CN107238459B - 一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置 - Google Patents

一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置 Download PDF

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Abstract

一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，设置在栽植器的第一夹持爪和第二夹持爪之间，装置包括外套筒和内套筒，第一夹持爪通过第一万向节与外套筒的一端转动连接，第二夹持爪通过第二万向节与内套筒的一端转动连接；外套筒朝向第二夹持爪的一端上开设有一个通孔，通孔内上下设置有光源阵列和遮光板，其中光源阵列由若干个沿外套筒的轴向并列设置的光纤光源组成，遮光板分成若干个与光纤光源一一对应的遮光区；内套筒滑动设置在外套筒内的一端上开设有一个透光孔，在内套筒内设置有一个光敏电阻。本发明提使用弹簧作为检测夹持力的受力器件，通过光源与光敏电阻的配合实现精确测量弹簧形变量，从而能够根据弹簧的力学特性精确计算出夹持力。

Description

一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置
技术领域
本发明涉及农业机械领域，具体的说是一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置。
背景技术
穴盘苗移栽自动取喂系统的核心是取苗机械手，其主要完成穴盘苗从穴盘中的取出及转移工作。取苗爪是构成取苗机械手的最小功能单元，每个取苗爪就如同人工移栽过程的取苗手，完成取苗和放苗的动作。通过对人工取苗的各个环节进行分析，将人手的各个动作由取苗器来代替完成，便可实现自动取苗。典型的人工取苗的环节为：对穴→取苗→持苗→转移→喂苗，对取苗爪的结构设计也提出了较高的要求，不仅要完成取苗动作，还要完成相应的穴盘苗投放工作。
目前，取苗方式根据取苗原理的不同，主要分为夹取式、真空气吸式、顶取式、扎取式。1.夹取式根据驱动方式不同分为机械驱动和气压驱动，根据夹片运动轨迹可分为钳夹式和平行夹。2.真空式取苗，有直接依靠穴盘苗的重力作用方式取苗，压缩空气产生负压取苗，气缸产生负压取苗，负压风机产生负压取苗方式等。3.顶取式取苗，有采用项杆或顶针进行取苗的方式；4.扎取式取苗，工作原理是取苗爪插入穴格夹持穴盘苗，后退实现苗与盘的分离，张开释放穴盘苗。此类取苗器在国内外取苗装备中较常见。
通过测得取苗爪扎入穴盘苗基质所需的力，了解适宜移栽期的穴盘苗的基质坚实度状况，根据扎入力的测试结果，为取苗机械手的设计和驱动元件的选择提供基础参考数据。但目前暂无可精确测量栽植器夹持力的方案。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，使用弹簧作为检测夹持力的受力器件，成本低廉，而且不易受环境影响，更换起来简单方便；通过光源与光敏电阻的配合实现精确测量弹簧形变量，从而能够根据弹簧的力学特性精确计算出夹持力。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，设置在栽植器的第一夹持爪的上端和第二夹持爪的上端之间，装置包括外套筒和内套筒，所述第一夹持爪通过第一万向节与外套筒的一端转动连接，所述第二夹持爪通过第二万向节与内套筒的一端转动连接，内套筒的另外一端滑动设置在外套筒内，第一万向节和第二万向节通过一个弹簧相连接；所述外套筒朝向第二夹持爪的一端上开设有一个通孔，通孔内上下设置有光源阵列和遮光板，其中光源阵列由若干个沿外套筒的轴向并列设置的光纤光源组成，遮光板分成若干个与光纤光源一一对应的遮光区，若干个遮光区的透光率各不相同；所述内套筒滑动设置在外套筒内的一端上开设有一个透光孔，在内套筒内设置有一个光敏电阻，光敏电阻还电连接有一个控制器，所述光纤光源发出的光依次通过遮光板和透光孔后照射到光敏电阻上，由控制器采集光敏电阻上的电流值。
在从第一夹持爪到第二夹持爪的方向上，若干个所述遮光区的透光率逐渐降低。
若干个所述光纤光源均与一个发光器相连接，发光器设置在所述外套筒上。
所述控制器固定设置在内套筒上，内套筒的靠近第二夹持爪的部分开设有一个布线孔，用于电连接控制器与光敏电阻的导线从布线孔中穿过。
所述内套筒的外壁上对称设置有两个滑条，所述外套筒的内壁上开设有两个与滑条一一对应的滑槽。
所述控制器包括电源、采集电路、A/D转换装置和处理器，所述电源用于向光敏电阻和其他装置供电，光敏电阻通过采集电路和A/D转换装置与处理器电连接，处理器还分别电连接有数据接口和存储器。
所述第一万向节和所述第二万向节均为球式万向节。
所述光纤光源的辐射面积与所述遮光区的面积相等。
所述透光孔的面积与所述遮光区的面积相等，所述光敏电阻的有效面积小于透光孔的面积。
有益效果：
1、本发明使用弹簧作为检测夹持力的受力器件，成本低廉，而且不易受环境影响，更换起来简单方便；
2、通过光源与光敏电阻的配合实现精确测量弹簧形变量，从而能够根据弹簧的力学特性精确计算出夹持力；
