CN102239804B - 一种自动取苗手爪机构及其取苗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动取苗手爪机构及其取苗方法，其特征在于：它包括基座，基座上固定设置有手爪旋转机构和夹持驱动机构，手爪旋转机构下端固定设置有一手爪臂，手爪臂下端通过销轴铰接一夹持机构，夹持机构的夹持动作和绕销轴的旋转动作由夹持驱动机构驱动。夹持机构包括通过销钉铰接的主、副夹持手指，销钉上套设一夹持扭簧，主夹持手指一侧设置一翻转扭簧，夹持机构翻转和闭合的顺序由夹持扭簧和翻转扭簧的弹性系数的差异实现；副夹持手指上固定一钢丝绳；钢丝绳的另一端固定在夹持驱动机构上。本发明能在不伤苗的情况下顺利伸入苗瓶、判断苗株位置并取出苗株，结构设置巧妙、节约动力、工作可靠，可广泛用于培养瓶内同时育有多株苗，且苗株间距较小情况下的取苗作业过程中。

Description

一种自动取苗手爪机构及其取苗方法

技术领域

本发明涉及一种手爪机构及其抓取方法，特别是关于一种适合于培养瓶内同时育有多株苗，且苗株间距小情况下的自动取苗手爪机构及其取苗方法。

背景技术

组培苗继代培养过程中的分割移植作业，对环境要求极高，需要在无菌接种室内的超净接种台上进行，操作人员在进入接种室前必须要严格消毒，整个作业过程中需多次用酒精擦洗双手，否则就会增加幼苗被病菌污染的机率，造成严重损失，并且由人工操作的分割移植作业工作效率低、劳动强度大、生产成本高。目前日本和台湾一些研究机构针对组培苗移植过程进行过相关机械装置的研发，但都是针对空间较大的培养容器培育的组培苗。本发明人曾研制过一种适于培养瓶内组培苗移植作业的机械手(专利申请号为200810239240.1)，主要是针对培养瓶内苗株间距较大的情况，对于培养瓶内同时育有多株苗、苗株间距小，并且如何在不伤苗的情况下自动识别并逐一取出各个苗株，目前还没见相关的研究报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构小巧、动力源少、运动灵活，能识别苗株位置、定位准确、不碰瓶不伤苗，适于培养瓶内苗株多、间距小情况下进行取苗作业的手爪机构及其取苗方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自动取苗手爪机构，其特征在于：它包括基座，所述基座上固定设置有手爪旋转机构和夹持驱动机构，所述手爪旋转机构下端固定设置有一手爪臂，所述手爪臂下端通过销轴铰接一夹持机构，所述夹持机构的夹持动作和绕销轴的旋转动作由所述夹持驱动机构驱动。

所述手爪旋转机构包括固定在所述基座上的连接支架，所述连接支架上设置有一旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出轴通过联轴器固定连接所述手爪臂。

所述手爪臂为一外壁光滑的中空圆管，所述手爪臂的下端腔壁上分别设置有一用于穿设并固定所述销轴的圆孔和方孔，所述手爪臂的下端一侧设置有一缺口。

所述夹持机构包括一铰接在所述销轴上的主夹持手指，所述主夹持手指的一侧设置有一翻转扭簧，另一侧设置有一尼龙套，所述翻转扭簧和尼龙套均套设在所述销轴上，所述翻转扭簧的一端固定在所述主夹持手指上，另一端固定在所述销轴上；所述主夹持手指靠近所述销轴的一端通过销钉铰接一副夹持手指，所述销钉上套设有一夹持扭簧，所述夹持扭簧的弹性系数是所述翻转扭簧的弹性系数的一定倍数；所述主夹持手指与所述福夹持手指之间设置有一传感器，所述传感器的信号线穿过所述手爪臂的内腔连接到控制器。

所述夹持扭簧的弹性系数是所述翻转扭簧弹性系数的1.5～2倍。

所述夹持驱动机构包括设置在所述基座上的一绕线箱，所述绕线箱上设置一夹持驱动电机，所述夹持驱动电机的输出轴通过一联轴器连接一绕线辊，所述绕线辊的另一端通过尼龙套支撑在所述绕线箱上；所述绕线辊上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳的一端固定在所述绕线辊上，另一端穿过所述手爪臂的内腔，固定在所述夹持机构中的所述副夹持手指上。

所述手爪臂下端径向穿设并固定的所述销轴由圆轴头、轴肩、铰接部位和方轴头构成；所述销轴的圆轴头和方轴头分别与所述手爪臂下端的所述圆孔和方孔卡紧配合；所述轴肩上套设所述夹持机构中的所述翻转扭簧，且在所述轴肩上设置有用于固定所述翻转扭簧一端的固定孔；所述铰接部位铰接所述主夹持手指。

