CN111466190A - 一种欠驱动式钵苗移栽手爪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种欠驱动式钵苗移栽手爪，包括：基座、动力及传动机构、凸轮机构、滑动机构和夹持机构；基座包括：固定座和底盘；动力及传动机构包括：步进电机、主动齿轮A、从动齿轮A、齿轮轴A、轴承座A、主动齿轮B、从动齿轮B、齿轮轴B和轴承座B；凸轮机构包括：凸轮、滚轮、滚轮固定座、恒力卷簧和卷簧盒；滑动机构包括：一对纵向直线导轨和横向直线导轨，纵向直线导轨和横向直线导轨均由滑轨和滑块组成；夹持机构包括：一对滑块上轴套、一对箱式滑块轴承座、一对伸缩轴和一对手爪。本发明可安装在多种形式的移栽机上，适用于不同规格的穴盘，能够连续进行机械化钵苗剔除、补栽和移栽作业。整个装置运动平稳、性能可靠。

Description

一种欠驱动式钵苗移栽手爪

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体是一种欠驱动式钵苗移栽手爪。

背景技术

穴盘育苗技术改变了传统生产方式和种植制度，提高了经济效益，现已被广泛应用。在工厂机械化育苗生产中，需利用钵苗移栽机器人进行劣质钵苗剔除、健康钵苗补栽和移栽作业。钵苗移栽手爪或末端执行器是钵苗移栽机器人的关键部件。

国外发达国家对钵苗移栽机器人和钵苗移栽手爪的研究起步较早，现已经达到较高的水平，部分钵苗移栽手爪已经产品化，具有较高自动化程度和可靠性，并能满足多场景的自动移栽作业。

相比较而言，我国对钵苗移栽机器人的研究仍处于起步阶段，各项技术仍然不成熟，尤其是钵苗移栽手爪。目前，我国还没有生产出性能可靠的钵苗移栽手爪产品，现有研究中的钵苗移栽手爪大多结构复杂，驱动系统多配备两个以上动力源，并以气动为主，存在成本高、可靠性差等问题。

为实现钵苗的机械化、智能化移栽，推动机械化育苗技术发展，迫切需要研制出一种结构简单、工作可靠、成本低的钵苗移栽手爪，以代替人工劳动。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种欠驱动式钵苗移栽手爪，用以安装在钵苗移栽机上，实现机械化钵苗剔除、补栽和移栽作业。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种欠驱动式钵苗移栽手爪，包括：基座、动力及传动机构、凸轮机构、滑动机构和夹持机构；

所述基座包括：固定座1和底盘2；所述动力及传动机构包括：步进电机3、主动齿轮A4、从动齿轮A5、齿轮轴A6、轴承座A7、主动齿轮B8、从动齿轮B9、齿轮轴B10和轴承座B11；所述凸轮机构包括：凸轮12、滚轮13、滚轮固定座14、恒力卷簧15和卷簧盒 16；所述滑动机构包括：一对纵向直线导轨17和横向直线导轨18，纵向直线导轨17和横向直线导轨18均由滑轨19和滑块20两部分组成；所述夹持机构包括：一对滑块上轴套21、一对箱式滑块轴承座22、一对伸缩轴23和一对手爪24；

所述步进电机3和纵向直线导轨17的滑轨19安装在固定座1上，底盘2安装在纵向直线导轨17的滑块20上，固定座1能够装配在钵苗移栽机上；

所述主动齿轮A4安装在步进电机3的轴上，轴承座A 7固定在底盘2上，齿轮轴A6穿过轴承座A7，从动齿轮A 5安装在齿轮轴 A6上，与主动齿轮A4相啮合；

所述轴承座B11固定在底盘2上，齿轮轴B10穿过轴承座B11，主动齿轮B8安装在齿轮轴A6上，从动齿轮B9安装在齿轮轴B10 上，与主动齿轮B8相啮合；

所述凸轮12安装在齿轮轴B10上，卷簧盒16内设置有恒力卷簧15，恒力卷簧15伸展出卷簧盒16的一端固定在横向直线导轨18 的滑轨19中心，滚轮13安装在滚轮固定座14上，与凸轮12相接触，滚轮固定座14固定在横向直线导轨18的滑轨19上；

所述滑块上轴套21固定在横向直线导轨18的滑块20上，箱式滑块轴承座22固定在底盘2上，伸缩轴23穿过箱式滑块轴承座22，伸缩轴23的一端固定在滑块上轴套21上，另一端与手爪24相连接。

