CN102696310A - 大蒜直立播种装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大蒜直立播种装置，包括由盛装大蒜的V形槽，主控机箱，二维电机，机械手转动关节，各种压力、位置传感器，抓取大蒜的机械手，封土电机；所述的盛装大蒜的V形槽用来盛装大蒜，以利于机械手抓取；所述的二维电机可以带动垂直机械臂水平移动，并且可以使垂直机械臂上下移动，转动关节内置电机可以使机械手臂做180度的旋转；抓取大蒜种粒的时候，机械手移动到V形槽的上方，然后机械手张开并下移，接下来抓取大蒜，然后，二维电机带着整个手臂移出V形槽，转动关节中的电机使机械手臂转动90度，当手臂进入播种沟中的时候，一碰到沟底就停止下移手臂，封土，而后机械手分开，再移出土壤，大蒜种粒直立土壤中，完成播种。

Description

大蒜直立播种装置

技术领域

 本发明涉及一种大蒜播种机械，具体属于一种大蒜直立播种装置。

背景技术

现代医学研究证实，大蒜集100多种药用和保健成分于一身，其中几十种成分都有单独的抗癌作用，我国是全球最主要的大蒜生产国、消费国、出口国和最大生产国，大蒜的种植极为普遍。

大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响巨大。研究表明：播种时鳞芽朝向对大蒜植株的生长有很大的影响，鳞芽朝下和朝向水平时，发芽叶出土缓慢而且细弱，大蒜植株较矮，叶面积小，光合作用就弱，不利于大蒜种粒的成长，鳞芽如果朝上，收获的蒜头就比较重，体积也大，鳞芽朝向水平或者朝下，收获的蒜头重量较小，体积也小，大蒜地下部分生长姿态与播种时蒜种的姿态一致。鳞芽朝向水平或者朝下，蒜头在地下呈平躺或倒立状。

大蒜外形不规则，要保证大蒜生长发育良好就要在种植的过程中保持直立，这主要依靠人工栽种，生产效率低，浪费大量的人力物力，不适合现代化的大面积播种，因此，迫切需要开发智能程度高的达到直立播种要求的大蒜播种机。

目前，市场上的大蒜播种机无法模仿人手直立播种大蒜，播种出来的大蒜种粒有平躺的也有鳞芽朝下的，这对大蒜的播种质量和大蒜的产量都会产生极大的不良影响，无法实现大面积的精密直立播种作业。

发明内容

本发明的目的：提供一种大蒜直立播种装置，改变大蒜播种机不能精确直立播种大蒜种粒的设计，使大蒜的播种摆脱人工操作，节省大量的人力物力，使大蒜的播种不再成为广大种植户的负担，符合现代种植要求，显著提高广大种植户的积极性，大面积的提高大蒜的品质和产量，以满足广大种植户的需要以及食用者对大蒜品质的需求，促进农业的发展。

本发明的技术方案是：一种大蒜直立播种装置，包括由盛装大蒜的V形槽，V形槽主控机箱，二维电机，机械手转动关节，各种压力、位置传感器，抓取大蒜的机械手，封土电机；所述的盛装大蒜的V形槽用来盛装大蒜，以利于机械手抓取；所述的主控机箱内有电源、中央处理器、接口电路。

本发明进一步的技术方案是：一种大蒜直立播种装置，包括由盛装大蒜的V形槽，主控机箱，二维电机，机械手转动关节，各种压力、位置传感器，抓取大蒜的机械手，封土电机；所述的盛装大蒜的V形槽用来盛装大蒜，以利于机械手抓取；所述的主控机箱内有电源、中央处理器、接口电路；所述的二维电机可以带动垂直机械臂水平移动,并且可以使垂直机械臂上下移动，转动关节内置电机可以使机械手臂做180度的旋转。

