CN102696323A - 自动化叶菜螺旋立柱生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，属于农业装备领域。本发明自动化叶菜螺旋立柱生产系统由多个螺旋栽培立柱、移动平台、多穴盘自动供苗装置、机械手、移栽末端执行器、收集箱、收获割刀、手部安装调节机构和控制系统所组成。移动平台上安装多穴盘自动供苗装置和机械手，机械手上安装移栽末端执行器，机械手上改装收获割刀并放置收集箱，机械手将收割刀具送至螺旋栽培立柱的栽培槽内，螺旋栽培立柱连续转动和收获割刀的向上移动相配合，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜并落入收集箱内。本发明实现利用一套设备对多个螺旋栽培立柱的自动化移栽、收获一体作业；利用多穴盘自动供苗装置实现多穴盘的携带与供应，提高了移栽作业的效率。

Description

自动化叶菜螺旋立柱生产系统

技术领域    

本发明涉及农业装备领域，特别涉及一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统。

背景技术    

立柱栽培通过竖立的栽培柱使栽培由平面向空间扩展，可以充分利用温室空间和太阳能，从而大大提高土地和温室设施利用效率，具有广阔的发展前景。但由于温室生产的栽培立柱一般高2米以上，甚至可达4～5米，立柱的高度决定了人工管理的难度和强度很大，成为限制立柱栽培技术推广的瓶颈问题。而目前的立柱栽培结构一般由多个栽培钵串联成柱体（李止正等.立柱式无土栽培装置. 专利号：97234413.6；付红敏.立体无土栽培体.专利号: 02219790.7；汪晓云等.一种立柱立体无土栽培装置.专利号：ZL03275638.0），或在栽培柱外侧开孔进行作物定植（立柱无土栽培研究初报. 应用与环境生物学报，1995,2（2）：187-188；施昭彰等.农作物立体栽培装置.专利号：ZL00243887.9；程实.立柱式无土立体栽培装置.专利号：ZL200520097341.1；王久兴等.泡沫塑料柱立体无土栽培系统的研制与应用.河北农业大学学报，2003，26（4）：80-84.），由于栽培面不连续，其营养液循环浇灌的难度较大，栽培品种受限，栽培和收获的劳动强度很大，且无法实现机械化作业，因而大大限制了该类立柱栽培的推广应用。李萍萍等提出了螺旋立柱栽培结构（李萍萍，刘继展.可动式螺旋立体花卉栽培系统.专利号：ZL03279436.3），使作物栽培在连续螺旋槽内实现，营养液沿螺旋槽流动回收，同时大大降低了机械化和自动化栽培与收获作业的难度。但上述立柱栽培系统均未实现种/收的机械化和自动化，更未实现全程自动化作业和管理。 

发明内容  

为了克服现有立柱栽培系统的不足，本发明提供一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，实现多个螺旋栽培立柱移栽与收获的自动化作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由多个螺旋栽培立柱、移动平台、多穴盘自动供苗装置、机械手、移栽末端执行器、收集箱、收获割刀、手部安装调节机构和控制系统所组成。移动平台上安装多穴盘自动供苗装置和机械手，机械手上安装移栽末端执行器，通过触摸屏选定移栽作业以及对应的穴盘和螺旋栽培立柱规格，螺旋栽培立柱间歇转动和移栽/收获一体机器人的移栽动作相配合，完成对螺旋栽培立柱的连续移栽作业；机械手上改装收获割刀并放置收集箱，通过触摸屏选定收获作业以及对应的螺旋栽培立柱的规格，机械手将收割刀具送至螺旋栽培立柱的栽培槽内，螺旋栽培立柱连续转动和收获割刀的向上移动相配合，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜并落入收集箱内。

多穴盘自动供苗装置包括机架、滑槽、同步带、携盘滑块、上轴、上同步带轮、托盘、弹性挡块、电机、联轴器、下同步带轮、下轴；机架固定安装于移动平台上，两个滑槽左右对称安装于机架上；上轴和下轴通过滚动轴承水平安装于机架的上部和下部，上轴上左右对称安装两个上同步带轮，下轴上左右对称安装两个下同步带轮，左右两同步带分别与上同步带轮和下同步带轮组成同步带传动；电机固定于移动平台上，并通过联轴器驱动下轴转动，使左右两同步带同时运动；托盘为矩形，插槽侧边与底板的夹角与插槽的弯角一致，每个托盘的插槽侧边分别插入各携盘滑块的插槽内；弹性挡块安装于托盘的开口上。

