CN115053676A - 一种环形轨道式剔苗补苗移栽机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形轨道式剔苗补苗移栽机。剔苗输送线输送待剔穴盘，视觉识别单元识别待剔穴盘中劣质苗，从取苗输送线上的满盘穴盘中取苗，然后通过剔苗补苗单元将苗移栽至补苗输送线上的待补苗穴盘中，剔苗补苗单元上设有用于夹持苗坨的带有升降、夹持机构的末端执行器，移行机将剔苗输送线上剔除劣质苗后的穴盘转移至补苗输送线，补苗输送线输送从移行机运送过来的待补苗穴盘，取苗输送线将移行机转运过来的满盘穴盘输送至剔苗补苗单元。本发明用独立自走式末端执行器在环形轨道上循环运行作业的方式，有效解决了现有移栽机需要往复运行，存在空行程和等待时间长的问题，具有作业效率高、节约能源等优点。

Description

一种环形轨道式剔苗补苗移栽机

技术领域

本发明涉及农业工程领域的一种苗作业移栽机，尤其涉及一种适用于穴盘苗移栽作业的剔苗补苗移栽机。

背景技术

在工厂化育苗中，由于存在漏播、病虫害、营养不良等情况，会导致劣质苗的出现，通常在苗出厂销售前会将缺苗和非健康苗用健康苗进行补换，以保证商品化穴盘苗的整齐一致，所以剔苗补苗移栽作业是设施农业作业中的重要环节。国外针对剔苗补苗作业已经比较成熟的发展，如荷兰的TTA、VISSER等公司都生产了针对剔苗补苗作业的成套自动化移栽装备，这些装备通常都是针对国外的种植环境和种植模式，与我国的国情及种植模式不匹配，且国外移栽机末端执行器通常都采用往复式移动作业模式，这种方式末端执行器在运行过程中存在等待、造成效率的降低和能源浪费。而且现有移栽机末端执行器一般都通过线缆进行供电及信号传输，当进行多末端执行器的集成时，由于线缆过多，末端执行器在进行往复运动时，容易造成线缆缠绕，长时间运行后容易拉脱线缆，造成设备故障。国外如VISSER、TTA等公司开发了无线移栽机，但他们采用的是滑触线取电的方式，运行时电极与滑触线存在摩擦，长期运行会造成电极磨损。且现有移栽机末端执行器限于供电方式，也无法在环形轨道上运行。

因此，现有技术缺少了一种作业过程连续、无等待时间、更节能高效的移栽装备及能够在环形导轨上运行的末端执行器来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，旨在解决现有技术中移栽作业过程不连续、等待时间长、能源浪费等问题，是一种作业过程连续、无等待时间、更节能高效的移栽装备，且解决了现有技术中移栽机多个末端执行器集成时线缆缠绕、拉脱、电极磨损及无法在环形轨道上运行的等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明包括剔苗输送线、视觉识别单元、剔苗补苗单元和取苗输送线，剔苗输送线、取苗输送线并排平行设置；

视觉识别单元设置于剔苗输送线的入口侧上，用于识别经过剔苗输送线的待处理穴盘中的劣质苗；

剔苗补苗单元横跨于剔苗输送线、取苗输送线的上方，剔苗补苗单元上设有用于夹持苗坨的带有升降机构和夹持机构的末端执行器，剔苗补苗单元用于剔苗输送线上穴盘中的劣质苗剔除并将取苗输送线的穴盘中的优质苗转移至剔苗输送线的穴盘中。

还包括补苗输送线、第一移行机和第二移行机；补苗输送线和剔苗输送线、取苗输送线均并排平行设置，剔苗补苗单元横跨于剔苗输送线、取苗输送线、补苗输送线的上方；剔苗输送线和取苗输送线的输送方向相同，剔苗输送线及取苗输送线的输送方向和补苗输送线的输送方向相反；第一移行机设置于剔苗输送线、取苗输送线与补苗输送线的一端侧旁端，用于将剔苗输送线上剔除劣质苗后的穴盘转移至补苗输送线上；第二移行机设置于取苗输送线与补苗输送线的一端侧旁端，用于将补苗输送线上完成补苗后的穴盘转移至取苗输送线上。

所述剔苗输送线输送待剔穴盘，所述视觉识别单元识别待剔穴盘中的劣质苗，所述剔苗补苗单元将待剔穴盘中的劣质苗剔除，并从所述取苗输送线上的满盘穴盘中取苗，然后将取到的苗移栽至所述补苗输送线上的待补苗穴盘中，所述第一移行机用于将所述剔苗输送线上剔除劣质苗后的穴盘转移至所述补苗输送线上，所述补苗输送线用于输送从所述第一移行机运送过来的待补苗穴盘，所述第二移行机用于将所述补苗输送线上完成补苗后的穴盘转移至所述取苗输送线，所述取苗输送线将所述第二移行机转运过来的满盘穴盘输送至所述剔苗补苗单元，通过各个部件的协调运行，实现了剔苗补苗作业的全自动化运行。