3、相对与传统的应变片测量夹持力的方案，本发明的安装位置明确，且安装方便。
附图说明
图1是安装方式及夹持力的计算方法示意图；
图2是整体结构示意图；
图3是内套筒和外套筒的连接方式示意图；
图4是控制装置结构示意图；
图5是夹持力的计算方法示意图。
附图标记：1、第一夹持爪，2、第二夹持爪，3、第一万向节，4、外套筒，401、滑槽，5、内套筒，501、透光孔，502、布线孔，503、滑条，6、弹簧，7、发光器，8、光纤光源，9、滤光板，10、光敏电阻，11、控制器，12、第二万向节，13、固定板，14、转轴，15、转筒，16、凸轮，17、抵触杆。
具体实施方式
下面根据附图具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，设置在栽植器的第一夹持爪1的上端和第二夹持爪2的上端之间。夹持爪的支撑装置包括两个并列设置的转筒15，转筒15内转动设置有转轴14，两个转轴14上各固定设置有一个固定板13，第一夹持爪1和第二夹持爪2分别设置在两个固定板13上。在两个固定板13上还各固定设置有一个抵触杆17，两个抵触杆17相对设置，且两个抵触杆17的相对端各设置有一个半球形的触头。两个夹持爪的驱动方式采用凸轮16进行驱动，凸轮16设置在两个抵触杆17之间，随着凸轮16的转动，设置在凸轮16上的凸起部周期性地与触头配合，使两个抵触杆17远离或者靠近，进而通过两个固定板13带动两个夹持爪的下端靠近或者远离，从而完成取苗和放苗的动作。
如图2和图3所示，装置包括外套筒4和内套筒5，第一夹持爪1通过第一万向节3与外套筒4的一端转动连接，第二夹持爪2通过第二万向节12与内套筒5的一端转动连接，内套筒5的另外一端滑动设置在外套筒4内，第一万向节3和第二万向节12通过一个弹簧6相连接。第一万向节3和第二万向节12均为球式万向节。内套筒5的外壁上对称设置有两个滑条503，外套筒4的内壁上开设有两个与滑条503一一对应的滑槽401，通过滑条503与滑槽401的配合使内套筒5能够在外套筒4内滑动。
外套筒4朝向第二夹持爪2的一端上开设有一个通孔，通孔内上下设置有光源阵列和遮光板，其中光源阵列由若干个沿外套筒4的轴向并列设置的光纤光源8组成，若干个光纤光源8均与一个发光器7相连接，发光器7设置在外套筒4上。遮光板分成若干个与光纤光源8一一对应的遮光区，在从第一夹持爪1到第二夹持爪2的方向上，若干个遮光区的透光率逐渐降低。
内套筒5滑动设置在外套筒4内的一端上开设有一个透光孔501，在内套筒5内设置有一个光敏电阻10，光敏电阻10还电连接有一个控制器11，光纤光源8发出的光依次通过遮光板和透光孔501后照射到光敏电阻10上，由控制器11采集光敏电阻10上的电流值。控制器11固定设置在内套筒5上，内套筒5的靠近第二夹持爪2的部分开设有一个布线孔502，用于电连接控制器11与光敏电阻10的导线从布线孔502中穿过。
如图4所示，控制器11包括电源、采集电路、A/D转换装置和处理器，电源用于向光敏电阻10和其他装置供电，光敏电阻10通过采集电路和A/D转换装置与处理器电连接，处理器还分别电连接有数据接口和存储器。
光纤光源8的辐射面积与遮光区的面积相等。透光孔501的面积与遮光区的面积相等，光敏电阻10的有效面积小于透光孔501的面积。
如图5所示，栽植器在工作过程中，将夹持爪的上端记为a点，转筒15记为b点，夹持爪的下端记为c点。那么当凸轮16的凸起部与触头接触的时候，凸起部挤压触头，进而依次通过抵触杆17和固定板13带动两个夹持爪绕着转筒15转动，使两个夹持爪的上端之间距离增大而下端之间距离减小，即两个夹持爪的a点之间的距离增加，而两个夹持爪的c点之间的距离减少。因为两个a点之间是通过弹簧6连接的，因此当两个a点之间距离增加的时候，弹簧6会拉伸，而且是两端同时拉伸，记两端的形变量均为Δx，则弹簧6总的形变量为2Δx。2Δx的具体的计算方法如下。
当两个夹持爪都处于静止状态的时候，光敏电阻10通过透光孔501和某一个遮光区接收到来自光纤光源8的光照，从而形成电阻值的变化，使光敏电阻10上的电压值发生变化，由采集电路采集到这个电压值并通过A/D转换装置将电压值的模拟量转换为数字量输送给处理器，处理器可根据电压值反推出光敏电阻10上的光照强度，进而由光敏电阻10上的光照强度和光纤光源8的光照强度计算出该遮光区的透光率，从而找到该遮光区的位置。随着弹簧6的拉伸，内套筒5和外套筒4的重合部分会减小，使光敏电阻10经过透光孔501和另外一个遮光区接受到光纤光源8的照射，采用同样的方式可以确定此时对应的遮光区的位置。与初始状态下对应的遮光区的位置进行比对，可以计算出光敏电阻10的位移量L，位移量L同时也是弹簧6的形变量，即L=2Δx，进而可以知道Δx=L/2。
在得到弹簧6的形变量之后，根据弹簧6的力学特性，可以计算出弹簧6拉伸后产生的拉力值。然后因为a点、b点和c点形成杠杆结构，所以根据杠杆原理，可以求出c点处产生的向内的挤压力，即夹持爪的夹持力。
特别需要注意的是，在选择弹簧6的时候，需要2Δx的形变量仍然处在弹簧6力学特性的线性区内，此时可由胡克定律快速计算出弹簧6的拉力值。
当凸轮16上的凸起部随着凸轮16的转动不再与触头相接触的时候，两个夹持爪在弹簧6的作用下复位，而两个夹持爪的下端之间距离增大，完成放苗。

