CN105366259A - 一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车 - Google Patents

Abstract

一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，包括机架、取放装置、升降装置、摆放机构、行走机构和控制系统。取放装置包括抓取手指、传动链机构和无动力滚筒机构等，实现幼苗盘取放；升降装置包括导向机构、链传动机构和张紧机构等，实现取放装置的上下移动和幼苗盘的立体摆放；摆放机构包括支架和支撑板，成对的支撑板等间距放置；行走机构采用对称分布的四轮轮系结构，两主动轮用直流减速电机定向差速控制，实现行走和转向；控制系统包括装载系统和行走系统，由单片机和多种传感器等组成。本设计通过检测控制系统的信号实现搬运车的自动装载和循迹行驶。本发明实现工厂化育苗中幼苗盘装卸和运输的一体化，能够完成幼苗盘的自动搬运。

Description

一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车

技术领域

本发明涉及一种幼苗盘自动搬运车，尤其是一种适用于工厂化育苗企业的基于双链传动的幼苗盘自动搬运车。

背景技术

在工厂化种植中，自动嫁接机、育苗箱、自动播种系统、环境控制系统等自动化机械得到广泛运用。但是在这些农业机械之间，幼苗盘的搬运主要依靠手工完成，机械化程度不高，效率低且成本高。国外对搬运装置研究较多，大部分通过人力把幼苗盘搬运到搬运车上，或者成排垛齐，然后再由牵引车或者人力把搬运车运走。但是这些结构复杂，价格昂贵，在小规模企业中很难得到应用。所以结合机械自动化的发展趋势，我国很需要一种能够实现幼苗盘在播种机、育苗箱、输送带之间装卸、运输工作的机械搬运设备。实现幼苗盘搬运作业的自动装卸和运输，对提高生产效率、减少劳动力、减小生产成本有重要意义。

发明内容

一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，包括机架、取放装置、升降装置、摆放机构、行走机构和控制系统；

所述取放装置由机架、内侧链传动机构、外侧链传动机构、抓取手指、无动力滚筒机构、步进电机、同步带传动机构和涡轮蜗杆减速器组成，所述传动链机构由齿轮、链条、轴承和传动轴等组成，分别安装在取放装置两侧，且内外侧传动链装置相对安装，通过同步带同步运动，所述抓取手指设计为“Z”字型，抓取手指通过直板链扣与内外侧传动链铰接，分别固定在内外侧传动链上，且每侧传动链连接两个抓取手指，两个抓取手指相对安装，所述无动力滚筒机构由无动力滚筒和机架组成，将无动力滚筒均布在机架上，通过螺母固定到机架，用于承载托盘；所述涡轮蜗杆减速器与主动轴相连，所述步进电机输出轴为D型，通过涡轮蜗杆减速器连接到主传动轴上，向取放装置提供动力；

所述升降装置由导向机构、链传动机构、涡轮蜗杆减速器和步进电机组成，所述导向机构由横向导向轮、导向板、纵向导向轮组成，导向板一端通过螺钉固定到取放装置上，另一端通过螺栓与传动链条连接，横向导向轮能防止因装卸时重力分布不均而产生的横向倾斜，纵向导向轮能防止取放装置的纵向倾斜，所述链传动机构由链轮、传动链条、传动轴组成，传动链通过弯板链扣与导向板连接，链传动机构与导向机构连接后对称分布在取放装置两侧；

所述摆放机构由机架和支撑板组成，成对的支撑板等间距安装在支架两侧，用于支撑幼苗盘；

所述移动机构包括机架、车轮、直流电机、转动轴、联轴器，所述车轮通过转动轴安装在机架底端，按矩形布置形成四轮机构，所述直流电机通过联轴器与转动轴连接，每个直流电机控制一个车轮，通过单独控制每个电机可以实现前后和左右转弯；

所述行走机构包括车架、车轮、直流减速电机、联轴器、轴承、转动轴、磁导航传感器和超声波距离传感器，所述车体采用对称分布的四轮轮系结构，成矩形布置，所述从动轮采用转向轴承，可以万向转动，所述主动轮通过轴承、联轴器与直流减速电机相连，然后固定到车架上，两主动轮采用定向差速控制，实现搬运车的前进、后退和转向；

