CN106068842B - 一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械领域的提供了一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法，包括输送装置、取苗机构、气力顶钵机构和控制系统；所述控制系统分别与所述上位传感器、下位传感器、伸缩机构和电机电连接；所述传感器用于检测所述取苗机构夹钵取苗情况并将信号传送到所述控制系统，所述控制系统根据信号分别通过驱动所述直线位移单元上的滑块实现对穴移位，通过驱动所述气力顶杆穿透所述输送板的气流通孔实现所述橡胶吸盘喇叭口无缝接触所述穴盘底部的排水口，从而以适应穴盘苗取苗力的气流压力顶送穴盘苗钵体，再由取苗机构夹钵取苗，可在机械‑气流组合作用下柔性可靠夹取穴盘苗；本发明结构简单，可极大限度地避免伤钵，能实现穴盘苗自动高效移栽。

Description

一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法

技术领域

本发明属于农业机械研究领域，具体涉及一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法。

背景技术

随着农业劳动力结构性短缺，以及农业现代化技术的发展，近年来穴盘苗移栽机的研究备受关注，已开发出多种型式的移栽机械来代替人工作业，但在应用上主要依靠人工和半自动移栽机，全自动移栽机处于实验室研发阶段，移栽技术的趋势向全自动作业方向发展。

现有蔬菜穴盘苗自动移栽机取苗机构往往采用取苗爪插入钵土中夹取苗或者直接夹取苗根茎部的拔出式取苗方式，如一种穴盘苗自动移栽取放苗装置申请号：201210480539.2、自由二阶非圆齿—傅里叶齿钵苗移栽夹苗式取苗机构申请号：201310637066.7等。虽然这些机构能够代替人工实现穴盘苗的取送，但此类机构需要将夹持手爪插入到钵体中拔出幼苗，因此容易破坏钵体苗基质，伤害钵体苗的根系。于是提出了钵苗移栽顶出式取苗机构申请号：201410524329.8和201510222500.4，采用机械装置先将待夹取的穴盘苗顶松，再执行夹取作业。但在实际应用中，受育苗农艺的影响，穴盘苗的生长发育情况不一致，采用固定的机械方式顶苗，顶苗机构自适应能力不够，反而容易顶破穴盘苗钵体。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法，采用适应穴盘苗取苗力的顶送穴盘苗钵体，再由取苗机构夹钵取苗，可极大限度地避免伤钵。

本发明的技术方案是：一种穴盘苗气力自适应夹取装置，包括输送装置、取苗机构、气力顶钵机构和控制系统；

所述输送装置包括输送板和导向板；所述输送板平直安装在机架上，且在取苗处对准穴盘底部排水口的部位开有气流通孔；所述导向板沿穴盘输送方向固定安装在所述输送板上；

所述取苗机构安装在所述输送装置的正上方，包括取苗机械臂、取苗末端执行器、上位传感器和下位传感器；所述取苗末端执行器安装在所述取苗机械臂的末端，所述上位传感器安装在所述取苗机械臂的上端，下位传感器安装在取苗机械臂的下端、且对着取苗末端执行器的位置；

所述气力顶钵机构安装在所述输送装置的正下方，包括电机、直线位移单元、滑块、伸缩机构和气力顶杆；所述电机的输出端与所述直线位移单元的一端连接，所述直线位移单元的另一端与所述滑块滑动连接；所述伸缩机构对准穴盘底部的排水口竖直安装在所述滑块上；所述气力顶杆固定安装在所述伸缩机构的伸缩杆上；

所述控制系统分别与所述上位传感器、下位传感器、伸缩机构和电机电连接；所述上位传感器用于检测所述取苗机构是否完成夹钵取苗并将完成信号传送到所述控制系统，所述下位传感器用于检测所述取苗机构是否开始夹钵取苗并将开始信号传送到所述控制系统，所述控制系统根据开始信号通过驱动所述电机带动所述直线位移单元上的滑块实现所述气力顶杆对准所述穴盘底部的排水口移位，所述控制系统驱动所述伸缩机构带动所述气力顶杆穿透所述输送板的气流通孔接触所述穴盘底部的排水口；所述控制系统根据完成信号停止控制气流压力流通所述气力顶杆，同时控制所述伸缩机构带动所述气力顶杆回缩。

