CN109005985B - 一种旱地苗木嫁接机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苗木嫁接机械设备。目的是提供一种旱地苗木嫁接机，该嫁接机能有效提高嫁接效率和嫁接苗成活率，并大大降低劳动强度。技术方案是：一种旱地苗木嫁接机，包括设置在机架上的砧木输送装置；其特征在于：该嫁接机还包括分别设置在机架上的砧木切削装置、接穗装置、包夹装置、为包夹装置输送嫁接夹的振动盘以及动力装置；所述砧木输送装置包括由电机及传动机构驱动的传送带以及位于传送带上相互间隔一定距离以固定砧木的若干个卡架；所述砧木切削装置包括两个由动力装置驱动的曲柄摇杆机构以及分别设置在每个曲柄摇杆机构上的切削刀；所述接穗装置包括将接穗插接至砧木缺口的接穗机械手以及为接穗机械手提供接穗的接穗输送机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种苗木嫁接机械设备，具体是一种旱地苗木嫁接机。
背景技术
嫁接作为一种稳定提升植物产量的技术被世界各国重视和广泛应用，它的实质就是将植物的枝芽部分与另一种植物的根茎相接(例如将柑橘嫁接至枳壳树)，最后通过植物自愈或其他方式使两部分成为一个整体。这种技术能够提高作物的抗病能力、耐受能力并能提高作物生长速度、单位产量，对于植物规模生产化具有重大意义。苗木嫁接作为嫁接中一个重要组成部分，因其机械化相较于蔬菜嫁接复杂而尚处于起步阶段。但随着蔬菜嫁接技术的引导与国情的改变，苗木产业的蓬勃发展，苗木嫁接自动化的趋势势不可挡。
植物的嫁接时机依赖性强，适合嫁接的时间十分短暂，需要较为精确的嫁接技术。这就需要嫁接机器人参与工作，在节省劳动成本的同时提高植物存活率，促进生产的产业化和规模化。我国苗木嫁接大多采用手工嫁接，嫁接设备也多为手工工具，只能有限地提升苗木嫁接的效率。为了填补苗木嫁接自动化领域，迫切需要一种能节省劳动力的苗木嫁接机械设备。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种旱地苗木嫁接机，该嫁接机应能有效提高嫁接效率和嫁接苗成活率，并能大大降低劳动强度。
本发明的技术方案是：
一种旱地苗木嫁接机，包括设置在机架上的砧木输送装置；其特征在于：该嫁接机还包括分别设置在机架上与砧木输送装置进行配合的砧木切削装置、接穗装置、包夹装置、为包夹装置输送嫁接夹的振动盘以及动力装置；
所述砧木输送装置包括由电机及传动机构驱动而间歇运动的传送带以及位于传送带上相互间隔一定距离以固定砧木的若干个卡架；所述砧木切削装置、接穗装置以及包夹装置均设置在传送带旁，以分别对传送带上携带的砧木进行作业；
所述砧木切削装置包括两个由动力装置驱动的曲柄摇杆机构以及分别设置在每个曲柄摇杆机构上的切削刀；两个曲柄摇杆机构的连杆轴线互相平行，以使两把切削刀在同一个砧木上配合切割形成一个便于嫁接的缺口；
所述接穗装置包括将接穗插接至砧木缺口的接穗机械手以及为接穗机械手提供接穗的接穗输送机构；所述接穗输送机构包括由槽轮电机驱动的槽轮机构、同轴固定在槽轮机构槽轮上的输送盘以及设置在输送盘边沿的若干接穗夹；所述接穗机械手包括可绕水平轴线转动的机械臂、驱动机械臂转动的舵机、设置在机械臂上的机械手气缸以及由机械手气缸驱动的夹爪；
所述包夹装置包括设置在振动盘出口并且制有导向通道的导向座、可沿导向通道依次移动的多个嫁接夹、设置在导向座下方并由动力装置驱动的曲柄滑块机构、设置在曲柄滑块机构滑块上且可沿导向通道滑动以顶推嫁接夹的拨片、设置在导向座出口的夹持手以及设置在导向座下方用于移动夹持手的夹持手气缸。
