CN102487640A - 穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器 - Google Patents

穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器。包括取苗执行部件、剔苗执行部件、取苗气缸和剔苗气缸；取苗气缸的上端面朝上，气缸杆与变距十字施力架连接；剔苗气缸上端面朝下，气缸杆朝下穿过剔苗气缸固定板与剔苗执行部件的中心杆连接。双驱动末端执行器的取苗执行部件通过采用四个可调节装配角度的针式手指和剔苗执行部件通过四个可调节装配距离的剔除件来满足不同大小穴盘幼苗的移钵需要。本发明用于幼苗移钵系统，三自由度机械臂装上该双驱动末端执行器，完成平整、刺入取苗、提升、释放加主动分离的动作，实现不同种类穴盘苗的自动移钵作业，并最少程度地破坏基质和减少基质与取苗针分离不彻底现象，提高移钵成功率。

Description

穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器
技术领域
本发明涉及一种农业机械中的移栽机械，特别是涉及一种穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器。
背景技术
高效的农业生产方式可以提高农产品的市场竞争力，使得农产品规模化、工厂化的生产越来越显现出它的优势。设施农业是环境相对可控条件下，采用工程技术手段进行动植物高效生产的一种现代农业形式。设施农业内的自动化移钵作业装备代替传统手工移栽，降低劳动强度，改善了作业者的劳动条件，提高生产效率，且使秧苗移栽一致性好，解决劳动力短缺等问题。
与工业机器人抓取形状和规格相对一致的工业产品相比，移钵机器人的末端执行器抓取钵苗的限制性因素会更多一些，显然在移栽作业中，开发设计适合设施温室的钵苗移栽作业的末端执行器成为一项关键技术。在保证不伤苗的情况下，实现稳定抓取和有效释放。1990年，Ting 等人开发针状SNS夹持器，针由双动空气气缸驱动，针的角度和位置可根据穴盘和秧苗的不同而进行调节，从600孔到48孔苗盘移钵作业成功率在50%-95%；2002年，W.C.Choi等人开发了一种由轨迹发生器，夹取指针和指针驱动器组成蔬菜移栽的末端执行件，速率每分钟30株，移栽成功率为97％。但是这些末端执行器功能还是不够善，特别是有效释放和栽植过程出现问题，影响移钵成功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器，该双驱动末端执行器可以完成平整、刺入取苗、提升、释放加主动分离的动作，实现穴盘苗自动移钵作业。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括取苗执行部件、剔苗执行部件、取苗气缸和剔苗气缸；取苗气缸位于双驱动末端执行器的上部，并安装在取苗气缸固定板上，取苗气缸的气缸杆朝上与变距十字施力架中心孔固定，变距十字施力架四个臂外侧面孔中分别插入取苗针固定件用销子锁住，取苗针固定件与变距十字施力架四臂分别形成滑动配合；剔苗气缸安装于取苗气缸固定板下面的剔苗气缸固定板上，剔苗气缸气缸杆朝下穿过剔苗气缸固定板与剔苗执行部件的中心杆连接；取苗气缸固定板和剔苗气缸固定板沿对角线四个方向均开有长槽，每个长槽中均安装导针管固定件，四个导针管从上到下依次穿过上、下两个对应的导针管固定件后，用导针管固定件侧面螺钉固定，四个取苗针上端固定在各自取苗针固定件的孔中，四个取苗针的针尖部朝下分别穿过各自的导针管，四个取苗针与各自的导针管形成滑动配合；剔苗十字施力架的四个臂上均开有长槽，四个剔苗伸缩杆上端分别卡在各自剔苗十字施力架臂长槽中，通过上下两个螺母固定，四个剔苗伸缩杆下端与各自L形剔除件固定，L形剔除件弯折部分朝外；四个取苗针与四个剔苗伸缩杆相位差为45度角布置。
