CN102405717B - 一种穴盘苗移栽机取苗机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穴盘苗移栽机取苗，涉及农业机械领域，包括空间凸轮连杆机构，旋转上升机构和取苗末端执行器。旋转升降机构主要由外套筒、内套筒和主轴组成，外套筒套在内套筒上，内套筒套在主轴上，其中外套筒固定在支架上，起支撑作用，主轴一方面由凸轮连杆机构直接驱动实现升降运动，另一方面由空间凸轮连杆机构驱动内套筒旋转，再由内套筒带动实现来回90°的旋转。取苗末端执行器由多个取苗爪并联组成，可整行取苗，其一端固定在主轴上，可随主轴一起实现升降夹苗和旋转90°移苗，投苗后再反转90°的动作。本发明结构简单紧凑，效率高，可有效实现自动取苗作业。

Description

一种穴盘苗移栽机取苗机械手

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体的说，涉及旱地移栽机械，特别是一种能将穴盘中整排苗同时取出并移送到移栽机旋转接苗杯中的取苗装置。 

背景技术

移栽能使蔬菜等作物生育提早，并对气候具有补偿作用，有效提高农作物产量。目前用于蔬菜移栽的机械较多为半自动的机型，需要人工将苗从穴盘中取出并投入到栽植器内，劳动强度很高，效率和质量得不到保证。而现有的穴盘苗全自动移栽机较多使用在温室内，如我国专利CN101663972A公开的一种穴盘苗自动移栽机，由多个取苗爪并联的形式组成取苗末端，通过电气控制技术实现取苗末端的上下与水平移动，体积庞大，对控制和设备的维护要求很高，不适合大田移栽的复杂环境。现有应用在大田的全自动移栽机械中，普遍由单个机械手从穴盘中取苗，其不但机械手结构很复杂，且单个夹苗移栽，效率偏低但价格却昂贵，如日本洋马公司制造的PA1A型全自动移栽机。 

现有的旱地半自动移栽机技术已很成熟，但其不能再提高效率的主要原因是不能解决快速准确自动取苗问题，因此，若能采用多个取苗爪并联形式组成的多爪取苗末端执行器，同时通过一简单机构实现该多爪取苗末端执行器能上下水平移动，把夹取的苗移送到接苗装置或栽植器中，形成一个可实现一次取多棵苗或取整排苗的自动取苗机械手，同时将该自动取苗机械手安装在半自动移栽机上，将可解决半自动移栽机的自动取苗问题，有效提高移栽效率，保证移栽质量。 

目前，一种带有旋转接苗杯的半自动移栽机已得到普遍应用，其工作原理是在移栽机栽植器上方设置一圈旋转接苗杯，先由人工将钵苗投放在杯中，接苗杯旋转到某特定位置时杯底板会打开，从而将杯中的钵苗依次喂入2个或2个以上栽植器中，该种移栽机栽植效率较高，但缺点是需要人工喂苗，如井观PVHR2型旱地移栽机（专利号JP2010004842A）。若能在该类型半自动移栽机上增加一套如上所述的全自动取苗机械手，将穴盘苗整排取出后依次喂入旋转接苗杯中，便可实现全自动移栽作业，有效的节省人力物力，同时提高生产效率。 

发明内容

本发明的目的是结合现有旋转接苗杯式半自动移栽机，提供一种结构相对简单能整排取苗移苗的装置，以实现穴盘苗自动移栽作业。 

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：包括动力输入装置、旋转升降机构、空间凸轮连杆机构、整排取苗末端执行器、穴盘输送装置、旋转接苗杯装置、支架等，其特征是： 

所述的动力输入装置由水平轴、竖直轴、链轮、锥齿轮、轴承座组成。水平轴两端各安装个轴承座，以与机架固定，A凸轮与锥齿轮通过键固定在轴上。竖直轴从上往下分别安装菱形球面轴承座、B凸轮、链轮与锥齿轮，菱形球面轴承座安装在机架上，以支撑中间轴，链轮把外动力通过链传动传到竖直轴，再由锥齿轮传递到水平轴，以驱动A凸轮与B凸轮同时等速转动。