所述控制系统包括装载系统控制和行走系统控制，所述装载系统由单片机、步进电机驱动器、霍尔位置传感器和红外对射式开关传感器组成，所述红外开关对射式传感器的发射和接收端分别安装在搬运装置机架前端对应两个平面上，且与抓取手指等高，所述霍尔位置传感器I安装在取放装置底部，磁钢安装在内侧传动链条上，通过霍尔传感器定位抓取手指的初始位置，霍尔传感器II、III安装在升降装置中导向杆的两端，磁钢安装在导向板上下两端，升降装置通过霍尔传感器定位取放装置上下移动的极限位置，所述单片机模块通过I/O口与步进电机驱动器、传感器模块连接，所述单片机模块通过步进电机驱动器间接驱动电机带动装置运动，所述传感器模块使用串口通信，把信号传给单片机模块，实现反馈控制，所述行走系统由单片机、直流减速电机驱动器、磁导航传感器和超声波距离传感器组成，所述单片机模块通过直流减速电机驱动器间接驱动电机带动行走系统直线运动，所述单片机模块通过控制直流减速电机I和直流减速电机II的转速不同实现差速转向，所述磁导航传感器和超声波距离传感器对称安装在车体的前后中心线位置，通过螺钉固定在车架上，所述磁导航传感器将磁条信息的检测反馈给单片机模块，单片机模块信息处理控制驱动电机转动实现路径偏转和循迹行驶。所述单片机模块通过机架上霍尔传感器的检测信号控制行走系统的启停。

所述取放装置中，抓取手指I、II、III和IV通过直板链扣固定到内外侧链上，抓取手指两孔之间的距离等于内外侧传动链的竖直位置差，四个抓取手指成矩形对称布置，当内外侧传动链做同速同向运动时，抓取手指在自身平面内做平移运动；

所述升降机装置的导向机构通过螺钉与取放装置连接，保证取放装置平稳上下移动，通过链传动机构运动为取放装置上下移动提供动力，驱动取放装置沿着导向杆运输。

本发明的优点是：

根据工厂化育苗和我国国情对机械自动化的要求，设计了一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车。抓取手指采用“Z”型结构，抓取穴盘，无动力滚筒承接并横向输送穴盘，双链升降装置上下移动穴盘，行走系统控制搬运车行驶路径，操作简单，成本低，小型化，效率高，能够自动完成幼苗盘的搬运作业。

附图说明：

图1为本发明的整体装备图；

图2为本发明的取放装置示意图；

图3为本发明的抓取手指连接状态图；

图4为本发明的取放装置的链传动示意图；

图5为本发明的升降装置的导向机构示意图；

图6为本发明的升降装置示意图；

图7为本发明的幼苗盘自动搬运车和育苗箱的配合搬运图；

其中，1、机架，2、幼苗盘，2-1、托盘，2-2、苗盘，3、摆放机构，4、升降装置，4-1、从动链传动机构，4-2、导向机构，4201、横向导向轮，4202、纵向导向轮，4203固定板，4204导向板，4-3、霍尔位置传感器，4-4、减速电机，4-5、主动链传动机构，4-6、涡轮蜗杆减速器，5、取放装置，501、无动力滚筒机构，502、抓取手指，503、轴承，504、内侧链传动机构，505、步进电机，506、涡轮蜗杆减速器，507外侧链传动机构，508、同步带传动机构，6、红外对射式传感器，7、车架，8、从动轮机构，9、主动轮机构，10、直流减速电机，11、磁导航传感器，12、超声波距离传感器

