CN108496635B - 一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构。现有取苗机构成本高、结构设计复杂，或者只能实现一种轨迹。本发明的双螺旋轴与活动托板构成转动副；滑块与双螺旋轴构成螺旋副；伺服电机驱动双螺旋轴；常速电机驱动曲柄，凸轮与曲柄固定；连杆的一端与滑块铰接；另一端与取苗臂端盖铰接；壳体底部与曲柄固定凸轮的那端铰接；活动托板可调节高度。本发明能实现“8”字形轨迹或鹰嘴型轨迹来满足取苗、植苗的需求，机构简单而且灵活。

Description

一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构

技术领域

本发明属于农业机械领域，涉及花卉移栽，具体涉及一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构。

背景技术

花卉移栽技术可以减少农作物的生长周期，保持作物的品质统一，达到增产增收的目的，发展自动化盆栽花卉移栽技术是顺应盆栽花卉生产高增长率的趋势，同时减轻了劳动强度，提高了农机化整体水平，随着我国花卉生产和设施农业技术的发展，目前已经具备了大力发展自动化盆栽花卉移栽技术的基础和条件。

现有的取苗机构大多分为电液气一体化的机械手、齿轮机构、多自由度杆机构等。但是其存在以下问题：

1)对于电液气一体化的设备，结构较为复杂，自动化程度相当高，所以在成本上比较昂贵，但是针对我国现有的国情，一般种植引入设备有很多限制性的因素，比如设备的维护，种植户的经济承担能力和移栽辅助作业设备的不配套等使得国外设备的引进不太现实。

2)现有的单自由度间歇齿轮机构和非圆齿轮行星系移栽机构受齿轮传动比和齿轮特性的影响所能够实现的轨迹灵活性受限，一组齿轮只能实现一种轨迹，只能对于具有同种或者相似特性的钵苗作物实施移栽作业。

3)多杆机构的轨迹设计较为灵活，若是通过杆机构参数的优化，实现取苗和植苗则机构的结构大大简化，但是现有多自由度多杆机构杆长条件约束太多，奇异点不易避免，导致求解困难，达到双曲柄条件不易实现，导致控制难度加。

发明内容

本发明的目的是针对现有移栽机构技术的不足，提出一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构，该闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构采用滑块、曲柄与连杆组合的方式，通过控制曲柄和滑块的运动规律，实现“8”字形或鹰嘴形轨迹来取苗和植苗，使得机构的轨迹实现灵活多变，也适用于瓜果、蔬菜等作物的全自动移栽。

本发明包括常速电机、曲柄、活动托板、丝杠、双螺旋轴、滑块、伺服电机、连杆和取苗臂；机架开设的三个通孔处均固定有丝杠轴套；三个丝杠轴套与三根丝杠分别构成螺旋副；每根丝杠顶端穿过机架对应的一个通孔，底端固定有转轮；所述的活动托板上固定有三个第一轴承座，每根丝杠的顶端通过轴承支承在对应一个第一轴承座上；所述的双螺旋轴两端通过轴承支承在两个第二轴承座上，第二轴承座固定在活动托板上；两个链轮分别固定在双螺旋轴端部和伺服电机的输出轴上，且两个链轮通过链条连接；所述的滑块与双螺旋轴构成螺旋副；常速电机的输出轴与曲柄的一端固定，曲柄的另一端固定有凸轮；连杆的一端与滑块铰接；伺服电机和常速电机的底座均固定在机架上。

所述的取苗臂包括秧针、苗爪、推秧杆、拨叉、拨叉限位块、弹簧、秧针安装块、壳体和取苗臂端盖；两块秧针安装块固定在壳体头端，两根秧针的尾端与两块秧针安装块分别通过销钉铰接；所述的苗爪两端分别套置在两根秧针上；固定在苗爪上的伸出轴与推秧杆前端通过螺纹连接固定；所述的推秧杆与壳体构成滑动副，且推秧杆的尾端与拨叉限位块固定；拨叉的顶部套在拨叉限位块上，且拨叉顶部的圆弧块与拨叉限位块两端的凸缘侧面均构成摩擦副；所述的拨叉限位块尾端固定有弹簧套杆；弹簧的一端套在弹簧套杆上，另一端嵌入取苗臂端盖的凹槽内；所述的取苗臂端盖固定在壳体尾端，并与连杆的另一端铰接；拨叉中部开设的转轴安装孔与壳体通过拨叉转轴铰接；拨叉的底部与凸轮构成凸轮副；壳体底部一侧通过大轴承支承在凸轮的非工作廓线上，另一侧通过一个小轴承支承在销轴一端；曲柄固定凸轮的那端中心处开设有轴承孔，凸轮的中心处开设有中心孔，中心孔和轴承孔连通且同轴设置；所述的销轴穿过中心孔和轴承孔，凸轮的轴承孔通过一个小轴承支承在销轴另一端；大轴承和两个小轴承均同轴设置。

所述的转轮旋转丝杠来抬升或下降活动托板，从而调节双螺旋轴中心轴线与常速电机的输出轴中心轴线的高度差，并通过调节伺服电机的转角运动规律，使取苗臂的秧针尖点实现“8”字型轨迹或鹰嘴形轨迹。