所述的剔苗输送线、取苗输送线及补苗输送线结构相同，均包括输送线机架、主动滚筒、输送电机、穴盘限位板、输送带和从动滚筒；主动滚筒和从动滚筒分别水平地安装在输送线机架的两端，主动滚筒和从动滚筒之间通过输送带带传动连接，输送带上带面的两侧设有用于限位防滑出的导向杆，输送带外表面间隔设置有用于穴盘限位固定的穴盘限位板，输送电机与主动滚筒的输出轴同轴连接。

所述穴盘限位板下端固定于输送带外表面，上端延伸到穴盘之上且向穴盘水平延伸一段。

所述的视觉识别单元包括遮光罩、光源与图像获取装置；遮光罩位于剔苗输送线上方，光源设置于遮光罩内侧且朝向剔苗输送线，图像获取装置设置于遮光罩内侧顶部。

所述的第一移行机、第二移行机均包括移行机机架、横移装置、横移导轨、横移滑块、输送机机架、横移输送机和连接块；横移装置设置于移行机机架下部，横移导轨设置于移行机机架上部，横移装置的导轨和横移导轨平行布置，输送机机架底部固定有横移滑块和连接块，横移滑块与横移导轨滑动连接，连接块与横移装置的滑块固定连接，横移输送机固定设置于输送机机架上；通过横移装置驱动带动横移装置在沿横移导轨方向下水平移动，进而带动横移输送机同步移动。

所述剔苗补苗单元包括导轨机架、安装板、环形导轨、环形齿条和末端执行器；安装板固定设置于导轨机架上，环形导轨及环形齿条固定安装于安装板上；多个末端执行器安装在环形导轨和环形齿条上，末端执行器和环形导轨滑动连接，末端执行器和环形齿条齿轮齿条连接。

所述剔苗补苗单元包括间隔布置的环形齿条和环形导轨以及安装在环形齿条和环形导轨上的末端执行器；末端执行器包括机架、齿轮、行走电机、滑动机构、夹持机构和升降机构；机架中安装行走电机，行走电机输出轴和齿轮同轴连接，齿轮和环形齿条啮合；机架中安装有用于和环形导轨滑动连接的滑动机构，行走电机运行驱动齿轮旋转，进而带动机架在环形导轨和滑动机构之间的滑动连接下移动；机架的工作侧面安装有用于带动夹持机构升降的升降机构，升降机构上安装有用于夹持物件的夹持机构。

所述升降机构包括安装座、升降电机、丝杆、导向杆、滑动部，安装座固定安装在机架上，丝杆和导向杆均竖直安装于安装座中，安装座上安装有升降电机，升降电机的输出轴和丝杆同轴连接，滑动部通过螺纹套装在丝杆上，且活动光轴地套装在导向杆上，滑动部和夹持机构连接；

所述夹持机构包括机架和两个夹爪，机架固定于升降机构的滑动部上，机架内两侧对称固定有两个夹爪组件，每个夹爪组件均包括摆臂、夹爪座、夹爪和夹爪电机，夹爪电机固定在机架内，夹爪电机输出端和摆臂的一端固接，摆臂另一端经夹爪座和夹爪根端固定连接，夹爪末端用于夹持物件。

所述滑动机构包括滚轮和滚轮安装板，滚轮安装板固定设置于所述机架下部，所述滚轮安装板的两侧均设有滚轮，两侧的滚轮分别位于环形导轨的两侧，使得环形导轨嵌装于两侧的滚轮之间。

所述的机架上还安装有无线控制器，无线控制器和升降机构的升降电机、夹持机构的夹爪电机电连接，无线控制器用于所述末端执行器与上位机控制器之间所有控制信号及反馈信号的无线传输。

所述的机架上还安装有电源模块与无线充电模块，所述电源模块用于所述末端执行器所有电子元件及执行元件的供电，所述无线充电模块用于接收外部的电能给电源模块充电。

多个末端执行器安装在环形齿条和环形导轨上，所述机架上安装有防撞微动开关，防撞微动开关设置于机架的侧面，，所述防撞微动开关触发部伸出机架一侧使其在环形齿条和环形导轨上的两个相邻末端执行器紧靠时候能够被碰压到；

环形齿条和环形导轨上方的一处固定设有用于和机架接触的零位校准开关，末端执行器的机架上还安装有零位校准开关压块，使得末端执行器在沿环形齿条和环形导轨经过零位校准开关处的时候零位校准开关压块和零位校准开关的触发部接触碰压。

