CN107018725B - 自动化播种装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动化播种装置与方法，其中，该装置包括：机械臂、播种平台、播种机械手、种盘、种盘检测传感器、穴盘输送平台、穴盘和穴盘检测传感器；其中，机械臂固定在播种平台上，播种机械手与机械臂连接，种盘放置在播种平台的预设种盘位置上；穴盘输送平台与播种平台平行设置，用于输送穴盘；种盘检测传感器设置在种盘位置上，用于检测种盘位置上是否放置有种盘；穴盘检测传感器设置在穴盘输送平台上，用于检测穴盘的位置。本发明提供的技术方案，可以实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，降低劳动强度的同时提高播种效率和质量。

Description

自动化播种装置与方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种自动化播种装置与方法。

背景技术

穴盘育苗是工厂化育苗的重要技术手段，该技术具有节省种子用量、出苗率高、便于集中管理等优点，目前已得到了越来越广泛的应用。

在工厂化育苗背景下，为了提高穴盘育种的成活率，需要在种子播种前将其放置在种盘中进行催芽处理，然后再将催芽种子播种在穴盘中进行育苗，以此保证种子出苗的整齐度，进而提高育苗质量。目前，对催芽的种子通常通过手工进行穴盘播种，即通过手工将种盘中的催芽种子一颗颗的移栽到穴盘中。

现有的这种手工穴盘播种方法，劳动强度大、效率低，且长时间作业时难以保证播种质量的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自动化播种装置与方法，用于实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，降低劳动强度，提高播种效率和质量。

一方面，本发明提供一种自动化播种装置，包括：机械臂、播种平台、播种机械手、种盘、种盘检测传感器、穴盘输送平台、穴盘和穴盘检测传感器；

其中，机械臂固定在播种平台上，播种机械手与机械臂连接，种盘放置在播种平台的预设种盘位置上；穴盘输送平台与播种平台平行设置，用于输送穴盘；种盘检测传感器设置在种盘位置上，用于检测种盘位置上是否放置有种盘；穴盘检测传感器设置在穴盘输送平台上，用于检测穴盘的位置。

在本发明的一实施例中，播种机械手包括：伸缩气缸、安装板、开合机构和多个指爪机构；

其中，伸缩气缸的活塞杆与开合机构连接，伸缩气缸和开合机构均固定在安装板的同一侧，多个指爪机构安装在开合机构上；开合机构用于在伸缩气缸的驱动下改变相邻两个指爪机构之间的间距。

在本发明的一实施例中，开合机构包括：拉伸块、滚珠轴承、销轴、铰链、铰链销、导轨、滑块和指爪固定件；

其中，两个滚珠轴承和两个铰链套接在同一个销轴上，销轴嵌入拉伸块的两侧通透的凹槽内；指爪固定件的一侧固定在滑块上，指爪固定件的另一侧安装有铰链销，多个滑块滑设在导轨上，导轨固定在安装板上；铰链的一端与销轴连接，铰链的另一端与铰链销连接，销轴上的两个铰链的另一端通过铰链销分别与相邻的两个指爪固定件连接；指爪机构固定在指爪固定件上。

