CN111285286A - 提升系统 - Google Patents

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CN111285286A
CN111285286A CN202010179030.9A CN202010179030A CN111285286A CN 111285286 A CN111285286 A CN 111285286A CN 202010179030 A CN202010179030 A CN 202010179030A CN 111285286 A CN111285286 A CN 111285286A
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lifting frame
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吴劼
姜东�
丁艳锋
周国栋
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Nanjing Huitong Crop Phenotype Research Institute Co Ltd
Nanjing Agricultural University
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Nanjing Huitong Crop Phenotype Research Institute Co Ltd
Nanjing Agricultural University
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Abstract

本发明涉及一种提升系统，包括装载多个透明根系栽培容器的栽培框；提升框架，设在输送带与多层立体栽培架之间；提升架，用于完成栽培框与输送带之间的运移并带动栽培框在提升框架内上下运动；顶升子车，用于在提升架与多层立体栽培架之间转移栽培框；行走机构，用于带动提升框架和提升架在输送带与多层立体栽培架之间沿输送带和多层立体栽培架的宽度方向滑动。通过提升架完成栽培框与输送带之间的运移，通过提升架和行走机构将栽培框提升至多层立体所在位置，通过顶升子车完成提升架与多层立体栽培架之间转移栽培框，实现栽培框的高通量、自动化搬运。无需对已有的多层立体栽培架、多层立体栽培架内的栽培框进行改动，成本低，适合大规模使用。

Description

提升系统
技术领域
本发明涉及一种装载多个透明根系栽培容器的栽培框自动装配系统，特别涉及一种用于将栽培框从输送带与多层立体栽培架之间运移的提升系统。
背景技术
作物表型决定于基因和环境，包括产量、抗病性、抗虫性、品质等，研究作物表型，对提高作物产量、保障未来粮食安全具有重要现实意义。高通量表型研究需要借助新方法，新技术来解译、理解植物生理学奥秘，而新方法，新技术的运用需要借助辅助工具——新设备新仪器配套研发来完成一系列研究工作。在室内条件下，作物栽培装置的高通量搬运、转移也是高通量表型研究的重要方面之一，大大降低了劳动力成本，节约了资源空间。
室内条件下，与作物栽培运输相关的装置已有研究。自动化货架搬运系统，在每层货架放置多层周转箱或容器，每层货架周转箱顶部、与其上一层货架底部之间的空隙尽量小，节约存储空间，通过拾取单元的上支撑部和下限位部保证搬运小车在搬运的过程中互不干扰。CN106852262A公开了一种多层立体自动化移动苗床系统，移动单元在轮系机构的驱动下进行升降运动，在传感器定位装置的作用下在指定位置停止，升降台装置可将苗床自动化转移并搬运至指定位置。移动式自动化蔬果种植系统，通过使用上盘机和下盘机自动化设备来进行栽培生产，通过使用带有流利条的培养槽，上盘机推动种植板沿流利条运动。这些装置系统能实现自动化搬运与运动，在一定程度上提高了生产效率，但是在装置运行过程中，没有相应缓冲装置避免设备在运动过程中部件与部件之间碰撞，无法保障整个系统的稳定性和安全性，也没有相应的感应装置，无法准确测定装置的运移速度和相对轨道运行的距离。 因此，需要研发稳定性强、安全系数高的高通量作物栽培运输装置。
