CN103053341B - 排式子叶方向可调式上苗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排式子叶方向可调式上苗装置。目的是提供的上苗装置应能自动对苗盘里的整排的嫁接苗进行定位、断根、夹取、子叶调向操作，将无序的子叶方向自动调整到适于嫁接的方向，并将嫁接苗提供给砧木台和穗木台，为后续的全自动的嫁接作业提高效率。技术方案是：排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述上苗装置包括定位机构、夹持机构以及切苗机构。所述定位机构包括设置在机架上的一组手抓连杆、约束挡板以及安装在夹持机构上的至少一个弧形挡板；所述夹持机构包括一组机械爪以及气缸；所述切苗机构包括一水平布置并由外部执行器驱动的切刀。

Description

排式子叶方向可调式上苗装置

技术领域

本发明涉及果蔬嫁接技术领域，具体是果蔬嫁接机的子叶方向可调式上苗装置。

背景技术

嫁接是一种人工营养繁殖植物的方法，即把一种植物的枝或芽嫁接到另一种植物的茎或根上，使两个部分长成一个完整的植株。而在这两个部分中，通常把开花结果的苗叫穗木，把扎在土中吸收水分营养的苗叫砧木。蔬果的幼苗非常纤细，穗木的直径一般只有1毫米左右，砧木的直径也只有3-4毫米左右，而且蔬菜嫁接的适时期较短，一般只有几天时间，因此操作者需要具有较高技术水准，将两棵幼苗准确快速地嫁接到一起，以提高嫁接苗的成活率，在进行大规模的嫁接作业时更是如此。

嫁接机器人技术是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与设施园艺技术于一体的高新技术。嫁接机器人可在极短时间内，将砧木和穗木的切口嫁接为一体，不仅避免了切口长时间的氧化和苗内液体的流失，可以大大提高嫁接成活率，同时也大大提高了工作效率，对于促进蔬菜瓜果的规模化生产有重要的意义。目前国际上嫁接机械化研究发展到一定阶段，已逐渐由半自动化嫁接向全自动化方向发展。其中，如何实现苗盘中瓜科和葫芦科植物的自动嫁接、上苗以及对其子叶方向进行准确调整，是瓜科苗盘苗全自动嫁接的关键，也是国际研究的先进技术领域。

常规的蔬果嫁接机中，上苗执行器的机械手爪在实施取苗操作时，会受到苗生长随机性的影响，即苗没有足够的垂直形，机械手抓在夹取过程中会有夹取不准确、伤苗等问题，尚待解决。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种排式子叶方向可调式上苗装置；该上苗装置应能自动对苗盘里的整排的嫁接苗进行定位、断根、夹取、子叶调向操作，将无序的子叶方向自动调整到适于嫁接的方向，并将嫁接苗提供给砧木台和穗木台，为后续的全自动的嫁接作业提高效率。

本发明采用的技术方案是：

排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述上苗装置包括定位机构、夹持机构以及切苗机构；

所述定位机构包括设置在机架上的一组手抓连杆、约束挡板以及安装在夹持机构上的至少一个弧形挡板；所述机架的下部制有用于苗盘运动的通道，通道两边的机架上水平固定着所述约束挡板，约束挡板上制有一排朝着嫁接苗布置的定位口；该组手抓连杆分成若干对，各对所述手抓连杆沿着横梁的长度方向排列成一排，每个手抓连杆的下部垂悬布置，上部穿越过横梁后固定着一短连杆；

横梁上设有前述手抓连杆的驱动机构，包括安装在滑槽内并由外部执行器驱动的滑杆、与滑杆铰接的两传动连杆以及分布在横梁前侧、后侧的两条长连杆，两条长连杆各自与一前述传动连杆铰接；在每一对所述手抓连杆中，奇数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆均与同一长连杆铰接；偶数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆均与另一长连杆铰接；

所述夹持机构包括一组机械爪以及气缸；其中第一气缸固定在外部安装轴上，其活塞杆的前端固定有一安装板，所述安装板上固定有第二气缸以及该组机械爪，第二气缸的活塞杆前端固定有一水平布置的推板，该推板与每个机械爪的推杆连接以驱动机械爪工作，机械爪的联动手指上固定着所述弧形挡板以及一导向器，该导向器的两个半弧形导向片分别定位在气爪装置的两个联动手指上；