所述动力装置包括驱动电机以及向曲柄摇杆机构与曲柄滑块机构传递驱动电机动力的传动机构。
所述接穗机械手中，机械手气缸通过齿条结构驱动夹爪开合；所述齿条结构包括可转动地定位在机械臂上的两个齿轮以及与气缸活塞杆固定并与两个齿轮啮合的齿条，每个齿轮固定有一条夹爪手臂。
所述曲柄摇杆机构包括可转动地定位在机架上的第一曲柄与第一摇杆以及铰接在第一曲柄与第一摇杆之间的第一连杆；所述切削刀固定在第一连杆上。
所述曲柄滑块机构包括可转动地定位在机架上的第二曲柄、固定在机架上的导轨、可沿着导轨滑动的滑块、可转动地铰接在第二曲柄与滑块之间的第二连杆；所述导向通道的宽度往出口方向逐渐缩小，导向通道底部设有供拨片移动的滑槽。
所述槽轮机构包括由槽轮电机驱动的主动拨盘以及与主动拨盘配合的槽轮。
所述嫁接夹包括筒形的弹性夹体、设置在弹性夹体中的内垫、设置在弹性夹体两侧的夹臂以及设置在弹性夹体后部的推板；所述夹臂的阻力臂与弹性夹体的开口连接；所述夹持手上设有与嫁接夹外形相适合的夹持口。
所述传动机构包括平行布置的第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴与第五传动轴；所述第一传动轴上设有第一切削主动轮、第一传动轮与第一包夹主动轮；所述第二传动轴上设有与第一切削主动轮啮合的第一切削从动轮；所述第三传动轴上设有第二切削主动轮与第三传动轮；所述第四传动轴上设有与第二切削主动轮啮合的第二切削从动轮；所述第一传动轮及第三传动轮同时与第二传动轮啮合；所述第五传动轴上设有第一包夹从动轮；所述第一包夹主动轮及第一包夹从动轮同时与第四传动轮啮合。
所述传动机构中，第一传动轴与驱动电机输出轴连接，第二转动轴与第四传动轴均通过齿轮链条机构连接曲柄摇杆机构，第五传动轴连接曲柄滑块机构。
本发明的有益效果是：
本发明由砧木输送装置输送排列整齐的砧木，并且先通过砧木切削装置对砧木进行切削得到嫁接所需缺口，再通过接穗机械手将接穗插接在缺口中并与砧木进行贴合，最后由包夹装置对砧木接穗进行夹持包裹，因此有效提高了嫁接工作的自动化程度，提升了嫁接的成功率和嫁接苗的成活率，还降低了劳动强度。本发明对林木产业自动化发展具有现实意义。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图之一。
图2是本发明的立体结构示意图之二(移走砧木输送装置后)。
图3是本发明的俯视结构示意图(移走砧木输送装置后)。
图4是本发明的主视结构示意图(移走砧木输送装置后)。
图5是本发明中砧木切削装置的立体结构示意图。
图6是本发明中砧木切削装置工作状态的立体结构示意图。
图7是本发明中接穗输送机构的立体结构示意图。
图8是接穗输送机构中槽轮机构的立体结构示意图。
图9是接穗输送机构中槽轮机构的左视结构示意图。
图10是接穗机构中接穗机械手的立体结构示意图。
图11是接穗机械手与接穗输送机构的配合关系立体结构示意图。
图12是图11中的B部立体放大结构示意图。
图13是本发明中接穗机械手接穗过程的立体结构示意图。
图14是完成接穗后砧木与接穗的连接关系立体示意图。
图15是本发明中振动盘的立体结构示意图。
图16是本发明中包夹装置的立体结构示意图。
图17是本发明中曲柄滑块机构的立体结构示意图。
图18是图13的爆炸图。
图19是本发明中夹持手的立体结构示意图。
图20是本发明中嫁接夹的立体结构示意图。
图21是本发明中嫁接夹的俯视结构示意图。
