CN112602579A - 一种穴盘种苗低损移植机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种穴盘种苗低损移植机器人，包括总机架、穴盘输送带结构、栽培槽传送结构；所述栽培槽传送结构与穴盘输送带结构相互平行且均设置在总机架内腔底部，所述穴盘输送带结构包括传送带Ⅰ，在传送带Ⅰ的端面上设置有穴盘，所述穴盘通过传送带Ⅰ输送到位，所述栽培槽传送结构1包括传送带Ⅱ，在传送带Ⅱ的端面上设置有栽培槽，所述栽培槽通过传送带Ⅱ输送到位，位于穴盘输送带结构上方设置有取苗机械手；所述总机架为龙门架结构，在总机架的顶部框架中设置有驱动位移机构，所述驱动位移机构驱动取苗机械手将穴盘中的种苗移动到栽培槽的种植孔中，本发明可以实现自动、精准地将穴盘的种苗移植在栽培槽当中，而且减少了对种苗的损伤。

Description

一种穴盘种苗低损移植机器人

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体的说是一种穴盘种苗低损移植机器人。

背景技术

穴盘育苗技术是欧美国家20世纪70年代兴起的一项新的育苗技术，穴盘育苗技术是采用不同规格的穴盘做容器，以草炭、蛭石、椰子皮等材料为基质，对种子进行培育，是一次成苗的现代化体系。穴盘的大小几乎都相同，但有不同的格数，根据不同的作物选择不同格数的穴盘。当作物在穴盘中长到一定程度的时候，就需要将作物移植到低密度、大空间的栽培槽中，这时就需要穴盘苗移植装置。穴盘苗移植装置是针对蔬菜和花卉幼苗进行移植的装置。在国外，荷兰、美国等国家穴盘种苗移植技术发展已较为成熟，其移植对象主要是盆栽花卉种苗，设施水培蔬菜生产过程中种苗移植作业主要采用人工，人工移植作业不仅劳动强度大、效率低、损伤较大且移植质量不稳定，人工成本也在逐年攀升，因此开发适应中国水培蔬菜生产模式的穴盘种苗移植机器人是设施园艺现代化生产的发展趋势。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种穴盘种苗低损移植机器人，可以实现、自动、精准地将穴盘的种苗移植在栽培槽当中，而且减少了对种苗的损伤。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种穴盘种苗低损移植机器人，包括总机架、穴盘输送带结构、栽培槽传送结构；

所述栽培槽传送结构与穴盘输送带结构相互平行且均设置在总机架内腔底部，所述穴盘输送带结构包括传送带Ⅰ，在传送带Ⅰ的端面上设置有穴盘，所述穴盘通过传送带Ⅰ输送到位，所述栽培槽传送结构1包括传送带Ⅱ，在传送带Ⅱ的端面上设置有栽培槽，所述栽培槽通过传送带Ⅱ输送到位，位于穴盘输送带结构上方设置有取苗机械手；

所述总机架为龙门架结构，在总机架的顶部框架中设置有驱动位移机构，所述驱动位移机构驱动取苗机械手将穴盘中的种苗移动到栽培槽的种植孔中。

进一步的，所述驱动位移机构包括垂直丝杠模组、水平丝杠模组，所述水平丝杠模组分别水平设置在总机架的两个短边上，所述水平丝杠模组通过水平丝杠连接板与垂直丝杠模组相连接，在两个相对设置的垂直丝杠模组之间设置有滑动滑轨，在沿滑动滑轨长度方向的两侧均设置了带轮轨道以及线性滑轨，且带轮轨道位于线性滑轨上方，在滑动滑轨两侧均匀交叉设置有若干个取苗机械手。

进一步的，所述取苗机械手包括大滑轮、伺服电机、滑动滑块、线性滑块、取苗针，所述伺服电机与线性滑块分别固定在竖直设置的滑动滑块的两侧端面，所述大滑轮位于滑动滑块端面上线性滑块上方设置，所述取苗机械手通过大滑轮设置在带轮轨道上，所述取苗机械手通过线性滑块与线性滑轨相连接，每个取苗机械手均对应设置有伺服电机，所述伺服电机通过轴键连接并带动大滑轮的转动，通过大滑轮在带轮轨道上的转动带动着取苗机械手在Y轴的移动，垂直丝杠模组以及水平丝杠模组均由对应的驱动电机驱动其在Z轴和X轴的位移；