所述切苗机构包括一水平布置并由外部执行器驱动的切刀，该切刀位于所述约束挡板的上方，切刀的两端安装在机架左右两个立柱的通孔内，切刀上制有一组朝着嫁接苗伸出的切割齿，每个约束挡板的定位口的一侧设有挡块，所述切割齿与挡块配合将嫁接苗切断。

所述机械爪中，手爪安装座固定在所述安装板上，手抓安装座的上下两边相互平行地向前延伸，并在两个延伸段的末端制有一竖板连接上下两边，形成工字形结构，竖板的中间开有一小孔；手爪安装座上下两边的延伸段分别铰接一对可开合的所述联动手指，联动手指的阻力臂分别往前方伸出用于夹持嫁接苗；另有一定位于所述手爪安装座的上下两边延伸段之间的王字形连接架，该连接架两边的支架上各铰接着两个连接臂的一端，每个连接臂的另一端又分别与前述的一个联动手指的动力臂铰接；

所述王字形连接架的中间部位设有一孔洞，有一水平导向杆依次穿过所述竖板上的小孔、王字形连接架的孔洞后与所述推杆连接，该推杆穿过手爪安装座中部的通孔后与所述推板连接；所述水平导向杆的前端制有轴肩，小孔的直径大于轴肩的直径以利于水平导向杆自由滑动，水平导向杆与王字形连接架的孔洞形成滑动配合，并且水平导向杆的轴肩直径大于该孔洞的直径；所述王字形连接架与手爪安装座的连接处分别还开有两个相对应的且内设复位弹簧的安装孔。

所述弧形挡板的数量为至少一个，弧形挡板的一端固定在一对联动手指的其中一个联动手指上，另一端水平伸出并横跨过该对联动手指中的另一联动手指。

所述的每个半弧形导向片均为一竖直往上伸展、底部中间制有一半圆孔的片状半圆柱面，柱面的中部朝上突起而两边往下倾斜。

所述滑杆布置在横梁的右端，滑杆的中心线从左至右依序穿越过各个手抓连杆的竖直轴线。

所述手抓连杆的下部制有至少一根朝着嫁接苗伸出横杆。

所述定位口的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

所述手抓连杆的对数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

所述切割齿的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

所述第一气缸和第二气缸均为双杆气缸。

本发明的工作过程为：工作时，通过外部执行器拉动滑杆，使定位机构的手抓连杆摆动，每一对手抓连杆的两个手抓连杆合拢形成一个开口的三角形姿态，可确保每一排中的每棵嫁接苗约束在各对手抓连杆所属区域范围内；

之后第一气缸推出，使机械爪机构移动到预定的位置，每个机械爪都带有弧形挡板，当到达预定位置时，弧形挡板与之前的开口三角形形成一个封闭的区域，可使嫁接苗完全约束在设计的区域内；接着第二气缸推出，使机械爪闭合抓取嫁接苗；

然后通过外部执行器使切刀工作，对嫁接苗进行断根；然后第一气缸收缩，嫁接苗的子叶在导向器中运动，实现子叶的方向调整。

本发明的有益效果是：本发明可以自动地将需要嫁接的苗进行定位、夹取、切断处理，并可以同时对多株苗进行操作，可以大大提高果蔬嫁接机的自动化水平；本装置可以实现多株瓜科苗的同时自动上苗，对苗盘里无序的嫁接苗子叶方向进行自动定向调整，不仅结构简单而且效果明显，为高效全自动嫁接机的设计奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图之一。

