CN106304911B - 一种智能蒜种盒提取投放装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能蒜种盒提取投放装备，包括机架好固定在机架上的蒜种盒输送装置，蒜种盒提取投放装置，控制系统和传动装置；蒜种盒输送装置包括输送带、隔板、辊轴、轴承座和电机；蒜种盒提取投放装置由机械臂，机械手、上舵机、下舵机、舵盘、底座组成；控制系统包括单片机、蓄电池、传感器和编码器；编码器、传感器、电机、上舵机、下舵机和舵机三均与单片机连接；本发明中，单片机根据编码器检测的机器行进速度来控制舵机和步进电机的转速，从而控制输送带、机械臂和机械手的运动速度，使三者协调配合，实现蒜种盒的精确抓取、平稳投放、无缝衔接。

Description

一种智能蒜种盒提取投放装备

一、技术领域

本发明涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种智能蒜种盒提取投放装备。

二、背景技术

近几年来，随着农业产业结构的调整和农业产品出口贸易迅速发展，大蒜需求量增大，大蒜种植面积不断扩大。由于当前大蒜播种机不能满足大蒜播种时“根下尖上”、“直立栽种”的特殊要求，我国大蒜只能是依靠人工播种，劳动强度大，生产效率低，每人每天仅能栽种220m²，加之人工费用不断增高，导致生产成本不断增大，严重影响了农民的生产积极性。鉴于这种现状，山东农业大学提出了种盒式大蒜播种的设计思路，即用可降解无污染材料制成条形单排多穴蒜种盒，由人工或机械将蒜种按“根下尖上”的方向放入蒜种盒，本发明就是发明一种智能蒜种盒提取投放装备，将放入蒜种的蒜种盒平稳抓取、稳定放入已开好的种沟内，实现蒜种盒的自动提取投放和蒜种盒投放后的无缝衔接。

三、发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能蒜种盒提取投放装备，可实现蒜种盒的精确输送、平稳抓取、稳定投放和无缝衔接。

一种智能蒜种盒提取投放装备，包括机架好固定在机架上的蒜种盒输送装置，蒜种盒提取投放装置，控制系统和传动装置；

所述的蒜种盒输送装置包括输送带、隔板、辊轴、轴承座和电机。辊轴通过轴承座安装在机架横向两端；输送带环套在两个辊轴上；输送带上垂直设有多个隔板；输送带通过隔板分割成多个间隔，间隔内用于放置蒜种盒，每个间隔的宽度稍大于蒜种盒的宽度，保证相邻蒜种盒之间留有间隙，方便蒜种盒的放置和抓取。输送带由电机驱动，电机通过链传动带动辊轴转动；电机的转动由单片机控制。

所述的蒜种盒提取投放装置由机械臂，机械手、上舵机、下舵机、舵盘、底座组成。底座安装在机架后端一侧，下舵机安装在底座上面，机械臂安装在下舵机两侧舵盘上，下舵机转动，带动机械臂前后摆动；上舵机安装在机械臂上端，机械手通过舵盘安装在上舵机上，上舵机转动，带动机械手前后摆动。机械手包括短U支架、L型安装板、异形齿盘、连杆、支臂、爪片、小弹簧和舵机三；短U支架连接在机械臂上舵机两端的舵盘上，L形安装板安装在短U支架上，舵机三安装在L形安装板竖直板一面，L形安装板上设有孔，舵机三的动力输出轴通过该孔伸到L形安装板竖直板另一面；异形齿盘一安装在舵机三的动力输出轴上，异形齿盘二与异形齿盘一啮合安装；在舵机三转动时，异形齿盘一与异形齿盘二绕各自中心转动。安装蒜种盒提取投放装置时机械手中心对准传感器中心。支臂与异形齿盘下端用螺栓铰接，连杆一端铰接在L形安装板竖直板上，另一端铰接在支臂上；两个连杆与两个异形齿盘分别平行安装。支臂下端两面各安装一个爪片；两个爪片始终处于平行状态。为防止蒜种盒抓取时变形损坏，爪片上装有小弹簧或其他柔性材料，利用机械手的夹紧力和弹簧的弹力夹紧蒜种盒。机械臂、机械手的摆动、爪片的开闭由上舵机、下舵机和舵机三驱动。下舵机转动，机械臂首先向前摆动(输送带方向)，上舵机转动使机械手始终保持垂直地面，机械手上的舵机三转动，爪片张开，到预先设定的种盒抓取位置，上舵机和下舵机停止转动，舵机三反转，爪片内收，抓取蒜种盒；然后上舵机和下舵机反转，机械臂向后摆动，机械手保持垂直地面状态，当机械臂摆动到预先设定的种盒投放位置，上舵机和下舵机停止转动，舵机三转动，爪片张开，蒜种盒水平投放。当机械手从输送带取走蒜种盒，输送带转动，将下一个蒜种盒输送到抓取位置。三个舵机的转动由单片机控制。