所述滑动滑块固定设置在竖直设置的机械手连接板上，所述机械手连接板通过机械手连接件与水平设置的气缸连接件相连接，在气缸连接件的一端固定连接有竖直设置的气缸Ⅰ，在气缸Ⅰ的底部通过支板连接有取苗针，所述取苗针位于支板一端的两侧底部。

进一步的，在气缸Ⅰ的下方水平设置有挡苗板，所述气缸Ⅰ的气缸推杆Ⅰ穿过支板与挡苗板连接，所述取苗针的底部从挡苗板端面上对应的两孔中伸出，所述挡苗板靠近取苗针的一端设有竖直设置的前端挡板，通过气缸Ⅰ驱动气缸推杆Ⅰ的伸缩控制挡苗板的上下移动。

进一步的，在传送带Ⅰ的一侧沿其长度方向安装有左侧挡板，另一侧安装有右侧挡板，在传送带Ⅰ的端面上还设置有沿传送带Ⅰ宽度方向设置的阻挡杆，所述右侧挡板的长度小于左侧挡板的长度且另一端延伸至阻挡杆处，在阻挡杆上设置有摄像头滑轨、滚台滚轮、摄像头底座以及工业摄像头，所述工业摄像头位于摄像头底座上方，且所述工业摄像头通过滚台滚轮在摄像头滑轨上进行位移。

进一步的，所述阻挡杆与右侧挡板同侧的一端设置有步进电机，所述步进电机通过阻挡杆电机连接件与穴盘输送带机构机架相连接，通过步进电机带动阻挡杆转动，从而使阻挡杆移开。

进一步的，在栽培槽的末端设置有固定机构，所述固定机构包括定位柱连接杆、定位柱长杆、定位柱，所述定位柱连接杆设置在栽培槽上方且与栽培槽的竖列种植孔平行设置，所述定位柱长杆设置在定位柱连接杆底部且分别对应栽培槽每列的种植孔，所述定位柱设置在定位柱长杆的底部，在定位柱连接杆的两端底部均设置有气缸Ⅱ，所述气缸Ⅱ的气缸推杆Ⅱ与定位柱连接杆的两端底部相连接，所述气缸Ⅱ通过气缸固定件与栽培槽传送带机架相连接。

进一步的，所述水平丝杠模组通过水平丝杠固定板与总机架固定。

进一步的，所述滑动滑轨的两端均通过垂直丝杠连接件与垂直丝杠模组相连接。

进一步的，所述取苗机械手的数量为6-12个。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明通过设置在总机架上的由驱动电机控制的垂直丝杠模组与水平丝杠模组，进而控制取苗机械手的Z轴与X轴移动，取苗机械手由伺服电机驱动其在滑动滑轨进行Y轴的移动。垂直丝杠模组与水平丝杆模组各有两个，分别位于总机架的两端；

（2）本发明取苗机械手是双排交叉式的设计，取苗机械手前后交错放置，但两个相对交叉设置的取苗机械手的取苗针的中心点都在一条直线上，这样的设计可以减少机械手之间的干涉，减小由取苗机械手的重量对轨道产生的扭矩。取苗机械手是针对穴盘种苗的移植，可以实现整排取苗间隔放苗的功能；

（3）本发明取苗时取苗针插入并带动穴盘苗进行移动，在取苗时取苗机械手的前端挡板抵着种苗叶子，防止取苗针在插入时对种苗造成破坏，从而导致种苗的损坏率升高，在取苗之后取苗机械手再次通过各个电机的运转移动到栽培槽上方的放苗位置，随着气缸推杆Ⅰ的推动，挡苗板向下推动将穴盘苗推下，进而完成放苗；

