CN108260386A - 一种机械手式有序抛秧机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械手式有序抛秧机，包括行走机构、控制系统、连接机构、秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构；秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构均通过连接机构安装在行走机构上，秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构均与控制系统相接；控制系统控制秧苗输送进给机构将秧苗送至指定位置，控制系统控制拔抛秧机械手机构在指定位置夹起秧苗并运动至分秧滑道机构上方放开秧苗，分秧滑道机构将落下的秧苗有序引导到田间定植。本发明采用拔抛秧机械手机构定点夹秧和抛秧，代替人手作业，最终保证了秧苗定植的有序和高效，属于农业机械领域。

Description

一种机械手式有序抛秧机

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种机械手式有序抛秧机。

背景技术

水稻抛秧移栽是中国水稻三大种植模式之一(其他两种分别是直播和插秧移栽)，这三种种植模式各有特点。因中国地域广阔，地域水土地形和耕作制度等有所不同，只能因地制宜选择种植模式，才能最大限度发挥其优势。所以研制适应三种水稻种植模式的农机具也是实现水稻种植全程机械化进程的重要环节。

就国内而言，水稻抛秧移栽经历了人工撒抛、机械无序抛栽(需要人工喂秧，属于半自动机械)到机械有序精确抛秧的发展历程。随着工厂化穴盘育秧技术的推广，基于这种新的育秧方式，多种有序抛秧机械得到了研究开发。实现水稻钵苗的机械有序抛秧移栽设计研究主要集中在3个环节：秧苗的自动供给，秧苗及营养钵土脱离秧盘的方式，秧苗在田间的分行定植。不同类型的机具给出了不同的设计方案。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于代替人工完成工厂化穴盘育秧秧苗的有序抛秧移栽作业的机械手式有序抛秧机，实现穴盘水稻秧苗在田间种植的农艺要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机械手式有序抛秧机，包括行走机构、控制系统、连接机构、秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构；秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构均通过连接机构安装在行走机构上，秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构均与控制系统相接；控制系统控制秧苗输送进给机构将秧苗送至指定位置，控制系统控制拔抛秧机械手机构在指定位置夹起秧苗并运动至分秧滑道机构上方放开秧苗，分秧滑道机构将落下的秧苗有序引导到田间定植。

作为一种优选，拔抛秧机械手机构包括一组水平运动机构、水平运动架、竖直同步反向机构、两组竖直运动机构、两组机械手秧夹；水平运动架通过水平运动机构在秧苗输送进给机构上方左右平移，两组竖直运动机构一左一右的安装在水平运动架上，每组竖直运动机构均装有一组机械手秧夹从而带动机械手秧夹上下平移；两组竖直运动机构之间装有竖直同步反向机构。

作为一种优选，水平运动机构为齿轮齿条机构；竖直运动机构为齿轮齿条机构或同步齿形带；竖直同步反向机构为伞齿轮传动机构。

作为一种优选，竖直同步反向机构包括三个伞齿轮，中间的伞齿轮水平布置，左右两个伞齿轮竖直布置且与中间的伞齿轮啮合传动；中间的伞齿轮转动时，两侧伞齿轮以相反的方向转动，从而两组竖直运动机构反向运动。

作为一种优选，分秧滑道机构的数量为两组，分别位于秧苗输送进给机构的左右两侧；每组分秧滑道机构均包括多条分秧滑道，分秧滑道上端左右紧密排列，下端左右等距间隔排开；两组分秧滑道机构中的分秧滑道的下端在前后方向上对齐。

作为一种优选，分秧滑道为平滑的中空管道式滑道；分秧滑道上端开口间中心距离为育秧盘中秧苗列间距，下端开口间中心距离为秧苗列在田间定植的距离。

作为一种优选，控制系统包括主控机和与主控机相连的穴盘秧苗行自动到位检测传感器、机械手秧夹水平运动到位传感器、机械手秧夹竖直运动到位传感器；主控机为单片机或者PLC控制器。

作为一种优选，机械手秧夹包括安装架和一前一后对称设置的两个夹臂；每个夹臂包括一个齿轮、一根主动杆、一根下端带夹头的连接杆、一根从动杆；齿轮安装在安装架上并驱动主动杆转动，主动杆的端部与连接杆的上端铰接，连接杆的中段与从动杆的端部铰接，从动杆的另一端与安装架铰接，从而安装架、主动杆、连接杆、从动杆构成四边形机构；两个夹臂的两个齿轮外啮合传动，转动时，带动两根连接杆下端的两个夹头开合；两个夹头围成漏斗形。