具体实施方式：

参阅图1，一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，包括机架1、取放装置5、升降装置4、摆放机构3、行走机构和控制系统组成，其中升降装置4由从动链传动机构4-1、导向机构4-2、霍尔位置传感器4-3、减速电机4-4、主动链传动机构4-5、涡轮蜗杆减速器4-6组成，行走机构由车架7、从动轮机构8、主动轮机构9、直流减速电机10、磁导航传感器11和超声波距离传感器12组成。取放装置5的左右两侧链传动机构通过轴承、螺钉与升降装置4的导向机构4-2固定到一起，升降装置4上下移动时能够带动固连到其上的取放装置5上下运动到指定位置，且当升降装置4静止时能够起到支撑取放装置的作用。升降装置4通过纵向导向轮使导向机构4-2夹紧在机架1上，从动链传动机构4-1通过螺栓、轴承固定到机架1顶部，霍尔位置传感器4-3粘贴到导向机构4-2的上下两端，主动链传动机构4-5通过螺栓、轴承固定到机架1底部，减速电机4-4通过螺栓固定到机架1上，减速电机4-4通过涡轮蜗杆减速器4-6将动力传送给主动链传动机构4-5，主动轮链轮转动通过链条带动从动轮链轮转动，使升降装置4带动固连的取放装置5做上下运动。行走机构的万向从动轮机构8铆接到车架7，直流减速电机10通过联轴器和主动轮机构9相连，并且通过支撑板固定到机架1上，磁导航传感器11和超声波距离传感器12通过螺钉固定到车架1前后中心对称位置处。行走机构通过螺栓与车架1连接，承载整个搬运装置。用于控制行走机构的单片机模块通过直流减速电机驱动器间接驱动电机带动行走系统直线运动，通过控制直流减速电机I和直流减速电机II的转速不同实现差速转向，磁导航传感器11将磁条信息的检测反馈给单片机模块，单片机模块信息处理控制驱动电机转动实现路径偏转和循迹行驶，单片机模块通过机架1上霍尔传感器的检测信号控制行走系统的启停。幼苗盘2由托盘2-1和苗盘2-2组成，红外对射传感器6安装在取放装置5机架前侧两端，并与取放装置5等高，当机架1上的红外对射传感器检测到幼苗盘2时，取放装置5中的抓取手指抓取幼苗盘2，通过取放装置的运输输送到摆放机构3上。

参阅2，取放装置5由机架1、无动力滚筒机构501、抓取手指502、轴承503、内侧链传动机构504、步进电机505、涡轮蜗杆减速器506、外侧链传动机构507和同步带传动机构508组成，内外侧传动链机构由齿轮、链条、轴承和传动轴等组成，分别安装在取放装置5两侧，且内外侧传动链装置相对安装，通过同步带机构508实现同步运动，抓取手指502设计为“Z”字型，抓取手指502通过直板链扣与内外侧传动链铰接，分别固定在内外侧传动链上，且每侧传动链连接两个抓取手指，两个抓取手指相对安装，无动力滚筒机构501由无动力滚筒和机架组成，无动力滚筒均布在机架上，通过螺母固定到机架，用于承载托盘，涡轮蜗杆减速器506与主动轴相连，主动轴两侧通过轴承固定内侧链传动机构504，外侧链传动机构507通过轴承固定在机架1上，步进电机505通过涡轮蜗杆减速器506固定到主传动轴上，向取放装置5提供动力。

参阅图3，抓取手指安装示意图。

参阅图4，取放装置链传动示意图。抓取手指5021和5022安装在取放装置5的同一侧，且分别与内外侧传动链通过链扣铰接，抓取手指在不同位置处始终保持竖直向上状态。链条逆时针运动时，抓取手指5022的运动轨迹为13，抓取手指5021的运动轨迹为16。

参阅图5，升降装置4中导向机构4-2示意图。导向机构4-2由横向导向轮4201、纵向导向轮4202、固定板4203和导向板4204组成。导向板4204一端通过螺钉固定到取放装置5上，一端通过螺栓与传动链条连接，固定板4203用于固定链条。

参阅图6，升降装置4的安装示意图。

参阅图7，幼苗盘自动搬运车和育苗箱配合搬运图。搬运车进入育苗箱，搬运装置5的对称中心面和幼苗盘的对称中心面重合，抓取手指502将幼苗盘从育苗箱中抓取出来，经无动力滚筒机构501输送，然后卸载到摆放机构3上。