图22是本发明中嫁接夹包夹砧木时的作业过程示意图。
图23是图22中的D部放大结构示意图。
图24是嫁接夹包夹持砧木后的立体结构示意图。
图25是本发明中动力装置的外部结构示意图。
图26本发明中动力装置中各部件的配合关系立体示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图2所示的旱地苗木嫁接机，包括机架9，机架上分别设有砧木输送装置、接穗装置1、接穗机械手2、砧木切削装置3、振动盘4、包夹装置5与动力装置7。
所述砧木输送装置用于带动砧木依次通过砧木切削装置、接穗装置与包夹装置，从而实现砧木切削、接穗嫁接以及包夹等步骤。所述砧木输送装置(现有技术)中，传送带两端的辊筒绷紧并且由电机及间隙运动机构(图中省略)驱动，传送带上相互间隔一定距离地固定着若干个底盘30，每个底盘上固定一卡架29，每个卡架的一端制作有用于固定砧木的卡槽(砧木与卡槽卡接配合，以防止砧木在切削时发生弯曲现象)；所述砧木切削装置、接穗装置的接穗机械手以及包夹装置均设置在传送带旁，以分别对传送带上携带的砧木进行作业。砧木切削装置与接穗机械手之间的距离、接穗机械手与包夹装置之间的距离以及相邻砧木之间的距离均相同；传送带带着砧木走到作业位置停顿一下，砧木切削装置、接穗机械手与包夹装置同时对到达各自对应作业位置的砧木进行作业，然后传送带再运动一个砧木间的距离(即两个底盘之间的距离)再停顿，由砧木切削装置、接穗机械手与包夹装置再次进行作业……；如此循环，嫁接作业连续进行。
所述砧木切削装置用于切削砧木(参见图5)，以使砧木上形成便于嫁接的缺口(优选舌形缺口)。所述砧木切削装置包括两个曲柄摇杆机构以及设置在每个曲柄摇杆机构上的切削刀31。两个曲柄摇杆机构相互间隔一定距离(两个曲柄摇杆机构与传送带之间的距离不同)，均由动力装置进行驱动。所述曲柄摇杆机构包括可绕水平轴线转动地定位在机架上的第一曲柄32与第一摇杆33以及铰接在第一曲柄与第一摇杆之间的第一连杆34，切削刀固定在第一连杆上，切削刀的刀刃面向砧木输送装置。所述两个曲柄摇杆机构的连杆转动轴线互相平行，并且还平行于砧木输送装置的输送方向。所述曲柄摆杆机构用于带动切削刀来回摆动，每个切削刀对砧木输送装置上的砧木进行一次切削；由于两个曲柄摇杆机构与传送带之间的距离不同，但切削刀到达的终点相同(两个切削刀切削的时间错开，以避免相互干涉；参见图6)，因而每块砧木经过两次切削后形成一个用于嫁接的缺口。
所述接穗装置(参见图7-图9)包括将接穗插接至砧木缺口的接穗机械手以及为接穗机械手提供接穗的接穗输送机构；
所述接穗输送机构包括槽轮电机19、由槽轮电机驱动的槽轮机构、输送盘11。所述槽轮机构中，主动拨盘12与槽轮13可绕水平轴线转动地定位在机架上，槽轮电机的输出轴连接主动拨盘的转轴，主动拨盘上设有圆销12.1，槽轮上设有与圆销配合的径向槽13.1，输送盘与槽轮同轴固定，输送盘的边沿均匀布置若干个接穗夹14；接穗夹为叉状结构用于固定接穗。工作时，接穗输送机构需要依靠人工将接穗放在接穗夹上，再通过输送盘向接穗机械手输送接穗。