收获割刀由刃口、安装柄和拨边构成；安装柄与刃口间的夹角与螺旋栽培立柱螺旋栽培槽的剖面夹角一致，拨边位于收获割刀的刀背一侧，拨边与刃口间的夹角与螺旋栽培立柱1螺旋栽培槽的螺旋角相一致。

手部安装调节机构包括安装板、连杆、调节滑块和锁紧螺钉，安装板的底端与机械手的腕部相铰接，机械手的滑槽内安装调节滑块，机械手上连杆的两端分别与安装板的顶端和调节滑块相铰接；调节滑块的螺纹孔内安装锁紧螺钉。

收集箱和多穴盘自动供苗装置可更换安装于移动平台上，安装板与收获割刀的安装柄通过螺钉固定连接；安装板上拆卸收获割刀后，移栽末端执行器可通过安装板安装于机械手的腕部。

本发明的有益效果是，通过移栽/收获配件的更换、控制设定和与螺旋栽培立柱的协调运动，实现利用一套设备对多个螺旋栽培立柱的自动化移栽、收获一体作业；利用多穴盘自动供苗装置实现多穴盘的携带与供应，大大提高了移栽作业的效率。

附图说明   

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的组成结构示意图。

图2为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的穴盘苗移栽作业示意图。

图3为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的叶菜收获作业示意图。

图4为多穴盘自动供苗装置结构示意图。

图5为多穴盘自动供苗装置俯视示意图。

图6为携盘滑块结构示意图。

图7为携盘滑块内部插槽与弹顶销结构示意图。

图8为托盘结构示意图。

图9为收获割刀与手部安装调节机构结构示意图。

图10为自动化叶菜螺旋立柱生产系统移栽/收获作业的控制设定原理示意图。

图中1.螺旋栽培立柱，2.移动平台，3.多穴盘自动供苗装置，4.机械手，5.移栽末端执行器，6.穴盘，7.收集箱，8.收获割刀，9.机架，10.滑槽，11.同步带，12.携盘滑块，13.上轴，14.上同步带轮，15.托盘，16.弹性挡块， 17.电机，18.联轴器，19.下同步带轮，20.下轴，21.插槽，22.弹顶销，23.底板，24.插槽侧边，25.承托侧边，26.凹孔，27.开口,28.刃口，29.安装柄，30.腕部，31.安装板，32.连杆，33.调节滑块，34.锁紧螺钉，35.拨边，36.触摸屏，37.信息数据库，38. 自动移栽协调控制算法，39.自动收获协调控制算法。

具体实施方式   

如图1～图3所示，该自动化叶菜螺旋立柱生产系统由多个螺旋栽培立柱1、移动平台2、多穴盘自动供苗装置3、机械手4、移栽末端执行器5、收集箱7、收获割刀8、手部安装调节机构和控制系统组成。

如图1所示，螺旋栽培立柱1具有螺旋型的栽培槽，并可由电机带动转动。

如图1所示，机械手4固定安装于移动平台2上。

如图4所示，多穴盘自动供苗装置3包括机架9、滑槽10、同步带11、携盘滑块12、上轴13、上同步带轮14、托盘15、弹性挡块16、电机17、联轴器18、下同步带轮19、下轴20、弹顶销22。机架9固定安装于移栽机器人平台1上，两个滑槽10左右对称安装于机架9上。上轴13和下轴20通过滚动轴承水平安装于机架9上，上轴13上左右对称安装两个上同步带轮14，下轴20上左右对称安装两个下同步带轮19，左右两同步带11分别与上同步带轮14和下同步带轮19组成同步带传动。电机17固定于移动平台2上，并通过联轴器18驱动下轴20转动，使左右两同步带11同时运动。

按穴盘6内作物秧苗的高度，多个携盘滑块12两端等距离固定于左右两同步带11上，由同步带11带动升降。如图6和图7所示，携盘滑块12上开设有插槽21，插槽21具有一定弯角，并向下倾斜一定角度。插槽21一侧安装有弹顶销22。如图8所示，托盘15为矩形，插槽侧边24与底板23的夹角与插槽21的弯角一致。插槽侧边24上开有凹孔26，凹孔26在插槽侧边24上的位置与弹顶销22在插槽21内的位置一致。承托侧边25在靠近插槽侧边24一侧留有一定空间而不与插槽侧边24相连。在托盘15的右侧开有开口27，弹性挡块16安装于开口27上，手捏弹性挡块16时可沿开口27移动，手松开后弹性挡块16在开口27内卡住不动。

