CN103975676B - 穴盘苗移栽机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穴盘苗移栽机械手。包括机械手、垂直升降机构、旋转机构、伸缩机构、PLC控制器；所述升降机构与旋转机构与伸缩机构的顶端连接，所述机械手安装在伸缩机构的底端；所述升降机构、旋转机构、伸缩机构均与PLC控制器信号连接；所述伸缩机构与所述旋转机构之间有夹角。本发明穴盘苗移栽机械手取苗可达80～100棵/分钟，效率是人工移栽秧苗的6～8倍，该移栽机体积相对较小，结构简单、价格低廉，抓取穴盘苗模拟手指的动作，运动轨迹灵活可靠，适应不同根系结构的蔬菜钵苗的抓取，能够满足不同穴盘结构、穴格的间距、取苗效率和并排取苗的要求，可靠性和灵活性较高，不易伤苗。

Description

穴盘苗移栽机械手

技术领域

本发明涉及一种农业机械自动移栽技术领域，具体说是一种穴盘苗移栽机械手以及利用该机械手制成的自动移栽装置。

背景技术

为了保证作物有适当的生长环境，秧苗需要进行移栽。手工移栽秧苗虽然简单，但生产效率不高，作业量非常巨大。近年来，随着我国设施农业的迅速发展，秧苗移栽量与日俱增，而劳动力短缺和劳动力成本提高的矛盾日益突出，人工移栽秧苗的平均速度一般为10～15棵/分钟，连续工作会使人疲劳，很难长久保持高效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、取苗质量可靠、经济适用的穴盘苗移栽机械手。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述穴盘苗移栽机械手制成的自动移动装置，通过对机械手、穴盘定位进行设计和实施控制，实现对温室穴盘苗的自动化移栽。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种穴盘苗移栽机械手，包括机械手、垂直升降机构、旋转机构、伸缩机构、PLC控制器；所述升降机构与旋转机构与伸缩机构的顶端连接，所述机械手安装在伸缩机构的底端；所述升降机构、旋转机构、伸缩机构均与PLC控制器信号连接；所述伸缩机构与所述旋转机构之间有夹角。

进一步地，所述垂直升降机构包括垂直升降气缸、立柱和连接板，所述垂直升降气缸与立柱的底端连接，所述连接板设在所述立柱的顶端；所述连接板与所述旋转机构连接。采用此结构，能够较好地防止旋转钢的转动，保证机械手在运动过程中的稳定性和运动的刚度。

进一步地，所述旋转机构包括旋转气缸、凸台，所述凸台与所述垂直升降机构连接，所述旋转气缸设在凸台上并在凸台旋转。

进一步地，所述机械手包括取苗针、以及外壳体，所述取苗针的一端与伸缩机构连接，所述取苗针的另一端沿着外壳体的轴向伸出或缩回外壳体；所述外壳体的顶部与所述伸缩机构连接。

进一步地，所述伸缩机构的中心轴线与所述旋转机构的中心轴线之间形成30-60°夹角。这样有利于取苗针插入穴盘中取苗。

为了解决上述另一目的，本发明所采用的技术方案为：利用上述穴盘苗移栽机械手制成的自动移栽装置，包括所述穴盘苗移栽机械手和穴盘定位平台，所述穴盘定位平台包括可移动的平台本体，在平台本体上设有穴盘；取苗时，所述穴盘苗移栽机械手中的机械手插入所述穴盘中。

进一步地，所述可移动的平台本体包括驱动装置、传动链、横向支架、纵向支架、托架，在横向支架上设有沿横向支架轴向设置的横向滑轨，所述纵向支架设有第一滑块，所述纵向支架通过第一滑块安装在横向滑轨上；在所述纵向支架上设有沿纵向支架轴向设置的纵向滑轨，所述托架上设有第二滑块，所述托架通过第二滑块安装在所述纵向滑轨上；所述第一滑块、第二滑块均通过传动链与驱动装置连接。