所述接穗机械手(参见图10)中，机械臂21可绕水平轴线转动地定位在机架上，驱动机械臂转动的舵机22固定在机架上，机械手气缸23与夹爪24又设置在机械臂上；所述机械臂的转动轴线平行于输送盘的转动轴线。所述机械手气缸通过齿条机构驱动夹爪开合(夹持接穗)；齿条结构包括可转动地定位在机械臂上的两个齿轮25以及与气缸活塞杆固定并与齿轮啮合的齿条26(由图可知该齿条为双面齿条，插接在两个齿轮之间同时与两个齿轮啮合)，每个齿轮上固定一条夹爪的手臂。所述舵机带动着接穗机械手，使其在接穗装置与砧木输送装置之间转动。所述机械手气缸的伸缩方向垂直于砧木输送装置的输送方向。所述接穗机械手在舵机带动下顺时针摆动一定角度后，从接穗装置上取出接穗，然后在舵机带动下逆时针摆动一定角度转向砧木输送装置，将接穗插接到经过切削形成的砧木的缺口中(参见图13)；插接完成后的砧木与接穗连接关系如图14所示。舵机负责机械手的往复摆动，由机械手气缸带动齿条驱动机械手的夹持部分开合，完成接穗的夹取和释放。机械手夹持部分的下方具有一块带有U型槽(U型槽稍大于砧木的直径)的导向板24-1，能够卡住砧木，保证接合的准确。
所述振动盘(参见图15)用于向包夹装置输送嫁接夹。所述振动盘为现有装置；振动盘启用时，多个嫁接夹在振动盘中依序排队、方向一致地沿着振动盘中设置的通道4-1行进。
所述包夹装置用于将振动盘输送的嫁接夹包夹在经过嫁接的砧木上。所述包夹装置包括嫁接夹6、导向座51、曲柄滑块机构、拨片52、夹持手53。
所述嫁接夹(参见图20-图21)包括弹性夹体61、内垫62、两条夹臂63与推板64。所述弹性夹体用于包裹砧木，为金属板弯曲而成的筒形，弹性夹体上制有开口61.1，该开口作为嫁接夹的夹口。所述内垫设置在弹性夹体内部，用于包裹住砧木的嫁接部位，弹性夹体的底部上下两端设有用于定位内垫的翻边65。所述两条夹臂设置在弹性夹体两侧并呈V字形布置，夹臂的阻力臂与弹性夹体的开口连接。所述推板设置在弹性夹体后部并且位于夹臂的两条动力臂之间。
所述导向座51(参见图16-图18)安装在振动盘出口，导向座上设有由两侧导向座板形成的供嫁接夹移动的导向通道，导向通道的形状与嫁接夹外形相适合，导向通道的宽度沿着嫁接夹的移动方向逐渐缩小，并且由高至低形成一斜坡；导向通道底部设有两个穿越斜坡的滑槽51.1，导向通道的长度方向与滑槽的长度方向平行；拨片52竖直布置并与曲柄滑块机构滑块57连为一体，跟随着滑块可沿着滑槽往复移动；拨片跟随曲柄往后移动时则躲进斜坡(拨片高度低于斜坡的一半高度)，不会影响顺着斜坡下滑的嫁接夹(嫁接夹按照设定一个一个依次下滑)；拨片跟随曲柄往前移动时，则顶推嫁接夹的推板，可将嫁接夹推出导向座。
所述曲柄滑块机构(参见图17-图18)设置在导向座下方，包括可转动地定位在机架上的第二曲柄55、固定在机架上的导轨56、可沿着导轨滑动的滑块57、可转动地铰接在第二曲柄与滑块之间的第二连杆58。所述导轨的长度方向平行于导向通道的长度方向。所述曲柄摇杆机构由动力装置进行驱动；导向通道与导轨之间设置有利于滑块运动的空隙(滑槽与该空隙贯通)。
所述夹持手53(参见图19)设置在导向座的出口，夹持手气缸54设置在曲柄滑块机构下方并用于推动夹持手靠近或远离导向座。所述夹持手上设有与嫁接夹外形相适合的夹持口53.1。所述夹持手气缸的伸缩方向垂直于砧木输送装置的输送方向。
所述包夹装置中，嫁接夹在振动盘的带动下逐个进入导向座中，拨片在曲柄滑块机构带动下推动嫁接夹沿着导向通道移动(往图21的下方移动)，由于嫁接夹受到导向通道挤压，嫁接夹的动力臂逐渐收拢使得夹口张开，嫁接夹被推出导向座后立即进入夹持手的夹持口中，夹持口卡住嫁接夹的夹臂使得嫁接夹保持夹口张开状态；夹持手气缸启动后再将夹持手推向砧木输送装置上的砧木(完成嫁接的砧木)。由于砧木的外径略大于嫁接夹夹口张开时的宽度，嫁接夹的夹口在砧木的挤压下继续张开一定程度从而完全包裹住砧木；此时嫁接夹的动力臂进一步收拢(脱离夹持手的限制)，最后夹持手气缸回缩将夹持手收回，嫁接夹夹持并停留在砧木上，将接穗与砧木抱合在一起(参见图24)。
