机构6回零，PCR盘托板9上的定位夹紧装置94夹紧PCR盘；b.启动气动振动器26，带动供料斗21振动，供料斗21中的种子彼此分离；c.取料机构3工作，真空吸嘴34每次从供料斗21中吸取一粒种子并移动放置在输送机构4上；d.输送机构4带动种子向前运动，当种子输送至待抓取工位时停止；e.抓取机构5工作，SCARA四轴水平关节机器人51接收到来自PLC的种子传送到位的信号后，SCARA四轴水平关节机器人51将视觉检测相机54送至拍照位置，视觉检测相机54检测待抓取工位的种子坐标及角度反馈给SCARA四轴水平关节机器人51，SCARA四轴水平关节机器人51调整气动手爪53姿态和抓取位置，完成种子的精确抓取(若待抓取工位不存在种子或者相机无法识别种子，则告知PLC重新传送种子，直至相机拍到种子则进行抓取，无法识别的种子落入种子收纳斗42中，)；f.抓取机构5将种子运送至取样机构7的取样位置，即激光切削装置74的激光切削位置，然后由激光切削装置74切削种子，切削位置固定不变，样品收集机构6上的PCR盘托板9通过平面二维移动，使得切削下的样品落入下方样品收集机构6的PCR盘指定方格中并记录样品坐标；g.取样完成后的种子再由抓取机构5移动放入种子收集机构8的PCR收集盘指定方格中，并记录种子坐标，此时，样品收集机构6的PCR盘的样品和种子收集机构8的PCR盘中的种子成一一对应的关系，重复上述步骤b-g，直到样品收集机构6的PCR盘和种子收集机构8的PCR盘的每个孔格中都放入样品和种子，更换PCR盘继续上述工作；装满样品的样品PCR盘被送到分析区进行基因分析，分辨种子的优劣，带有优良基因的样品被记录下来，与其对应的种子收集机构8的PCR盘内的种子可以用来育种，而基因不良的种子不再进行耕种，从而保证找到最优植株。
综上所述，通过本发明提供的一种种子自动取样方法所构建的种子自动取样装置，采用不同吸嘴结构可以适应不同类型、尺寸的种子；采用真空压力检测及破真空装置，可以保证种子的有效吸取及放置；采用电机驱动同步带对种子进行输送，可以实时对种子的输送速度及种子之间的间距进行调整，满足不同供料要求，采用视觉识别、抓取位置可调以及定位收集机构，实现了种子无损取样并收集的功能，具有种子适应性广、自动化程度高、工作效率高等优点，具有很大的市场价值，值得广泛推广应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种种子自动取样方法，其特征在于：所述方法包括：
将种子彼此振动分离后依次送入输送机构；
输送机构将种子输送至抓取机构的抓取位置并通过检测机构对种子位置和角度进行检测，检测结果反馈给抓取机构做出抓取位置调整，实现对种子的精确抓取；
抓取机构将种子抓取并送至取样机构的取样区域；
从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，其中从种子上切割试样的操作是自动化的；
试样托盘自动调整位置，依次在试样托盘的隔间中接收所述试样；
取样完成后的种子通过抓取机构送至种子托盘，同样依次排放在种子托盘的隔间中；
在种子托盘内的隔间中接收种子，其中该种子托盘内的隔间与接收相应试样的试样托盘内的隔间之间一一对应；
对所述试样进行试验分析，其中对所述试样进行试验分析包括：对所述试样进行试验分析以判断有无至少一个所需性状，且其中所述方法进一步包括：基于试样有无所述至少一个所需性状而实现对应种子的分类筛选。
2.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述方法进一步包括：基于试样有无所述至少一个所需性状而实现对应种子的分类筛选，有至少一个所需性状的种子进行栽培植株，无所需性状的种子将不再耕种。
3.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，具体为从种子上通过激光切削获取试样。
4.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，且抓取机构送至取样机构的位置不变，所述取样机构切割试样的位置也不变。
5.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述从固持于所述抓取机构的种子上切割试样，同时保证切割完的种子的发芽率。
6.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述对种子的精确抓取，是对检测机构能够识别的种子进行抓取，无法识别的种子落入输送机构端部的收纳斗内。
7.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述检测机构为视觉检测装置。
8.根据权利要求1所述的一种种子自动取样方法，其特征在于：所述种子为小麦、水稻、玉米或大豆。
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