具体搬运步骤如下：

搬运车从育苗箱内搬运幼苗盘时，采用单取单放的工作公式，将搬运的穴盘暂时存储在摆放机构3内。搬运时，搬运车和幼苗盘的对称中心实现对中，抓取手指502处于初始位置，红外对射式传感器6检测是否有幼苗盘，当检测信号为高电平时，表示有幼苗盘存在，单片机检测到信号后，取放装置5的步进电机505转动，带动固定到电机轴上的内侧链传动机构504逆时针转动，同时通过同步带机构508带动外侧链传动机构507同步逆时针转动，所以固定在内外侧传动链机构上的抓取手指502做平移运动，当内外侧传动链做逆时针运动时，搬运装置从右搬运幼苗盘，左侧抓取手指5021顶点沿着轨迹16运动，当左侧抓取手指5021运动到最右侧时，插入幼苗盘的凹型槽，拉动幼苗盘向取放装置5运动，随着传动链机构的逆时针转动，右侧抓取手指5022绕过右侧从动链轮14，插入幼苗盘凹型槽；当向左侧卸载幼苗盘时，左端抓取手指5021绕过左侧从动链轮14，退出幼苗盘凹型槽，右端抓取手指5022推动幼苗盘向前运动，当右端抓取手指5022运动达到最左端时，沿着运动轨迹13，把幼苗盘推出取放装置5，且其自动退出幼苗盘凹型槽，完成卸载工作，抓取手指502运动在左右两端极限位置时，抓取手指502水平速度为零，能够减小抓取手指502装卸时对穴盘苗的冲击力，幼苗盘被搬运到摆放机构3，完成摆放机构3的单层摆放。

搬运车完成第一层幼苗盘的摆放工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，当升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，重复搬运作业工作，直到将摆放机构3摆放好穴盘。当升降装置4达到极限位置时，升降装置4停止工作。当搬运装置5完成三层搬运工作后，回到初始位置，停止工作。

搬运车向育苗箱卸载幼苗盘时，搬运车的摆放机构3内装满穴盘，搬运车和育苗箱的幼苗盘支架对称中心重合，红外对射式传感器6检测是否有幼苗盘，当检测信号为低电平时，表示没有幼苗盘存在，单片机检测到信号后，取放装置5的步进电机505转动，带动固定到电机轴上的内侧链传动机构504顺时针转动，同时通过同步带机构508带动外侧链传动机构507同步顺时针转动，所以固定在内外侧传动链机构上的抓取手指502做平移运动，当内外侧传动链做顺时针运动时，搬运装置从左侧摆放机构中将幼苗盘搬运到育苗箱内，右侧抓取手指5022顶点沿着轨迹16运动，当右侧抓取手指5022运动到最左侧时，插入幼苗盘的凹型槽，拉动幼苗盘向取放装置5运动，随着传动链机构的顺时针转动，左侧抓取手指5021绕过左侧从动链轮14，插入幼苗盘凹型槽；当向左侧卸载幼苗盘时，左端抓取手指5021绕过左侧从动链轮14，退出幼苗盘凹型槽，左端抓取手指5021推动幼苗盘向前运动，当左端抓取手指5021运动达到最右端时，沿着运动轨迹13，把幼苗盘推出取放装置5，且其自动退出幼苗盘凹型槽，完成卸载工作，幼苗盘被搬运装置5从摆放机构3中搬运到育苗箱内。

搬运车完成第一层幼苗盘的搬运工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，当升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，重复搬运作业工作。当升降装置4达到极限位置时，升降装置4停止工作。当搬运装置5完成三层搬运工作后，回到初始位置，停止工作。