图2是本发明的立体结构示意图之二。

图3是本发明中夹持机构的立体结构示意图之一。

图4是本发明中夹持机构的立体结构示意图之二。

图5是本发明中机械爪的立体结构示意图之一。

图6是本发明中机械爪的立体结构示意图之二。

图7是图6中手爪安装座的立体结构示意图。

图8是图6中王字形连接架与连接臂的连接结构示意图。

图9是图6中弧形挡板的结构示意图。

图10是图6中王字形连接架的剖视示意图。

图11本发明中机械爪的剖视结构示意图。

图12是本发明中机械爪的结构原理图。

图13是本发明中水平导向杆的结构示意图。

图14是本发明中定位机构的立体结构示意图之一。

图15是本发明中定位机构的立体结构示意图之二。

图16是本发明中定位机构的立体结构示意图之三。

图17是本发明中手抓连杆实施例一的立体结构示意图。

图18是本发明中手抓连杆实施例二的立体结构示意图。

图19是本发明中安装板的立体结构示意图。

图20是本发明中约束挡板的立体结构示意图。

图21是本发明中切刀的立体结构示意图。

图22是本发明中手抓连杆驱动机构的工作原理示意图之一（初始状态）。

图23是本发明中手抓连杆驱动机构的工作原理示意图之三（调整状态）。

图24是本发明中定位机构的工作原理示意图之一（初始状态）。

图25是本发明中定位机构的工作原理示意图之二（调整状态）。

图26是本发明中定位机构的工作原理示意图之三（切苗状态）。

注：为清楚地表现结构，图3-图26中对各部件进行了不同程度的放大。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-2所示，排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述上苗装置包括定位机构、夹持机构以及切苗机构。

所述定位机构包括设置在机架2上的一组手抓连杆20、约束挡板18以及安装在夹持机构上的至少一个弧形挡板14。所述机架的下部制有用于苗盘1运动的通道4，通道两边的机架上水平固定着所述约束挡板，约束挡板上制有一排朝着嫁接苗布置的定位口18-1，所述定位口的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量（通常等于嫁接苗1-1数量，图中为5个定位口）。每根手抓连杆的下部制有至少一根朝着嫁接苗伸出横杆25（推荐两根，横杆与手抓连杆垂直），该组手抓连杆分成若干对（图中为5对，每一对手抓连杆的两根手抓连杆分布在定位口两侧，对应一根嫁接苗），各对所述手抓连杆沿着横梁的长度方向排列成一排，每个手抓连杆的下部垂悬布置，上部穿越过横梁后固定着一短连杆24。

所述横梁上设有前述手抓连杆的驱动机构，包括安装在滑槽内并由外部执行器（带动滑杆往复运动，常规执行器，可外购，例如曲柄滑块机构，图中省略不画）驱动的滑杆23、与滑杆铰接的两传动连杆22以及分布在横梁前侧、后侧的两条长连杆21，两条长连杆各自与一前述传动连杆铰接（如图1、2、14、15、16所示）。滑杆位于机架横梁的中心线位置，两传动连杆对称布置在滑杆两侧。如图所示，所述滑杆布置在横梁的右端，滑杆的中心线从左至右依序穿越过各个手抓连杆的竖直轴线；按照穿越的先后顺序，最靠近滑杆的手抓连杆为编号为Ⅰ，之后依序为编号Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ…Ⅹ（图中有5对手抓连杆），奇数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆朝后布置且均与横梁后侧的长连杆铰接；偶数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆朝前布置且均与横梁前侧的长连杆铰接（靠近苗盘的一侧为前侧）。

如图22-26所示，初始状态下，各手抓连杆的横杆平行且均指向苗盘方向，各手抓连杆顶部的短连杆与长连杆垂直。当滑杆向外运动时，通过传动连杆和长连杆拉动短连杆，使得手抓连杆的横臂摆动一定角度；由于奇数位置的短连杆和偶数位置的短连杆朝向不同，因此会使得每一对手抓连杆中两个手抓连杆的横杆围拢，将嫁接苗初步限定在两个手抓连杆之间。显然，所有手抓连杆之间为同步运动。

如图3、4所示，所述夹持机构包括一组机械爪以及两个气缸。其中第一气缸5固定在外部安装轴3上，其活塞杆的前端固定有一安装板6，所述安装板上固定有第二气缸7以及该组机械爪，当第一气缸的活塞杆伸长时，安装板带动第二气缸一起运动，为保持运动的稳定性，所述第一气缸和第二气缸均为双杆气缸。