CN106852262A公开的多层立体自动化移动苗床系统中，需要在栽培单元上设置支撑单体苗床的驱动装置，在单体苗床的前、后两端设置铁块。工作时，通过铁块与升降台装置上的电磁铁相配合，同时驱动装置驱动单体苗床运动，完成单体苗床的转移并搬运。该装置系统虽然实现自动化搬运与运动，但其对多层立体式苗床架和单体苗床均作了大幅度改动，对栽培单元具有较高要求，需要在多层立体式苗床架的栽培单元上设置驱动装置、平行导轨、设在平行导轨之间的U形壳体等，并且需要在每个单体苗床的前、后两端设置铁块。一方面限制了其大规模使用，另外一方面增加了大量的成本。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种无需对已有的多层立体栽培架和栽培框进行改动、成本低的提升系统。
本发明的具体技术方案如下：
一种提升系统，该系统包括装载多个透明根系栽培容器的栽培框；
提升框架，设在输送带与多层立体栽培架之间；
提升架，用于完成栽培框与输送带之间的运移并带动栽培框在提升框架内上下运动；
顶升子车，用于在提升架与多层立体栽培架之间转移栽培框；
行走机构，用于带动提升框架和提升架在输送带与多层立体栽培架之间沿输送带和多层立体栽培架的宽度方向滑动。
优选的，所述的提升系统还包括限速器-安全钳系统，限速器设在行走机构上，提升框架的顶部设有滑轮，钢丝绳依次穿过滑轮和限速器后首尾连接，限速器与安装在提升架上的安全钳联动配合。
优选的，所述多层立体栽培架包括并列设置的数个栽培架单元，各个栽培架单元包括架体，沿架体的水平方向设有若干组不同高度的L形轨道，所述L形轨道沿栽培架单元的长度方向延伸，L形轨道将栽培架单元分割成多层放置栽培框的层架；所述栽培框放置在L形轨道的竖直端顶部。
优选的，所述提升框架包括两立柱，设在两立柱上用于带动提升架上下运动的链轮链条组件；所述提升框架两立柱内侧设有沿竖直方向延伸的导轨。
优选的，所述提升架包括框架，框架上设有与输送带相匹配的两组链条传送带，两组链条传送带分别设在框架横向架体两侧的链条架上，框架横向架体上还设有用于支撑顶升子车、并且与顶升子车滑动配合的两条轨道，两条轨道设在两组链条传送带内侧并且与链条传送带平行。
优选的，所述框架横向架体的端部设有与提升框架两立柱内侧的导轨相匹配的滚轮组，滚轮组包括三个滚轮，三个滚轮相抵其外圆周面形成用于夹持导轨的夹持空间；
所述框架横向架体的上方设有两个托盘导向板，两个托盘导向板设在两组链条传送带外侧并且与链条传送带平行，各个托盘导向板的两端均设有对射光电开关。
优选的，所述顶升子车包括车体框架、设于车体框架底部的行走组件，设于车体框架内用于将其上方的顶升板顶升和下降的顶升机构。
优选的，所述顶升板两侧的前端及后端分别设有导柱，车体框架内设有四个导向套，导柱可竖直往复移动地穿设在该导向套内；
所述顶升机构包括与驱动机构传动连接的曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构的摇杆与转轴连接，两个平行摇杆分别连接在转轴的两端。
优选的，所述行走机构包括底座支架，设于底座支架底部并且与滑轨滑动配合的主动轮、从动轮以及用于驱动主动轮转动的驱动机构。
优选的，所述行走机构包括底座支架，设于底座支架底部并且与滑轨滑动配合的主动轮、从动轮，所述主动轮套设在转轴的两端，驱动机构用于驱动转轴的转动；所述底座支架底部还设有与滑轨滑动配合的导轮组，导轮组包括两个导轮，两个导轮分别设在滑轨的两侧并与该滑轨侧面接触。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