所述旋转升降机构包括主轴、内套筒，外套筒、支撑板、铜套、两个推力球轴承，两个固定套、上旋转板、中间旋转板、下旋转板、转杆、Ⅰ法兰盘等。内套筒套在主轴上方，外套筒套在内套筒上端；外套筒底端带座，固定在装在机架上的支撑板上，故外套筒保持不动；内套筒的最上端用紧固螺钉固定安装一个固定套，在固定套下端面与外套筒上端面之间安装一个推力球轴承，固定套压在推力球轴承上端面上，这样内套筒通过固定套可支撑在外套筒上同时可以相对外套筒旋转；另外，内套筒下端穿过支撑板，从支撑板下表面开始往下，在内套筒上紧挨的套有推力球轴承、下固定套、上旋转板、中间旋转板，内套筒与下固定套、上旋转板、中间旋转板均用紧固螺钉固定；主轴的下端用螺栓固定Ⅰ法兰盘；下旋转板右端锁紧在主轴上，左端开孔，孔内装有一个开孔的铜套；转杆上端与上旋转板一端焊接固定，下端与下旋转板内的铜套间隙配合；中间旋转板一端锁紧在内套筒最下端，另一端开孔，通过螺栓与B关节轴承组成球铰链连接。所述外套筒与内套筒的内圈两端均安装铜套。 

所述空间凸轮连杆机构包括A凸轮、B凸轮、K连杆、M连杆、N连杆、Ⅰ轴承、Ⅱ轴承、Ⅲ轴承、A关节轴承、B关节轴承、支架等，K连杆在左端位置，其一端通过轴承与机架组成旋转副，中间左侧装有Ⅰ轴承，Ⅰ轴承在A凸轮上方并两者始终保持接触，在K连杆另一端右侧装有Ⅲ轴承，Ⅲ轴承紧贴在Ⅰ法兰盘下端面，A凸轮旋转驱动K连杆摆动，再由Ⅲ轴承带动Ⅰ法兰盘上升和下降运动。类似的，M连杆一端通过轴承与机架组成旋转副，中间下侧装有Ⅱ轴承，装在M连杆上的拉簧使Ⅱ轴承与B凸轮保持始终接触，M连杆另一端用螺栓与A关节轴承组成球铰链连接。N连杆下端通过轴承与支架组成旋转副，支架固定在机架上，N连杆中间用螺栓与A关节轴承组成球铰链连接，上端同样通过螺栓与B关节轴承组成球铰链连接，而B关节轴承的另一端与旋转升降机构的中间旋转板组成球铰链链接。B凸轮旋转驱动M连杆在水平面上摆动，运动由A关节轴承传递、N连杆放大、再由B关节轴承传递到旋转升降机构，使旋转升降机构实现90°来回转动。 

所述的整排取苗末端执行器由若干组取苗爪并联组成，取苗爪的个数与穴盘一排的孔穴数一致，相邻两组取苗爪之间的距离与相邻穴空的间距一致；每组取苗爪有两根秧针，通过钢丝绳或其他动力带动中间滑杆的上下运动，以驱动两根秧针的闭合；整个取苗末端执行器呈L形，一端安装若干取苗爪，一端通过Ⅱ法兰盘固定在主轴最上端。 

所述穴盘输送装置输送方向与旋转接苗杯装置平行，取苗末端执行器取与穴盘前进方向垂直的一排苗，然后正转90°到达旋转接苗杯上方，依次把一排苗投放到接苗杯中，然后反转90°，回到穴盘上方准备取下一排苗；穴盘间歇移动，每次前进一个穴空的距离，旋转接苗杯做匀速运动；在每个周期内，水平轴与竖直轴旋转一圈，取苗末端执行器完成一排苗的夹取和投放，旋转接苗杯装置走过与取苗爪数目相同的接苗杯。 