所述剔苗气缸固定板成凸字形，剔苗气缸固定板上开有剔苗气缸固定孔，中心部位开有剔苗气缸杆通过孔，对角线方向开有四个用于安装各自导针管固定件的长槽，在剔苗气缸固定板的一边延伸出一凸字块，凸字块上开有两个与三自由度机械臂连接的孔。
本发明具有的有益效果是：
本发明用于幼苗移钵系统，装有该末端执行器的三自由度机械臂，完成平整、刺入取苗、提升、释放加主动分离的动作，实现不同种类穴盘苗的自动移钵作业，并最少程度地破坏基质和减少基质与取苗针分离不彻底现象，提高移钵成功率。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是取苗执行部件的立体结构示意图。
图3是剔苗执行部件的立体结构示意图。
图4是取苗变距十字施力架结构放大示意图。
图5是剔苗气缸固定板结构示意图。
图6是取苗气缸固定板结构示意图。
图7是本发明的移钵作业动作过程示意图。
图中：1、取苗执行部件，2、剔苗执行部件，3、取苗气缸，4、剔苗气缸，5、取苗气缸固定板，6、变距十字施力架，7、取苗针固定件，8、销子，9、剔苗气缸固定板，10、导针管固定件，11、导针管，12、取苗针，13、剔苗十字施力架，14、剔苗伸缩杆，15、L形剔除件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明包括取苗执行部件1、剔苗执行部件2、取苗气缸3和剔苗气缸4；取苗气缸3位于双驱动末端执行器的上部，并安装在取苗气缸固定板5上，取苗气缸3的气缸杆朝上与变距十字施力架6中心孔固定，变距十字施力架6四个臂外侧面孔中分别插入取苗针固定件7用销子8锁住，取苗针固定件7与变距十字施力架6四臂分别形成滑动配合；剔苗气缸4安装于取苗气缸固定板5下面的剔苗气缸固定板9上，剔苗气缸4气缸杆朝下穿过剔苗气缸固定板9与剔苗执行部件2的中心杆连接；取苗气缸固定板5和剔苗气缸固定板9沿对角线四个方向均开有长槽，每个长槽中均安装导针管固定件10，四个导针管11从上到下依次穿过上、下两个对应的导针管固定件10后，用导针管固定件10侧面螺钉固定，四个取苗针12上端固定在各自取苗针固定件7的孔中，四个取苗针12的针尖部朝下分别穿过各自的导针管9，四个取苗针与各自的导针管9形成滑动配合；剔苗十字施力架13的四个臂上均开有长槽，四个剔苗伸缩杆14上端分别卡在各自剔苗十字施力架13臂长槽中，通过上下两个螺母固定，四个剔苗伸缩杆14下端与各自L形剔除件15固定，L形剔除件15弯折部分朝外；四个取苗针12与四个剔苗伸缩杆14相位差为45度角布置。
所述剔苗气缸固定板9成凸字形，剔苗气缸固定板9上开有剔苗气缸4固定孔，中心部位开有剔苗气缸4杆通过孔，对角线方向开有四个用于安装各自导针管固定件10的长槽，在剔苗气缸固定板9的一边延伸出一凸字块，凸字块上开有两个与三自由度机械臂连接的孔。
其具体工作过程如下：
当移栽穴盘到达移钵位置时，三自由度机械臂带着安装的双驱动末端执行器移动到移栽穴盘的健康苗的上方，如图7(a)所示，接通气动管路的气源，此时剔苗气缸4气缸杆伸出状态，使由剔苗气缸4驱动的剔苗执行部件2处于向下方伸出位置，取苗气缸3气缸杆伸出状态，使由取苗气缸3驱动的取苗执行部件1活动部分处于向上伸出位置，取苗针固定件7外侧面与变距十字施力架6四个臂外侧面距离最远位置，此时取苗针12针尖端处于比L形剔除件15最底处更高的位置。
