CN114888818B - 具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，包括机架、x轴驱动模块、z轴驱动模块以及移植机械手模块，移植机械手模块采用螺栓连接安装于z轴驱动模块上，z轴驱动模块通过连接板安装于x轴移动模块上，移植机械手模块在x轴驱动模块和z轴驱动模块的驱动下实现其x轴和z轴的位移，通过气缸Ⅰ的伸出与回缩和滑块Ⅲ、可调伸缩螺杆的配合作用下实现多末端执行器的扩散与聚拢，通过气缸Ⅱ连接的气缸压板实现对多端执行器的协同控制，气缸Ⅱ的伸出和回缩对应多末端执行器取苗针的伸出和回缩，本装置可实现大跨距的高速移植工作。

Description

具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体的说是具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构。

背景技术

穴盘育苗是欧美国家20世纪70年代兴起的一项新的育苗技术，其采用草炭、蛭石等轻基质无土材料做育苗基质。穴盘育苗技术具有省时、省工、节约资源、易于人为控制、便于管理，不受季节约束的优点，广泛应用于蔬菜和花卉。

作物生长到一定阶段，需要移栽到适当的空间内促进生长。移植技术可以减少作物生长时间，可实现批量生产且保证其质量的一致性，以及有增产、增收的功效，现代蔬菜和花卉多采用此方式培育。移植过程如果由人工来完成，工作量很大而且效率较低，人工移植的平均速度为80~100棵/h，难以实现大规模的移植要求。

欧美和亚洲一些发达国家像荷兰、日本等已经实现了温室管理和控制的自动化，其精度和效率已达高水平。由于我国温室机械研究起步较晚，而且开始时主要为温室大棚，因此这方面研究发展较缓慢。而后随着日光温室的出现，对于温室设备的研究才逐渐多起来。近20年来，国内优秀人士对温室移植设备的研究逐渐增多。现有机械的移植效率较低，无法实现大跨距的高速移植工作。而长跨距的多轴龙门结构不仅在安装时难以保证结构的平行度和垂直度而且在运行时容易出现空间错位以及运行卡顿现象、多机械手爪难以协同控制的问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，可实现大跨距的高速移植工作。

本发明通过以下技术方案来实现：

具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，包括机架、x轴驱动模块、z轴驱动模块以及移植机械手模块，所述移植机械手模块连接安装于z轴驱动模块上，所述z轴驱动模块安装于x轴移动模块上，所述移植机械手模块在x轴驱动模块和z轴驱动模块的驱动下实现其x轴和z轴的位移；

所述移植机械手模块包括横梁，在横梁的前端滑动设有若干个竖直设置的L型连接杆，在横梁的上端面设置有分别用于驱动位于两端L型连接杆移动的气缸Ⅰ，相邻的L型连接杆之间均设置有间距调节机构，所述间距调节机构包括可调伸缩螺杆，所述可调伸缩螺杆的左端分别与对应连接的L型连接杆刚性连接，所述可调伸缩螺杆的右端通过两个螺母限制相邻L型连接杆的间距，相邻的可调伸缩螺杆上下交错设置；

在横梁的后端面分别设置有若干个气缸Ⅱ，在气缸Ⅱ的底部设置有位于横梁下方的气缸压板，所述气缸压板由气缸Ⅱ驱动上下移动，在气缸压板的下方设置有若干个末端执行器，所述末端执行器的顶部穿过对应的L型连接杆Ⅰ或L型连接杆Ⅱ的水平杆并通过螺纹与其连接。

进一步的，所述机架包括对称设置的侧横杠、顶横杠以及竖支撑杠；

所述x轴驱动模块包括x轴横杆、y轴长横杆、x轴驱动电机，所述x轴横杆对称设置且刚性连接于机架的两个顶横杠之间，在x轴横杆上沿x轴方向设置有滑轨Ⅰ，所述y轴长横杆的两端通过滑块Ⅰ横跨设置在两个x轴横杆上，位于右侧的x轴横杆的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅰ，在齿条Ⅰ上设置有与其相匹配的齿轮Ⅰ，所述x轴驱动电机与齿轮Ⅰ采用键连接，并通过电机连接板设置在y轴长横杆的后端面；