第二气缸的活塞杆前端固定有一水平布置的推板8（伸展方向与机架的横梁平行），该推板与每个机械爪的推杆9连接以驱动各机械爪同步工作。

所述机械爪中，手爪安装座10固定在所述安装板上，手抓安装座的上下两边相互平行地向前延伸，并在两个延伸段的末端制有一竖板10-1连接上下两边，形成工字形结构，竖板的中间开有一小孔10-2；手爪安装座上下两边的延伸段分别铰接一对可开合的所述联动手指11，联动手指的阻力臂11-1分别往前方伸出用于夹持嫁接苗；另有一定位于所述手爪安装座的上下两边延伸段之间的王字形连接架16，该连接架两边的支架上各铰接着两个连接臂13的一端，每个连接臂的另一端又分别与前述的一个联动手指的动力臂11-2铰接。

所述王字形连接架的中间部位设有一孔洞21，有一水平导向杆15依次穿过所述竖板上的小孔10-2、王字形连接架的孔洞21后与所述推杆9连接，该推杆穿过手爪安装座中部的通孔10-3后与所述推板连接。所述水平导向杆的前端制有轴肩（轴肩部位的直径大于其他部位），小孔的直径大于轴肩的直径以利于水平导向杆自由滑动（该水平导向杆对王字形连接架导向），水平导向杆与王字形连接架的孔洞形成滑动配合，并且水平导向杆的轴肩直径大于该孔洞的直径。因此当第二气缸的活塞杆带动推杆、水平导向杆朝后收缩时，王字形连接架在轴肩的作用下会向后一起运动，通过连接臂拉动两对联动手指开启。所述王字形连接架与手爪安装座的连接处分别还开有两个相对应的且内设复位弹簧17-1的安装孔17，所述复位弹簧连接王字形连接架与手爪安装座，对王字形连接架施予一个复位闭合的力；当联动气爪气缸的活塞杆朝前伸出时，轴肩不再对王字形连接架施加向后的压力，复位弹簧推动王字形连接架朝前复位，从而使联动手指闭合。

机械爪的联动手指上固定着所述弧形挡板以及一导向器，该导向器的两个半弧形导向片12分别定位在气爪装置的两个联动手指上。所述的每个半弧形导向片均为一个底面为半圆环状且竖直往上伸展、底部中间制有一半圆孔的片状半圆柱面，该片状体上端面的中心突起而两边往下倾斜；该对半弧形导向片组成的导向器为一上端面具有两个突起的圆环体，同时该圆环体上端面还形成两个向下的凹陷，这两个凹陷的连线方向为嫁接苗子叶调整后的方向，通常该方向与双杆气缸的伸缩方向相同。

所述弧形挡板的数量为至少一个，位于手爪安装座上侧的一对联动手指和下侧的一对联动手指之间，当数量为一个时（如图6所示），可以安装在手爪安装座上侧的一对联动手指或者下侧的一对联动手指上，弧形挡板的一端固定在上侧或下侧联动手指的其中一个联动手指上，另一端水平伸出并横跨过该对联动手指中的另一联动手指。推荐采用两个弧形挡板，两个弧形挡板位于手爪安装座上侧的一对联动手指和下侧的一对联动手指之间，两弧形挡板上下对应，上侧弧形挡板的一端固定在手爪安装座上侧的其中一个联动手指的底面，另一端水平伸出并横跨过手爪安装座上侧的另一联动手指；下侧弧形挡板的一端固定在手爪安装座下侧的其中一个联动手指的顶面，该联动手指与前述固定上侧弧形挡板的联动手指上下对应，下侧弧形挡板的另一端水平伸出并横跨过手爪安装座下侧的另一联动手指。

所述切苗机构包括一水平布置并由外部执行器驱动的切刀19（外部切割器带动切刀往复运动，常规机构，可以外购获得，例如曲柄滑块机构，图中省略不画），该切刀位于所述约束挡板的上方，切刀的两端安装在机架左右两个立柱的通孔内，切刀上制有一组朝着嫁接苗伸出的切割齿19-1，每个约束挡板的定位口的一侧设有挡块18-2，所述切割齿与挡块配合将嫁接苗切断。所述切割齿的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量（通常等于嫁接苗的数量）。

Claims (10)