1.本发明通过提升架完成栽培框与输送带之间的运移，通过提升架和行走机构将栽培框提升至多层立体所在位置，通过顶升子车完成提升架与多层立体栽培架之间转移栽培框，实现栽培框的高通量、自动化搬运。
2.本发明无需对已有的多层立体栽培架、多层立体栽培架内的栽培框进行改动，成本低，适合大规模使用。
3.本发明采用了限速器-安全钳系统，防止提升架发生坠落的风险，提高了整个系统的稳定性和安全性，稳定性强、安全系数高。
附图说明
图1为本发明提升系统的结构示意图；
图2为本发明多层立体栽培架的结构示意图；
图3为本发明提升框架的结构示意图；
图4为本发明提升架的结构示意图；
图5为本发明顶升子车去除顶升板后的结构示意图；
图6为本发明顶升机构的结构示意图；
图7为本发明行走机构的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。本发明未提及部分均为现有技术。
现有的容器栽培技术中的植物栽培容器主要将栽培基质直接放入透明根系栽培容器中，再将多个透明根系栽培容器放置在栽培框中整体进行遮光培养。为了优化空间利用而采用多层立体栽培架用于放置栽培框的情况逐渐普及。而栽培容器内的植株在生长过程中，需要对植株表型进行研究、因此需要获取植株根系表型信息。现有的植株根系表型信息的获取方法主要是对透明根系栽培容器内植株的根系进行成像，需要将多层立体栽培架上的栽培框搬运至成像区对透明根系栽培容器进行成像，待透明根系栽培容器成像完后，需要将成像后装载多个透明根系栽培容器的栽培框搬回至原先的放置区域。
针对上述情形，本发明提供了一种提升系统，参见图1和图2，该系统包括装载多个透明根系栽培容器的栽培框4；提升框架1，设在输送带（图中未画出）与多层立体栽培架13之间；提升架3，用于完成栽培框4与输送带之间的运移并带动栽培框4在提升框架1内上下运动；顶升子车2，用于在提升架3与多层立体栽培架13之间转移栽培框4；行走机构10，用于带动提升框架1和提升架3在输送带与多层立体栽培架之间沿输送带和多层立体栽培架13的宽度方向滑动。
进一步的，输送带和多层立体栽培架之间设置有两条轻轨8，两条轻轨8沿多层立体栽培架13的宽度方向延伸并且与输送带垂直；行走机构10可滑动的设置在两条轻轨8上，两条轻轨8的两端均设有缓冲器11，避免行走机构10与两条轻轨8的端部发生碰撞。提升系统的上方设有滑触线6，为整个提升系统提供电力。
本发明所述的提升系统还包括限速器-安全钳系统，限速器9设在行走机构10上，提升框架1的顶部设有滑轮5，钢丝绳12依次穿过滑轮5和限速器9后首尾连接，限速器9与安装在提升架3上的安全钳（图中未画出）联动配合，限速器9随时监测控制着提升架3的速度，当提升架3超速、运行失控或传动链条断裂时，限速器9和安全钳（图中未画出）发送联动动作，使提升架3停住，防止发生坠落的风险。
进一步的，参见图2，多层立体栽培架包括并列设置的数个栽培架单元13-6，各个栽培架单元13-6包括架体，沿架体的水平方向设有若干组不同高度的L形轨道13-5，L形轨道13-5沿栽培架单元13-6的长度方向延伸，L形轨道13-5将栽培架单元13-6分割成多层放置栽培框的层架13-8；栽培框4放置在L形轨道13-5的竖直端顶部。L形轨道13-5的竖直端的高度大于顶升子车2的高度，顶升子车2可沿L形轨道的水平端滑动。架体包括架体两侧沿竖直方向向上延伸的多个立柱13-1，同一侧相邻两根立柱13-1之间通过横撑13-2和/或斜撑13-3连接，所述轨道13-5设在架体两侧立柱之间的横杆13-4上。
进一步的，参见图3，提升框架1包括两立柱1-1，设在两立柱1-1上用于带动提升架3上下运动的链轮链条组件。