所述z轴驱动模块包括z轴横杆、z轴驱动电机，所述z轴横杆对称竖直安装于y轴长横杆前端面上，且在z轴横杆的后端面沿z轴方向设置有滑轨Ⅱ，在滑轨Ⅱ上的滑块Ⅱ通过连接板与y轴长横杆连接，在z轴横杆的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅱ，在齿条Ⅱ上设置有与其相匹配的齿轮Ⅱ，所述z轴驱动电机与齿轮Ⅱ采用键连接并通过电机连接板设置在z轴横杆的内侧。

进一步的，所述z轴驱动模块还包括y轴短横杆、斜横杆，所述y轴短横杆通过连接角安装于z轴横杆下端的外侧面，所述斜横杆的两端通过45度连接角件连接于z轴横杆和y轴短横杆之间，横梁采用螺栓连接安装于两个z轴横杆与y轴短横杆的前端面。

进一步的，所述末端执行器包括推苗板、按压杆、外筒、取苗针、连接板和内部弹簧，所述外筒用于连接L型连接杆Ⅰ或L型连接杆Ⅱ，所述外筒的底部竖直设置有推苗板，所述推苗板包括水平设置的上板及下板，在上板与下板一侧之间设置有支撑板，所述外筒的内部套设有按压杆，所述按压杆的顶部位于气缸压板的下方，所述按压杆的底部延伸至外筒的内腔外部且穿过上板并连接有水平设置的连接板，位于连接板的两侧均竖直设置有取苗针，所述取苗针的底部穿过下板且在下板的底部对应取苗针设置有与其匹配的取苗针筒。

进一步的，所述气缸Ⅰ均通过气缸支架Ⅰ安装于横梁的上端面。

进一步的，所述气缸Ⅱ的数量为3个，其分别通过气缸支架Ⅱ布置于横梁位于中间和两端的后端面。

进一步的，两个气缸Ⅰ上下平行设置且两个气缸Ⅰ的活塞杆的伸缩方向相反。

进一步的，所述 L型连接杆包括L型连接杆Ⅰ、L型连接杆Ⅱ，所述L型连接杆Ⅱ位于若干个L型连接杆Ⅰ的两端，位于两端的L型连接杆Ⅱ分别通过气缸连接杆与对应的气缸Ⅰ相连接。

进一步的，所述L型连接杆Ⅱ的长度高于L型连接杆Ⅰ的长度。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用多末端执行器同时抓取种苗的方式提高移植速度，多末端执行器布置于横梁上，采用中心末端执行器固定并依靠气缸Ⅰ作用向两端扩散和聚拢的的方式实现变间距，采用末端执行器在可调伸缩螺杆的作用下实现联动的方式，减少多末端执行器变间距所消耗的时间；

（2）多末端执行器的扩散只需两个气缸Ⅰ的驱动、多末端执行器的伸缩与回收只需三个气缸Ⅱ驱动气缸压板和内部弹簧配合的方法实现插入式末端执行器的工作过程，减少结构的重量和复杂性；

（3）由x轴驱动模块和z轴驱动模块所组成的梯形龙门架，保证长跨距的移植机械手结构的稳定性、平行度和垂直度，梯形龙门架采用齿轮齿条、滑轨滑块的配合实现x轴和z轴的移动，结构更简单、稳定；

（4）采用可调伸缩螺杆对相邻末端执行器间距进行调节，若需要改变相邻末端执行器的间距，只需调节可调伸缩螺杆右端的两个螺母拧的位置即可，提高机械结构的通用性。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；