本发明的有益效果：

1.本发明能实现“8”字形轨迹或鹰嘴型轨迹来满足取苗、植苗的需求，机构简单而且灵活，机构的杆长可以保持不变，只要改变电机的运动规律即可实现工作的需求，能更好的满足瓜果蔬菜或花卉的移栽工作，柔性更高，节约成本。

2.本发明由于将五杆的一个原动件杆转化为一个滑块，所以传动的力比五杆机构大，结构紧凑；本发明杆件较少，机构的惯性力减小。

3.本发明没有多自由度多杆机构的模型那么多的约束条件，曲柄存在条件的约束大大放宽，奇异点不易产生，优化更加简便，优化范围更加宽泛，数学模型易建立。

附图说明

图1为本发明取苗时的整体结构立体图；

图2为本发明的另一个结构立体图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的取苗臂立体图；

图5为本发明的取苗臂内部结构图；

图6-1为本发明中曲柄与凸轮装配后的一个侧视立体图；

图6-2为本发明中曲柄与凸轮装配后的另一个侧视立体图；

图7为本发明中苗爪、推秧杆、拨叉及拨叉限位块的装配立体图；

图8为本发明形成“8”字形轨迹的机构运动简图；

图9为本发明形成鹰嘴形轨迹的机构运动简图。

图中：1、常速电机，2、曲柄，3、机架，4、可以升降的活动托板，5、转轮，6、丝杠，7、丝杠轴套，8、第一轴承座，9、双螺旋轴，10、滑块，11、链轮，12、链条，13、伺服电机，14、连杆，15、取苗臂，16、秧针，17、苗爪，18、推秧杆，19、拨叉，20、拨叉限位块，21、弹簧，22、取苗臂端盖，23、大轴承，24、凸轮，25、秧针安装块，26、壳体，27、拨叉转轴，28、小轴承，29、转轴安装孔，30、第二轴承座。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1、图2、图3、图6-1和图6-2所示，一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构，包括常速电机1、曲柄2、活动托板4、丝杠6、双螺旋轴9、滑块10、伺服电机13、连杆14和取苗臂15；机架3开设的三个通孔处均固定有丝杠轴套7；三个丝杠轴套7与三根丝杠6分别构成螺旋副；每根丝杠6顶端穿过机架3对应的一个通孔，底端固定有转轮5；活动托板4上固定有三个第一轴承座8，每根丝杠6的顶端通过轴承支承在对应一个第一轴承座上；双螺旋轴9两端通过轴承支承在两个第二轴承座30上，第二轴承座27固定在活动托板4上；两个链轮11分别固定在双螺旋轴9端部和伺服电机13的输出轴上，且两个链轮11通过链条12连接；滑块10与双螺旋轴9构成螺旋副；常速电机1的输出轴与曲柄2的一端固定，曲柄2的另一端固定有凸轮24；连杆14的一端与滑块10铰接；伺服电机13和常速电机1的底座均固定在机架上。

如图2、图3、图4、图5和图7所示，取苗臂15包括秧针16、苗爪17、推秧杆18、拨叉19、拨叉限位块20、弹簧21、秧针安装块25、壳体26和取苗臂端盖22；两块秧针安装块25固定在壳体26头端，两根秧针16的尾端与两块秧针安装块25分别通过销钉铰接；苗爪17两端分别套置在两根秧针16上；固定在苗爪17上的伸出轴与推秧杆18前端通过螺纹连接固定；推秧杆18与壳体26构成滑动副，且推秧杆18的尾端与拨叉限位块20固定；拨叉19的顶部套在拨叉限位块20上，且拨叉19顶部的圆弧块与拨叉限位块20两端的凸缘侧面均构成摩擦副；拨叉限位块20尾端固定有弹簧套杆；弹簧21的一端套在弹簧套杆上，另一端嵌入取苗臂端盖22的凹槽(如图2所示)内；取苗臂端盖22固定在壳体26尾端，并与连杆14的另一端铰接；拨叉19中部开设的转轴安装孔29与壳体26通过拨叉转轴27铰接；拨叉19的底部与凸轮24构成凸轮副；壳体26底部一侧通过大轴承23支承在凸轮的非工作廓线上，另一侧通过一个小轴承28支承在销轴一端；曲柄2固定凸轮的那端中心处开设有轴承孔，凸轮的中心处开设有中心孔，中心孔和轴承孔连通且同轴设置；销轴穿过中心孔和轴承孔，凸轮的轴承孔通过一个小轴承28支承在销轴另一端；大轴承23和两个小轴承28均同轴设置。

该闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构的工作原理：

如图8和图9所示，常速电机1保持恒定的转速转动，带动曲柄2转动；伺服电机变速转动带动双螺旋轴9旋转，双螺旋轴带动滑块10前后移动，带动连杆14运动；曲柄2和连杆14联动，使取苗臂15的秧针16尖点E实现图8所示的“8”字形轨迹或图9所示的鹰嘴形轨迹。而取苗臂15取苗和植苗的过程如下：曲柄带动凸轮24转动，当拨叉19处于凸轮24的推程阶段时，拨叉19绕拨叉转轴27旋转，拨叉19顶端带动拨叉限位块20后退，从而带动推秧杆18后退，推秧杆18的后退带动与苗爪17缩回，两根秧针16的头端闭合把苗夹取住；当拨叉19处于凸轮24的回程阶段时，弹簧21的压力把拨叉限位块20往前推，从而推秧杆18和苗爪17往前推，两根秧针16的头端张开把苗推出去，完成移栽作业。