在上述方案的基础上，所述主动齿轮A4和从动齿轮A5为偏心齿轮，传动比为1:1。

所述主动齿轮B8和从动齿轮B9的传动比为2:1。

所述一对纵向直线导轨17、一对滑块上轴套21、一对箱式滑块轴承座22、一对伸缩轴23和一对手爪24均以底盘中心面25为基准左右对称分布。

所述横向直线导轨18包括两个滑块20，两个滑块20以底盘中心面25为基准左右对称分布。

在上述方案的基础上，所述步进电机3用于为动力及传动机构提供动力，动力及传动机构用于通过齿轮传动作用带动凸轮机构和滑动机构运动。

所述步进电机3和凸轮12逆时针转动。

在上述方案的基础上，所述恒力卷簧15用于为凸轮机构提供向上的拉力，使滚轮13与凸轮12保持接触。

所述凸轮12与从动齿轮B9同步转动，步进电机3转动两圈，凸轮12转动一圈。

在上述方案的基础上，所述底盘2随着从动齿轮A 5的转动上下运动，步进电机3转动一圈，底盘2完成一次上下运动；所述夹持机构的手爪24随凸轮12的转动进行伸出和缩回运动，凸轮12转动一圈，手爪24完成一次伸出和缩回运动。

本发明的有益效果：

1、本发明可安装在多种形式的移栽机上，适用于不同规格的穴盘，能够进行机械化钵苗剔除、补栽和移栽作业。

2、本发明基于欠驱动原理进行设计，只需使用一个步进电机作为动力源，并采用齿轮传动，使整个装置运动平稳、性能可靠。

3、本发明的结构设计简单紧凑、成本低。

4、本发明采用凸轮机构带动手爪进行伸出和缩回运动，设计的凸轮形状能够使手爪在伸出和缩回时动作快速干净，且缩回时不黏结基质，可实现连续作业。

附图说明

本发明有如下附图：

图1欠驱动式钵苗移栽手爪的结构示意图；

图2欠驱动式钵苗移栽手爪的主视图；

图3欠驱动式钵苗移栽手爪的后视图；

图4欠驱动式钵苗移栽手爪的部分零件装配图；

图5凸轮轮廓图；

图6欠驱动式钵苗移栽手爪在一个工作周期内的运动示意图，其中：

图6a欠驱动式钵苗移栽手爪移动到具体的钵苗夹取位置；

图6b欠驱动式钵苗移栽手爪下降夹持住钵苗状态；

图6c欠驱动式钵苗移栽手爪夹持钵苗上升状态；

图6d欠驱动式钵苗移栽手爪移动到具体的钵苗移栽位置；

图6e欠驱动式钵苗移栽手爪移栽钵苗下降移栽状态；

图6f欠驱动式钵苗移栽手爪回到初始状态。

图中：1—固定座；2—底盘；3—步进电机；4—主动齿轮A；5—从动齿轮A；6—齿轮轴A；7—轴承座A；8—主动齿轮B；9—从动齿轮B；10—齿轮轴B；11—轴承座B；12—凸轮；13—滚轮；14—滚轮固定座；15—恒力卷簧；16—卷簧盒；17—纵向直线导轨；18—横向直线导轨；19—滑轨；20—滑块；21—滑块上轴套；22—箱式滑块轴承座；23—伸缩轴；24—手爪；25—底盘中心面；26—运动起点； 27—推程起点；28—推程弧度中点；29—推程终点；30—运动中点； 31—回程起点；32—回程终点；33—钵苗；34—穴盘；35—钵苗夹取位置；36—钵苗移栽位置；37—初始高度；38—最低高度。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，一种欠驱动式钵苗移栽手爪，包括：基座、动力及传动机构、凸轮机构、滑动机构和夹持机构；