所述一对锥齿轮齿数与模数相同，A凸轮与B凸轮转速相同。 

所述中间旋转板的两孔中心线与B关节轴承轴线的夹角α不小于40°，上旋转板的两孔中心线与下旋转板的两孔中心线在同一竖直面内且平行；A凸轮与K连杆驱动主轴升降，其行程不小于50mm；B凸轮与M连杆、N连杆以及A关节轴承、B关节轴承共同驱动中间旋转板的运动角度应刚好90°，中间旋转板带动内套筒旋转，再内套筒带动上旋转板与转杆一起旋转，最后通过下旋转板传递到主轴，使主轴可实现90°旋转；取苗末端执行器固定在主轴上端，故其可实现升降与90°旋转运动；一个周期内，A凸轮与B凸轮旋转一周，它们的相位以及控制的升降规律、旋转运动规律如下： 

   本发明有益效果是：

   该取苗机械手能实现升降和90°来回旋转动作，同时中间有充分的时间来进行夹苗和投苗，结构紧凑，占用空间小，整排取苗和投苗，效率较高，适合在大田全自动移栽机上推广。

附图说明

图1为本发明主体机构示意图； 

图2为本发明旋转升降结构装配示意图。

图中，1.取苗末端执行器，2.Ⅱ法兰盘，3.内套筒，4.固定套，5.推力球轴承，6.外套筒，7.支撑板，8.下固定套，9.中间旋转板，10.上旋转板，11.转杆，12.下旋转板，13.主轴，14.Ⅰ法兰盘，15.Ⅰ轴承，16.M连杆，17.Ⅱ轴承，18.左轴承座，19.A凸轮，20.K连杆，21.Ⅲ轴承，22锥齿轮，23.竖直轴，24.链轮，25.支架，26.水平轴，27.右轴承座，28.N连杆，29.A关节轴承，30.B凸轮，31.菱形球面轴承座，32.B关节轴承，33.钢丝绳，34.内套筒下端铜套，35.外套筒铜套，36.内套筒上端铜套。 

具体实施方式

    下面结合附图对本发明做进一步的说明。 

如图1， 本发明的取苗机械手它主要包括动力输入装置、旋转升降机构、空间凸轮连杆机构、整排取苗末端执行器等。其中动力输入装置由水平轴26、竖直轴23、链轮24、锥齿轮22、轴承座组成；旋转升降机构由主轴13、内套筒3，外套筒6、支撑板7、铜套、两个推力球轴承5，两个固定套、上旋转板10、中间旋转板9、下旋转板12、转杆11、Ⅰ法兰盘14组成；空间凸轮连杆机构由A凸轮19、B凸轮30、K连杆20、M连杆16、N连杆28、Ⅰ轴承15、Ⅱ轴承17、Ⅲ轴承21、A关节轴承29、B关节轴承32、支架组成。 

如图1，在竖直轴23上从上往下安装菱形球面轴承座31、B凸轮30、链轮24与锥齿轮22，菱形球面轴承座31把竖直轴23安装在机架上，外动力通过链轮24组成的链传动传递到竖直轴23；水平轴26两端的左轴承座18与右轴承座27固定在机架上，动力由一对锥齿轮22传到水平轴26，A凸轮19与B凸轮30以相同的转速转动。 