搬运车向输送带卸载幼苗盘时，搬运车和输送带的对称中心重合，红外对射式6检测输送带上是否有幼苗盘，如果有幼苗盘，装置等待，若无幼苗盘，取放装置5的步进电机505带动内侧链传动机构504和外侧链传动机构507顺时针转动，固定在内外侧传动链机构上的抓取手指502做平移运动，将幼苗盘搬运到输送带上，完成第一个幼苗盘的卸载工作。搬运车完成第一层幼苗盘的搬运工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，当红外对射式传感器6检测到输送带上无幼苗盘时，重复第二层搬运作业工作。搬运车完成第二层幼苗盘的搬运工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，当红外对射式传感器6检测到输送带上无幼苗盘时，重复第三层搬运作业工作。当升降装置4达到极限位置时，升降装置4停止工作。当搬运装置5完成三层搬运工作后，回到初始位置，停止工作。

搬运车从输送带搬运幼苗盘时，搬运车和输送带的对称中心重合，红外对射式6检测输送带上是否有幼苗盘，如果若无幼苗盘，装置等待，有幼苗盘，取放装置5的步进电机505带动内侧链传动机构504和外侧链传动机构507逆时针转动，固定在内外侧传动链机构上的抓取手指502做平移运动，将幼苗盘搬运到摆放机构3上，完成第一个幼苗盘的搬运工作。搬运车完成第一层幼苗盘的搬运工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，当红外对射式传感器6检测到输送带上有幼苗盘时，重复第二层搬运作业工作。搬运车完成第二层幼苗盘的搬运工作后，单片机控制升降装置4向上运动，运动的位置通过霍尔位置传感器4-3进行确定，升降装置4带动取放装置5运动到指定位置时，当红外对射式传感器6检测到输送带上有幼苗盘时，重复第三层搬运作业工作。当升降装置4达到极限位置时，升降装置4停止工作。当搬运装置5完成三层搬运工作后，回到初始位置，停止工作。

搬运车在育苗箱和输送带之间运动时，行走机构采用四轮轮系结构，固定前轮差速驱动，从动后轮万向转动。主动轮电机I和主动轮电机II转向相同、转速相同，搬运车前进；主动轮电机I和主动轮电机II转向相同、转速不同，搬运车转弯；当搬运车需要向后移动时，主动轮电机I和主动轮电机II反转、转速相同，搬运车后退。磁导航传感器11和超声波距离传感器12通过螺钉固定到搬运车的车架1前后中心对称位置处。作业环境内铺设磁条，磁导航传感器11将磁条信息的检测反馈给单片机模块，单片机模块信息处理控制驱动电机转动实现路径偏转和循迹行驶，单片机模块通过机架1上霍尔传感器的检测信号控制行走系统的启停。

Claims (4)

1.一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，包括机架、取放装置、升降装置、摆放机构、行走机构和控制系统；

所述取放装置由机架、内侧链传动机构、外侧链传动机构、抓取手指、无动力滚筒机构、步进电机、同步带传动机构和涡轮蜗杆减速器组成，所述传动链机构由齿轮、链条、轴承和传动轴等组成，分别安装在取放装置两侧，且内外侧传动链装置相对安装，通过同步带同步运动，所述抓取手指设计为“Z”字型，抓取手指通过直板链扣与内外侧传动链铰接，分别固定在内外侧传动链上，且每侧传动链连接两个抓取手指，两个抓取手指相对安装，所述无动力滚筒机构由无动力滚筒和机架组成，将无动力滚筒均布在机架上，通过螺母固定到机架，用于承载托盘；所述涡轮蜗杆减速器与主动轴相连，所述步进电机输出轴为D型，通过涡轮蜗杆减速器连接到主传动轴上，向取放装置提供动力；

所述升降装置由导向机构、链传动机构、涡轮蜗杆减速器和步进电机组成，所述导向机构由横向导向轮、导向板、纵向导向轮组成，导向板一端通过螺钉固定到取放装置上，另一端通过螺栓与传动链条连接，横向导向轮能防止因装卸时重力分布不均而产生的横向倾斜，纵向导向轮能防止取放装置的纵向倾斜，所述链传动机构由链轮、传动链条、传动轴组成，传动链通过弯板链扣与导向板连接，链传动机构与导向机构连接后对称分布在取放装置两侧；

