马铃薯智能切种机的设计与分析

马铃薯智能切种机的设计与分析

杨涛张天乐杨国乐李志涛谢霆锋蒲锦凤

陇东学院

[摘 要] 本研究为马铃薯智能切种装备是一款高端农业机械，它在保持高效作业的同时，实现了精准切种，满足了现代农业发展对种子处理的高标准需求。利用计算机控制系统对种薯的各项参数进行分析，并通过超声波传感器对马铃薯薯进行实时检测，将检测结果与预设的种薯大小、形状等参数进行比对。

[关键词] 马铃薯；检测；切种；设计

Design and analysis of potato intelligent seed cutter

[Abstract] This research is that the potato intelligent cutting equipmentis a high-end agricultural machinery, which maintains efficient operation, realizes accurate cutting, and meets the high standard requirements of modern agricultural development for seed treatment. The computer control system was used to analyze the parameters of the seed potato in real time by ultrasonic sensor, and the test results were compared with the preset size and shape of the seed potato.

[Key words] Potato; detection; cutting; design

引言

我国的马铃薯生产总量虽然在世界已处于领先地位，但是也存有不足之处。首先，我国马铃薯的产品质量不高，商品性的质量缺陷普遍较重，导致马铃薯的加工利用率低，工业化加工转化率仅为5%左右；其次，中国对种薯智能切种装备械的研究处于起步阶段，通过介绍国内外对种薯智能切种装备械的研究近况，和对其发展趋势的展望，可以实现种薯的成活率，提高马铃薯的产量。最后，为了实现现代农业机械自动化，也为了减轻我国农民的劳动力，提高种芽的存活率，设计出这样一个机器。                                                                                （1）马铃薯切种机的研究 早期马铃薯切种主要采用舀勺定刀式马铃薯种薯切种机的工作原理，可以对等级不同的种薯分别切块，所切薯块大小相对均匀。该机多组切块组件平行布置，可以满足大规模机械化作业的需求，但该机前期分选装置的工作量较大，需要提前做好分选工作，对种薯表皮具有一定损伤。

在马铃薯分级机技术方面，马铃薯播种时切块薯或种薯的形状差异对马铃薯产量有重要影响，需

要通过分级设备进行精确筛选，分级出种薯和尺寸相近、用于相同刀数切块的马铃薯；而对马铃薯进 行品质分级也是加工出口之前所必需的步骤。但是我国马铃薯分级方式大多数采用传统 的手工分级，不仅劳动强度大，而且工作效率低。

(2)马铃薯智能切种机的研究进展。与马铃薯种切块机相似,马铃薯切块机的研究也致力于提高生产效率、降低劳动强度。传统的手工切块方式存在人力资源浪费和包装质量不一致等问题,因此,引入自动化的马铃薯切种机成为一种解决方法。

(3)市场调研及分析。结合社会需求，我们将进行马铃薯种薯装置的研发，更加切实的倡导国家的清洁能源政策，实现农业过程的无浪费化，本项目的切种方式主要是将解放人们的双手，减少人工劳作。

基于对市场调研和现有产品的分析，提出了一种集图像识别与自动切块与一体的马铃薯智能切种机的设计理念。马铃薯智能切种机的设计目标包括以下几个方面:

(1)自动化和智能化。随着科技的进步，种薯智能切种装备将更加自动化和智能化。比如，采用先进的传感器技术和图像识别技术，能够实时检测土豆的尺寸、形状和品质，从而实现更精准地切块。

(2)性能优化和耐用性提升。未来的种薯智能切种装备将更加注重性能优化和耐用性提升。通过优化结构设计、选用高强度材料和先进的制造工艺，提高设备的工作效率和可靠性，同时延长使用寿命。种薯智能切种装备将朝着自动化、智能化、高效节能、多功能一体化和优化耐用性的方向发展，以提升农业生产效率和农民收益。

(3)多功能一体化设计。为了提高使用效率和降低成本，种薯智能切种装备可能会向多功能一体化的方向发展。除了完成切割和种植任务外，还可以具备除草,病虫害监测等功能，实现全程机械化作业。

1 设计方案

1.1设计结构

运用马铃薯芽眼图像分析与硬件操纵刀架系统相结合，利用识别出的图像进行分析，计算出切割位置，进行切割切割出的马铃薯种子具有较高的发芽率，能够将马铃薯的产量有效地提高，可行性该机器有成熟的理论基础知识，我们将利用现有理论基础实现模块化，实现全自动。减轻人们的劳动，增加马铃薯的种芽的发芽率，提高马铃薯的产量。

图1马铃薯切块机的结构组成

1 过滤装置 2 进料装置 3 带轮 4 传输带

5 图像识别系统 6 切块系统

图2马铃薯切块机的总体结构方案

工作原理：它采用封闭式的设计，避免了种薯的飞溅和尘埃的污染，同时具有自动断电保护功能，确保工作人员的 人身安全。利用种芽识别硬件编程技术从摄像头采集到马铃薯图像后进行计算机图像处理，从彩色空间中利用欧式距离直接分割芽眼区域，在灰度空间中对图像进行中值滤波后利用模糊技术对图像进行增强，之后利用动态阈值分割法分割芽眼区域，结合两个空间的分割结果后利用数学形态学处理方法标记出芽眼。对马铃薯进行识别扫描，计算好种芽位置以及切割方式，保证最有效的切割。提高种芽的发芽率，对切好的种薯进行喷药沾草木灰，进而提高马铃薯的产量。

马铃薯切块机的组成由过滤装置，进料装置，图像采集系统等组成。

（1）过滤装置：利用机器的抖动，去除马铃薯的泥块，让马铃薯的种牙更加清晰。

（2）进料装置：通过过滤装置，传输马铃薯，并对马铃薯进行排列，分组。

（3）图像采集系统：图像采集系统如图 1 所示 CCD 相机采集 1 幅图像，每个马铃薯共采集 2 幅图像。

2 结论

我国的马铃薯作物机械研发起步比较迟缓,农作物的机械化切种水平还比较低,而且全国各地区对马铃薯菜的种植环境有很大的不同,因此对、马铃薯切种机的性能和可靠性要求比较高,马铃薯切种机在现代农业生产中扮演着至关重要的角色。它以其精准高效的切种能力，为马铃薯种植开启了新的篇章。不仅有效提升了切种的效率，确保了种块的均匀性和质量，还降低了人工劳作的强度和成本。

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