如图9所示，手部安装调节机构包括安装板31、连杆32、调节滑块33和锁紧螺钉34，安装板31的底端与机械手4的腕部30相铰接，机械手4的滑槽内安装调节滑块33，机械手4上连杆32的两端分别与安装板31的顶端和调节滑块33相铰接。调节滑块33的螺纹孔内安装锁紧螺钉34。

如图9所示，收获割刀8由刃口28、安装柄29和拨边35构成。安装柄29与刃口28间的夹角λ与螺旋栽培立柱1螺旋栽培槽的剖面夹角λ相一致，拨边35位于收获割刀8的刀背一侧，拨边35与刃口28间的夹角σ与螺旋栽培立柱1螺旋栽培槽的螺旋角相一致。

如图10所示，控制系统含有通过触摸屏36、信息数据库37、自动移栽协调控制算法38和自动收获协调控制算法39，其中信息数据库37存储各类穴盘6规格和各类螺旋栽培立柱1规格。选择移栽或收获作业后，控制系统自动选择执行自动移栽协调控制算法38或自动收获协调控制算法39。通过触摸屏36选定穴盘6和螺旋栽培立柱1的规格后，控制系统自动进行自动移栽协调控制算法38或自动收获协调控制算法39中穴盘6规格和螺旋栽培立柱1规格参数的更新。

在叶菜的螺旋立柱栽培生产过程中，首先完成穴盘苗向多个螺旋栽培立柱1的移栽。自动化螺旋立柱栽培生产系统实施移栽作业前，完成下述调整设定工作：

（1）    自动化螺旋立柱栽培生产系统的移动平台2上固定安装多穴盘自动供苗装置3。由图4～图8，将多个托盘15的插槽侧边24分别插入各携盘滑块12的插槽21内，当插槽侧边24插入到位后，弹顶销22顶住插槽侧边24上的凹孔26，实现托盘15的定位，托盘15相对水平面具有一定的倾斜。在每一托盘15内装载一育好秧苗的穴盘6，并将穴盘6靠托盘15的左侧承托侧边25放置，由于托盘15的倾斜和育好秧苗的穴盘6的重力作用，穴盘6同时自动靠紧托盘15的外侧承托侧边25。将弹性挡块16插入开口27，在弹性挡块16靠紧穴盘6后松开，则弹性挡块16卡住不动，从而实现不同大小规格的穴盘6在托盘15内的定位。

（2）    如图9，安装板31上通过多个螺钉固定安装移栽末端执行器5。根据穴盘6和螺旋栽培立柱1的规格，通过松开锁紧螺钉34，移动携盘滑块12，由连杆32带动安装板31绕腕部30转动，从而将移栽末端执行器5的倾斜角度调整至所需角度。

（3）    如图10，通过触摸屏36选定移栽作业以及对应的穴盘6和螺旋栽培立柱1的规格，控制系统完成自动移栽协调控制算法38的设定。

如图1和图2，将移动平台2移动至待移栽的螺旋栽培立柱1附近，机械手4带动移栽末端执行器5在穴盘6内完成取苗和运苗，并将秧苗栽入螺旋栽培立柱1内。机械手4带动移栽末端执行器5返回至穴盘6上方继续取苗和运苗，此时螺旋栽培立柱1转动，使螺旋栽培面上的下一栽培位置转至面向机械手4一侧，同时机械手4带动移栽末端执行器5上升一定距离，使移栽末端执行器5对准该移栽位置将秧苗栽入。如此往复，完成对一螺旋栽培立柱1的移栽作业后，移动平台2继续移动至下一待移栽的螺旋栽培立柱1附近，完成对该螺旋栽培立柱1的移栽。