作为一种优选，秧苗输送进给机构包括伺服电机、链传动机构、皮带输送机构；伺服电机通过链传动机构带动皮带输送机构运行；秧苗放置在皮带上，沿着左右方向排列成一行，沿着前后方向排列有多行。

作为一种优选，两组机械手秧夹的运动轨迹均为矩形，左边的机械手秧夹逆时针行进，右边的机械手秧夹顺时针行进，当左边的机械手秧夹位于矩形的左下角时，右边的机械手秧夹位于矩形的左上角。

本发明的原理是：本发明提出一种机械手式有序抛秧机，用于工厂化穴盘育秧秧苗的有序抛秧移栽作业。由人驾驶实现作业路径的规划，人工上料，秧苗的有序抛秧移栽则完全由计算机编程控制的机械手秧夹自动完成。在程序控制下机械手秧夹将秧苗从穴盘中拔起，放入对应的分秧滑道，通过分秧滑道的分秧作用定植于田间，达到田间种植的农艺要求。本发明运用了机电一体化的设计思想与设计理念，将电子器件的信息处理和控制功能附加、融合在机械装置上，使抛秧机具有一定的智能性，是一种人机协作型的作业机具。整机结构设计思路新颖，能够实现水稻秧苗的有序精密抛栽种植。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.采用拔抛秧机械手机构定点夹秧和抛秧，代替人手作业。

2.采用分秧滑道机构，保证秧苗按设计的距离在田间有序定植。

3.采用两组拔抛秧机械手机构和分秧滑道机构，两组轮流运作，运行效率高。

4.采用控制系统，搭配若干传感器协调控制，定位精准，最终保证了秧苗定植的有序和高效。

5.结构简单，仅需将现有的农业机械作为行走机构，经过加装改造即可制得本发明装置。

6.每个机械手秧夹的两个夹头围成漏斗形，有效保护秧苗。

附图说明

图1是一种机械手式有序抛秧机的结构示意图。

图2是一种机械手式有序抛秧机的核心组件的装配图。

图3是拔抛秧机械手机构的示意图。

图4是机械手秧夹的结构示意图。

图5是机械手秧夹的工作路径图。

其中，1为行走机构，2为控制系统，3为连接机构，4为秧苗输送进给机构，5为拔抛秧机械手机构，6为分秧滑道机构，7为A组分秧滑道机构，8为A组机械手秧夹，9为A组竖直运动机构，10为水平运动机构，11为B组竖直运动机构，12为B组机械手秧夹，13为拔抛秧机械手机架，14为B组分秧滑道机构，15为主动轴，16为中继轴，17为从动轴，18为伞齿轮，19为齿轮，20为主动杆，21为连接杆，22为从动杆，23为夹头。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

一种机械手式有序抛秧机，包括行走机构、控制系统、连接机构、秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构。其中秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构在控制系统的程序控制下，相互配合完成秧苗的自动拔取与有序抛秧移栽作业。连接机构安装在行走机构上，通过销轴连接紧固在行走机构的尾部；秧苗输送进给机构通过螺栓连接紧固在连接机构上；拔抛秧机械手机构通过螺栓连接紧固在秧苗输送进给机构上；分秧滑道机构安装在连接机构和秧苗输送进给机构之间，通过螺栓连接紧固在连接机构上。

秧苗输送进给机构包括伺服电机、链传动机构、皮带输送机构；伺服电机通过链传动机构带动皮带输送机构运行。传感器安装在送秧机构机架中部附近，可以是检测秧苗到达拔秧位置的光电式或磁电式传感器。如果是对射型光电式位置传感器，将育好穴盘秧苗的塑料穴盘直接放置在送秧机构的输送皮带上，传感器通过检测塑料穴盘钵体本身来识别钵苗行是否到位；如果是磁电式传感器，则将育好穴盘秧苗的塑料穴盘放在一个由薄铁片制成的托盘上，和托盘一起放置在送秧机构的输送皮带上，薄铁皮托盘侧壁焊接有与秧苗行一一对应的铁磁性凸起，此时传感器通过检测磁性突起来识别钵苗行是否到位。