1.排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述上苗装置包括定位机构、夹持机构以及切苗机构；

所述定位机构包括设置在机架（2）上的一组手抓连杆（20）、约束挡板（18）以及安装在夹持机构上的至少一个弧形挡板（14）；所述机架的下部制有用于苗盘（1）运动的通道（4），通道两边的机架上水平固定着所述约束挡板，约束挡板上制有一排朝着嫁接苗布置的定位口（18-1）；该组手抓连杆分成若干对，各对所述手抓连杆分别沿着横梁的长度方向排列成一排，每个手抓连杆的下部垂悬布置，上部穿越过横梁后固定着一短连杆（24）；

横梁上设有前述手抓连杆的驱动机构，包括安装在滑槽内并由外部执行器驱动的滑杆（23）、与滑杆铰接的两传动连杆以及分布在横梁前侧、后侧的两条长连杆（21），两条长连杆各自与一前述传动连杆（22）铰接；在每一对所述手抓连杆中，奇数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆均与同一长连杆铰接；偶数位置的手抓连杆，其顶部的短连杆均与另一长连杆铰接；

所述夹持机构包括一组机械爪以及气缸；其中第一气缸（5）固定在外部安装轴（3）上，其活塞杆的前端固定有一安装板（6），所述安装板上固定有第二气缸（7）以及该组机械爪，第二气缸的活塞杆前端固定有一水平布置的推板（8），该推板与每个机械爪的推杆（9）连接以驱动机械爪工作，机械爪的联动手指（11）上固定着所述弧形挡板以及一导向器，该导向器的两个半弧形导向片（12）分别定位在机械爪的两个联动手指上；

所述切苗机构包括一水平布置并由外部执行器驱动的切刀（19），该切刀位于所述约束挡板的上方，切刀的两端安装在机架左右两个立柱的通孔内，切刀上制有一组朝着嫁接苗伸出的切割齿（19-1），每个约束挡板的定位口的一侧设有挡块（18-2），所述切割齿与挡块配合将嫁接苗切断。

2.根据权利要求1所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述机械爪中，手爪安装座（10）固定在所述安装板上，手抓安装座的上下两边相互平行地向前延伸，并在两个延伸段的末端制有一竖板（10-1）连接上下两边，形成工字形结构，竖板的中间开有一小孔（10-2）；手爪安装座上下两边的延伸段分别铰接一对可开合的所述联动手指（11），联动手指的阻力臂（11-1）分别往前方伸出用于夹持嫁接苗（1-1）；另有一定位于所述手爪安装座的上下两边延伸段之间的王字形连接架（16），该连接架两边的支架上各铰接着两个连接臂（13）的一端，每个连接臂的另一端又分别与前述的一个联动手指的动力臂（11-2）铰接；

所述王字形连接架的中间部位设有一孔洞（21），有一水平导向杆（15）依次穿过所述竖板上的小孔（10-2）、王字形连接架的孔洞（21）后与所述推杆（9）连接，该推杆穿过手爪安装座中部的通孔（10-3）后与所述推板连接；所述水平导向杆的前端制有轴肩，小孔的直径大于轴肩的直径以利于水平导向杆自由滑动，水平导向杆与王字形连接架的孔洞形成滑动配合，并且水平导向杆的轴肩直径大于该孔洞的直径；所述王字形连接架与手爪安装座的连接处分别还开有两个相对应的且内设复位弹簧（17-1）的安装孔（17）。

3.根据权利要求1或2所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述弧形挡板（14）的数量为至少一个，弧形挡板的一端固定在一对联动手指的其中一个联动手指上，另一端水平伸出并横跨过该对联动手指中的另一联动手指。

4.根据权利要求3所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述的每个半弧形导向片均为一竖直往上伸展、底部中间制有一半圆孔的片状半圆柱面，柱面的中部朝上突起而两边往下倾斜。

5.根据权利要求4所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述滑杆布置在横梁的右端，滑杆的中心线从左至右依序穿越过各个手抓连杆的竖直轴线。

6.根据权利要求5所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述手抓连杆的下部制有至少一根朝着嫁接苗伸出横杆（25）。

7.根据权利要求6所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述定位口的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

8.根据权利要求7所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述手抓连杆的对数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

9.根据权利要求8所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述切割齿的个数大于或等于一排嫁接苗中嫁接苗的数量。

10.根据权利要求9所述的排式子叶方向可调式上苗装置，其特征在于：所述第一气缸和第二气缸均为双杆气缸。

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