所述摆放机构由机架和支撑板组成，成对的支撑板等间距安装在支架两侧，用于支撑幼苗盘；

所述移动机构包括机架、车轮、直流电机、转动轴、联轴器，所述车轮通过转动轴安装在机架底端，按矩形布置形成四轮机构，所述直流电机通过联轴器与转动轴连接，每个直流电机控制一个车轮，通过单独控制每个电机可以实现前后和左右转弯；

所述行走机构包括车架、车轮、直流减速电机、联轴器、轴承、转动轴、磁导航传感器和超声波距离传感器，所述车体采用对称分布的四轮轮系结构，成矩形布置，所述从动轮采用转向轴承，可以万向转动，所述主动轮通过轴承、联轴器与直流减速电机相连，然后固定到车架上，两主动轮采用定向差速控制，实现搬运车的前进、后退和转向；

所述控制系统包括装载系统控制和行走系统控制，所述装载系统由单片机、步进电机驱动器、霍尔位置传感器和红外对射式开关传感器组成，所述红外开关对射式传感器的发射和接收端分别安装在搬运装置机架前端对应两个平面上，且与抓取手指等高，所述霍尔位置传感器I安装在取放装置底部，磁钢安装在内侧传动链条上，通过霍尔传感器定位抓取手指的初始位置，霍尔传感器II、III安装在升降装置中导向杆的两端，磁钢安装在导向板上下两端，升降装置通过霍尔传感器定位取放装置上下移动的极限位置，所述单片机模块通过I/O口与步进电机驱动器、传感器模块连接，所述单片机模块通过步进电机驱动器间接驱动电机带动装置运动，所述传感器模块使用串口通信，把信号传给单片机模块，实现反馈控制，所述行走系统由单片机、直流减速电机驱动器、磁导航传感器和超声波距离传感器组成，所述单片机模块通过直流减速电机驱动器间接驱动电机带动行走系统直线运动，所述单片机模块通过控制直流减速电机I和直流减速电机II的转速不同实现差速转向，所述磁导航传感器和超声波距离传感器对称安装在车体的前后中心线位置，通过螺钉固定在车架上，所述磁导航传感器将磁条信息的检测反馈给单片机模块，单片机模块信息处理控制驱动电机转动实现路径偏转和循迹行驶，所述单片机模块通过机架上霍尔传感器的检测信号控制行走系统的启停；

所述取放装置中，抓取手指I、II、III和IV通过直板链扣固定到内外侧链上，抓取手指两孔之间的距离等于内外侧传动链的竖直位置差，四个抓取手指成矩形对称布置，当内外侧传动链做同速同向运动时，抓取手指在自身平面内做平移运动；

所述升降机装置的导向机构通过螺钉与取放装置连接，保证取放装置平稳上下移动，通过链传动机构运动为取放装置上下移动提供动力，驱动取放装置沿着导向杆运输。

2.根据权利要求1所述的一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，其特征在于所述取放装置中，抓取手指I、II、III和IV设计为“Z”字型，通过直板链扣与内外侧传动链铰接，分别固定在内外侧传动链上，抓取手指两孔之间的距离等于内外侧传动链的竖直位置差，四个抓取手指成矩形对称布置，当内外侧传动链做同速同向运动时，抓取手指随着内外侧传动链的同步运动做平移运动，运动到极限位置时勾取苗盘，无动力滚筒机构通过螺母固定到机架，用于承载托盘；

3.根据权利要求1所述的一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，其特征在于所述升降装置中，采用双链结构进行升降，且导向机构导向板一端通过螺钉固定到取放装置上，另一端通过螺栓与传动链条连接，横向导向轮能防止因装卸时重力分布不均而产生的横向倾斜，纵向导向轮能防止取放装置的纵向倾斜，所述链传动机构由链轮、传动链条、传动轴组成，传动链通过弯板链扣与导向板连接，链传动机构与导向机构连接后对称分布在取放装置两侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于双链传动的幼苗盘自动搬运车，其特征在于所述的搬运升降装置和行走机构可以设计成相互独立；所述搬运车的摆放机构和自动搬运车也可设计成相互独立。