拔抛秧机械手机构包括一组水平运动机构、水平运动架、竖直同步反向机构、两组竖直运动机构、两组机械手秧夹；水平运动架通过水平运动机构在秧苗输送进给机构上方左右平移，两组竖直运动机构一左一右的安装在水平运动架上，每组竖直运动机构均装有一组机械手秧夹从而带动机械手秧夹上下平移；两组竖直运动机构之间装有竖直同步反向机构。

拔抛秧机械手机构对应装有四个机械式位置传感器。传感器分别安装于水平、竖直运动机构末端，用于检测机械手秧夹的水平、竖直运动是否到位；机械手秧夹为连杆式秧苗夹，一次可以拔起多穴秧苗，秧夹的开启、闭合由驱动电机实现。

A组和B组机械手秧夹分别安装在对应的A组和B组竖直运动机构上，竖直运动机构为齿轮齿条机构或同步齿形带，通过竖直同步反向机构实现两组机械手秧夹在各自竖直运动机构上的同步反向运动；两个竖直运动机构相隔一定距离安装在水平运动机构上；水平运动机构安装在机械手机架的滑轨上，水平运动机构上安装有齿轮齿条传动装置，通过固定电机驱动齿轮、齿轮驱动齿条的传动方式实现水平运动机构在机械手机架滑轨上的水平运动。

两组机械手秧夹的运动轨迹是相同的，均为矩形，但是原始位置不同，A组机械手秧夹的原始位在其轨迹左下位，在A组分秧滑道的正上方，即其所对应的A组分秧滑道的抛秧位；而B组机械手秧夹的原始位在其轨迹的左上位，即秧苗从穴盘中拔起位。作业时两机械手秧夹有序地分别拔起穴盘行中一半数量的秧苗移送至对应的抛秧位，秧夹打开，完成自动取秧移秧抛秧作业。

每组分秧滑道机构的分秧滑道与每组机械手秧夹拔起秧苗数相同，分秧滑道形状各不相同，但都是由直线段和过渡圆弧曲线段组成，圆弧与直线相切，从而形成弧线圆滑的分秧滑道。分秧滑道可以由PVC工程塑料管或者其他的材料制成。机械手秧夹从穴盘中拔起多穴秧苗后，运动到分秧滑道上方，秧夹打开，秧苗靠自重分别落入相对应的分秧滑道中，通过分秧滑道的分秧作用，有序定植于田间，并满足田间种植的农艺要求。

控制系统安装在行走机构的控制台处；连接机构位于行走机构的尾部，把行走机构和秧苗输送进给机构连接成一体；秧苗输送进给机构位于拔抛秧机械手机架的中部，前后方向穿于机架；处于A组、B组机械手秧夹抛秧位下方的A组、B组分秧滑道分别位于机械手机架的两侧，处于机械手秧夹拔移秧运动轨迹的正下方，两组分秧滑道整体分别顺着机身方向向前、向后倾斜很小的角度，约2度，以避免两滑道下部相遇的部分发生干涉。

工作时，驾驶员驾驶行走机构规划作业的行走路径，辅助工作人员将育好秧苗的穴盘(或放入托盘后一起)放置于秧苗输送进给机构的输送带上，开启机械手自动工作键，拔抛秧机械手机构按照编制好的程序开始工作。首先，秧苗输送进给机构将第一行秧苗输送到指定位置，即机械手拔秧位置，电机停止转动，A组机械手秧夹开启，B组机械手秧夹闭合，机械手水平运动机构向右运动，则A组机械手秧夹从其原始位(其轨迹左下位)移向秧盘，A组机械手秧夹穿过第一行秧苗，运动到指定位置后，水平运动机构停止运动，A组机械手秧夹闭合，夹住秧盘的第一行秧苗中的半行秧苗，相应的，B组机械手秧夹从其轨迹的左上位移动到右上位；之后，竖直同步反向机构的驱动电机启动，带动A组机械手秧夹竖直运动机构上升，将秧苗拔起，同时B组机械手秧夹的竖直运动机构下降，B组机械手秧夹运动到其对应的B组分秧滑道的正上方，即其轨迹的右下位，B组机械手秧夹开启；然后机械手水平运动机构向左运动，A组机械手秧夹携带拔起的秧苗从其轨迹的右上位运动到左上位，B组机械手秧夹则移向秧盘去夹持秧盘第一行秧苗中的另半行秧苗，运动到指定位置后，水平运动机构停止，B组机械手秧夹闭合夹持秧苗；之后，竖直同步反向机构的驱动电机反转启动，带动A组机械手秧夹竖直运动机构下降，运动到A组分秧滑道正上方，即其运动的原始位，秧夹开启，秧苗靠自重落入滑道中，通过滑道分秧定植于田间，同时B组机械手秧夹的竖直运动机构上升，将秧苗拔起，回到其运动轨迹的原始位，至此，一个工作周期完成。然后，秧苗输送进给机构继续进给，将秧盘中第二行秧苗送到拔秧位，机械手式有序抛秧机按照以上流程不断循环工作，即可不断地将穴盘中的秧苗有序高效精确地定植于田间。工作中，拔抛秧机械手机构的暂停、结束、复位等在控制系统中均有相应的控制按键进行控制操作。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：包括行走机构、控制系统、连接机构、秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构；秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构、分秧滑道机构均通过连接机构安装在行走机构上，秧苗输送进给机构、拔抛秧机械手机构均与控制系统相接；控制系统控制秧苗输送进给机构将秧苗送至指定位置，控制系统控制拔抛秧机械手机构在指定位置夹起秧苗并运动至分秧滑道机构上方放开秧苗，分秧滑道机构将落下的秧苗有序引导到田间定植。