进一步的，链轮链条组件包含固定在立柱1-1顶部的由电机1-3驱动的主动链轮1-4、固定在立柱1-1底部的从动链轮1-7、设置在主动链轮1-4与从动链轮1-7之间的传动链条1-5，所述传动链条1-5穿过提升架3并与提升架3固定连接。工作时，电机1-3驱动主动链轮1-4工作，主动链轮1-4工作经传动链条1-5带动从动链轮1-7转动，从而带动提升架3沿两立柱1-1上下滑动，以实现提升架3的上下升降。传动链条1-5的外侧设有用来保护传动链条1-5的保护罩1-8。
进一步的，提升框架1两立柱1-1内侧设有沿竖直方向延伸的导轨1-2，对提升架3沿两立柱1-1上下滑动时提供导向作用；限速器-安全钳系统中的安全钳（图中未画出）与该导轨1-2相配合。提升框架1两立柱1-1内侧顶部设有缓冲器1-6，避免提升架3滑动至提升框架1顶部时与提升框架1发生碰撞。提升框架1两立柱1-1上还设有加强梁7。
进一步的，参见图4，提升架3包括框架3-2，框架3-2上设有与输送带相匹配的两组链条传送带3-7，两组链条传送带3-7分别设在框架3-2横向架体3-4两侧的链条架3-6上，框架3-2横向架体3-4上还设有用于支撑顶升子车2、并且与顶升子车2滑动配合的两条轨道3-5，两条轨道3-5与栽培架单元13-6内的 L形轨道13-5的水平端相配合，便于顶升子车2从提升架3上滑动进入栽培架单元13-6的层架13-8上，两条轨道3-5设在两组链条传送带3-7内侧并且与链条传送带3-7平行。链条架3-6的高速大于框架3-2横向架体3-4两条轨道3-5上的顶升子车2（顶升子车的顶升板未被顶升时）的高度。两组链条张力调节装置3-3分别设置在两组链条传送带3-7上，对链条传送带3-7的张力进行调节。提升架3上设有减速电机3-9，减速电机3-9带动两组链条传送带3-7运动，两组链条传送带3-7的传送方向与输送带的传送方向相同，将输送带上的栽培框4运输至两组链条传送带3-7上。
进一步的，框架3-2横向架体3-4的端部设有与提升框架1两立柱内侧1-1的导轨1-2相匹配的滚轮组3-1，滚轮组3-1包括三个滚轮，三个滚轮相抵其外圆周面形成用于夹持导轨1-2的夹持空间；三个滚轮相抵将导轨1-2夹持使得提升架3沿导轨1-2上下滑动时更加平稳。框架3-2横向架体3-4的上方设有两个托盘导向板3-8，两个托盘导向板3-8设在两组链条传送带3-7外侧并且与链条传送带3-7平行，各个托盘导向板3-8的两端均设有对射光电开关3-11。框架3-2的顶部还设有槽式光电开关3-10，用于对提升架3的上下滑动距离进行检测。
进一步，参见图5，顶升子车2包括车体框架2-10、设于车体框架2-10底部的行走组件，设于车体框架2-10内用于将其上方的顶升板（图中未画出）顶升和下降的顶升机构2-1。
进一步，参见图5和图6，顶升板两侧的前端及后端分别设有导柱2-4，车体框架2-10内设有四个导向套2-5，导柱2-4可竖直往复移动地穿设在该导向套2-5内，保证该顶升板能够平稳地沿竖直方向移动。顶升机构2-1包括与驱动机构2-13传动连接的曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构中的曲柄2-14与摇杆2-15通过端部的销轴2-16连接，曲柄2-14和摇杆2-15能够绕销轴2-16转动，摇杆2-15的另一端与第一转轴2-17连接，两个平行摇杆2-18分别连接在第一转轴2-17的两端，第一转轴2-17上还套设有干式单板电磁制动器2-19，当驱动机构2-13停电时，能够可靠地进行制动并停止。驱动机构优选为电机，电机工作时，带动曲柄摇杆机构的曲柄2-14转动，曲柄2-14转动时由摇杆2-15带动第一转轴2-17两端的两个平行摇杆2-18同步上升或下降，从而将车体框架2-10上方的顶升板顶升和下降。