上述方案中，所述气力顶杆包括橡胶吸盘、气流管和气管；

所述气流管中通且底部密实固定在所述伸缩机构的伸缩杆上端，所述气流管上部开口部位与所述橡胶吸盘的喇叭口底部固定联接，所述气管联通所述气流管中通的气流通道。

上述方案中，所述气力顶杆的橡胶吸盘喇叭口外廓尺寸与穴盘底部的排水口的边缘尺寸一致。

进一步的，所述输送装置的输送板上的气流通孔的外形尺寸与所述气力顶杆的橡胶吸盘喇叭口外廓尺寸保持间隙配合。

上述方案中，所述取苗机构的取苗末端执行器数目与所述气力顶钵机构的气力顶杆数目相同。

上述方案中，所述直线位移单元是同步带直线模组、滚珠丝杆直线模组或直线电机。

上述方案中，所述伸缩机构是直线气缸、液压缸、电动伸缩杆或直线电机。

一种根据所述穴盘苗气力自适应夹取装置的夹取方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据穴盘苗取苗力要求，确定所述气流管顶钵的气流压力；

S2、所述下位传感器检测到所述取苗机械臂带动所述取苗末端执行器开始夹钵取苗，所述控制系统控制所述电机带动所述直线位移单元上的滑块移位，使所述气力顶杆对准待夹取的穴盘苗底部；

S3、所述控制系统控制所述伸缩机构带动所述气力顶杆穿透所述输送板的气流通孔，使所述气力顶杆的橡胶吸盘喇叭口无缝接触所述穴盘底部的排水口；

S4、所述控制系统控制气流压力流通所述气力顶杆，使所述气力顶杆的橡胶吸盘喇叭口对准所述穴盘中穴盘苗底部产生气流冲击力；

S5、所述取苗机械臂带动所述取苗末端执行器夹钵取苗，所述上位传感器检测到所述取苗机构完成夹钵取苗时，所述控制系统停止控制气流压力流通所述气力顶杆；

S6、所述控制系统控制所述伸缩机构带动所述气力顶杆回缩；

S7、重复步骤S2至步骤S6，继续执行下一个穴盘苗的夹取作业，直到完成整个所述穴盘中穴盘苗的夹取作业，再开始新一轮所述穴盘中穴盘苗的夹取作业。

上述方案中，所述步骤S1具体为：

根据穴盘苗取苗力要求，通过测力系统测试，得到穴盘苗取苗力为F，利用游标卡尺测得所用穴盘排水口的直径为D，于是确定需要的所述气流管(122)中对准穴盘(3)底部的排水口用于顶钵的气流压力为

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法，通过所述控制系统分别与所述上位传感器、下位传感器、伸缩机构和电机电连接；所述传感器用于检测所述取苗机构夹钵取苗情况并将信号传送到所述控制系统，所述控制系统根据信号分别通过驱动所述直线位移单元上的滑块实现对穴移位，通过驱动所述气力顶杆穿透所述输送板的气流通孔实现所述橡胶吸盘喇叭口无缝接触所述穴盘底部的排水口，从而以适应穴盘苗取苗力的气流压力顶送穴盘苗钵体，再由取苗机构夹钵取苗，可在机械-气流组合作用下柔性可靠夹取穴盘苗。本发明结构简单，可极大限度地避免伤钵，能实现穴盘苗自动高效移栽。