所述基座包括：固定座1和底盘2；

所述动力及传动机构包括：步进电机3、主动齿轮A4、从动齿轮A5、齿轮轴A6、轴承座A7、主动齿轮B8、从动齿轮B9、齿轮轴B10和轴承座B11；

所述凸轮机构包括：凸轮12、滚轮13、滚轮固定座14、恒力卷簧15和卷簧盒16；

所述滑动机构包括：一对纵向直线导轨17和横向直线导轨18，纵向直线导轨17和横向直线导轨18均由滑轨19和滑块20两部分组成；

所述夹持机构包括：一对滑块上轴套21、一对箱式滑块轴承座 22、一对伸缩轴23和一对手爪24；

所述步进电机3和纵向直线导轨17的滑轨19安装在固定座1上，底盘2安装在纵向直线导轨17的滑块20上，固定座1可装配在钵苗移栽机上；

所述主动齿轮A4安装在步进电机3的轴上，轴承座A 7固定在底盘2上，齿轮轴A6穿过轴承座A7，从动齿轮A 5安装在齿轮轴 A6上，与主动齿轮A4相啮合；

所述轴承座B11固定在底盘2上，齿轮轴B10穿过轴承座B11，主动齿轮B8安装在齿轮轴A6上，从动齿轮B9安装在齿轮轴B10 上，与主动齿轮B8相啮合；

所诉凸轮12安装在齿轮轴B10上，卷簧盒16内设置有恒力卷簧15，恒力卷簧15伸展出卷簧盒16的一端固定在横向直线导轨18 的滑轨19中心，滚轮13安装在滚轮固定座14上，与凸轮12相接触，滚轮固定座14固定在横向直线导轨18的滑轨19上；

所述滑块上轴套21固定在横向直线导轨18的滑块20上，箱式滑块轴承座22固定在底盘2上，伸缩轴23穿过箱式滑块轴承座22，伸缩轴23的一端固定在滑块上轴套21上，另一端与手爪24相连接。

如图2、图3所示，在上述方案的基础上，所述主动齿轮A4和从动齿轮A5为偏心齿轮，传动比为1:1；

所述主动齿轮B8和从动齿轮B9的传动比为2:1；

所述一对纵向直线导轨17、一对滑块上轴套21、一对箱式滑块轴承座22、一对伸缩轴23和一对手爪24均以底盘中心面25为基准左右对称分布；

所述横向直线导轨18包括两个滑块20，两个滑块20以底盘中心面25为基准左右对称分布。

在上述方案的基础上，所述步进电机3用于为动力及传动机构提供动力，动力及传动机构通过齿轮传动作用带动凸轮机构和滑动机构运动；

所述步进电机3和凸轮12逆时针转动。

在上述方案的基础上，所述恒力卷簧15用于为凸轮机构提供向上的拉力，使滚轮13与凸轮12保持接触；

所述凸轮12与从动齿轮B9同步转动，步进电机3转动两圈，凸轮12转动一圈。

如图6所示，在上述方案的基础上，所述底盘2随着从动齿轮A 5的转动上下运动，步进电机3转动一圈，底盘2完成一次上下运动；所述夹持机构的手爪24随凸轮12的转动进行伸出和缩回运动，凸轮 12转动一圈，手爪24完成一次伸出和缩回运动。

以移栽作业为例，本发明的大致工作过程如下：

1、将欠驱动式钵苗移栽手爪安装在钵苗移栽机上，钵苗移栽机将带动欠驱动式钵苗移栽手爪在钵苗夹取位置和钵苗移栽位置之间移动。如图6所示，欠驱动式钵苗移栽手爪在一个工作周期内，先后完成对钵苗的夹取和移栽，期间底盘2带动凸轮机构和夹持机构上下运动两次，凸轮机构带动夹持机构完成一次伸出和缩回运动，步进电机3和凸轮12逆时针转动。

2、如图5、6所示，欠驱动式钵苗移栽手爪的一个工作周期可细分为六个过程，即，将钵苗的夹取和移栽分别细分为三个过程：

1)钵苗移栽机将欠驱动式钵苗移栽手爪移动到具体的钵苗夹取位置35后，钵苗移栽机停止运动，此时状态如图6.a所示；

2)步进电机3开始逆时针转动第一圈，底盘2带动凸轮机构和夹持机构由初始高度37向下运动，凸轮12从运动起点26开始逆时针转动，底盘2到达最低高度38时，滚轮13经过了凸轮12的推程起点27，正对准推程弧度中点28，凸轮12继续转动至推程终点29，夹持机构的手爪24快速伸出，插入钵苗的基质中，夹持住钵苗33，此时状态如图6.b所示；

3)步进电机3继续转动，底盘2带动凸轮机构和夹持机构向上运动，期间夹持机构保持伸出状态，夹持钵苗一起向上运动，脱离穴盘34，步进电机3转完第一圈后暂停转动，此时底盘2正好回到初始高度，完成对钵苗的夹取，此时状态如图6.c所示；

4)钵苗移栽机再次开始运动，将欠驱动式钵苗移栽手爪移动到具体的钵苗移栽位置后，再次停止运动，此时状态如图6.d所示；

5)步进电机3开始逆时针转动第二圈，底盘2带动凸轮机构和夹持机构由初始高度向下运动，凸轮12从运动中点30开始逆时针转动，底盘2到达最低高度时，滚轮13正对准凸轮12的回程起点31，凸轮12继续转动至回程终点32，夹持机构的手爪24快速缩回，脱离钵苗的基质，钵苗掉落到钵苗移栽位置36，完成对钵苗的移栽，此时状态如图6.e所示；