三自由度机械臂带动双驱动末端执行器向下移动，L形剔除件15底部接触苗钵时停止，如图7(b)所示，对苗钵有平整的作用；剔苗气缸4和取苗气缸3的进气管路切换，剔苗气缸4气缸杆驱动剔苗执行部件2向上提，同时取苗气缸3气缸杆驱动变距十字施力架6向下运动，取苗针固定件7外侧面与变距十字施力架6四个臂外侧面距离到达最近位置，取苗针12顺着导针管11斜向下刺入目标穴盘的幼苗钵体中，夹持住要进行移钵作业的健康幼苗，如图7(c)所示。
三自由度机械臂带动双驱动末端执行器向上移动，夹持着健康幼苗离开移栽穴盘，如图7(d)所示，并向目的穴盘移动。当移动到要进行移钵作业的目的穴盘的空穴上方后，三自由度机械臂带动双驱动末端执行器向下运动，被四个取苗针12夹持着要进行移钵作业的健康幼苗进入目的穴盘空穴中，如图7(e)所示。
健康幼苗进入目的穴盘空穴后，剔苗气缸4和取苗气缸3的进气管路再次切换，剔苗气缸4气缸杆驱动剔苗执行部件2向下压，同时取苗气缸3气缸杆驱动变距十字施力架6向上运动，取苗针固定件7外侧面与变距十字施力架6四个臂外侧面距离重又回到最远位置，取苗针12顺着导针管11斜向上脱离目的穴盘中的幼苗钵体，释放健康幼苗，此时若因苗钵含水率根系发达程度造成与取苗针12粘连不分离现象，会与向下运动的剔苗执行部件2相碰撞，受到外力而主动分离，使健康幼苗钵体留在目的穴盘的空穴中，如图7(f)所示，三自由度机械臂带动着双驱动末端执行器离开目的穴盘，如图7(g)所示，完成一次幼苗的移钵作业。
双驱动末端执行器上的四根取苗针12和四根剔苗伸缩杆14可以分别拆下，并可以调整相互间的距离和作用长度，满足不同穴盘和不同作物的生产需要；通过调整导针管固定件10位置，可以改变导针管11的倾斜角度，最终改变取苗针12刺入和释放苗钵的角度，在控制伤苗率的基础上，提高移钵作业成功率。
本发明也可采用变距三角施力架，相应均布三个导针管和三个取苗针，剔苗三角施力架，三个剔苗伸缩杆组装成型，三个取苗针与三个剔苗伸缩杆相位差为60度角布置。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器，其特征在于：包括取苗执行部件（1）、剔苗执行部件（2）、取苗气缸（3）和剔苗气缸（4）；取苗气缸（3）位于双驱动末端执行器的上部，并安装在取苗气缸固定板（5）上，取苗气缸（3）的气缸杆朝上与变距十字施力架（6）中心孔固定，变距十字施力架（6）四个臂外侧面孔中分别插入取苗针固定件用销子锁住，取苗针固定件与变距十字施力架（6）四臂分别形成滑动配合；剔苗气缸（4）安装于取苗气缸固定板（5）下面的剔苗气缸固定板（9）上，剔苗气缸（4）气缸杆朝下穿过剔苗气缸固定板（9）与剔苗执行部件（2）的中心杆连接；取苗气缸固定板（5）和剔苗气缸固定板（9）沿对角线四个方向均开有长槽，每个长槽中均安装导针管固定件，四个导针管从上到下依次穿过上、下两个对应的导针管固定件后，用导针管固定件侧面螺钉固定，四个取苗针上端固定在各自取苗针固定件的孔中，四个取苗针的针尖部朝下分别穿过各自的导针管，四个取苗针与各自的导针管形成滑动配合；剔苗十字施力架（13）的四个臂上均开有长槽，四个剔苗伸缩杆上端分别卡在各自剔苗十字施力架（13）臂长槽中，通过上下两个螺母固定，四个剔苗伸缩杆下端与各自L形剔除件固定，L形剔除件弯折部分朝外；四个取苗针与四个剔苗伸缩杆相位差为45度角布置。
2.根据权利要求1所述的一种穴盘苗移钵系统双驱动末端执行器，其特征在于：所述剔苗气缸固定板（9）成凸字形，剔苗气缸固定板（9）上开有剔苗气缸（4）固定孔，中心部位开有剔苗气缸（4）杆通过孔，对角线方向开有四个用于安装各自导针管固定件的长槽，在剔苗气缸固定板（9）的一边延伸出一凸字块，凸字块上开有两个与三自由度机械臂连接的孔。
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