所述动力装置包括驱动电机(图中省略)以及向曲柄摇杆机构与曲柄滑块机构传递驱动电机动力的传动机构。如图26所示，所述传动机构包括平行布置的第一传动轴71、第二传动轴72、第三传动轴73、第四传动轴74、第五传动轴75。其中：第一传动轴连接驱动电机，第一切削主动轮71.1、第一传动轮71.2、第一包夹主动轮71.3设置在第一传动轴上；第一切削从动轮72.1设置在第二传动轴上并与第一切削主动轮啮合；第二切削主动轮73.1与第三传动轮73.2设置在第三传动轴上；第二切削从动轮74.1设置在第四传动轴上并与第一切削主动轮啮合；第二传动轮76.1同时与第一传动轮及第三传动轮啮合；第一包夹从动轮75.1设置在第五传动轴上，第四传动轮76.2同时与第一包夹主动轮与第一包夹从动轮啮合。
所述第一传动轴与驱动电机输出轴连接，第二转动轴与第四传动轴均通过齿轮链条结构连接曲柄摇杆机构，第五传动轴连接曲柄滑块机构(第五传动轴连接曲柄滑块机构第二曲柄，以输入动力)。
所述齿轮链条结构包括在第一齿轮81、第二齿轮82以及连接第一齿轮与第二齿轮的传动链条(图中省略)。所述第一齿轮分别设置在第二转动轴与第四传动轴上，第二齿轮设置在曲柄摇杆机构第一曲柄的输入轴上。
本发明采用嵌芽接的嫁接方式，并通过多个装置的协同作业进行嫁接，具体的工作原理是：由砧木输送装置移动砧木，使用砧木切削装置在砧木上切出缺口，接穗装置不断地向接穗机械手输送接穗，砧木经过接穗机械手时接穗机械手将接穗与砧木插接贴合，振动盘向包夹装置输出嫁接夹，砧木经过包夹装置时包夹装置将砧木包扎固定。本发明通过对嫁接三个流程(切削、贴合、包夹)的分解转化，进一步提升了苗木的自动化嫁接程度，保证了嫁接质量，并且还提高了工作效率。
本发明还配置有连通各气动部件(如气缸)使用的气源(优选空气压缩机；图中省略)。
本发明中，各机构及组件的工作位置信号分别由若干个传感器(包括接近开关)输至控制器(优选PLC；图中省略)，再由控制器对各机构及组件的工作次序与动作行程分别进行控制；这些均为常规控制技术，本文不再一一细述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种旱地苗木嫁接机，包括设置在机架上的砧木输送装置；其特征在于：该嫁接机包括分别设置在机架上与砧木输送装置进行配合的砧木切削装置(3)、接穗装置、包夹装置(5)、为包夹装置输送嫁接夹的振动盘(4)以及动力装置；
所述砧木输送装置包括由电机及传动机构驱动而间歇运动的传送带以及位于传送带上相互间隔一定距离以固定砧木的若干个卡架(29)；所述砧木切削装置、接穗装置以及包夹装置均设置在传送带旁，以分别对传送带上携带的砧木进行作业；
所述砧木切削装置包括两个由动力装置驱动的曲柄摇杆机构以及分别设置在每个曲柄摇杆机构上的切削刀(31)，两个曲柄摇杆机构的连杆转动轴线互相平行；以使两把切削刀在同一个砧木上配合切割形成一个便于嫁接的缺口；
所述接穗装置包括将接穗插接至砧木缺口的接穗机械手以及为接穗机械手提供接穗的接穗输送机构；所述接穗输送机构包括由槽轮电机(19)驱动的槽轮机构、同轴固定在槽轮机构槽轮上的输送盘(11)以及设置在输送盘边沿的若干接穗夹(14)；所述接穗机械手包括可绕水平轴线转动的机械臂(21)、驱动机械臂转动的舵机(22)、设置在机械臂上的机械手气缸(23)以及由机械手气缸驱动的夹爪(24)；