上述一种自动取苗手爪机构的取苗方法，其包括以下步骤：1)基座带动夹持机构到达培养瓶瓶口正上方，手爪臂和夹持机构均处于竖直状态；2)夹持机构和手爪臂在基座的带动下竖直向下运动，伸入培养瓶内，到达培养基上方；3)夹持驱动电机旋转，拉动钢丝绳，使夹持机构绕销轴旋转至水平位置；4)旋转驱动电机带动手爪臂和夹持机构绕竖直轴线旋转，同时传感器检测前方是否有苗株；当传感器检测到夹持机构的前方有苗株时，夹持机构向苗株方向运动，使苗株处于副夹持手指和主夹持手指之间，夹持驱动电机继续拉动钢丝绳，使副夹持手指绕销钉转动，副夹持手指和主夹持手指闭合夹住苗株；5)基座带动手爪臂和夹持机构竖直向上运动，将苗株取出培养瓶；6)夹持驱动电机反向旋转，松开钢丝绳，副夹持手指与主夹持手指在夹持扭簧的作用下张开，放下苗株，在翻转扭簧的作用下，夹持机构将绕销轴翻转至竖直位置，回到初始状态，准备下一次取苗作业。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在基座上设置有夹持驱动机构，夹持驱动机构中的钢丝绳连接夹持机构中的副夹持手指，通过拉动钢丝绳，可以使夹持机构绕销轴翻转至水平位置，继续拉动钢丝绳，可以使副夹持手指绕与主夹持手指铰接的销钉转动，实现夹持机构的闭合夹持，因此，本发明结构巧妙，只需一个驱动装置即可实现夹持机构的翻转和夹持两个动作，节约动力。2、本发明的手爪臂采用外壁光滑的管状结构，所有的线缆(包括钢丝绳和传感信号线)均设置在手爪臂的内腔中，因此，将手爪臂伸入苗瓶取苗时，不会扰苗、伤苗，十分便于在狭小空间内作业。3、本发明的手爪臂和夹持机构在进入苗瓶时呈竖直状态，进入苗瓶后，夹持机构翻转呈水平状态再进行取苗，因此，在取苗过程中，不会碰撞苗瓶、伤苗和影响其它苗株的生长位置。4、本发明在夹持机构的主夹持手指与副夹持手指之间设置有传感器，通过传感器检测苗株位置，结构简单，易于实现。5、本发明的夹持机构中，主夹持手指和副夹持手指之间设置有夹持扭簧，主夹持手指一侧设置有翻转扭簧，夹持扭簧的弹性系数是翻转扭簧弹性系数的一定倍数，因此，夹持机构翻转和闭合的顺序，可以通过夹持扭簧和翻转扭簧的弹性系数的差异实现。本发明采用内部布置线缆的管状手爪臂和只需一个驱动装置即可实现翻转与夹持两个动作的夹持机构，能在不伤苗的情况下顺利伸入苗瓶、判断苗株位置并取出苗株，结构设置巧妙、节约动力、工作可靠，可广泛用于培养瓶内同时育有多株苗，且苗株间距小情况下的取苗作业过程中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明手爪旋转机构示意图

图3是本发明手爪臂与手爪旋转机构连接方式示意图

图4是图3的A-A向剖视示意图

图5是本发明手爪臂结构示意图

图6是图5的左视示意图

图7是本发明夹持机构示意图

图8是本发明副夹持手指相对于主夹持手指张开的示意图

图9是本发明夹持驱动机构示意图

图10是本发明销轴结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括基座1、手爪旋转机构2、手爪臂3、夹持机构4和夹持驱动机构5。手爪旋转机构2和夹持驱动机构5固定在基座1上，手爪旋转机构2的下端固定连接手爪臂3，手爪臂3的下端径向穿设并固定一销轴6，夹持机构4铰接在销轴6上。

基座1可以是三自由度直角坐标机械臂的Z轴末端，从而可以带动夹持机构4到达培养瓶的正上方。

如图1、图2所示，手爪旋转机构2包括通过螺钉固定连接在基座1上的连接支架21，连接支架21上设置有一旋转驱动电机22。如图2、图3、图4所示，旋转驱动电机22的输出轴23通过两个沉头螺钉24连接一联轴器25，两个沉头螺钉24间隔90°设置，联轴器25另一端通过两个螺钉26连接手爪臂3，两个螺钉26间隔90°设置。当旋转驱动电机22启动时，输出轴23通过联轴器25带动手爪臂3绕竖直轴线旋转。

如图1、图5、图6所示，手爪臂3是一个中空圆管，其套设在联轴器25外周，并通过螺钉26与联轴器25固定。手爪臂3的外壁光滑，在培养瓶内作业时不会伤苗。手爪臂3的下端腔壁上分别设置有一圆孔31和一方孔32，用于穿设并固定销轴6，手爪臂3的下端一侧设置有一缺口33，便于使铰接在销轴6上的夹持机构4从竖直状态翻转至水平状态。