如图1、图2，外套筒6固定在支撑板7上，外套筒6孔内装内套筒3，内套筒3孔内装主轴13；在外套筒6孔内两端均安装铜套35，以对内套筒3限位，在内套筒3的最上端套一个固定套4并用紧固螺钉固定住，在固定套4与外套筒6上端面之间装推力球轴承5，内套筒3以此支撑在外套筒6的上端面上同时可相对外套筒6旋转，内套筒3从支撑板7的下表面往下，依次紧挨的套有推力球轴承5、下固定套8、上旋转板10、中间旋转板9，且均用紧固螺钉固定，内套筒3孔的两端也都安装有铜套，以对主轴13限位；主轴的下端与Ⅰ法兰盘14用螺栓固定，上端与Ⅱ法兰盘2用紧固螺钉固定；下旋转板12右端锁紧在主轴13上，左端开孔，孔内装有一个开孔的铜套；转杆11上端与上旋转板10一端焊接固定，下端与下旋转板12孔内的铜套间隙配合；中间旋转板9一端锁紧在内套筒3最下端，另一端开孔，通过螺栓与B关节轴承32组成球铰链连接。 

如图1，K连杆20一端通过轴承与机架组成旋转副，中间左侧装有Ⅰ轴承15，Ⅰ轴承15在A凸轮19上方并两者始终保持接触，在杆另一端右侧装有Ⅲ轴承21，Ⅲ轴承21紧贴在Ⅰ法兰盘14下端面。类似的，M连杆16一端通过轴承与机架组成旋转副，中间下侧装有Ⅱ轴承17，装在杆上的拉簧使Ⅱ轴承17与B凸轮30始终保持接触，杆另一端用螺栓与A关节轴承29组成球铰链连接。N连杆28下端通过轴承与支架25组成旋转副，支架25固定在机架上，N连杆28中间用螺栓与A关节轴承29组成球铰链连接，上端同样通过螺栓与B关节轴承32组成球铰链连接，而B关节轴承32的另一端与旋转升降机构的中间旋转板9组成球铰链链接。 

取苗机械手工作原理：竖直轴23与水平轴26等速转动，B凸轮30旋转驱动M连杆16在水平面上摆动，运动由A关节轴承29传递、N连杆28放大、再由B关节轴承32传递到旋转升降机构，带动中间旋转板9与内套筒3绕主轴13转动，内套筒3带动上旋转板10与转杆11一起旋转，最后由转杆11拨动下旋转板12，使主轴13旋转，通过尺寸综合，使主轴13刚好90°来回转动。A凸轮19旋转驱动K连杆20摆动，再由Ⅲ轴承21带动Ⅰ法兰盘14升降，主轴13与Ⅰ法兰盘14固定，而下旋转板12与转杆11间隙配合，故主轴13可在转动过程中随Ⅰ法兰盘14一起升降运动，最终实现主轴13的旋转与升降运动。 

整个工作过程如下：如图1，取苗末端执行器1与Ⅱ法兰盘2固定，并随主轴13一起上升旋转。图1所示位置为机械手下降后的取苗位置，此时A凸轮19与B凸轮30均处于近休止阶段，随后B凸轮30顺时针方向（从上往下看）转动，驱动M连杆16在水平面顺时针（从上往下看）转动，通过两关节轴承推动中间旋转板9顺时针（从上往下看）转动，最后带动主轴13与取苗末端执行器1顺时针（从上往下看）转动，通过尺寸综合，当B凸轮30处于远休止时，取苗末端执行器1刚好从图1位置顺时针（从上往下看）转过90°，处于接苗杯正上方，然后依次投苗；与此同时，A凸轮19逆时针方向（从左往右看）转动，驱动主轴13与取苗末端执行器1上升，从而取苗末端执行器1能夹苗上升并旋转到投苗位置，投完苗再反转90°，回到图1位置。一个周期内，A凸轮与B凸轮旋转一周，它们的相位以及控制的升降规律、旋转运动规律如下： 

Claims (4)