本发明更详细的技术方案是：一种大蒜直立播种装置，包括由盛装大蒜的V形槽，主控机箱，二维电机，机械手转动关节，各种压力、位置传感器，抓取大蒜的机械手，封土电机；所述的盛装大蒜的V形槽用来盛装大蒜，以利于机械手抓取；所述的主控机箱内有电源、中央处理器、接口电路；所述的二维电机可以带动垂直机械臂水平移动,并且可以使垂直机械臂上下移动，转动关节内置电机可以使机械手臂做180度的旋转；所述的机械手使用柔性材料制作，具有一定的弹性以便于保护大蒜种粒不被损伤，抓取大蒜种粒的时候，机械手移动到V形槽的上方，这个动作由二维步进电机完成，然后机械手张开并下移，直到机械手触到V形槽，机械手指压力传感器把信号回送中央处理器，以此来判断机械手下降的是否合适，既要碰到V形槽又不能把机械手和V形槽压破，接下来就要抓取大蒜，在抓取大蒜的时候压力传感器回馈压力信号，这个信号保证机械手不把大蒜弄碎，二维电机带着整个手臂移出V形槽，转动关节中的电机使机械手臂转动90度，二维电机使整个手臂下移，当手臂进入播种沟中的时候，转动关节底部的压力传感器一碰到沟底就回送信号给中央处理器，中央处理器就指挥停止下移手臂，然后两个封土电机转动，完成封土任务后，机械手分开，疏松的土壤会顺着指缝把大蒜种粒固定成直立状态，这时机械手再移出土壤，大蒜种粒仍旧直立在土壤中，完成播种。

本发明的优点是：

1.本发明能使大蒜种粒直立播种，使大蒜播种机的设计更有针对性，根本改变大蒜播种机的性能，使之智能化，符合现代种植要求，显著提高广大种植户的积极性，促进农业的发展。

2.本发明模仿人手的功能，赋予设备抓取大蒜种粒并且在掩埋大蒜种粒后机械手再拿开的能力，这保证了大蒜种粒不会倾斜，在大量种植的过程中能提高播种大蒜的质量，达到人工播种一样的效果。

3.本发明的机械手可以使用很多个，因此大蒜播种机的播种速度可以很高。

附图说明    

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：

图1大蒜种粒与V形槽；

图2抓取大蒜的机械手与控制部件；

图3机械手在V形槽中抓取大蒜；

图4机械手的转动关节；

图5抓紧大蒜种粒的机械手；

图6大蒜种粒在机械手抓紧的情况下处于直立状态；

图7直立播种机械手整体结构；

图8机械手的位置与大蒜种粒根部和鳞芽位置；

图9大蒜种粒封土示意图；

图10大蒜直立播种机械电路结构框图；

图11压力传感器与接口电路；

图12机械手A、B、C位置传感器接口电路；

图13 封土电机、机械手开合电机驱动电路；

图14机械手手掌状态传感器（两个手掌的相对位置）；

图15二维步进电机驱动电路；

图16电源电路；

图中：1机械手开合电机；2传动齿轮箱；3传感器固定支架；4固定支架；5手掌相对位置传感器；6磁铁或者LED；7 弹簧压力传感器；8传动杠杆；9弹簧；10转动轴；11传动杠杆；12固定支架；13机械手臂A；14栅网状机械手；15机械手指压力传感器；16垂直机械臂；17转动关节；18垂直压力传感器；19机械手的传动箱；20侧向压力传感器；21V形槽；22主控机箱；23横臂；24支撑杆；25机械手定位传感器C；26二维电机；27封土器；28LED(手臂定位)；29封土器外壳；30封土板；31封土电机；32土壤。

具体实施方式

如图1所示，V形槽宽度是大蒜种粒水平放置时平均长度的1.6倍，进入V形槽的大蒜，由于V形槽的形状限制，大蒜容易被固定，便于机械手14抓取。

    如图2所示，机械手14抓取大蒜的操作过程：在机械手开合电机的带动下，通过齿轮箱的传动，带动传动杠杆11上移，机械手的两个手掌分开，当传动杠杆11下移，机械手的两个手掌合在一起抓紧大蒜种粒，力量的大小由弹簧压力传感器7感知，抓取大蒜种粒的状态由图5、图6所示,，机械手14的开合状态，开合程度由位置传感器5提供信息，中央处理器来做判断。