图2是本发明的整体结构俯视图；

图3是本发明的整体结构左视图；

图4是本发明的移植机械手模块主视图；

图5是本发明的移植机械手模块俯视图；

图6是本发明的移植机械手模块左视图；

图7是本发明的移植机械手模块扩散状态主视图；

图8是本发明的末端执行器主视图；

图9是本发明的末端执行器左视图；

图10是本发明可调伸缩螺杆的收缩图的主视图；

图11是本发明可调伸缩螺杆伸出图的主视图；

图12是本发明可调伸缩螺杆伸出图的左视图；

图13是本发明可调伸缩螺杆伸出图的右视图；

1、竖支撑杠；2、顶横杠；3、移植机械手模块；4、y轴短横杆；5、斜横杠；6、45度连接角件；7、齿条Ⅱ；8、齿轮Ⅱ；9、y轴长横杆；10、连接板；11、z轴横杆；12、滑块Ⅰ；13、连接角；14、侧横杠；15、x轴横杆；16、滑轨Ⅰ；17、滑轨Ⅱ；18、滑块Ⅱ；19、z轴驱动电机；20、x轴驱动电机；21、齿条Ⅰ；22、电机连接板；23、齿轮Ⅰ；24、横梁；25、气缸Ⅱ；26、气缸压板；27、滑轨Ⅲ；28、气缸支架Ⅰ；29、气缸连接杆；30、气缸Ⅰ；31、可调伸缩螺杆；32、L型连接杆Ⅰ；33、滑块Ⅲ；34、L型连接杆Ⅱ；35、末端执行器；36、气缸支架Ⅱ；37、按压杆；38、外筒；39、取苗针；40、推苗板；41、连接板；42、内部弹簧。

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，具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，包括机架、x轴驱动模块、z轴驱动模块以及移植机械手模块3；

所述移植机械手模块3包括横梁24，在横梁24的前端面设置有滑轨Ⅲ27，在滑轨Ⅲ27上通过两端的滑块Ⅲ对应连接有L型连接杆Ⅱ34，通过中间的若干个滑块Ⅲ33对应连接有若干个L型连接杆Ⅰ32，滑轨Ⅲ与滑块Ⅲ通过螺栓连接布置于横梁24的前端面。所述L型连接杆Ⅱ34的长度高于L型连接杆Ⅰ32的长度，在横梁24的上端面对应设置有驱动L型连接杆Ⅱ34移动的两个气缸Ⅰ30，两个气缸Ⅰ30上下平行设置且两个气缸Ⅰ的活塞杆的伸缩方向相反，所述气缸Ⅰ30均通过气缸支架Ⅰ28安装于横梁24的上端面。位于两端的L型连接杆Ⅱ34分别通过气缸连接杆29与对应的气缸Ⅰ30相连接，L型连接杆Ⅱ34与相邻的L型连接杆Ⅰ32之间以及若干个相邻的L型连接杆Ⅰ32之间均设置有间距调节机构，所述间距调节机构包括可调伸缩螺杆31，所述可调伸缩螺杆31的左端分别与对应连接的L型连接杆Ⅰ32或L型连接杆Ⅱ34刚性连接且对应穿过L型连接杆，所述可调伸缩螺杆31的右端通过两个螺母限制相邻连接杆的间距，为防止相撞，相邻的可调伸缩螺杆31上下交错设置；所述可调伸缩螺杆31的左端螺母限定聚拢时相邻末端执行器的间距，右端螺母限定扩散时相邻末端执行器的间距。

在横梁24的后端面分别设置有三个气缸Ⅱ25，其分别通过气缸支架Ⅱ36布置于横梁24位于中间和两端的后端面。在气缸Ⅱ25的底部设置有位于横梁下方的气缸压板26，所述气缸压板26由气缸Ⅱ25驱动上下移动，在气缸压板26的下方设置有若干个末端执行器35，所述末端执行器35的顶部穿过对应的L型连接杆Ⅰ32或L型连接杆Ⅱ34的水平杆并通过螺纹与其连接；