进一步的，车体框架2-10底部的行走组件包括与栽培架单元13-6内的 L形轨道13-5的水平端、并且与提升架3上用于支撑顶升子车的两条轨道3-5滑动配合的两组主动轮、两组从动轮，第一组主动轮2-7套设在第二转轴2-3的两端，第二组主动轮2-8通过齿轮副（图中未画出）与第二转轴2-3传动连接，驱动装置驱动第二转轴2-3转动；从动轮2-11组有两组，两组从动轮2-11对称设置在车体框架2-10的两侧。采用两组主动轮、两组从动轮增强了顶升子车2行进时的稳定性。优选的，驱动装置2-2为伺服电机，电机输出轴带动第二转轴2-3转动，第二转轴2-3带动其两端的第一组主动轮2-7转动，第二转轴2-3通过齿轮副同时带动第二组主动轮2-8转动，第一组主动轮2-7和第二组主动轮2-8转动后将动力传递给两组从动轮2-11，两组从动轮2-11在第一组主动轮2-7和第二组主动轮2-8的动力带动下也发生转动，从而使得顶升子车2平稳移动。车体框架2-10上还设有对顶升子车2行进时进行导向的导轮2-6，导轮2-6设在车体框架2-10的四周。车体框架2-10的周围设有对射光电开关2-9，车体框架2-10内还设有电源箱2-12，用于为顶升子车2内的各部件提供电力来源。平行摇杆2-18顶部设有滚动轴承组2-20，用于减小平行摇杆顶2-18与顶升板接触时的摩擦阻力。
进一步的，参见图7，行走机构10包括底座支架10-1，设于底座支架10-1底部并且与轻轨8滑动配合的主动轮10-5、从动轮10-6以及用于驱动主动轮10-5转动的驱动机构10-2。
进一步的，参见图7，行走机构10包括底座支架10-1，设于底座支架10-1底部并且与轻轨8滑动配合的主动轮10-5、从动轮10-6，主动轮10-5套设在转轴10-3的两端，驱动机构10-2用于驱动转轴10-3的转动；底座支架10-1底部还设有与轻轨8滑动配合的导轮组10-4，导轮组10-4包括两个导轮，两个导轮分别设在轻轨8的两侧并与该轻轨8侧面接触。驱动机构优选为电机，电机输出轴带动转轴10-3转动，转轴10-3带动其两端的两个主动轮10-5转动，主动轮10-5转动后将动力传递给从动轮10-6，从动轮10-6在主动轮10-5的动力带动下也发生转动，从而使得行走机构10平稳移动。导轮组10-4有四个，设在底座支架10-1底部的四周，不仅可以起到导向的作用，还可以减少提升系统发生左右晃动的现象，增强了整个提升系统行进时的稳定性，而且行走机构10行进时更加省力，可以降低驱动电机的功率。行走机构10上还设有与轻轨8侧面接触的淬火轮12a，淬火轮12a上设有编码器（图中未画出），行走机构沿轻轨8滑动时，淬火轮12a带动编码器转动，用于检测行走机构的行驶距离。
本发明的使用过程如下（以将多层立体栽培架上的栽培框通过输送带运移至成像区为例）：
控制行走机构10上的电机10-2驱动主动轮10-5和从动轮10-6转动，带动提升框架1和提升架3沿轻轨8朝着待运移栽培框4所在的栽培架单元13-6方向滑动，同时控制提升框架1上的电机1-3驱动主动链轮1-4工作，主动链轮1-4工作经传动链条1-5带动从动链轮1-7转动，带动提升架3上下运动，使得用于支撑顶升子车的两条轨道3-5的水平高度与待运移栽培框4所在的栽培架单元13-6内层架13-8上两L形轨道13-5水平端的水平高度齐平。
控制顶升子车2上的伺服电机2-2驱动主动轮2-7和从动轮2-11转动，带动顶升子车2从用于支撑顶升子车2的两条轨道3-5驶入待运移栽培框4所在层架13-8上的两L形轨道13-5的水平端、朝着待运移栽培框4方向滑动，直至顶升子车2滑动至待运移栽培框4的正下方；控制顶升子车2上的电机2-13带动两个平行摇杆2-18同步上升带动顶升板将L形轨道13-5的竖直端顶部的栽培框4顶起；控制顶升子车2上的伺服电机驱动2-2主动轮2-7和从动轮2-11转动，带动顶升子车2和栽培框4朝着提升架3的方向滑动，直至顶升子车2从两个链条架3-6之间进入提升架3内并且位于支撑顶升子车的两条轨道3-5的正上方。