附图说明

图1为本发明一实施方式整体结构示意图；

图2为本发明一实施方式输送板结构示意图；

图3为本发明一实施方式机械-气流组合作用取苗示意图。

图中：1、输送板；2、导向板；3、穴盘；4、穴盘苗；5、取苗机械臂；6、上位传感器；7、取苗末端执行器；8、下位传感器；9、控制系统；10、滑块；11、伸缩机构；12、气力顶杆；121、橡胶吸盘；122、气流管；123、气管；13、直线位移单元；14、电机；15、气流通孔。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同或相似的部分。附图仅用于说明本发明，不代表本发明的实际结构和真实比例。

图1所示为本发明所述穴盘苗气力自适应夹取装置的一种实施方式，所述穴盘苗气力自适应夹取装置，包括输送装置、取苗机构、气力顶钵机构和控制系统9。所述输送装置包括输送板1和导向板2；图2所示为输送板结构示意图，所述输送板1平直安装在机架上，且在取苗处对准穴盘3底部排水口的部位开有气流通孔15；所述导向板2沿穴盘3输送方向固定安装在所述输送板1上，使穴盘3紧贴所述输送板1平直输送。

所述取苗机构安装在所述输送装置的正上方，包括取苗机械臂5、取苗末端执行器7、上位传感器6和下位传感器8，所述取苗末端执行器7安装在所述取苗机械臂5的末端，在所述取苗机械臂5带动下夹取穴盘3中的穴盘苗4；所述上位传感器6安装在所述取苗机械臂5的上端，下位传感器8安装在取苗机械臂5的下端、且对着取苗末端执行器7的位置。

所述气力顶钵机构安装在所述输送装置的正下方，包括电机14、直线位移单元13、滑块10、伸缩机构11和气力顶杆12；所述电机14作为动力源安装在所述直线位移单元13上，所述电机14的输出端与所述直线位移单元13的一端连接，所述直线位移单元13的另一端与所述滑块10滑动连接，所述电机14通过电力驱动所述滑块10在所述直线位移单元13上平行于穴盘3滑行，具体为：所述电机14是直线位移单元13的动力源，所以电机14通过电力驱动直线位移单元13，滑块10与直线位移单元13是滑动连接，从而当电机14电力驱动直线位移单元13时，带动滑块10在直线位移单元13上滑行。所述伸缩机构11以对准穴盘3底部的排水口方式竖直固定安装在所述滑块10上，所述气力顶杆12固定安装在所述伸缩机构11的伸缩杆上，所述气力顶杆12包括橡胶吸盘121、气流管122和气管123，所述气流管122中通且底部密实固定在所述伸缩机构11的伸缩杆上端，所述气流管122上部开口部位与所述橡胶吸盘121的喇叭口底部固定联接，所述气管123联通所述气流管122中通的气流通道。

所述控制系统9分别与所述上位传感器6、下位传感器8、伸缩机构11和电机14电连接；所述上位传感器6用于检测所述取苗机构是否完成夹钵取苗并将完成信号传送到所述控制系统9，所述下位传感器8用于检测所述取苗机构是否开始夹钵取苗并将开始信号传送到所述控制系统9，所述控制系统9根据开始信号通过驱动所述电机14带动所述直线位移单元13上的滑块10实现所述气力顶杆12对准所述穴盘3底部的排水口移位，所述控制系统9根据信号通过驱动所述伸缩机构11带动所述气力顶杆12穿透所述输送板1的气流通孔15实现所述气力顶杆12的橡胶吸盘121喇叭口无缝接触所述穴盘3底部的排水口；所述控制系统9根据完成信号停止控制气流压力流通所述气力顶杆12，同时控制所述伸缩机构11带动所述气力顶杆12回缩。

所述气力顶杆12的橡胶吸盘121喇叭口外廓尺寸与穴盘3底部的排水口的边缘尺寸一致。所述输送装置的输送板1上的气流通孔15的外形尺寸与所述气力顶杆12的橡胶吸盘121喇叭口外廓尺寸保持间隙配合。