所述包夹装置包括设置在振动盘出口并且制有导向通道的导向座(51)、可沿导向通道移动的多个嫁接夹(6)、设置在导向座下方并由动力装置驱动的曲柄滑块机构、设置在曲柄滑块机构滑块上且可沿导向通道滑动以顶推嫁接夹的拨片(52)、设置在导向座出口的夹持手(53)以及设置在导向座下方用于移动夹持手的夹持手气缸(54)。
2.根据权利要求1所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述动力装置包括驱动电机以及向曲柄摇杆机构与曲柄滑块机构传递驱动电机动力的传动机构。
3.根据权利要求2所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述接穗机械手中，机械手气缸通过齿条机构驱动夹爪开合；所述齿条机构包括可转动地定位在机械臂上的两个齿轮(25)以及与气缸活塞杆固定并与两个齿轮啮合的齿条(26)，每个齿轮固定有一条夹爪手臂。
4.根据权利要求3所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述曲柄摇杆机构包括可转动地定位在机架上的第一曲柄(32)与第一摇杆(33)以及铰接在第一曲柄与第一摇杆之间的第一连杆(34)；所述切削刀固定在第一连杆上。
5.根据权利要求4所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述曲柄滑块机构包括可转动地定位在机架上的第二曲柄(55)、固定在机架上的导轨(56)、可沿着导轨滑动的滑块(57)、可转动地铰接在第二曲柄与滑块之间的第二连杆(58)；所述导向通道的宽度沿着出口方向逐渐缩小，导向通道底部设有供拨片移动的滑槽(51.1)。
6.根据权利要求5所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述槽轮机构包括由槽轮电机(19)驱动的主动拨盘(12)以及与主动拨盘配合的槽轮(13)。
7.根据权利要求6所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述嫁接夹包括筒形的弹性夹体(61)、设置在弹性夹体中的内垫(62)、设置在弹性夹体两侧的夹臂(63)以及设置在弹性夹体后部的推板(64)；所述夹臂的阻力臂与弹性夹体的开口连接；所述夹持手上设有与嫁接夹外形相适合的夹持口(53.1)。
8.根据权利要求7所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述传动机构包括平行布置的第一传动轴(71)、第二传动轴(72)、第三传动轴(73)、第四传动轴(74)与第五传动轴(75)；所述第一传动轴上设有第一切削主动轮(71.1)、第一传动轮(71.2)与第一包夹主动轮(71.3)；所述第二传动轴上设有与第一切削主动轮啮合的第一切削从动轮(72.1)；所述第三传动轴上设有第二切削主动轮(73.1)与第三传动轮(73.2)；所述第四传动轴上设有与第二切削主动轮啮合的第二切削从动轮(74.1)；所述第一传动轮及第三传动轮同时与第二传动轮啮合(76.1)；所述第五传动轴上设有第一包夹从动轮(75.1)；所述第一包夹主动轮及第一包夹从动轮同时与第四传动轮(76.2)啮合。
9.根据权利要求8所述的旱地苗木嫁接机，其特征在于：所述传动机构中，第一传动轴与驱动电机输出轴连接，第二转动轴与第四传动轴均通过齿轮链条机构连接曲柄摇杆机构，第五传动轴连接曲柄滑块机构。
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