（4）本发明在栽培槽的末端设置有固定机构，通过气缸推杆Ⅱ推动定位柱连接杆实现定位柱的上升与下降，通过定位柱落入栽培槽孔实现精准定位；

综上所述，本发明通过对穴盘、栽培槽、取苗机械手的精准定位，

可以实现自动、精准地将穴盘的种苗移植在栽培槽当中，提升了移植的成功率，而且减少了对种苗的损伤。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的右视图；

图4是本发明的取苗机械手的结构示意图；

图5是本发明的栽培槽传送结构的结构示意图；

图6是本发明的穴盘输送带结构的结构示意图；

图7是本发明的控制流程图；

附图标记：1、栽培槽传送结构，2、穴盘输送带结构，3、总机架，4、水平丝杠固定板，5、水平丝杠连接板，6、垂直丝杠模组，7、驱动电机，8、取苗机械手，9、线性滑轨，10、带轮轨道，11、滑动滑轨，12、垂直丝杠连接件，13、垂直丝杠滑台，14、水平丝杠模组，15、挡苗板，16、气缸Ⅰ，17、取苗针，18、气缸连接件，19、线性滑块，20、电机端盖，21、大滑轮，22、伺服电机，23、滑动滑块，24、机械手连接板，25、机械手连接件，26、气缸推杆Ⅰ，27、前端挡板，28、右侧挡板，29、传送带Ⅰ，30、左侧挡板、31、穴盘，32、阻挡杆，33、滑台滚轮，34、摄像头底座，35、工业摄像头，36、摄像头滑轨，37、轴承，38、穴盘输送带机构机架，39、阻挡杆电机连接件，40、步进电机，41、滚轴，42、传送带Ⅱ，43、气缸固定件，44、定位柱，45、气缸Ⅱ，46、定位柱连接杆，47、定位柱长杆，48、气缸推杆Ⅱ，49、栽培槽传送带机架，50、栽培槽。

具体实施方式

下面根据附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如附图所示，一种穴盘种苗低损移植机器人，包括总机架3、穴盘输送带结构2、栽培槽传送结构1；

所述栽培槽传送结构1与穴盘输送带结构2相互平行且均设置在总机架3内腔底部，所述穴盘输送带结构2包括传送带Ⅰ29，在传送带Ⅰ29的端面上设置有穴盘31，所述穴盘31通过传送带Ⅰ29输送到位，所述栽培槽传送结构1包括传送带Ⅱ42，在传送带Ⅱ42的端面上设置有栽培槽50，所述栽培槽50通过滚轴41在传送带Ⅱ42上移动，位于穴盘输送带结构2上方设置有取苗机械手8；

所述总机架3为龙门架结构，在总机架3的顶部框架中设置有驱动位移机构，所述驱动位移机构驱动取苗机械手8将穴盘31中的种苗移动到栽培槽50的种植孔中。

所述驱动位移机构包括垂直丝杠模组6、水平丝杠模组14，所述水平丝杠模组14分别水平设置在总机架的两个短边上，所述水平丝杠模组14通过水平丝杠固定板4与总机架3固定，所述水平丝杠模组14通过水平丝杠连接板5与垂直丝杠模组6相连接，在两个相对设置的垂直丝杠模组6之间设置有滑动滑轨11，所述滑动滑轨11的两端均通过垂直丝杠连接件12与垂直丝杠模组6相连接。垂直丝杠连接件12与水平丝杠模组14之间设置有垂直丝杠滑台13，在沿滑动滑轨11长度方向的两侧均设置了带轮轨道10以及线性滑轨9，且带轮轨道10位于线性滑轨9上方，在滑动滑轨11两侧交叉设置有若干个取苗机械手8，所述取苗机械手8的数量可以为6-12个，均匀交叉设置在滑动滑轨11两侧。