1.一种穴盘苗移栽机取苗机械手，包括旋转升降机构，空间凸轮连杆机构和整排取苗末端执行器，其特征是：

所述的旋转升降机构包括固定在支撑板（7）上的外套筒（6），安装在外套筒（6）孔内的内套筒（3）和内套筒（3）孔内的主轴（13）；内套筒（3）最上端套一个固定套（4）并用紧固螺钉固定住，在固定套（4）与外套筒（6）上端面之间装推力球轴承（5），把内套筒（3）支撑在外套筒（6）的上端面上；穿过支撑板（7）并在其下面部分的内套筒（3），依次套有推力球轴承（5）、下固定套（8）、上旋转板（10）、中间旋转板（9），内套筒（3）与下固定套（8）、上旋转板（10）、中间旋转板（9）用紧固螺钉固定住；主轴（13）上端下端分别与Ⅱ法兰盘（2）、Ⅰ法兰盘（14）固定；下旋转板（12）一端锁紧在主轴（13）上，一端开孔，孔内装有开孔的铜套；转杆（11）下端与该铜套间隙配合，上端与上旋转板（10）一端焊接固定；中间旋转板（9）一端锁紧在内套筒（3）最下端，另一端开孔，通过螺栓与B关节轴承（32）组成球铰链连接； 

所述的空间凸轮连杆机构的A凸轮（19）装在水平轴(26)左端；K连杆(20)一端用轴承与机架组成旋转副，中间左侧装有Ⅰ轴承(15)，Ⅰ轴承(15)在A凸轮（19）上方并两者始终保持接触，在K连杆(20)另一端右侧装有Ⅲ轴承(21)，Ⅲ轴承(21)紧贴在Ⅰ法兰盘(14)下端面； B凸轮(30)装在竖直轴(23)上，M连杆(16)一端用轴承与机架组成旋转副，中间下侧装Ⅱ轴承(17)，M连杆(16)上装拉簧使Ⅱ轴承(17)与B凸轮(30)始终保持接触，M连杆(16)另一端用螺栓与A关节轴承（29）组成球铰链连接；N连杆(28)下端通过轴承与固定在机架上的支架(25)组成旋转副，N连杆(28)中间用螺栓与A关节轴承（29）组成球铰链连接，上端与B关节轴承（32）组成球铰链连接，B关节轴承（32）的另一端与旋转升降机构的中间旋转板(9)组成球铰链链接；M连杆(16)下端通过锥齿轮（22）与水平轴（26）连接；A凸轮（19）与B凸轮（30）以相同的转速转动；

所述整排取苗末端执行器（1）由若干组取苗爪并联组成，取苗爪的个数与穴盘一排的孔穴数一致，相邻两组取苗爪之间的距离与相邻穴孔的间距一致，

一次取一排苗；整个取苗末端执行器呈L形，一端安装若干取苗爪，一端通过Ⅱ法兰盘（2）固定在主轴（13）最上端。

2.根据权利要求1所述的一种穴盘苗移栽机取苗机械手，其特征是：所述A凸轮与B凸轮旋转一周，它们的相位以及控制的升降规律、旋转运动规律如下：

。

3.根据权利要求1或2所述的一种穴盘苗移栽机取苗机械手，其特征是：所述外套筒（6）与内套筒（3）的孔内两端均安装铜套，内套筒（3）相对外套筒（6）来回旋转，主轴（13）随着内套筒（3）一起来回旋转并同时相对内套筒（3）上升与下降。

4.根据权利要求1或2所述的一种穴盘苗移栽机取苗机械手，其特征是：所述中间旋转板（9）的开孔中心线与B关节轴承（32）轴线的夹角α不小于40°，上旋转板（10）的开孔中心线与下旋转板（12）的开孔中心线在同一竖直面内且平行；A凸轮（19）与K连杆（20）通过Ⅰ法兰盘(14)驱动主轴（13）升降，其行程不小于45mm；B凸轮（30）与M连杆（16）、N连杆（28）以及A关节轴承（29）、B关节轴承(32)共同驱动中间旋转板（9）与内套筒（3）绕主轴（13）转动，内套筒（3）带动上旋转板（10）与转杆（11）一起旋转，最后由转杆（11）拨动下旋转板（12），使主轴（13）旋转，主轴（13）转角来回均90°。

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