所述的控制系统包括单片机、蓄电池、传感器和编码器；编码器、传感器、电机、上舵机、下舵机和舵机三均与单片机连接；编码器安装在现有行走机器的驱动轮轴上检测机器行进速度，由单片机根据编码器检测到的机器行进速度控制输送带、机械臂、机械手的运动，使它们协调配合，实现蒜种盒的精确抓取、平稳投放；传感器安装在与机械手相对的输送带另一侧的机架上，传感器、待抓取蒜种盒、机械手三者的中心线处于机架左右方向(即与输送带前进方向垂直的方向)的同一个纵向竖直平面内；传感器用于检测蒜种盒是否输送到位，如传感器未检测到蒜种盒，则由单片机控制输送带继续转动，直到传感器检测到蒜种盒为止。蓄电池用于供电。

所述编码器检测行走机器行进速度，传感器检测蒜种盒是否输送到准确位置，如传感器检测到蒜种盒，则单片机控制三个舵机转动，机械臂向输送带方向摆动，机械手张开，抓取蒜种盒，然后机械臂向反方向摆动，摆动到预先设定的位置角度时，机械手张开，投放蒜种盒，然后机械臂回摆抓取下一个蒜种盒。在机械手取走蒜种盒后，传感器检测不到蒜种盒，则单片机控制输送带转动，直到传感器检测到蒜种盒输送带停止转动，蒜种盒输送到准确位置，等待机械手抓取。

本发明中，单片机根据编码器检测的机器行进速度来控制舵机和步进电机的转速，从而控制输送带、机械臂和机械手的运动速度，使三者协调配合，实现蒜种盒的精确抓取、平稳投放、无缝衔接。

四、附图说明

图1是智能蒜种盒提取投放装备总装图

图2是输送带结构示意图

图3是机械臂结构示意图

图4是机械手结构示意图

图中1.地轮 2.机架 3.控制盒 4.传感器 5.编码器 6.轴承座 7.隔板 8. 输送带 9.机械臂 10.机械手 11.蒜种盒 12.链传动 13.电机 14.辊轴 15.上舵机 16.舵盘17.机械臂 18.下舵机 19.底座 20.短U支架 21.舵机三 22.异形齿盘 23.支臂 24.小弹簧 25.爪片 26.连杆 27.L形安装板