在本发明的一实施例中，指爪机构包括：指爪气缸和指爪；指爪气缸固定在指爪固定件上，两个指爪固定在指爪气缸上。

在本发明的一实施例中，指爪的夹取接触面上粘贴有软垫。

在本发明的一实施例中，销轴的两端设置有弹性限位挡圈。

在本发明的一实施例中，播种机械手与机械臂通过法兰连接。

在本发明的一实施例中，机械臂为四自由度机械臂。

在本发明的一实施例中，种盘检测传感器和穴盘检测传感器为光电传感器。

另一方面，本发明提供一种自动化播种方法，应用于上述任一实施例所述的自动化播种装置，该方法包括：

通过种盘检测传感器检测播种平台的种盘位置上是否放置有种盘，通过穴盘检测传感器检测穴盘的位置；

当接收到种盘检测传感器发送的种盘传感信号后，控制机械臂移动播种机械手至种盘的正上方，其中，种盘传感信号用于表示种盘位置上放置有种盘；

当接收到穴盘检测传感器发送的穴盘传感信号后，控制穴盘输送平台停止输送穴盘，其中，穴盘传感信号用于表示穴盘到达穴盘输送平台的穴盘位置；

通过机械臂控制播种机械手从种盘中夹取一行种子后向穴盘位置移动，并在移动过程中，控制播种机械手匹配穴盘位置；

通过机械臂控制播种机械手插入穴盘中，将种子播种到预设播深后，控制播种机械手松开种子并返回种盘位置，然后夹取下一行种子播种至穴盘中，依次循环，直至将种盘中的所有种子播种至穴盘中。

本发明实施例提供的自动化播种装置与方法，通过控制播种平台上的机械臂以及机械臂上连接的播种机械手，可以将播种平台上放置的种盘中的种子夹取移栽到穴盘输送平台上的穴盘中，实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，相比手工穴盘播种方式，可以有效的降低劳动强度，同时提高播种效率和质量。

附图说明

图1为本发明提供的自动化播种装置的结构示意图；

图2为图1中种盘的结构示意图；

图3为图1中穴盘的结构示意图；

图4为图1中播种机械手的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为播种机械手的工作状态结构示意图；

图7为播种机械手中指爪机构的工作状态结构示意图。

附图标记说明：

1-机械臂； 2-播种平台；

3-播种机械手； 4-种盘；

5-种盘检测传感器； 6-穴盘输送平台；

7-穴盘； 8-穴盘检测传感器；

31-伸缩气缸； 32-安装板；

33-开合机构； 34-指爪机构；

331-拉伸块； 332-滚珠轴承；

333-销轴； 334-铰链；

335-铰链销； 336-导轨；

337-滑块； 338-指爪固定件；

341-指爪气缸； 342-指爪；

40-种盘孔； 70-穴盘孔。

具体实施方式

针对现有的手工穴盘播种方式劳动强度大、效率低，且长时间作业时难以保证播种质量的稳定性的技术问题，本发明提供一种自动化播种装置，通过控制播种平台上的机械臂以及机械臂上连接的播种机械手，将播种平台上放置的种盘中的种子夹取移栽到穴盘输送平台上的穴盘中，实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，降低劳动强度的同时提高播种效率和质量。

下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本发明提供的自动化播种装置的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的自动化播种装置包括：机械臂1、播种平台2、播种机械手3、种盘4、种盘检测传感器5、穴盘输送平台6、穴盘7和穴盘检测传感器8；其中，机械臂1固定在播种平台2上，播种机械手3与机械臂1连接，种盘4放置在播种平台2的预设种盘位置上；穴盘输送平台6与播种平台2平行设置，用于输送穴盘7；种盘检测传感器5设置在种盘位置上，用于检测种盘位置上是否放置有种盘4；穴盘检测传感器8设置在穴盘输送平台6上，用于检测穴盘7的位置。

具体的，机械臂1与播种机械手3可以通过法兰或螺钉等其他连接件连接，机械臂1可以为四自由度机械臂1，其可以在控制器的控制下实现携带播种机械手3在种盘4与穴盘7之间的来回运动，以及种盘4和穴盘7上方的准确定位；同时还可以实现控制播种机械手3在来回运动过程中的任一角度调向，使播种机械手3匹配播种平台2的种盘位置和穴盘输送平台6的穴盘位置。播种机械手3可以夹取种盘4中的种子，将其移栽到穴盘7中。上述控制器用于根据种盘检测传感器5和穴盘检测传感器8发送的传感信号，控制机械臂1和播种机械手3实现自动化播种，具体可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或单片机等处理设备。

图2为图1中种盘4的结构示意图，如图2所示，种盘4上有一行行均匀排布的种盘孔40，种盘4的种盘孔40用于盛放种子(例如：西瓜籽)并进行催芽处理；种盘孔40的形状契合种子的外形尺寸，以便于夹取。种盘4放置在播种平台2的种盘位置上，种盘位置上设置有种盘检测传感器5，该种盘检测传感器5具体位于播种平台2与种盘4之间，可以检测种盘位置上是否放置有种盘4；当更换种盘4时，种盘检测传感器5可以向控制器发送种盘传感信号，表示种盘位置上放置有种盘。