如图7、图8所示，夹持机构4包括一铰接在销轴6上、呈长条状的主夹持手指41，主夹持手指41的一侧设置有一翻转扭簧42，翻转扭簧42套设在销轴6上，翻转扭簧42的一端固定在主夹持手指41上，另一端固定在销轴6上；主夹持手指41的另一侧设置有一尼龙套43，尼龙套43套设在销轴6上，用于支撑主夹持手指41，使之不能轴向窜动。主夹持手指41靠近销轴6的一端通过销钉44铰接一呈长条状的副夹持手指45，销钉44上套设有一夹持扭簧46，夹持扭簧46位于主夹持手指41和副夹持手指45之间，且夹持扭簧46的两端紧靠在主夹持手指41和副夹持手指45的内侧。如图1、图7所示，副夹持手指45上固定一钢丝绳47，钢丝绳47的另一端依次穿过主夹持手指41上设置的通孔、设置在手爪臂3下端的集线槽48、手爪臂3的内腔、手爪臂3上端设置的通孔34(如图5所示)连接到夹持驱动机构5。主夹持手指41上通过支架49设置有一传感器410，传感器410位于主夹持手指41和副夹持手指45之间。传感器410的信号线411依次穿过设置在手爪臂3下端的集线槽48、手爪臂3的内腔、手爪臂3上端设置的通孔34(如图5所示)连接到控制器(图中未示出)。主夹持手指41和副夹持手指45的夹持端内侧均设置有弹性材料412。

当拉动钢丝绳47时，由于夹持扭簧46的弹性系数是翻转扭簧42的一定倍数，一般是1.5～2倍，故翻转扭簧42先压缩，使得夹持机构4绕销轴6翻转至水平位置，手爪臂3上缺口33的上表面阻止夹持机构4继续运动；继续拉动钢丝绳47，压缩夹持扭簧46，使得副夹持手指45绕与主夹持手指41铰接的销钉44转动，实现夹持机构4的闭合。而当松开钢丝绳47时，副夹持手指45在夹持扭簧46的作用下张开，当副夹持手指45张开到一定角度时，副夹持手指45就会与主夹持手指41上的接触点413(如图8所示)相接触，副夹持手指45不再继续张开，此时在翻转扭簧42的作用下夹持机构4将绕销轴6翻转至竖直位置。

如图1、图9所示，夹持驱动机构5包括设置在基座1上的一绕线箱51，绕线箱51上固定一夹持驱动电机52，夹持驱动电机52的输出轴上固定一联轴器53，联轴器53的另一端固定一绕线辊54，绕线辊54的另一端通过尼龙套55支撑在绕线箱51上。绕线辊54上缠绕钢丝绳47，钢丝绳47一端固定在绕线辊54上，另一端穿过手爪臂3的内腔，固定在夹持机构4中的副夹持手指45上。

上述实施例中，钢丝绳47外周可以套设一驱动软轴471，驱动软轴471的一端固定在绕线箱51上，另一端固定在手爪臂3内的集线槽48上。当夹持驱动电机52运动时，通过联轴器53带动绕线辊54缠绕钢丝绳47，由于驱动软轴471的两端固定，故钢丝绳47在驱动软轴471内运动。夹持机构4的开、合及绕销轴6的旋转，均由夹持驱动机构5通过拉动驱动软轴471内的钢丝绳47来实现。

如图7、图10所示，手爪臂3下端径向穿设并固定的销轴6由圆轴头61、轴肩62、铰接部位63和方轴头64构成。销轴6的圆轴头61和方轴头64分别与手爪臂3下端的圆孔31和方孔32卡紧配合，故销轴6相对于手爪臂3固定；轴肩62上套设夹持机构4的翻转扭簧42，且在轴肩62上设置有用于固定翻转扭簧42一端的固定孔65。铰接部位63铰接主夹持手指41，主夹持手指41的一侧抵在轴肩62上，另一侧由套设在铰接部位63的尼龙套43支撑，故主夹持手指41只可绕销轴6转动。

上述实施例中，控制器用于控制手爪旋转机构2中的旋转驱动电机22和夹持驱动机构5中的夹持驱动电机52，并用于接收主夹持手指41上设置的传感器410通过信号线411发出的信号；控制器的设置可以采用现有技术，在此不再详细说明。