本发明自动移栽装置的工作原理：首先机械手进给运动，即由初始点运动到取苗点，运动过程包括升降运动和水平运动，根据穴盘苗的大小，控制升降运动和水平运动的距离。机械手运动到取苗点后保持合适的取苗姿态; 然后机械手的两根针在伸缩机构的推动下伸出并以30~60°的方向插入穴盘中取苗，接着机械手转动90°，即机械手由取苗点运动到投苗点，在投苗点取苗针退回，钵苗被机械手外壳体的挡板结构与取苗针分离并在穴盘苗的重力作用下进入导苗管，完成一次取苗循环。当机械手再次运动到取苗点时，穴盘在二维定位平台的控制下穴盘苗向前移动一个穴位，机械手完成又一次取苗回到起点。机械手和穴盘定位平台相配合依次完成整个穴盘的取苗、投苗动作。考虑到穴盘的结构、相邻穴格的间距，以及穴盘苗的大小不同，针扎式取苗针可以根据钵苗的大小及时调节更换，取苗稳定，不易伤根。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明穴盘苗移栽机械手结构简单，合理，取苗稳定可靠；制作成本低，取苗可达80～100棵/分钟，效率较手工取苗提高6～8倍，从而能提高生产效率，降低用工成本；适应农业生产较为恶劣的作业环境。此外，该穴盘苗移栽机械手体积小，抓取穴盘苗能模拟手指的动作，运动轨迹灵活可靠，能适应不同根系结构的蔬菜钵苗的抓取。

本发明自动移栽装置，同时利用了穴盘苗移栽机械手的取苗稳定可靠，以及穴盘定位平台的可靠定位，将穴盘苗移栽机械手与穴盘定位平台相互配套使用，能够满足不同穴盘结构、穴格的间距、取苗效率和并排取苗的要求，可靠性和灵活性较高，对中小型农户均适用。

附图说明

图1为本发明穴盘苗移栽机械手的结构示意图。

图2为本发明自动移栽装置的结构示意图。

图3为本发明中穴盘定位平台的结构示意图。

图4为本发明中PLC控制电路接线图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的与优点，下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步说明。

如图1至图4所示，一种穴盘苗移栽机械手，包括机械手、垂直升降机构、旋转机构、伸缩机构、PLC控制器；升降机构与旋转机构与伸缩机构的顶端连接，机械手安装在伸缩机构的底端；升降机构、旋转机构、伸缩机构均与PLC控制器信号连接；伸缩机构与旋转机构之间有夹角。其中，

垂直升降机构包括垂直升降气缸1、立柱2和连接板，垂直升降气缸1与立柱2的底端连接，连接板设在立柱2的顶端；连接板与旋转机构连接。这样立柱2就能随着升降气缸1上下运动，同时带动连接板上下运动，从而带动连接板上方的旋转机构上下运动；采用立柱2和连接板的结构，能够保证机械手在运动过程中的稳定性和运动的刚度。

旋转机构包括旋转气缸3、凸台，凸台设在连接板的上表面上，旋转气缸3设在凸台上并且工作时能在凸台旋转。在旋转气缸3的上面设有连接元件7，伸缩气缸4通过连接元件7与旋转气缸3连接。

伸缩机构为伸缩气缸4。

伸缩气缸4负责取苗针5的伸缩推进动作，完成穴盘中钵苗的抓取；升降机构是在升降气缸1的推动下完成机械手垂直方向的升降动作；旋转机构是在旋转气缸3的作用下完成从取苗点到投苗点的旋转定位动作，旋转角度90°。

机械手包括两根取苗针5、以及外壳体6，外壳体6是由四块铝合金板连接而成的矩形壳体，主要起固定取苗针、退苗及投苗作用。外壳体6底部的矩形孔能保证钵苗能够顺利落下，完成投苗动作。取苗针5的一端与伸缩气缸4连接，取苗针5的另一端沿着外壳体6的轴向伸出或缩回外壳体6。为了调节取苗针的角度，在外壳体6内部设有取苗针调节器。