所述取苗机械手8包括大滑轮21、伺服电机22、滑动滑块23、线性滑块19、取苗针17，所述伺服电机22与线性滑块19分别固定在竖直设置的滑动滑块23的两侧端面，所述大滑轮21位于滑动滑块23端面上线性滑块19上方设置，所述取苗机械手8通过大滑轮21设置在带轮轨道10上，所述取苗机械手8通过线性滑块19与线性滑轨9相连接，每个取苗机械手8均对应设置有伺服电机22，这样每一个取苗机械手8在滑动滑轨11上的移动都是独立的，这样就可以实现间隔放苗的功能。伺服电机22转轴穿过滑动滑块23的一端连接大滑轮21，且伺服电机22穿过滑动滑块23的一端设置有电机端盖20，所述伺服电机22通过轴键连接并带动大滑轮21的转动，通过大滑轮21在带轮轨道10上的转动带动着取苗机械手8在Y轴的移动，垂直丝杠模组6以及水平丝杠模组14均由对应的驱动电机7驱动其在Z轴和X轴的位移；

所述滑动滑块23固定设置在竖直设置的机械手连接板24上方，所述机械手连接板24通过机械手连接件25与水平设置的气缸连接件18相连接，在气缸连接件18的一端固定连接有竖直设置的气缸Ⅰ16，在气缸Ⅰ16的底部通过支板连接有取苗针17，所述取苗针17位于支板一端的两侧底部。

取苗机械手8是双排交叉式的设计，取苗机械手8前后交错放置，但两个相对交叉设置的取苗机械手8的取苗针17的中心点都在一条直线上，这样的设计可以减少机械手之间的干涉，减小由取苗机械手8的重量对轨道产生的扭矩。取苗机械手是针对穴盘种苗的移植，可以实现整排取苗间隔放苗的功能。通过设置在总机架3上的由驱动电机控制的垂直丝杠模组6与水平丝杠模组14进而控制取苗机械手的Z轴与X轴移动，取苗机械手由伺服电机22驱动通过连接的滑动滑轨进行Y轴的移动。垂直丝杠模组6与水平丝杆模组14各有两个，分别位于总机架的两端。

在气缸Ⅰ16的下方水平设置有挡苗板15，所述气缸Ⅰ16的气缸推杆Ⅰ26穿过支板与挡苗板15连接，所述取苗针17的底部从挡苗板15端面上对应的两孔中伸出，所述挡苗板15靠近取苗针的一端设有竖直设置的前端挡板27，通过气缸Ⅰ16驱动气缸推杆Ⅰ26的伸缩控制挡苗板15的上下移动。取苗时取苗针17插入并带动穴盘苗进行移动，在取苗时取苗机械手8的前端挡板27抵着种苗叶子，防止取苗针17在插入时对种苗造成破坏，从而导致种苗的损坏率升高。在取苗之后取苗机械手8再次通过各个电机的运转移动到栽培槽50上方的放苗位置，随着气缸推杆Ⅰ26的推动，挡苗板15向下推动将穴盘苗推下，进而完成放苗。然后取苗机械手8重新进行定位，如果不重新定位而是直接持续进行下一轮的取苗动作的话，随着移植工作次数的增加，取苗机械手8位置的偏差也会越来越大，这样会导致取苗的位置出现偏差对苗造成损坏，因此每运作一次，取苗机械手8都要回归原点进行定位，这样会减少取苗机械手8的重复误差。

进一步的，在传送带Ⅰ29的一侧沿其长度方向安装有左侧挡板30，另一侧安装有右侧挡板28，在传送带Ⅰ29的一端设置有轴承37，在传送带Ⅰ29的端面上还设置有沿传送带Ⅰ29宽度方向设置的阻挡杆32，所述右侧挡板28的长度小于左侧挡板30的长度且另一端延伸至阻挡杆32处，阻挡杆32与右侧挡板28起着对穴盘进行水平与轴向的限位作用。在阻挡杆32上设置有摄像头滑轨36、滚台滚轮33、摄像头底座34以及工业摄像头35，所述工业摄像头35位于摄像头底座34上方，且所述工业摄像头35通过滚台滚轮33在摄像头滑轨36上进行位移，所述阻挡杆32与右侧挡板28同侧的一端设置有步进电机40，所述步进电机40通过阻挡杆电机连接件39与穴盘输送带机构机架38相连接，当完成对穴盘31的取苗后，通过步进电机40带动阻挡杆32转动，从而使阻挡杆32移开后，穴盘在传送带Ⅰ的带动下移走。