五、具体实施方式

一种智能蒜种盒提取投放装备，机架2采用角钢或矩形钢或型钢制造，地轮1用轴承座安装在机架2上。输送带的两根辊轴14两端安装轴承座6，轴承座6用螺栓安装在机架2上，主动辊轴一端安装链轮；电机13用螺栓安装在机架2上，电机13动力输出轴上安装链轮，与主动辊轴的链轮在同一平面内，通过链传动12带动辊轴14转动，辊轴14带动输送带8转动；为防止输送过程蒜种盒11与输送带8产生相对运动，输送带8上设有隔板7，隔板7用胶黏在输送带8上或者和输送带一体制造。相邻隔板7间距比种盒11宽度稍大，方便放置种盒。相邻种盒内侧隔板离开一段距离，方便机械爪抓取蒜种盒11，该段距离比单个机械爪片宽度稍大。传感器4安装在输送带8前面机架2一端，横向位置不能超出输送带8，以传感器采用红外光电传感器为例，传感器4发射管发射红外光，当传感器前方有蒜种盒时，光线被反射回来，传感器4接收管接收到光线，传感器4输出低电平，输送带8静止不动；当传感器4前方没有蒜种盒，接收管接收不到光线，传感器4输出高电平，单片机控制输送带8转动，直到传感器4检测到蒜种盒信号。机械臂17的底座19用螺栓固定在机架2后方一端，下舵机18安装在底座19上面，机械臂9下端用螺钉连接在下舵机18两端的舵盘上。机械臂9上端安装在上舵机15两端，机械手10上的短U支架20 用螺钉连接在机械臂17上舵机15两端的舵盘16上，短U支架20 与L形安装板27通过螺钉连接，舵机三21安装在L形安装板27竖直板一面，安装板上有孔，舵机三21的动力输出轴通过安装板上的孔伸到L 形安装板27竖直板另一面，异形齿盘一22安装在舵机三21的动力输出轴上，异形齿盘二与异形齿盘一啮合安装，在舵机三21转动时，两个齿盘可绕各自中心自由转动。支臂23与异形齿盘一22下端用螺栓铰接，连杆26一端铰接在L形安装板27竖直板上，另一端铰接在支臂23 上，连杆26与异形齿盘一22平行安装。支臂23下端两面各安装一个爪片25，两个爪片始终处于平行状态。为防止蒜种盒11抓取时变形损坏，爪片22上装有小弹簧24或其他柔性材料，利用机械手的夹紧力和弹簧24的弹力夹紧蒜种盒11。安装蒜种盒提取投放装置时机械手10 中心对准传感器4中心。蓄电池、单片机、开关电源安装在控制盒3里，控制盒3安装在机架2上，单片机一方面根据编码器5测得的地轮1 转速来控制输送带电机13转速，使得蒜种盒11能及时输送到位，另一方面传感器检测蒜种盒11信号，将检测信号传给单片机，当传感器4检测不到蒜种盒11时，单片机控制电机13转动，输送带运动，当传感器4检测到蒜种盒11信号时，电机停止转动，输送带停止运转，输送到位的蒜种盒等待抓取；单片机控制机械臂下舵机18转动，机械手10向种盒移动，在移动过程中爪片22张开，当机械臂17摆动到预先计算好的角度时，两个爪片处于蒜种盒两侧，舵机三21反转夹紧蒜种盒11，机械臂17向后摆动，机械臂上舵机15转动，使种盒始终处于与地面平行状态，机械臂17向后摆到预先设置好的角度停止运动，爪片松开实现蒜种盒11的投放。

工作时，首先将事先“根下尖上”放入蒜种的蒜种盒整齐排放到输送带上，地轮转动，设备前进，编码器检测地轮转速，传感器检测蒜种盒信号，如果传感器检测到蒜种盒，则单片机机械臂下舵机转动，机械臂向前(输送带方向) 摆动，同时单片机控制机械臂上舵机运转，使机械手始终保持与机架相对垂直状态，在此过程中单片机控制舵机三转动，爪片张开，当机械臂摆动到预先设置好的角度时停止，爪片闭合，抓紧蒜种盒。随后单片机控制机械臂向后摆动，到预先设置好的角度时停止，机械臂向后摆动过程中，由单片机控制机械臂上舵机转动，使蒜种盒始终与地面保持平行，机械臂停止摆动后，爪片松开，蒜种盒投放。在机械手抓走蒜种盒后，传感器检测不到蒜种盒信号，单片机控制输送带转动，直到传感器检测到蒜种盒信号时停止，此时，蒜种盒输送到准确位置，等待机械手抓取。机械手投放蒜种盒后，机械臂立即回摆，抓取下一个蒜种盒。整个过程由单片机根据编码器检测到的地轮转速来控制舵机速度和输送带速度，使蒜种盒投放后前后衔接、蒜种盒及时输送到位。