2.按照权利要求1所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：拔抛秧机械手机构包括一组水平运动机构、水平运动架、竖直同步反向机构、两组竖直运动机构、两组机械手秧夹；水平运动架通过水平运动机构在秧苗输送进给机构上方左右平移，两组竖直运动机构一左一右的安装在水平运动架上，每组竖直运动机构均装有一组机械手秧夹从而带动机械手秧夹上下平移；两组竖直运动机构之间装有竖直同步反向机构。

3.按照权利要求2所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：水平运动机构为齿轮齿条机构；竖直运动机构为齿轮齿条机构或同步齿形带；竖直同步反向机构为伞齿轮传动机构。

4.按照权利要求3所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：竖直同步反向机构包括三个伞齿轮，中间的伞齿轮水平布置，左右两个伞齿轮竖直布置且与中间的伞齿轮啮合传动；中间的伞齿轮转动时，两侧伞齿轮以相反的方向转动，从而两组竖直运动机构反向运动。

5.按照权利要求2所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：分秧滑道机构的数量为两组，分别位于秧苗输送进给机构的左右两侧；每组分秧滑道机构均包括多条分秧滑道，分秧滑道上端左右紧密排列，下端左右等距间隔排开；两组分秧滑道机构中的分秧滑道的下端在前后方向上对齐。

6.按照权利要求5所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：分秧滑道为平滑的中空管道式滑道；分秧滑道上端开口间中心距离为育秧盘中秧苗列间距，下端开口间中心距离为秧苗列在田间定植的距离。

7.按照权利要求2所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：控制系统包括主控机和与主控机相连的穴盘秧苗行自动到位检测传感器、机械手秧夹水平运动到位传感器、机械手秧夹竖直运动到位传感器；主控机为单片机或者PLC控制器。

8.按照权利要求2所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：机械手秧夹包括安装架和一前一后对称设置的两个夹臂；每个夹臂包括一个齿轮、一根主动杆、一根下端带夹头的连接杆、一根从动杆；齿轮安装在安装架上并驱动主动杆转动，主动杆的端部与连接杆的上端铰接，连接杆的中段与从动杆的端部铰接，从动杆的另一端与安装架铰接，从而安装架、主动杆、连接杆、从动杆构成四边形机构；两个夹臂的两个齿轮外啮合传动，转动时，带动两根连接杆下端的两个夹头开合；两个夹头围成漏斗形。

9.按照权利要求1所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：秧苗输送进给机构包括伺服电机、链传动机构、皮带输送机构；伺服电机通过链传动机构带动皮带输送机构运行；秧苗放置在皮带上，沿着左右方向排列成一行，沿着前后方向排列有多行。

10.按照权利要求2所述的一种机械手式有序抛秧机，其特征在于：两组机械手秧夹的运动轨迹均为矩形，左边的机械手秧夹逆时针行进，右边的机械手秧夹顺时针行进，当左边的机械手秧夹位于矩形的左下角时，右边的机械手秧夹位于矩形的左上角。