本发明中，曲柄2作为主要的动力，因为取苗臂的质量较大，曲柄2的匀速运转利于机构的稳定，而伺服电机主要是协调常速电机，对其进行运动补偿，来满足取苗臂的秧针16尖点E的运动轨迹。

本发明中，在曲柄2、连杆14和取苗臂15的参数以及常速电机1的转角运动规律均不变的情况下，“8”字型轨迹还是鹰嘴形轨迹，由双螺旋轴9中心轴线与常速电机1的输出轴中心轴线的高度差H以及伺服电机的转角运动规律决定，而高度差H是通过转轮5旋转丝杠6从而抬升或者下降活动托板4来实现调节的。“8”字形轨迹是针对叶大茎粗的幼苗，直接轧钵夹取可能损伤幼苗的叶子，所以采取从幼苗茎部夹取，将其提出来；而对于叶小茎细的幼苗，茎部夹取容易夹断幼苗，鹰嘴形轨迹能满足直接将取苗爪插入苗盘中通过夹取钵土将幼苗夹取出来。如图8所示，“8”字形轨迹在轨迹的右上方有一个环扣，这种轨迹应用于夹苗式移栽机构，保证将钵苗顺利从钵苗盘夹出，轨迹光滑性好，利于机构平稳传动。如图9所示，鹰嘴型轨迹在轨迹的右端点有一段尖嘴，这样能保证其在入钵的时候不会与钵苗盘产生干涉，直接插入钵体将钵苗取出，在植苗阶段有一段竖直距离，保证植苗的时候与花盆垂直，竖直将钵苗植入花盆。

本发明实现了一机多用的功能，节省了成本。而且结构简单紧凑，没有多自由度多杆机构的模型那么多的约束条件，曲柄存在条件的约束大大放宽，奇异点不易产生，优化更加简便，优化范围更加宽泛，数学模型易建立。方式简单可行。

Claims (1)

1.一种闭链滑块曲柄组合花卉移栽机构，包括常速电机、曲柄、活动托板、丝杠、双螺旋轴、滑块、伺服电机、连杆和取苗臂，其特征在于：机架开设的三个通孔处均固定有丝杠轴套；三个丝杠轴套与三根丝杠分别构成螺旋副；每根丝杠顶端穿过机架对应的一个通孔，底端固定有转轮；所述的活动托板上固定有三个第一轴承座，每根丝杠的顶端通过轴承支承在对应一个第一轴承座上；所述的双螺旋轴两端通过轴承支承在两个第二轴承座上，第二轴承座固定在活动托板上；两个链轮分别固定在双螺旋轴端部和伺服电机的输出轴上，且两个链轮通过链条连接；所述的滑块与双螺旋轴构成螺旋副；常速电机的输出轴与曲柄的一端固定，曲柄的另一端固定有凸轮；连杆的一端与滑块铰接；伺服电机和常速电机的底座均固定在机架上；

所述的取苗臂包括秧针、苗爪、推秧杆、拨叉、拨叉限位块、弹簧、秧针安装块、壳体和取苗臂端盖；两块秧针安装块固定在壳体头端，两根秧针的尾端与两块秧针安装块分别通过销钉铰接；所述的苗爪两端分别套置在两根秧针上；固定在苗爪上的伸出轴与推秧杆前端通过螺纹连接固定；所述的推秧杆与壳体构成滑动副，且推秧杆的尾端与拨叉限位块固定；拨叉的顶部套在拨叉限位块上，且拨叉顶部的圆弧块与拨叉限位块两端的凸缘侧面均构成摩擦副；所述的拨叉限位块尾端固定有弹簧套杆；弹簧的一端套在弹簧套杆上，另一端嵌入取苗臂端盖的凹槽内；所述的取苗臂端盖固定在壳体尾端，并与连杆的另一端铰接；拨叉中部开设的转轴安装孔与壳体通过拨叉转轴铰接；拨叉的底部与凸轮构成凸轮副；壳体底部一侧通过大轴承支承在凸轮的非工作廓线上，另一侧通过一个小轴承支承在销轴一端；曲柄固定凸轮的那端中心处开设有轴承孔，凸轮的中心处开设有中心孔，中心孔和轴承孔连通且同轴设置；所述的销轴穿过中心孔和轴承孔，凸轮的中心孔通过一个小轴承支承在销轴另一端；大轴承和两个小轴承均同轴设置；

所述的转轮旋转丝杠来抬升或下降活动托板，从而调节双螺旋轴中心轴线与常速电机的输出轴中心轴线的高度差，并通过调节伺服电机的转角运动规律，使取苗臂的秧针尖点实现“8”字型轨迹或鹰嘴形轨迹。

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