如图7所示，机械手14要找到大蒜的位置由二维步进电机26工作实现，机械手14随着手臂16上移，然后处于如图8所示的B位置，然后移动到V型槽的上方，机械手定位传感器25来判断机械手的位置是否精确，机械手定位传感器25感知LED28的光线来定位，准确定位后，二维电机26带着手臂16整体下移，当机械手触摸到V型槽的时候，触摸信号由机械手指压力传感器15发出，在机械手下移的过程中抓住大蒜种粒，机械手指压力高于设定值的时候，二维电机26停转，手臂16停止下移，完成抓取动作，然后二维电机带动手臂移出V型槽，为栽种作准备。

如图8所示，机械手14与手臂16的相对位置有三种，机械手14在B位置时是抓取状态，机械手14在A、C位置时是栽种状态，根据大蒜的鳞芽和根部的朝向来确定在A位置或者C位置，当鳞芽朝右的时候，机械手14应该位于C位置，当鳞芽朝左的时候，机械手14应该位于A位置。

如图9所示，在栽种的过程中，机械手臂16下移，当接触到土壤后，垂直压力传感器18就将反馈信号送给中央处理器，中央处理器在接到信号后就指挥封土电机31工作进行封土操作，土壤就会压到侧向压力传感器20，侧向压力传感器20将压力信号送给中央处理器，表示封土工作完成，中央处理器指挥封土电机停止工作并指挥机械手14微微张开一定的角度，疏松的土壤会顺着指缝把大蒜种粒固定成直立状态，这时机械手14再移出土壤，大蒜种粒仍旧直立在土壤中，完成播种。

图10是中央处理器与各部分之间的联系示意图，各种传感器通过接口电路与中央处理器通讯，中央处理器根据传感器送来的信号分析判断后指挥不同的器件工作，具体过程是，中央处理器将指挥信号送给接口电路，接口电路再控制电机工作。

压力传感器与接口电路如图11所示，所用的压力传感器都是由R1、R2、R3、R4、RP、RT组成的电桥，能精确的获得所受的压力的大小，这就方便机器做到精确动作，电桥将压力信号送给U1放大后，再由A/D转换器转换成数字信号后送给CPU处理。

图12为机械手A、B、C位置传感器与接口电路，此电路分别有三个，电路结构完全相同，R7、R8组成分压电路，R5组成上分压电阻、R6是光敏电阻为下分压电阻，R6、R8上面的电压在U2中进行比较，比较信号从A送入CPU。

如图13是封土电机、机械手开合电机的驱动电路，图中的M1是封土电机，负责封土操作，CPU送出的信号控制Q2开通或者关断，这个开关信号通过U3控制Q3导通或者关断,U3实现电气隔离，Q3实现对电机的控制，M2是机械手开合电机，负责机械手掌的张开和合拢的操作，图中，P、Q分别与CPU相连，P、Q有00，01、10、11四种状态，P、Q为01时电机正转，P、Q为10时电机反转，Q4控制U4, Q6控制U5, Q9控制U6 ,Q11控制U7, U4控制Q5, U5控制Q7, U6控制Q8, U7控制Q10,Q5、Q7、Q8、Q10驱动电机正向或反向转动，U4、U5、U6、U7、U9实现电气隔离，U8与U9配合实现过流保护，T连接CPU；Q2至Q11，U3至U9均工作在开关状态。

图14为机械手手掌状态传感器（两个手掌的相对位置），这个传感器能比较精确的探知两个手掌的相对位置，然后CPU根据程序的进程再决定手掌开合电机的转向。上面一排电阻为上分压电阻，下面一排接地电阻为下分压电阻，使用光敏电阻或者光敏二极管，下面一排接地电阻上端的电压信号通过U10转换成数据送给CPU, CPU根据这个数据判定两个手掌的相对位置。