本发明机构的取苗工作过程如下：

1)基座1带动夹持机构4到达培养瓶瓶口正上方，初始状态时，手爪臂3处于竖直状态，夹持机构4在翻转扭簧42和夹持扭簧46的作用下也处于竖直状态。

2)夹持机构4和手爪臂3在基座1的带动下竖直向下运动，伸入培养瓶内，到达培养基上方。

3)夹持驱动电机52旋转，拉动钢丝绳47，使夹持机构4绕销轴6旋转至水平位置。

4)旋转驱动电机22带动手爪臂3和夹持机构4绕竖直轴线旋转，同时传感器410检测前方是否有苗株。当传感器410检测到夹持机构4的前方有苗株时，夹持机构4向苗株方向运动，使苗株处于副夹持手指45和主夹持手指41之间，夹持驱动电机52继续拉动钢丝绳47，使副夹持手指45绕销钉44转动，副夹持手指45和主夹持手指41闭合夹住苗株。

5)基座1带动手爪臂3和夹持机构4竖直向上运动，将苗株取出培养瓶。

6)夹持驱动电机52反向旋转，松开钢丝绳47，副夹持手指45在夹持扭簧46的作用下张开，放下苗株，在翻转扭簧42的作用下，夹持机构4将绕销轴6翻转至竖直位置，回到初始状态，准备下一次的取苗作业。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种自动取苗手爪机构，其特征在于：它包括基座，所述基座上固定设置有手爪旋转机构和夹持驱动机构，所述手爪旋转机构下端固定设置有一手爪臂，所述手爪臂下端通过销轴铰接一夹持机构，所述夹持机构的夹持动作和绕销轴的旋转动作由所述夹持驱动机构驱动；

所述夹持机构包括一铰接在所述销轴上的主夹持手指，所述主夹持手指的一侧设置有一翻转扭簧，另一侧设置有一尼龙套，所述翻转扭簧和尼龙套均套设在所述销轴上，所述翻转扭簧的一端固定在所述主夹持手指上，另一端固定在所述销轴上；所述主夹持手指靠近所述销轴的一端通过销钉铰接一副夹持手指，所述销钉上套设有一夹持扭簧，所述夹持扭簧的弹性系数是所述翻转扭簧的弹性系数的一定倍数；所述主夹持手指与所述副夹持手指之间设置有一传感器，所述传感器的信号线穿过所述手爪臂的内腔连接到控制器；

所述夹持驱动机构包括设置在所述基座上的一绕线箱，所述绕线箱上设置一夹持驱动电机，所述夹持驱动电机的输出轴通过一联轴器连接一绕线辊，所述绕线辊的另一端通过尼龙套支撑在所述绕线箱上；所述绕线辊上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳的一端固定在所述绕线辊上，另一端穿过所述手爪臂的内腔，固定在所述夹持机构中的所述副夹持手指上；

所述手爪臂的下端腔壁上分别设置有一用于穿设并固定所述销轴的圆孔和方孔，所述手爪臂的下端一侧设置有一缺口；所述手爪臂下端径向穿设并固定的所述销轴由圆轴头、轴肩、铰接部位和方轴头构成；所述销轴的圆轴头和方轴头分别与所述手爪臂下端的所述圆孔和方孔卡紧配合；所述轴肩上套设所述夹持机构中的所述翻转扭簧，且在所述轴肩上设置有用于固定所述翻转扭簧一端的固定孔；所述铰接部位铰接所述主夹持手指。

2.如权利要求1所述的一种自动取苗手爪机构，其特征在于：所述手爪旋转机构包括固定在所述基座上的连接支架，所述连接支架上设置有一旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出轴通过联轴器固定连接所述手爪臂。

3.如权利要求1或2所述的一种自动取苗手爪机构，其特征在于：所述夹持扭簧的弹性系数是所述翻转扭簧弹性系数的1.5～2倍。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的自动取苗手爪机构的取苗方法，其包括以下步骤：

1)基座带动夹持机构到达培养瓶瓶口正上方，手爪臂和夹持机构均处于竖直状态；

2)夹持机构和手爪臂在基座的带动下竖直向下运动，伸入培养瓶内，到达培养基上方；

3)夹持驱动电机旋转，拉动钢丝绳，使夹持机构绕销轴旋转至水平位置；

4)旋转驱动电机带动手爪臂和夹持机构绕竖直轴线旋转，同时传感器检测前方是否有苗株；当传感器检测到夹持机构的前方有苗株时，夹持机构向苗株方向运动，使苗株处于副夹持手指和主夹持手指之间，夹持驱动电机继续拉动钢丝绳，使副夹持手指绕销钉转动，副夹持手指和主夹持手指闭合夹住苗株；

5)基座带动手爪臂和夹持机构竖直向上运动，将苗株取出培养瓶；

6)夹持驱动电机反向旋转，松开钢丝绳，副夹持手指与主夹持手指在夹持扭簧的作用下张开，放下苗株，在翻转扭簧的作用下，夹持机构将绕销轴翻转至竖直位置，回到初始状态，准备下一次取苗作业。

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