伸缩气缸4的中心轴线与旋转机构的中心轴线之间形成30-60°夹角。两根取苗针5在气缸的推动下伸出并以30~60°的方向插入苗钵这样的角度将钵苗夹持可以保证钵苗不滑落，这样的设计结构简单紧凑，提高了机械手抓取的适应性，针对不同的钵苗抓取效率高，不伤苗。

一种自动移栽装置，包括上述穴盘苗移栽机械手和穴盘定位平台，穴盘定位平台包括可移动的平台本体14。

上述可移动的平台本体14为二维定位平台，包括驱动装置、传动链、横向支架8、纵向支架9、托架12，在托架12上设有穴盘13；取苗时，穴盘苗移栽机械手中的机械手插入穴盘13中。

在横向支架8上设有沿横向支架8轴向设置的横向滑轨10，纵向支架9设有第一滑块，纵向支架9通过第一滑块安装在横向滑轨10上；在纵向支架9上设有沿纵向支架9轴向设置的纵向滑轨11，托架12上设有第二滑块，托架12通过第二滑块安装在纵向滑轨上；第一滑块、第二滑块均通过传动链与驱动装置连接。驱动装置为体积小、重量轻并带有伺服电机。上述传动链有两个，均为滚珠丝杆；在每个滚珠丝杆上分别设有螺母；它是把伺服电机的动力转换成滑块的移动机构。

可移动的平台本体的工作原理：电机输出通过行星齿轮减速后驱动滚珠丝杆转动，旋转运动变成了滚珠丝杆上螺母的直线运动。第一滑块、第二滑块分别对应一个滚珠丝杆，并且第一滑块、第二滑块分别与其对应的螺母固联在一起，从而驱动两滑轨上的滑块移动。上述横向滑轨10和纵向滑轨11形成十字交叉导轨，用来实现给定滑块直线运动轨迹的导向装置，有较高的传动精度和可靠性。

穴盘苗移栽机械手的工作过程：首先机械手进给运动，即由初始点运动到取苗点，运动过程包括升降运动和水平运动，根据穴盘苗的大小，控制升降运动和水平运动的距离。机械手运动到取苗点后保持合适的取苗姿态; 然后机械手的两根取苗针5在伸缩气缸4的推动下伸出外壳体6并以30~60°的方向插入穴盘中取钵苗，然后机械手在升降气缸1的作用下上升一定高度，使钵苗脱离穴盘，接着机械手在旋转气缸3的作用下顺时针转动90°，即机械手由取苗点运动到投苗点，在投苗点机械手两根机械手指退回，钵苗被外壳体6挡住后与机械手指分离，并在穴盘苗的重力作用下进入导苗管，完成一次取苗循环。当机械手再次运动到取苗点时即在旋转气缸3的作用下逆时针转动90°，穴盘在二维定位平台的作用下使穴盘苗向前移动一个穴位，机械手完成又一次取苗回到起点。机械手和穴盘定位平台相配合依次完成整个穴盘的取苗、投苗动作。考虑到穴盘的结构、相邻穴格的间距，以及穴盘苗的大小不同，针扎式取苗机械手指部分可以根据钵苗的大小及时调节更换，取苗稳定，不易伤根。

本发明中的升降机构、旋转机构以及伸缩机构均是由相对应的气缸工作的，气压传动的优点是:不用增速机构就能获得较高的运动速度，这正是简易型机械手的一项主要性能；气源方便，空气泄漏无害，因此对管路要求低，适应易爆、易燃等恶劣环境；结构简单，保养成本低；可将水平气缸和升降气缸1做成手臂的一部分，结构简单，刚性好。

本发明中是通过PLC控制器发出相应的运动信号给相对应的升降机构、旋转机构以及伸缩机构的；具体为：

采用PLC 控制气动执行机构完成动作, 同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，通过行程开关实现机械手的定位。自动控制装置保证取苗针5能准确的投入穴盘的种穴中，保证种苗的准确夹持。