图15 是二维步进电机驱动电路，能精确的移动机械手抓取大蒜种粒，并移动到准确的位置。CPU根据程序运行的需要送数据给U11, U11驱动步进电机转动。二维步进电机由两个步进电机组成，一个负责水平运动，一个负责垂直运动，此电路有两个相同的。

图16是电源电路结构图，使用发电机或者是蓄电池组，输出24V和±5V电源，±5V由U10 和U11产生，12V由U12产生，12V、24V供给电机，±5V供给中央处理器。

综上所述，现将一具体实施例详述如下。

实施例：一种大蒜直立播种装置，包括由盛装大蒜的V形槽21，主控机箱22，二维电机26，机械手转动关节17，垂直压力传感器18，侧向压力传感器20，抓取大蒜的栅网状机械手14，机械手定位传感器25，封土电机31；所述的盛装大蒜的V形槽21用来盛装大蒜，以利于机械手14抓取；所述的主控机箱22内有电源、中央处理器、接口电路；所述的二维电机26可以带动垂直机械臂16水平移动,并且可以使垂直机械臂16上下移动，转动关节17内置电机可以使机械手臂做180度的旋转；所述的机械手14使用柔性材料制作，具有一定的弹性以便于保护大蒜种粒不被损伤，抓取大蒜种粒的时候，机械手14移动到V形槽21的上方，这个动作由二维电机26完成，然后机械手14张开并下移，直到机械手触到V形槽21，机械手指压力传感器15把信号回送中央处理器，以此来判断机械手14下降的是否合适，既要碰到V形槽又不能把机械手14和V形槽21压破，接下来就要抓取大蒜，在抓取大蒜的时候压力传感器7回馈压力信号，这个信号保证机械手不把大蒜弄碎，二维电机26带着整个手臂移出V形槽，转动关节中的电机使机械手臂转动90度，二维电机26使整个手臂下移，当手臂进入播种沟中的时候，转动关节底部的压力传感器18一碰到沟底就回送信号给中央处理器，中央处理器就指挥停止下移手臂，然后两个封土电机31转动，完成封土任务的信号由侧向压力传感器20发出，机械手14分开，疏松的土壤会顺着指缝把大蒜种粒固定成直立状态，这时机械手再移出土壤，大蒜种粒仍旧直立在土壤中，完成播种。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种大蒜直立播种装置，其特征是：包括由盛装大蒜的V形槽（21），主控机箱（22），二维电机（26），机械手转动关节（17），垂直压力传感器（18），侧向压力传感器（20），抓取大蒜的栅网状机械手（14），机械手定位传感器（25），封土电机（31）；所述的盛装大蒜的V形槽（21）用来盛装大蒜，以利于机械手（14）抓取；所述的主控机箱（22）内有电源、中央处理器、接口电路；所述的二维电机（26）可以带动垂直机械臂（16）水平移动,并且可以使垂直机械臂（16）上下移动，转动关节（17）内置电机可以使机械手臂做180度的旋转；所述的机械手（14）使用柔性材料制作，具有一定的弹性以便于保护大蒜种粒不被损伤，抓取大蒜种粒的时候，机械手（14）移动到V形槽（21）的上方，这个动作由二维电机（26）完成，然后机械手（14）张开并下移，直到机械手触到V形槽（21），机械手指压力传感器（15）把信号回送中央处理器，以此来判断机械手（14）下降的是否合适，既要碰到V形槽又不能把机械手（14）和V形槽（21）压破，接下来就要抓取大蒜，在抓取大蒜的时候压力传感器（7）回馈压力信号，这个信号保证机械手不把大蒜弄碎，二维电机（26）带着整个手臂移出V形槽，转动关节中的电机使机械手臂转动90度，二维电机（26）使整个手臂下移，当手臂进入播种沟中的时候，转动关节底部的压力传感器（18）一碰到沟底就回送信号给中央处理器，中央处理器就指挥停止下移手臂，然后两个封土电机（31）转动，完成封土任务的信号由侧向压力传感器（20）发出，机械手（14）分开，疏松的土壤会顺着指缝把大蒜种粒固定成直立状态，这时机械手再移出土壤，大蒜种粒仍旧直立在土壤中，完成播种。