在阻挡杆32上滑动设置有工业摄像头35，所述工业摄像头35为RealSense D415RGBD深度摄像机，可以根据需要取哪排苗来控制工业摄像头35移动到相应排的位置。通过工业摄像头35拍摄到的图像，对其进行图像处理及路径规划进而得到一条合适的取苗路径，使得取苗机械手8在取苗的时候减少对种苗的碰撞和挤压，使种苗的损坏降到最低，实现低损取苗，具体过程为：工业摄像头35从移植侧开始拍摄种苗图像，每次拍摄一排种苗的侧边图像，经过图像处理，获取种苗侧边最边缘点与最高点，根据两点的像素坐标进行单排种苗的最高点与最侧边点的定位，获取两点的现实坐标，根据该坐标进行穴盘种苗移植机械手的路径规划，判断出合适的插入位置，使种苗移植机械手在移植过程中可在保证运动轨迹最短的情况下避免对种苗叶与茎的损伤，使种苗移植机械手对种苗的损坏降低到最小。

在栽培槽50的末端设置有固定机构，所述固定机构包括定位柱连接杆46、定位柱长杆47、定位柱44，所述定位柱连接杆46设置在栽培槽50上方且与栽培槽50的竖列种植孔平行设置，所述定位柱长杆47设置在定位柱连接杆46底部且分别对应栽培槽50每列的种植孔，即定位柱44的数量与栽培槽50每列的种植孔的数量一致，所述定位柱44设置在定位柱长杆47的底部，在定位柱连接杆46的两端底部均设置有气缸Ⅱ45，所述气缸Ⅱ的气缸推杆Ⅱ48与定位柱连接杆46的两端底部相连接，所述气缸Ⅱ45通过气缸固定件43与栽培槽传送带机架49相连接。定位柱44的上升与下降则通过气缸推杆Ⅱ48推动定位柱连接杆46进行的，当气缸推杆Ⅱ48伸出时，定位柱44上升，栽培槽50通过传送带Ⅱ42移动，移动到位后传送带Ⅱ42停止同时气缸推杆Ⅱ48收缩，定位柱44重新落入栽培槽50当中实现精准定位。

其中下表为本发明使用的各个电机配置表格。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：包括总机架（3）、穴盘输送带结构（2）、栽培槽传送结构（1）；

所述栽培槽传送结构（1）与穴盘输送带结构（2）相互平行且均设置在总机架（3）内腔底部，所述穴盘输送带结构（2）包括传送带Ⅰ（29），在传送带Ⅰ（29）的端面上设置有穴盘（31），所述穴盘（31）通过传送带Ⅰ（29）输送到位，所述栽培槽传送结构（1）包括传送带Ⅱ（42），在传送带Ⅱ（42）的端面上设置有栽培槽（50），所述栽培槽（50）通过传送带Ⅱ（42）输送到位，位于穴盘输送带结构（2）上方设置有取苗机械手（8）；

所述总机架（3）为龙门架结构，在总机架（3）的顶部框架中设置有驱动位移机构，所述驱动位移机构驱动取苗机械手（8）将穴盘（31）中的种苗移动到栽培槽（50）的种植孔中。

2.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述驱动位移机构包括垂直丝杠模组（6）、水平丝杠模组（14），所述水平丝杠模组（14）分别水平设置在总机架的两个短边上，所述水平丝杠模组（14）通过水平丝杠连接板（5）与垂直丝杠模组（6）相连接，在两个相对设置的垂直丝杠模组（6）之间设置有滑动滑轨（11），在沿滑动滑轨（11）长度方向的两侧均设置了带轮轨道（10）以及线性滑轨（9），且带轮轨道（10）位于线性滑轨（9）上方，在滑动滑轨（11）两侧均匀交叉设置有若干个取苗机械手（8）。