图3为图1中穴盘7的结构示意图，如图3所示，穴盘7上具有一行行排列疏松的穴盘孔70，穴盘7的穴盘孔70中填充基质，用于进行育苗；穴盘7的穴盘孔70排布与种盘4的种盘孔40排布类似，播种机械手3在种盘4中夹取一行种子后可以将种子全部移栽在穴盘7的一行穴盘孔70中。穴盘7放置在穴盘输送平台6的传送带上，穴盘输送平台6上设置有穴盘检测传感器8，具体的，该穴盘检测传感器8可以固定在穴盘输送平台6的一侧，探头朝向传送带上方，其可以检测穴盘7在传送带上的位置；当穴盘7在传送带的带动下到达穴盘输送平台6的穴盘位置时，穴盘检测传感器8可以向控制器发送穴盘传感信号，表示穴盘7到达穴盘输送平台6的穴盘位置，此时控制器控制穴盘输送平台6停止输送穴盘7，使穴盘7停止运动，以进行种子移栽。

其中，种盘检测传感器5和穴盘检测传感器8可以为光电传感器、霍尔传感器或红外传感器等可以检测位置的传感器，本发明的一实施例中采用光电传感器，以节省成本。另外，在移栽过程中，为了便于控制，可以将种盘位置设置在播种平台2上的固定位置，将穴盘位置设定为穴盘输送平台6上的固定位置。

本实施例提供的自动化播种装置实现自动化播种的具体过程为：将种子放置在种盘4中进行催芽处理后，将种盘4放置在播种平台2的种盘位置；种盘检测传感器5检测到种盘位置上放置有种盘4，则向控制器发送种盘传感信号；控制器接收到种盘传感信号后，控制机械臂1移动播种机械手3至种盘4的正上方，以准备从种盘4中夹取种子；同时，穴盘输送平台6通过传送带输送穴盘7，当穴盘7到达穴盘输送平台6的穴盘位置时，穴盘检测传感器8向控制器发送穴盘传感信号；控制器接收到穴盘传感信号后，控制穴盘输送平台6停止输送穴盘7，开始进行种子移栽过程：具体的，控制器通过机械臂1控制播种机械手3从种盘4中夹取一行种子后向穴盘位置移动，并在移动过程中，控制播种机械手3匹配穴盘位置，使播种机械手3上夹取的种子可以全部移栽至穴盘7的一行穴盘孔70中；然后通过机械臂1控制播种机械手3插入穴盘7中，将种子播种到预设播深后，控制播种机械手3松开种子并返回种盘位置，再夹取下一行种子播种至穴盘7中，依次循环，直至将种盘4中的所有种子播种至穴盘7中。一个种盘4中的所有种子都播种到穴盘7中后，更换种盘4，当下一个种盘4放置在播种平台2的种盘位置后，继续进行上述自动化播种过程，实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业。

本实施例提供的自动化播种装置，通过控制播种平台上的机械臂以及机械臂上连接的播种机械手，可以将播种平台上放置的种盘中的种子夹取移栽到穴盘输送平台上的穴盘中，实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，相比手工穴盘播种方式，可以有效的降低劳动强度，同时提高播种效率和质量。

下面详细说明播种机械手3的结构及其工作原理。

图4为图1中播种机械手的结构示意图，图5为图4的侧视图，如图4和图5所示，本实施例中的播种机械手3具体包括：伸缩气缸31、安装板32、开合机构33和多个指爪机构34；其中，伸缩气缸31的活塞杆与开合机构33连接，伸缩气缸31和开合机构33均固定在安装板32的同一侧，多个指爪机构34安装在开合机构33上；开合机构33用于在伸缩气缸31的驱动下改变相邻两个指爪机构34之间的间距。

具体的，伸缩气缸31的活塞杆可以与开合机构33螺纹连接，通过伸缩气缸31可实现开合机构33的开闭，进而带动指爪机构34变间距，指爪机构34通过对催芽种子的夹取松开实现自动播种。