控制顶升子车2上的电机2-13带动两个平行摇杆2-18同步下降带动顶升板上的栽培框4下降，直至顶升板上的栽培框4放置在两组链条传送带3-7上；控制行走机构10上的电机10-2驱动主动轮10-5和从动轮10-6转动，带动提升框架1和提升架3沿轻轨8朝着输送带方向滑动，直至提升架3上两组链条传送带3-7位于输送带的正前方；控制提升框架1上的电机1-3驱动主动链轮1-4工作，主动链轮1-4工作经传动链条1-5带动从动链轮1-7转动，带动提升架3上下运动，使得两组链条传送带3-7的水平高度与输送带的水平高度齐平；控制提升架3上的减速电机3-9带动两组链条传送带3-7运动，两组链条传送带3-7的传送方向与输送带的传送方向相同，直至两组链条传送带3-7上的栽培框4运输至输送带上，经输送带送至成像区进行成像。重复上面的步骤。
采用本发明所述提升系统还可以将成像完后的栽培框从输送带运移至原来放置栽培框4的栽培架单元13-6内层架13-8上的L形轨道13-5的竖直端顶部。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种提升系统，其特征在于：该系统包括装载多个透明根系栽培容器的栽培框；
提升框架，设在输送带与多层立体栽培架之间；
提升架，用于完成栽培框与输送带之间的运移并带动栽培框在提升框架内上下运动；
顶升子车，用于在提升架与多层立体栽培架之间转移栽培框；
行走机构，用于带动提升框架和提升架在输送带与多层立体栽培架之间沿输送带和多层立体栽培架的宽度方向滑动。
2.根据权利要求1所述的提升系统，其特征在于，还包括限速器-安全钳系统，限速器设在行走机构上，提升框架的顶部设有滑轮，钢丝绳依次穿过滑轮和限速器后首尾连接，限速器与安装在提升架上的安全钳联动配合。
3.根据权利要求1或2所述的提升系统，其特征在于，所述多层立体栽培架包括并列设置的数个栽培架单元，各个栽培架单元包括架体，沿架体的水平方向设有若干组不同高度的L形轨道，所述L形轨道沿栽培架单元的长度方向延伸，L形轨道将栽培架单元分割成多层放置栽培框的层架；所述栽培框放置在L形轨道的竖直端顶部。
4.根据权利要求1或2所述的提升系统，其特征在于，所述提升框架包括两立柱，设在两立柱上用于带动提升架上下运动的链轮链条组件；所述提升框架两立柱内侧设有沿竖直方向延伸的导轨。
5.根据权利要求1或2任一项所述的提升系统，其特征在于，所述提升架包括框架，框架上设有与输送带相匹配的两组链条传送带，两组链条传送带分别设在框架横向架体两侧的链条架上，框架横向架体上还设有用于支撑顶升子车、并且与顶升子车滑动配合的两条轨道，两条轨道设在两组链条传送带内侧并且与链条传送带平行。
6.根据权利要求5所述的提升系统，其特征在于，所述框架横向架体的端部设有与提升框架两立柱内侧的导轨相匹配的滚轮组，滚轮组包括三个滚轮，三个滚轮相抵其外圆周面形成用于夹持导轨的夹持空间；
所述框架横向架体的上方设有两个托盘导向板，两个托盘导向板设在两组链条传送带外侧并且与链条传送带平行，各个托盘导向板的两端均设有对射光电开关。
7.根据权利要求1或2所述的提升系统，其特征在于，所述顶升子车包括车体框架、设于车体框架底部的行走组件，设于车体框架内用于将其上方的顶升板顶升和下降的顶升机构。
8.根据权利要求7所述的提升系统，其特征在于，所述顶升板两侧的前端及后端分别设有导柱，车体框架内设有四个导向套，导柱可竖直往复移动地穿设在该导向套内；
所述顶升机构包括与驱动机构传动连接的曲柄摇杆机构，曲柄摇杆机构的摇杆与转轴连接，两个平行摇杆分别连接在转轴的两端。
9.根据权利要求1或2所述的提升系统，其特征在于，所述行走机构包括底座支架，设于底座支架底部并且与滑轨滑动配合的主动轮、从动轮以及用于驱动主动轮转动的驱动机构。
10.根据权利要求9所述的提升系统，其特征在于，所述行走机构包括底座支架，设于底座支架底部并且与滑轨滑动配合的主动轮、从动轮，所述主动轮套设在转轴的两端，驱动机构用于驱动转轴的转动；所述底座支架底部还设有与滑轨滑动配合的导轮组，导轮组包括两个导轮，两个导轮分别设在滑轨的两侧并与该滑轨侧面接触。
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