Claims (7)

1.一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，设置在栽植器的第一夹持爪（1）的上端和第二夹持爪（2）的上端之间，其特征在于：装置包括外套筒（4）和内套筒（5），所述第一夹持爪（1）通过第一万向节（3）与外套筒（4）的一端转动连接，所述第二夹持爪（2）通过第二万向节（12）与内套筒（5）的一端转动连接，内套筒（5）的另外一端滑动设置在外套筒（4）内，第一万向节（3）和第二万向节（12）通过一个弹簧（6）相连接；所述外套筒（4）朝向第二夹持爪（2）的一端上开设有一个通孔，通孔内上下设置有光源阵列和遮光板，其中光源阵列由若干个沿外套筒（4）的轴向并列设置的光纤光源（8）组成，遮光板分成若干个与光纤光源（8）一一对应的遮光区，若干个遮光区的透光率各不相同；所述内套筒（5）滑动设置在外套筒（4）内的一端上开设有一个透光孔（501），在内套筒（5）内设置有一个光敏电阻（10），光敏电阻（10）还电连接有一个控制器（11），所述光纤光源（8）发出的光依次通过遮光板和透光孔（501）后照射到光敏电阻（10）上，由控制器（11）采集光敏电阻（10）上的电流值；
在从第一夹持爪（1）到第二夹持爪（2）的方向上，若干个所述遮光区的透光率逐渐降低；
若干个所述光纤光源（8）均与一个发光器（7）相连接，发光器（7）设置在所述外套筒（4）上。
2.如权利要求1所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述控制器（11）固定设置在内套筒（5）上，内套筒（5）的靠近第二夹持爪（2）的部分开设有一个布线孔（502），用于电连接控制器（11）与光敏电阻（10）的导线从布线孔（502）中穿过。
3.如权利要求1所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述内套筒（5）的外壁上对称设置有两个滑条（503），所述外套筒（4）的内壁上开设有两个与滑条（503）一一对应的滑槽（401）。
4.如权利要求1所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述控制器（11）包括电源、采集电路、A/D转换装置和处理器，所述电源用于向光敏电阻（10）和其他装置供电，光敏电阻（10）通过采集电路和A/D转换装置与处理器电连接，处理器还分别电连接有数据接口和存储器。
5.如权利要求1所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述第一万向节（3）和所述第二万向节（12）均为球式万向节。
6.如权利要求1所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述光纤光源（8）的辐射面积与所述遮光区的面积相等。
7.如权利要求6所述的一种利用光敏电阻测量栽植器夹持力的装置，其特征在于：所述透光孔（501）的面积与所述遮光区的面积相等，所述光敏电阻（10）的有效面积小于透光孔（501）的面积。
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