3.根据权利要求2所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述取苗机械手（8）包括大滑轮（21）、伺服电机（22）、滑动滑块（23）、线性滑块（19）、取苗针（17），所述伺服电机（22）与线性滑块（19）分别固定在竖直设置的滑动滑块（23）的两侧端面，所述大滑轮（21）位于滑动滑块（23）端面上线性滑块（19）上方设置，所述取苗机械手（8）通过大滑轮（21）设置在带轮轨道（10）上，所述取苗机械手（8）通过线性滑块（19）与线性滑轨（9）相连接，每个取苗机械手（8）均对应设置有伺服电机（22），所述伺服电机（22）通过轴键连接并带动大滑轮（21）的转动，通过大滑轮（21）在带轮轨道（10）上的转动带动着取苗机械手（8）在Y轴的移动，垂直丝杠模组（6）以及水平丝杠模组（14）均由对应的驱动电机（7）驱动其在Z轴和X轴的位移；

所述滑动滑块（23）固定设置在竖直设置的机械手连接板（24）上，所述机械手连接板（24）通过机械手连接件（25）与水平设置的气缸连接件（18）相连接，在气缸连接件（18）的一端固定连接有竖直设置的气缸Ⅰ（16），在气缸Ⅰ（16）的底部通过支板连接有取苗针（17），所述取苗针（17）位于支板一端的两侧底部。

4.根据权利要求3所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：在气缸Ⅰ（16）的下方水平设置有挡苗板（15），所述气缸Ⅰ（16）的气缸推杆Ⅰ（26）穿过支板与挡苗板（15）连接，所述取苗针（17）的底部从挡苗板（15）端面上对应的两孔中伸出，所述挡苗板（15）靠近取苗针的一端设有竖直设置的前端挡板（27），通过气缸Ⅰ（16）驱动气缸推杆Ⅰ（26）的伸缩控制挡苗板（15）的上下移动。

5.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：在传送带Ⅰ（29）的一侧沿其长度方向安装有左侧挡板（30），另一侧安装有右侧挡板（28），在传送带Ⅰ（29）的端面上还设置有沿传送带Ⅰ（29）宽度方向设置的阻挡杆（32），所述右侧挡板（28）的长度小于左侧挡板（30）的长度且另一端延伸至阻挡杆（32）处，

在阻挡杆（32）上设置有摄像头滑轨（36）、滚台滚轮（33）、摄像头底座（34）以及工业摄像头（35），所述工业摄像头（35）位于摄像头底座（34）上方，且所述工业摄像头（35）通过滚台滚轮（33）在摄像头滑轨（36）上进行位移。

6.根据权利要求5所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述阻挡杆（32）与右侧挡板（28）同侧的一端设置有步进电机（40），所述步进电机（40）通过阻挡杆电机连接件（39）与穴盘输送带机构机架（38）相连接，通过步进电机（40）带动阻挡杆（32）转动，从而使阻挡杆（32）移开。

7.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：在栽培槽（50）的末端设置有固定机构，所述固定机构包括定位柱连接杆（46）、定位柱长杆（47）、定位柱（44），所述定位柱连接杆（46）设置在栽培槽（50）上方且与栽培槽（50）的竖列种植孔平行设置，所述定位柱长杆（47）设置在定位柱连接杆（46）底部且分别对应栽培槽（50）每列的种植孔，所述定位柱（44）设置在定位柱长杆（47）的底部，在定位柱连接杆（46）的两端底部均设置有气缸Ⅱ（45），所述气缸Ⅱ的气缸推杆Ⅱ（48）与定位柱连接杆（46）的两端底部相连接，所述气缸Ⅱ（45）通过气缸固定件（43）与栽培槽传送带机架（49）相连接。

8.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述水平丝杠模组（14）通过水平丝杠固定板（4）与总机架（3）固定。

9.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述滑动滑轨（11）的两端均通过垂直丝杠连接件（12）与垂直丝杠模组（6）相连接。

10.根据权利要求1所述的一种穴盘种苗低损移植机器人，其特征在于：所述取苗机械手（8）的数量为6-12个。

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