开合机构33具体包括：拉伸块331、滚珠轴承332、销轴333、铰链334、铰链销335、导轨336、滑块337和指爪固定件338；指爪机构34包括：指爪气缸341和指爪342。其中，两个滚珠轴承332和两个铰链334套接在同一个销轴333上，销轴333嵌入拉伸块331的两侧通透的凹槽内；指爪固定件338的一侧固定在滑块337上，指爪固定件338的另一侧安装有铰链销335，多个滑块337滑设在导轨336上，导轨336固定在安装板32上；铰链334的一端与销轴333连接，铰链334的另一端与铰链销335连接，销轴333上的两个铰链334的另一端通过铰链销335分别与相邻的两个指爪固定件338连接；指爪气缸341固定在指爪固定件338上，两个指爪342固定在指爪气缸341上。

具体的，指爪机构34的数量可以与种盘4的一行种盘孔40的数量相匹配，如图4中所示的指爪机构34为5个，种盘4的一行种盘孔40和穴盘7的一行穴盘孔70都为5个；在移栽种子时，指爪机构34可以直接将种盘4中的一行种子移栽至穴盘7中。当然，指爪机构34也可以是其他数量，图4只是作为一种示例，并非用于限制本发明。

开合机构33中的滚珠轴承332、销轴333、铰链334、铰链销335和滑块337的数量与指爪机构34的数量匹配，例如：图4中滚珠轴承332和铰链334均为4对、销轴333为4个、铰链销335和滑块337为5个。

其中，开合机构33的拉伸块331上开设有多个两侧通透的凹槽，该凹槽具体可以为U型槽；每个凹槽内穿设有一个销轴333，每个销轴333上套设有两个滚珠轴承332和两个铰链334，其中，两个滚珠轴承332位于销轴333的两端，其分别卡设在凹槽的两侧，可以在凹槽内水平滚动；销轴333的两端可以设置弹性限位挡圈，以对滚珠轴承332进行限位；两个铰链334的一端套设在两个滚珠轴承332之间的销轴333上，另一端通过铰链销335与相邻的两个指爪固定件338铰接，每个指爪固定件338通过安装孔(如图4中的4个安装孔)固定在一个滑块337上，滑块337滑设在导轨336上，可以在导轨336上水平滑动。导轨336可以通过螺钉等连接件固定在安装板32上，拉伸块331与导轨336平行设置，伸缩气缸31的活塞杆与拉伸块331螺接后，可以驱动拉伸块331垂直运动，进而带动滑块337在导轨336上水平运动，使滑块337上的指爪机构34改变间距。指爪机构34中的两个指爪342可以在指爪气缸341的驱动下张开或闭合，实现夹取或松开种子；为了避免损伤种子，指爪342的夹取接触面上可以粘贴软垫。

图6为播种机械手的工作状态结构示意图，图7为播种机械手中指爪机构的工作状态结构示意图。如图6和图7所示，播种机械手3的具体工作原理为：从种盘4中夹取种子时，控制器控制伸缩气缸31的活塞杆缩回，带动拉伸块331向上运动，拉伸块331上各个凹槽内的滚珠轴承332带动销轴333均向拉伸块331中心滚动；销轴333在铰链334作用下，带动指爪固定件338及其上的指爪机构34互相靠近(如图6所示)；然后控制器控制所有指爪气缸341工作，指爪342张开，夹取种子后闭合(如图7所示)。当控制器通过机械臂1控制播种机械手3将种子运送到穴盘位置后，控制伸缩气缸31的活塞杆伸出，拉伸块331向下运动，拉伸块331上各个凹槽内的滚珠轴承332带动销轴333均向拉伸块331外侧滚动；销轴333在铰链334作用下，带动指爪机构34互相远离(如图6所示)；控制器再控制播种机械手3将种子插入穴盘7中的基质后，通过指爪气缸341控制指爪342张开以松开种子；然后控制器控制播种机械手3回到种盘位置，进行下一个种子移栽操作，如此循环。