该智能蒜种盒提取投放装备可实现蒜种盒的自动提取投放，并满足大蒜“根下尖上、直立栽种”的特殊农艺要求，自动化程度高，可有效减轻劳动强度，提高劳动生产率。

本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种智能蒜种盒提取投放装备，包括机架，其特征在于还包括固定在机架上的蒜种盒输送装置，蒜种盒提取投放装置，控制系统和传动装置；

所述的蒜种盒输送装置包括输送带、隔板、辊轴、轴承座和电机；辊轴通过轴承座安装在机架横向两端；输送带环套在两个辊轴上；输送带上垂直设有多个隔板；输送带通过隔板分割成多个间隔，间隔内用于放置蒜种盒，每个间隔的宽度稍大于蒜种盒的宽度，保证相邻蒜种盒之间留有间隙，方便蒜种盒的放置和抓取；输送带由电机驱动，电机通过链传动带动辊轴转动；电机的转动由单片机控制；

所述的蒜种盒提取投放装置包括机械臂，机械手、上舵机、下舵机、舵盘和底座；底座安装在机架后端一侧，下舵机安装在底座上面，机械臂安装在下舵机两侧舵盘上，下舵机转动，带动机械臂前后摆动；上舵机安装在机械臂上端，机械手通过舵盘安装在上舵机上，上舵机转动，带动机械手前后摆动；机械手包括短U支架、L形安装板、异形齿盘、连杆、支臂、爪片、小弹簧和舵机三；短U支架连接在机械臂上舵机两端的舵盘上，L形安装板安装在短U支架上，舵机三安装在L形安装板竖直板一面，L形安装板上设有孔，舵机三的动力输出轴通过该孔伸到L形安装板竖直板另一面；异形齿盘一安装在舵机三的动力输出轴上，异形齿盘二与异形齿盘一啮合安装；在舵机三转动时，异形齿盘一与异形齿盘二绕各自中心转动；安装蒜种盒提取投放装置时机械手中心对准传感器中心；支臂与异形齿盘下端用螺栓铰接，连杆一端铰接在L形安装板竖直板上，另一端铰接在支臂上；两个连杆与两个异形齿盘分别平行安装；支臂下端两面各安装一个爪片；两个爪片始终处于平行状态；为防止蒜种盒抓取时变形损坏，爪片上装有小弹簧，利用机械手的夹紧力和弹簧的弹力夹紧蒜种盒；机械臂、机械手的摆动、爪片的开闭由上舵机、下舵机和舵机三驱动；下舵机转动，机械臂首先向前摆动，上舵机转动使机械手始终保持垂直地面，机械手上的舵机三转动，爪片张开，到预先设定的种盒抓取位置，上舵机和下舵机停止转动，舵机三反转，爪片内收，抓取蒜种盒；然后上舵机和下舵机反转，机械臂向后摆动，机械手保持垂直地面状态，当机械臂摆动到预先设定的种盒投放位置，上舵机和下舵机停止转动，舵机三转动，爪片张开，蒜种盒水平投放；当机械手从输送带取走蒜种盒，输送带转动，将下一个蒜种盒输送到抓取位置；三个舵机的转动由单片机控制；

所述的控制系统包括单片机、传感器和编码器；编码器、传感器、电机、上舵机、下舵机和舵机三均与单片机连接；编码器安装在行走机器的驱动轮轴上检测机器行进速度，由单片机根据编码器检测到的机器行进速度控制输送带、机械臂、机械手的运动，使它们协调配合，实现蒜种盒的精确抓取、平稳投放；传感器安装在与机械手相对的输送带另一侧的机架上，传感器用于检测蒜种盒是否输送到位；传感器、待抓取蒜种盒、机械手三者的中心线处于机架左右方向的同一个纵向竖直平面内；传感器用于检测蒜种盒是否输送到位，如传感器未检测到蒜种盒，则由单片机控制输送带继续转动，直到传感器检测到蒜种盒为止。