所述末端执行器35包括推苗板40、按压杆37、外筒38、取苗针39、连接板41和内部弹簧42，所述外筒38用于连接L型连接杆Ⅰ32或L型连接杆Ⅱ34，所述外筒38的底部竖直设置有推苗板40，所述推苗板40包括水平设置的上板及下板，在上板与下板一侧之间设置有支撑板，所述外筒38的内部套设有按压杆37，所述按压杆37的顶部位于气缸压板26的下方，所述按压杆37的底部延伸至外筒38的内腔外部且穿过上板并连接有水平设置的连接板41，位于连接板41的两侧均竖直设置有取苗针39，所述取苗针39的底部穿过下板且在下板的底部对应取苗针39设置有与其匹配的取苗针筒。通过气缸Ⅱ25连接的气缸压板26实现对多端执行器的协同控制，气缸Ⅱ25的伸出和回缩对应多末端执行器取苗针的伸出和回缩。

所述移植机械手模块3采用螺栓连接安装于z轴驱动模块上，所述z轴驱动模块通过连接板10安装于x轴移动模块上，所述移植机械手模块3在x轴驱动模块和z轴驱动模块的驱动下实现其x轴和z轴的位移，通过气缸Ⅰ30的伸出与回缩和滑块Ⅲ、可调伸缩螺杆31的配合作用下实现多末端执行器的扩散与聚拢。

进一步的，所述机架包括对称设置的侧横杠14、顶横杠2以及竖支撑杠1；

所述x轴驱动模块包括x轴横杆15、y轴长横杆9、x轴驱动电机20，所述x轴横杆15对称设置且刚性连接于机架的两个顶横杠2之间，在x轴横杆15上沿x轴方向设置有滑轨Ⅰ16，所述y轴长横杆9的两端通过滑块Ⅰ12横跨设置在两个x轴横杆15上，位于右侧的x轴横杆15的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅰ21，在齿条Ⅰ21上设置有与其相匹配的齿轮Ⅰ23，所述x轴驱动电机20与齿轮Ⅰ23采用键连接，并通过电机连接板22设置在y轴长横杆9的后端面；

所述z轴驱动模块包括z轴横杆11、z轴驱动电机19，所述z轴横杆11对称竖直安装于y轴长横杆9前端面上，横梁24采用螺栓连接安装于两个z轴横杆11与y轴短横杆4的前端面，且在z轴横杆11的后端面沿z轴方向设置有滑轨Ⅱ17，在滑轨Ⅱ17上的滑块Ⅱ18通过连接板10与y轴长横杆9连接，在z轴横杆11的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅱ7，在齿条Ⅱ7上设置有与其相匹配的齿轮Ⅱ8，所述z轴驱动电机19与齿轮Ⅱ8采用键连接并通过电机连接板设置在z轴横杆11的内侧。由x轴驱动模块和z轴驱动模块所组成的梯形龙门架，保证长跨距的移植机械手结构的稳定性、平行度和垂直度。梯形龙门架采用齿轮齿条、滑轨滑块的配合实现x轴和z轴的移动，结构更简单、稳定。

进一步的，所述z轴驱动模块还包括y轴短横杆4、斜横杆5，所述y轴短横杆4通过连接角13安装于z轴横杆11下端的外侧面，所述斜横杆5的两端通过45度连接角件6连接于z轴横杆11和y轴短横杆4之间。

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 (9)

1.具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：包括机架、x轴驱动模块、z轴驱动模块以及移植机械手模块（3），所述移植机械手模块（3）连接安装于z轴驱动模块上，所述z轴驱动模块安装于x轴移动模块上，所述移植机械手模块（3）在x轴驱动模块和z轴驱动模块的驱动下实现其x轴和z轴的位移；

所述移植机械手模块（3）包括横梁（24），在横梁（24）的前端滑动设有若干个竖直设置的L型连接杆，在横梁（24）的上端面设置有分别用于驱动位于两端L型连接杆移动的气缸Ⅰ（30），相邻的L型连接杆之间均设置有间距调节机构，所述间距调节机构包括可调伸缩螺杆（31），所述可调伸缩螺杆（31）的左端分别与L型连接杆刚性连接，所述可调伸缩螺杆（31）的右端通过两个螺母限制相邻L型连接杆的间距，相邻的可调伸缩螺杆（31）上下交错设置；