6)步进电机3继续转动，底盘2带动凸轮机构和夹持机构向上运动，期间夹持机构保持缩回状态，步进电机3转完第二圈后暂停转动，此时底盘2正好回到初始高度，此时状态如图6.f所示。

3、一个工作周期结束后，欠驱动式钵苗移栽手爪开始下一个工作周期，连续作业。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于，包括：基座、动力及传动机构、凸轮机构、滑动机构和夹持机构；

所述基座包括：固定座(1)和底盘(2)；所述动力及传动机构包括：步进电机(3)、主动齿轮A(4)、从动齿轮A(5)、齿轮轴A(6)、轴承座A(7)、主动齿轮B(8)、从动齿轮B(9)、齿轮轴B(10)和轴承座B(11)；所述凸轮机构包括：凸轮(12)、滚轮(13)、滚轮固定座(14)、恒力卷簧(15)和卷簧盒(16)；所述滑动机构包括：一对纵向直线导轨(17)和横向直线导轨(18)，纵向直线导轨(17)和横向直线导轨(18)均由滑轨(19)和滑块(20)两部分组成；所述夹持机构包括：一对滑块上轴套(21)、一对箱式滑块轴承座(22)、一对伸缩轴(23)和一对手爪(24)；

所述步进电机(3)和纵向直线导轨(17)的滑轨(19)安装在固定座(1)上，底盘(2)安装在纵向直线导轨(17)的滑块(20)上，固定座(1)能够装配在钵苗移栽机上；

所述主动齿轮A(4)安装在步进电机(3)的轴上，轴承座A(7)固定在底盘(2)上，齿轮轴A(6)穿过轴承座A(7)，从动齿轮A(5)安装在齿轮轴A(6)上，与主动齿轮A(4)相啮合；

所述轴承座B(11)固定在底盘(2)上，齿轮轴B(10)穿过轴承座B(11)，主动齿轮B(8)安装在齿轮轴A(6)上，从动齿轮B(9)安装在齿轮轴B(10)上，与主动齿轮B(8)相啮合；

所述凸轮(12)安装在齿轮轴B(10)上，卷簧盒(16)内设置有恒力卷簧(15)，恒力卷簧(15)伸展出卷簧盒(16)的一端固定在横向直线导轨(18)的滑轨(19)中心，滚轮(13)安装在滚轮固定座(14)上，与凸轮(12)相接触，滚轮固定座(14)固定在横向直线导轨(18)的滑轨(19)上；

所述滑块上轴套(21)固定在横向直线导轨(18)的滑块(20)上，箱式滑块轴承座(22)固定在底盘(2)上，伸缩轴(23)穿过箱式滑块轴承座(22)，伸缩轴(23)的一端固定在滑块上轴套(21)上，另一端与手爪(24)相连接。

2.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述主动齿轮A(4)和从动齿轮A(5)为偏心齿轮，传动比为1:1。

3.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述主动齿轮B(8)和从动齿轮B(9)的传动比为2:1。

4.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述一对纵向直线导轨(17)、一对滑块上轴套(21)、一对箱式滑块轴承座(22)、一对伸缩轴(23)和一对手爪(24)均以底盘中心面(25)为基准左右对称分布。

5.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述横向直线导轨(18)包括两个滑块(20)，两个滑块(20)以底盘中心面(25)为基准左右对称分布。

6.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述步进电机(3)用于为动力及传动机构提供动力，动力及传动机构用于通过齿轮传动作用带动凸轮机构和滑动机构运动。

7.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述步进电机(3)和凸轮(12)逆时针转动。

8.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述恒力卷簧(15)用于为凸轮机构提供向上的拉力，使滚轮(13)与凸轮(12)保持接触。

9.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述凸轮(12)与从动齿轮B(9)同步转动，步进电机(3)转动两圈，凸轮(12)转动一圈。

10.如权利要求1所述的欠驱动式钵苗移栽手爪，其特征在于：所述底盘(2)随着从动齿轮A(5)的转动上下运动，步进电机(3)转动一圈，底盘(2)完成一次上下运动；所述夹持机构的手爪(24)随凸轮(12)的转动进行伸出和缩回运动，凸轮(12)转动一圈，手爪(24)完成一次伸出和缩回运动。

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