由图4～图8，当处于移栽取苗位置的上方穴盘6内的秧苗移栽完毕，电机17转动一定角度，通过下同步带轮19、上同步带轮14和同步带11的传动，带动携盘滑块12移动，秧苗移栽完毕的上方穴盘6被送至后侧，而下方相邻携盘滑块12沿滑槽10上移，将下一穴盘6送至移栽取苗位置，实施移栽作业。当该多穴盘自动供苗装置所携带的多个穴盘6内秧苗全部移栽完毕，将空的穴盘6全部取下，电机17转动，使各携盘滑块12重新到达装载育好秧苗的穴盘6的位置，进行多穴盘自动供苗装置3的装载和秧苗的继续移栽作业。

自动化螺旋立柱栽培生产系统实施收获作业前，完成下述调整设定工作：

（1）    如图3，将自动化螺旋立柱栽培生产系统的移动平台2上固定安装的多穴盘自动供苗装置3拆卸下并放置收集箱7。

（2）    将安装板31上固定安装的移栽末端执行器5拆卸下并固定安装收获割刀8。

（3）    如图10，通过触摸屏36选定收获作业以及对应的螺旋栽培立柱1的规格，控制系统完成自动收获协调控制算法39的设定。

移动平台6移动至待收获的螺旋栽培立柱1附近，机械手4将收获割刀8送至螺旋栽培立柱1的栽培槽内，螺旋栽培立柱1转动的同时机械手4带动收获割刀8向上移动，使刃口28沿着螺旋栽培槽上升，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜，割下的叶菜在拨边35的拨动下落入移动平台2上的收集箱7内。待完成对一螺旋栽培立柱1的收获作业后，移动平台2继续移动至下一待收获的螺旋栽培立柱1附近，完成对该螺旋栽培立柱1的收获。

Claims (2)

1.一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，其特征在于: 包括螺旋栽培立柱（1）、移动平台（2）、多穴盘自动供苗装置（3）、机械手（4）、移栽末端执行器（5）、收集箱（7）、收获割刀（8）和手部安装调节机构；

所述多穴盘自动供苗装置（3）包括机架（9）、滑槽（10）、同步带（11）、携盘滑块（12）、上轴（13）、上同步带轮（14）、托盘（15）、弹性挡块（16）、电机（17）、联轴器（18）、下同步带轮（19）、下轴（20）；机架（9）固定安装于移动平台（2）上，两个滑槽（10）左右对称安装于机架（9）上；上轴（13）和下轴（20）通过滚动轴承水平安装于机架（9）的上部和下部，上轴（13）上左右对称安装两个上同步带轮（14），下轴（20）上左右对称安装两个下同步带轮（19），左右两同步带（11）分别与上同步带轮（14）和下同步带轮（19）组成同步带传动；电机（17）固定于移动平台（2）上，并通过联轴器（18）驱动下轴（20）转动，使左右两同步带（11）同时运动；托盘（15）为矩形，插槽侧边（24）与底板（23）的夹角与插槽（21）的弯角一致，每个托盘（15）的插槽侧边（24）分别插入各携盘滑块（12）的插槽（21）内；弹性挡块（16）安装于托盘（15）的开口（27）上；

所述收获割刀（8）由刃口（28）、安装柄（29）和拨边（35）构成；安装柄（29）与刃口（28）间的夹角与螺旋栽培立柱（1）螺旋栽培槽的剖面夹角一致，拨边（35）位于收获割刀（8）的刀背一侧，拨边（35）与刃口（28）间的夹角与螺旋栽培立柱（1）螺旋栽培槽的螺旋角相一致；

手部安装调节机构包括安装板（31）、连杆（32）、调节滑块（33）和锁紧螺钉（34），安装板（31）的底端与机械手（4）的腕部（30）相铰接，机械手（4）的滑槽内安装调节滑块（33），机械手（4）上连杆（32）的两端分别与安装板（31）的顶端和调节滑块（33）相铰接；调节滑块（33）的螺纹孔内安装锁紧螺钉（34）；

收集箱（7）和多穴盘自动供苗装置（3）可更换安装于移动平台（2）上，安装板（31）与收获割刀（8）的安装柄（29）通过螺钉固定连接；安装板（31）上拆卸收获割刀（8）后，移栽末端执行器（5）通过安装板（31）安装于机械手（4）的腕部（30）。

2. 根据权利要求1所述的自动化叶菜螺旋立柱生产系统，其特征在于：还包括控制系统，控制系统内设有信息数据库（37）、自动移栽协调控制算法（38）和自动收获协调控制算法（39），所述信息数据库（37）存储各类穴盘（6）规格和各类螺旋栽培立柱（1）规格。

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