所述取苗机构的取苗末端执行器7数目与所述气力顶钵机构的气力顶杆12数目相同。

所述直线位移单元13是以直线移位功能的同步带直线模组、滚珠丝杆直线模组或直线电机。

所述伸缩机构11是直线气缸、液压缸、电动伸缩杆或直线电机。

所述气流管122中用于顶钵的气流压力采用现有的气动控制技术实现。

本发明还提供一种根据所述穴盘苗气力自适应夹取装置的夹取方法，图3所示为机械-气流组合作用取苗示意图；本实施例以128穴黄瓜穴盘苗夹取为例，一种穴盘苗气力自适应夹取的方法，包括以下步骤：

S1、根据黄瓜穴盘苗取苗力要求，通过现有测力系统测试，得到128穴黄瓜穴盘苗取苗力F为1.94N，利用游标卡尺测得所用穴盘排水口的直径D为8mm，于是确定需要的所述气流管122中对准穴盘3底部的排水口用于顶钵的气流压力P为：

S2、所述下位传感器8检测到所述取苗机械臂5带动所述取苗末端执行器7开始夹钵取苗，所述控制系统9控制所述电机14带动所述直线位移单元13上的滑块10移位，使所述气力顶杆12对准待夹取的穴盘苗4底部；

S3、所述控制系统9控制所述伸缩机构11带动所述气力顶杆12穿透所述输送板1的气流通孔15，使所述气力顶杆12的橡胶吸盘121喇叭口无缝接触所述穴盘3底部的排水口；

S4、所述控制系统9控制气流压力流通所述气力顶杆12，使所述气力顶杆12的橡胶吸盘121喇叭口对准所述穴盘3中穴盘苗4底部产生气流冲击力，压力值为0.39MPa；

S5、所述取苗机械臂5带动所述取苗末端执行器7夹钵取苗，所述上位传感器6检测到所述取苗机构完成夹钵取苗时，所述控制系统9停止控制气流压力流通所述气力顶杆12；

S6、所述控制系统9控制所述伸缩机构11带动所述气力顶杆12回缩；

S7、重复步骤S2至步骤S6，继续执行下一个穴盘苗4的夹取作业，直到完成整个所述穴盘3中穴盘苗4的夹取作业，再开始新一轮所述穴盘3中穴盘苗4的夹取作业。

本发明提供一种穴盘苗气力自适应夹取装置和方法，采用适应穴盘苗取苗力的气流压力顶送穴盘苗钵体，再由取苗机构夹钵取苗，可在机械-气流组合作用下柔性可靠夹取穴盘苗，从而极大限度地避免伤钵，实现穴盘苗自动高效移栽。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，包括输送装置、取苗机构、气力顶钵机构和控制系统(9)；

所述输送装置包括输送板(1)和导向板(2)；所述输送板(1)平直安装在机架上，且在取苗处对准穴盘(3)底部排水口的部位开有气流通孔(15)；所述导向板(2)沿穴盘(3)输送方向固定安装在所述输送板(1)上；

所述取苗机构安装在所述输送装置的正上方，包括取苗机械臂(5)、取苗末端执行器(7)、上位传感器(6)和下位传感器(8)；所述取苗末端执行器(7)安装在所述取苗机械臂(5)的末端，所述上位传感器(6)安装在所述取苗机械臂(5)的上端，下位传感器(8)安装在取苗机械臂(5)的下端、且对着取苗末端执行器(7)的位置；

所述气力顶钵机构安装在所述输送装置的正下方，包括电机(14)、直线位移单元(13)、滑块(10)、伸缩机构(11)和气力顶杆(12)；所述电机(14)的输出端与所述直线位移单元(13)的一端连接，所述直线位移单元(13)的另一端与所述滑块(10)滑动连接；所述伸缩机构(11)对准穴盘(3)底部的排水口竖直固定安装在所述滑块(10)上；所述气力顶杆(12)固定安装在所述伸缩机构(11)的伸缩杆上；