为了便于控制，可以使播种机械手3的指爪机构34的最小间距与种盘4中一行种盘孔40之间的间距相匹配，播种机械手3的指爪机构34的最大间距与穴盘7中一行穴盘孔70之间的间距相匹配；即滚珠轴承332滚动到凹槽靠近拉伸块331中心一端的限位处，播种机械手3的指爪机构34之间的间距最小，此时可以从种盘4的一行种盘孔40中夹取种子；滚珠轴承332滚动到凹槽远离拉伸块331中心一端的限位处，播种机械手3的指爪机构34之间的间距最大，此时可以向穴盘7的一行穴盘孔70中播种种子。当然，为了使播种机械手3的适用性更广，也可以扩大播种机械手3的指爪机构34的间距变化范围，使用时，通过控制器控制伸缩气缸31的伸缩度来控制指爪机构34的间距，使指爪机构34适应不同的种盘4和穴盘7。

本发明一实施例还提供一种自动化播种方法，该方法应用于上述实施例所述的自动化播种装置，该方法的执行主体为控制器，具体包括：

步骤一：通过种盘检测传感器5检测播种平台2的种盘位置上是否放置有种盘4，通过穴盘检测传感器8检测穴盘7的位置。

自动化播种装置中种盘检测传感器5和穴盘检测传感器8均连接控制器，其中，种盘检测传感器5可以检测种盘位置上是否放置有种盘4，当有种盘4放置在种盘位置时，种盘检测传感器5可以向控制器发送种盘传感信号，表示种盘位置上放置有种盘4；穴盘检测传感器8可以检测穴盘7在传送带上的位置，当穴盘7在传送带的带动下到达穴盘输送平台6的穴盘位置时，穴盘检测传感器8可以向控制器发送穴盘传感信号，表示穴盘7到达穴盘输送平台6的穴盘位置。

步骤二：当接收到种盘检测传感器5发送的种盘传感信号后，控制机械臂1移动播种机械手3至种盘4的正上方。

当控制器接收到种盘传感信号后，控制机械臂1移动播种机械手3至种盘4的正上方，以准备从种盘4中夹取种子。

步骤三：当接收到穴盘检测传感器8发送的穴盘传感信号后，控制穴盘输送平台6停止输送穴盘7。

当控制器接收到穴盘传感信号后，控制穴盘输送平台6停止输送穴盘7，开始进行种子移栽过程。

步骤四：通过机械臂1控制播种机械手3从种盘4中夹取种子后向穴盘位置移动，并在移动过程中，控制播种机械手3匹配穴盘位置。

具体的，控制器通过机械臂1控制播种机械手3从种盘4中夹取一行种子后向穴盘位置移动，在移动过程中，控制器可以通过播种机械手3上的伸缩气缸31控制播种机械手3的指爪机构34改变间距，使播种机械手3的指爪机构34匹配穴盘位置，以便播种机械手3上夹取的种子可以全部移栽至穴盘7的一行穴盘孔70中。

步骤五：通过机械臂1控制播种机械手3插入穴盘7中，将种子播种到预设播深后，控制播种机械手3松开种子并返回种盘位置，然后夹取下一行种子播种至穴盘7中，依次循环，直至将种盘4中的所有种子播种至穴盘7中。

播种机械手3到达穴盘7正上方后，控制器通过机械臂1控制播种机械手3插入穴盘7中，将种子播种到预设播深后，通过播种机械手3上的伸缩气缸31控制播种机械手3松开种子。然后控制器再通过机械臂1控制播种机械手3返回种盘位置，重复执行步骤四和步骤五，夹取下一行种子播种至穴盘7中，依次循环，直至将种盘4中的所有种子播种至穴盘7中。

当一个种盘4中的所有种子都播种到穴盘7中后，更换种盘4，当下一个种盘4放置在播种平台2的种盘位置后，继续从步骤一开始执行上述自动化播种过程，实现种子移栽穴盘7的自动化流水线作业。