2.根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：V形槽宽度是大蒜种粒水平放置时平均长度的1.6倍，进入V形槽的大蒜，由于V形槽的形状限制，大蒜容易被固定，便于机械手（14）抓取。

3. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：根据大蒜的形状，机械手（14）做成栅网状，有两片，成手掌状，操作时，在机械手开合电机的带动下，通过齿轮箱的传动，带动传动杠杆（11）上移，机械手的两个手掌分开，当传动杠杆（11）下移，机械手的两个手掌合在一起抓紧大蒜种粒，力量的大小由弹簧压力传感器7感知，机械手（14）的开合状态，开合程度由位置传感器（5）提供信息，中央处理器来做判断。

4. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：所述的二维步进电机（26）由CPU发出信号给U11，U11再去驱动二维步进电机，二维步进电机（26）是两个步进电机的组合，可以水平、垂直两个方向移动。

5. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：机械手(14)要找到大蒜的位置由二维步进电机(26)工作实现，机械手(14)随着手臂(16)上移，然后处于B位置，然后移动到V型槽的上方，机械手定位传感器(25)来判断机械手的位置是否精确，机械手定位传感器(25)感知LED28的光线来定位，准确定位后，二维电机(26)带着手臂(16)整体下移，当机械手触摸到V型槽的时候，触摸信号由机械手指压力传感器（15）发出，在机械手下移的过程中抓住大蒜种粒，机械手指压力高于设定值的时候，二维电机(26)停转，手臂(16)停止下移，完成抓取动作，然后二维电机带动手臂移出V型槽，为栽种作准备。

6. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：机械手(14)与手臂(16)的相对位置有三种，机械手(14)在B位置时是抓取状态，机械手(14)在A、C位置时是栽种状态，根据大蒜的鳞芽和根部的朝向来确定在A位置或者C位置，当鳞芽朝右的时候，机械手(14)应该位于C位置，当鳞芽朝左的时候，机械手(14)应该位于A位置。

7. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：所用的压力传感器都是由R1、R2、R3、R4、RP、RT组成的电桥，能精确的获得所受的压力的大小，这就方便机器做到精确动作，电桥将压力信号送给U1放大后，再由A/D转换器转换成数字信号后送给CPU处理。

8. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：机械手手掌状态传感器（两个手掌的相对位置），这个传感器能精确的探知两个手掌的相对位置，然后CPU根据程序的进程再决定手掌开合电机的转向，传感器有两排电阻，上面一排电阻为上分压电阻，下面一排接地电阻为下分压电阻，使用光敏电阻或者光敏二极管，下面一排接地电阻上端的电压信号通过U10转换成数据送给CPU, CPU根据这个数据判定两个手掌的相对位置。

9. 根据权利要求1所述的大蒜直立播种装置，其特征是：封土电机M1，负责封土操作，CPU送出的信号控制Q2开通或者关断，这个开关信号通过U3控制Q3导通或者关断,U3实现电气隔离，Q3实现对电机的控制，M2是机械手开合电机，负责机械手掌的张开和合拢的操作，P、Q分别与CPU相连，P、Q有00，01、10、11四种状态，P、Q为01时电机正转，P、Q为10时电机反转，Q4控制U4, Q6控制U5, Q9控制U6 ,Q11控制U7, U4控制Q5, U5控制Q7, U6控制Q8, U7控制Q10,Q5、Q7、Q8、Q10驱动电机正向或反向转动，U4、U5、U6、U7、U9实现电气隔离，U8与U9配合实现过流保护，T连接CPU； Q2至Q11，U3至U9均工作在开关状态。

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