所述控制系统(9)分别与所述上位传感器(6)、下位传感器(8)、伸缩机构(11)和电机(14)电连接；所述上位传感器(6)用于检测所述取苗机构是否完成夹钵取苗并将完成信号传送到所述控制系统(9)，所述下位传感器(8)用于检测所述取苗机构是否开始夹钵取苗并将开始信号传送到所述控制系统(9)，所述控制系统(9)根据开始信号通过驱动所述电机(14)带动所述直线位移单元(13)上的滑块(10)实现所述气力顶杆(12)对准所述穴盘(3)底部的排水口移位，所述控制系统(9)驱动所述伸缩机构(11)带动所述气力顶杆(12)穿透所述输送板(1)的气流通孔(15)接触所述穴盘(3)底部的排水口；所述控制系统(9)根据完成信号停止控制气流压力流通所述气力顶杆(12)，同时控制所述伸缩机构(11)带动所述气力顶杆(12)回缩。

2.根据权利要求1所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述气力顶杆(12)包括橡胶吸盘(121)、气流管(122)和气管(123)；

所述气流管(122)中通且底部密实固定在所述伸缩机构(11)的伸缩杆上端，所述气流管(122)上部开口部位与所述橡胶吸盘(121)的喇叭口底部固定联接，所述气管(123)联通所述气流管(122)中通的气流通道。

3.根据权利要求2所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述气力顶杆(12)的橡胶吸盘(121)喇叭口外廓尺寸与穴盘(3)底部的排水口的边缘尺寸一致。

4.根据权利要求3所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述输送装置的输送板(1)上的气流通孔(15)的外形尺寸与所述气力顶杆(12)的橡胶吸盘(121)喇叭口外廓尺寸保持间隙配合。

5.根据权利要求1所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述取苗机构的取苗末端执行器(7)数目与所述气力顶钵机构的气力顶杆(12)数目相同。

6.根据权利要求1所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述直线位移单元(13)是同步带直线模组、滚珠丝杆直线模组或直线电机。

7.根据权利要求1所述的一种穴盘苗气力自适应夹取装置，其特征在于，所述伸缩机构(11)是直线气缸、液压缸、电动伸缩杆或直线电机。

8.一种根据权利要求1所述穴盘苗气力自适应夹取装置的夹取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、根据穴盘苗取苗力要求，确定所述气流管(122)顶钵的气流压力；

S2、所述下位传感器(8)检测到所述取苗机械臂(5)带动所述取苗末端执行器(7)开始夹钵取苗，所述控制系统(9)控制所述电机(14)带动所述直线位移单元(13)上的滑块(10)移位，使所述气力顶杆(12)对准待夹取的穴盘苗(4)底部；

S3、所述控制系统(9)控制所述伸缩机构(11)带动所述气力顶杆(12)穿透所述输送板(1)的气流通孔(15)，使所述气力顶杆(12)的橡胶吸盘(121)喇叭口无缝接触所述穴盘(3)底部的排水口；

S4、所述控制系统(9)控制气流压力流通所述气力顶杆(12)，使所述气力顶杆(12)的橡胶吸盘(121)喇叭口对准所述穴盘(3)中穴盘苗(4)底部产生气流冲击力；

S5、所述取苗机械臂(5)带动所述取苗末端执行器(7)夹钵取苗，所述上位传感器(6)检测到所述取苗机构完成夹钵取苗时，所述控制系统(9)停止控制气流压力流通所述气力顶杆(12)；

S6、所述控制系统(9)控制所述伸缩机构(11)带动所述气力顶杆(12)回缩；

S7、重复步骤S2至步骤S6，继续执行下一个穴盘苗(4)的夹取作业，直到完成整个所述穴盘(3)中穴盘苗(4)的夹取作业，再开始新一轮所述穴盘(3)中穴盘苗(4)的夹取作业。

9.根据权利要求8所述穴盘苗气力自适应夹取装置的夹取方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

根据穴盘苗取苗力要求，通过测力系统测试，得到穴盘苗取苗力为F，利用游标卡尺测得所用穴盘排水口的直径为D，于是确定需要的所述气流管(122)中对准穴盘(3)底部的排水口用于顶钵的气流压力为