本实施例提供的自动化播种方法，通过控制播种平台上的机械臂以及机械臂上连接的播种机械手，将播种平台上放置的种盘中的种子夹取移栽到穴盘输送平台上的穴盘中，可以实现种子移栽穴盘的自动化流水线作业，相比手工穴盘播种方式，可以有效的降低劳动强度，同时提高播种效率和质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种自动化播种装置，其特征在于，包括：机械臂、播种平台、播种机械手、种盘、种盘检测传感器、穴盘输送平台、穴盘和穴盘检测传感器；

其中，所述机械臂固定在所述播种平台上，所述播种机械手与所述机械臂连接，所述种盘放置在所述播种平台的预设种盘位置上；所述穴盘输送平台与所述播种平台平行设置，用于输送所述穴盘；所述种盘检测传感器设置在所述种盘位置上，用于检测所述种盘位置上是否放置有所述种盘；所述穴盘检测传感器设置在所述穴盘输送平台上，用于检测所述穴盘的位置；

所述播种机械手包括：伸缩气缸、安装板、开合机构和多个指爪机构；

其中，所述伸缩气缸的活塞杆与所述开合机构连接，所述伸缩气缸和所述开合机构均固定在所述安装板的同一侧，所述多个指爪机构安装在所述开合机构上；所述开合机构用于在所述伸缩气缸的驱动下改变相邻两个所述指爪机构之间的间距。

2.根据权利要求1所述的自动化播种装置，其特征在于，所述开合机构包括：拉伸块、滚珠轴承、销轴、铰链、铰链销、导轨、滑块和指爪固定件；

其中，两个所述滚珠轴承和两个所述铰链套接在同一个销轴上，所述销轴嵌入所述拉伸块的两侧通透的凹槽内；所述指爪固定件的一侧固定在所述滑块上，所述指爪固定件的另一侧安装有所述铰链销，多个所述滑块滑设在所述导轨上，所述导轨固定在所述安装板上；所述铰链的一端与所述销轴连接，所述铰链的另一端与所述铰链销连接，所述销轴上的两个铰链的另一端通过所述铰链销分别与相邻的两个指爪固定件连接；所述指爪机构固定在所述指爪固定件上。

3.根据权利要求2所述的自动化播种装置，其特征在于，所述指爪机构包括：指爪气缸和指爪；所述指爪气缸固定在所述指爪固定件上，两个所述指爪固定在所述指爪气缸上。

4.根据权利要求3所述的自动化播种装置，其特征在于，所述指爪的夹取接触面上粘贴有软垫。

5.根据权利要求2所述的自动化播种装置，其特征在于，所述销轴的两端设置有弹性限位挡圈。

6.根据权利要求1所述的自动化播种装置，其特征在于，所述播种机械手与所述机械臂通过法兰连接。

7.根据权利要求1所述的自动化播种装置，其特征在于，所述机械臂为四自由度机械臂。

8.根据权利要求1所述的自动化播种装置，其特征在于，所述种盘检测传感器和所述穴盘检测传感器为光电传感器。

9.一种自动化播种方法，应用于权利要求1-8任一项所述的自动化播种装置，其特征在于，包括：

通过种盘检测传感器检测播种平台的种盘位置上是否放置有种盘，通过穴盘检测传感器检测穴盘的位置；

当接收到所述种盘检测传感器发送的种盘传感信号后，控制机械臂移动所述播种机械手至所述种盘的正上方，其中，所述种盘传感信号用于表示所述种盘位置上放置有种盘；

当接收到所述穴盘检测传感器发送的穴盘传感信号后，控制穴盘输送平台停止输送穴盘，其中，所述穴盘传感信号用于表示所述穴盘到达所述穴盘输送平台的穴盘位置；

通过所述机械臂控制所述播种机械手从所述种盘中夹取一行种子后向所述穴盘位置移动，并在移动过程中，控制所述播种机械手匹配所述穴盘位置；

通过所述机械臂控制所述播种机械手插入所述穴盘中，将所述种子播种到预设播深后，控制所述播种机械手松开种子并返回所述种盘位置，然后夹取下一行种子播种至所述穴盘中，依次循环，直至将所述种盘中的所有种子播种至所述穴盘中。