该机械手的所有动作均是由气动完成，它的上升和下降、左转和右转均采用三位五通电磁阀分别控制升降气缸1和旋转气缸3运动完成。机械手的取苗、投苗采用电磁阀控制水平气缸运动完成。机械手各动作的转换靠限位开关来控制，限位开关对机械手进行下降、上升、右转、左转等动作的限位，并给出动作到位的信号。而机械手指部分的取苗、投苗动作的转换由时间继电器来控制。

工作要求：

1、动作顺序依次是：左转90°、下降、取苗、上升、右转90°、投苗；左转和右转动作由90°旋转气缸3完成，上升和下降由升降气缸1完成，取苗和投苗由伸缩气缸4完成；

2、时间间隔：时间间隔先长一点，调试以后再缩短；

3、机械手各动作的转换靠限位开关来控制；

4、停止与复位 a.停止：程序开始以后是无限循环，按停止以后，程序继续走完一个循环才能结束 b.急停：按急停以后，立刻停止，再按复位完成循环。

当旋转开关打到手动状态时，通过开关SA来控制相应的继电器从而控制相应的气缸达到要求的动作。SA1为控制垂直升降气缸1的开关，SA2为控制旋转气缸3的开关，SA3为控制伸缩气缸4的开关。按下开关SA1,垂直升降气缸1下降，按下开关SA2,旋转气缸3左旋90°，按下开关SA3,伸缩气缸4伸出。

当旋转开关打到自动状态时，按下启动按钮SB1,由PLC控制器控制继电器动作；按下停止按钮SB2，机械手停止在当前工作状态；按下复位按钮SB3，机械手回复到设定的初始工作位置。

Claims (7)

1.一种穴盘苗移栽机械手，其特征在于：包括机械手、垂直升降机构、旋转机构、伸缩机构、PLC控制器；所述升降机构顶端连接旋转机构，旋转机构顶端连接伸缩机构，所述机械手安装在伸缩机构的底端；所述升降机构、旋转机构、伸缩机构均与PLC控制器信号连接；所述伸缩机构与所述旋转机构之间有夹角；所述机械手包括取苗针、以及外壳体，所述取苗针的一端与伸缩机构连接，所述取苗针的另一端沿着外壳体的轴向伸出或缩回外壳体；所述外壳体的顶部与所述伸缩机构连接。

2.根据权利要求1所述的穴盘苗移栽机械手，其特征在于：所述垂直升降机构包括垂直升降气缸、立柱和连接板，所述垂直升降气缸与立柱的底端连接，所述连接板设在所述立柱的顶端；所述连接板与所述旋转机构连接。

3.根据权利要求1所述的穴盘苗移栽机械手，其特征在于：所述旋转机构包括旋转气缸、凸台，所述凸台与所述垂直升降机构连接，所述旋转气缸设在凸台上并在凸台旋转。

4.根据权利要求1所述的穴盘苗移栽机械手，其特征在于：所述伸缩机构的中心轴线与所述旋转机构的中心轴线之间形成30-60°夹角。

5.利用权利要求1至4中任一项所述的穴盘苗移栽机械手制成的自动移栽装置，其特征在于：包括所述穴盘苗移栽机械手和穴盘定位平台，所述穴盘定位平台包括可移动的平台本体，在平台本体上设有穴盘；取苗时，所述穴盘苗移栽机械手中的机械手插入所述穴盘中。

6.根据权利要求5所述的自动移栽装置，其特征在于：所述可移动的平台本体包括驱动装置、传动链、横向支架、纵向支架、托架，在横向支架上设有沿横向支架轴向设置的横向滑轨，所述纵向支架设有第一滑块，所述纵向支架通过第一滑块安装在横向滑轨上；在所述纵向支架上设有沿纵向支架轴向设置的纵向滑轨，所述托架上设有第二滑块，所述托架通过第二滑块安装在所述纵向滑轨上；所述第一滑块、第二滑块均通过传动链与驱动装置连接。

7.根据权利要求6所述的自动移栽装置，其特征在于：所述驱动装置为伺服电机。