在横梁（24）的后端面分别设置有若干个气缸Ⅱ（25），在气缸Ⅱ（25）的底部设置有位于横梁下方的气缸压板（26），所述气缸压板（26）由气缸Ⅱ（25）驱动上下移动，在气缸压板（26）的下方设置有若干个末端执行器（35），所述末端执行器（35）的顶部穿过对应的L型连接杆的水平杆并通过螺纹与其连接。

2.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述机架包括对称设置的侧横杠（14）、顶横杠（2）以及竖支撑杠（1）；

所述x轴驱动模块包括x轴横杆（15）、y轴长横杆（9）、x轴驱动电机（20），所述x轴横杆（15）对称设置且刚性连接于机架的两个顶横杠（2）之间，在x轴横杆（15）上沿x轴方向设置有滑轨Ⅰ（16），所述y轴长横杆（9）的两端通过滑块Ⅰ（12）横跨设置在两个x轴横杆（15）上，位于右侧的x轴横杆（15）的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅰ（21），在齿条Ⅰ（21）上设置有与其相匹配的齿轮Ⅰ（23），所述x轴驱动电机（20）与齿轮Ⅰ（23）采用键连接，并通过电机连接板（22）设置在y轴长横杆（9）的后端面；

所述z轴驱动模块包括z轴横杆（11）、z轴驱动电机（19），所述z轴横杆（11）对称竖直安装于y轴长横杆（9）前端面上，且在z轴横杆（11）的后端面沿z轴方向设置有滑轨Ⅱ（17），在滑轨Ⅱ（17）上的滑块Ⅱ（18）通过连接板（10）与y轴长横杆（9）连接，在z轴横杆（11）的内侧沿其长度方向设置有齿条Ⅱ（7），在齿条Ⅱ（7）上设置有与其相匹配的齿轮Ⅱ（8），所述z轴驱动电机（19）与齿轮Ⅱ（8）采用键连接并通过电机连接板设置在z轴横杆（11）的内侧。

3.根据权利要求2所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述z轴驱动模块还包括y轴短横杆（4）、斜横杆（5），所述y轴短横杆（4）通过连接角（13）安装于z轴横杆（11）下端的外侧面，所述斜横杆（5）的两端通过45度连接角件（6）连接于z轴横杆（11）和y轴短横杆（4）之间，横梁（24）采用螺栓连接安装于两个z轴横杆（11）与y轴短横杆（4）的前端面。

4.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述末端执行器（35）包括推苗板（40）、按压杆（37）、外筒（38）、取苗针（39）、连接板（41）和内部弹簧（42），所述外筒（38）用于连接L型连接杆，所述外筒（38）的底部竖直设置有推苗板（40），所述推苗板（40）包括水平设置的上板及下板，在上板与下板一侧之间设置有支撑板，所述外筒（38）的内部套设有按压杆（37），所述按压杆（37）的顶部位于气缸压板（26）的下方，所述按压杆（37）的底部延伸至外筒（38）的内腔外部且穿过上板并连接有水平设置的连接板（41），位于连接板（41）的两侧均竖直设置有取苗针（39），所述取苗针（39）的底部穿过下板且在下板的底部对应取苗针（39）设置有与其匹配的取苗针筒。

5.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述气缸Ⅰ（30）均通过气缸支架Ⅰ（28）安装于横梁（24）的上端面。

6.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述气缸Ⅱ（25）的数量为3个，其分别通过气缸支架Ⅱ（36）布置于横梁（24）位于中间和两端的后端面。

7.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：两个气缸Ⅰ（30）上下平行设置且两个气缸Ⅰ的活塞杆的伸缩方向相反。

8.根据权利要求1所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述 L型连接杆包括L型连接杆Ⅰ（32）、L型连接杆Ⅱ（34），所述L型连接杆Ⅱ（34）位于若干个L型连接杆Ⅰ（32）的两端，位于两端的L型连接杆Ⅱ（34）分别通过气缸连接杆（29）与对应的气缸Ⅰ（30）相连接。

9.根据权利要求8所述的具有可调间距的梯形龙门式多末端执行器移植机械手结构，其特征在于：所述L型连接杆Ⅱ（34）的长度高于L型连接杆Ⅰ（32）的长度。