本发明实现了剔苗补苗完善处理过程，用独立自走式末端执行器在环形轨道上循环运行作业的方式，有效解决了现有移栽机需要往复运行和等待时间长的问题，具有作业效率高、节约能源等优点。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的环形轨道式剔苗补苗移栽机采用末端执行器在环形轨道上循环运行作业的方式，具有作业过程连续、无等待时间、更节能高效的等优点，有效解决了现有移栽机需要往复运行和等待时间长的问题，且本发明中末端执行器利用独立电源模块进行各控制模块及执行机构的供电，采用无线快充对电源模块进行充电，并采用无线通讯技术与控制器进行信号传输，避免了使用有线供电方式的的线缆缠绕或采用滑触供电的电极磨损，降低了装置故障率，并能用于环形轨道上多末端执行器的集成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的完整装配结构示意图；

图2为本发明实施例的剔苗输送线、取苗输送线、补苗输送线装配示意图；

图3为本发明实施例的视觉识别单元装配示意图；

图4为本发明实施例的剔苗补苗单元装配示意图；

图5为本发明实施例的第一移行机、第二移行机装配示意图；

图6为本发明实施例的完整装配结构示意图；

图7为本发明实施例的夹持机构装配示意图；

图8为本发明实施例的升降机构装配示意图；

图9为本发明实施例的末端执行器与导轨及齿条配合时的示意图；

图10为本发明实施例的零位校准开关及环形导轨装配示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明的主要目的是提供一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，旨在解决现有技术中作业过程不连续、等待时间长、能源浪费等问题。

如图1所示，本发明实例提供的环形轨道式移栽机包括剔苗输送线1、视觉识别单元2、剔苗补苗单元3和取苗输送线5，剔苗输送线1、取苗输送线5并排平行设置；

视觉识别单元2设置于剔苗输送线1的入口侧上，靠近剔苗输送线1输送方向的前端(图1中剔苗输送线1的左端)，用于识别经过剔苗输送线1上待处理穴盘中的劣质苗；

剔苗补苗单元3横跨于剔苗输送线1、取苗输送线5的上方，剔苗补苗单元3上设有用于夹持苗坨的带有升降机构和夹持机构的末端执行器25，剔苗补苗单元3用于将剔苗输送线1上穴盘中的劣质苗剔除，并将取苗输送线5上穴盘中的优质苗移栽至补苗输送线6的穴盘中。

剔苗补苗单元，剔苗补苗单元3采用无线充电独立自走式末端执行器在环形导轨上循环运行的方式，分别在剔苗输送线1上的待处理穴盘中剔苗、在取苗输送线5上的满盘穴盘中取苗，然后将取到的健康苗补栽至补苗输送线6上的待补苗穴盘中。

还包括补苗输送线6、第一移行机4和第二移行机7；剔苗输送线1用于输送待处理穴盘，取苗输送线5用于输送满盘穴盘，补苗输送线6用于输送待补苗穴盘。

补苗输送线6和剔苗输送线1、取苗输送线5均并排平行设置，剔苗补苗单元3横跨于剔苗输送线1、取苗输送线5、补苗输送线6的上方；剔苗输送线1和取苗输送线5的输送方向相同，剔苗输送线1及取苗输送线5的输送方向和补苗输送线6的输送方向相反；

第一移行机4设置于剔苗输送线1、取苗输送线5与补苗输送线6的一端侧旁端(图1中剔苗输送线1的右端)，且第一移行机4的横移行程范围不小于剔苗输送线1与补苗输送线6之间的间距，用于将剔苗输送线1上剔除劣质苗后的穴盘转移至补苗输送线6上；

第二移行机7设置于取苗输送线5与补苗输送线6的一端侧旁端(图1中补苗输送线6的左端)，且第二移行机7的横移行程范围不小于补苗输送线6与取苗输送线5之间的间距，用于将补苗输送线6上完成补苗后的穴盘转移至取苗输送线5上。

剔苗输送线1及取苗输送线5上的穴盘按照图1所示沿输送线从左向右输送，补苗输送线6上的穴盘按照图1所示沿输送线从右向左输送。

取苗输送线5初始情况下放置优质穴盘，待处理的穴盘从剔苗输送线1进入，先经视觉识别单元2识别出穴盘中劣质苗，利用剔苗补苗单元3将剔苗输送线1上穴盘中的劣质苗抓取剔除，并且再将取苗输送线5上穴盘中的优质苗移栽至补苗输送线6上穴盘中原有劣质苗所在的穴孔中，直到补苗输送线6上穴盘中的所有穴孔均具有优质苗

第一移行机4用于将剔苗输送线1上剔除劣质苗后的穴盘完整转移至补苗输送线6上，在补苗输送线6上进行空穴孔的补栽。

当取苗输送线5的优质穴盘已经取用完、或者不够时，则利用第二移行机7将补苗输送线6上完成补苗后的优质穴盘完整转移至取苗输送线5上，进而用于给补苗输送线6上穴盘中的空穴孔进行补栽。

如图2所示，剔苗输送线1、取苗输送线5及补苗输送线6结构相同，均包括输送线机架8、主动滚筒10、输送电机11、穴盘限位板13、输送带14和从动滚筒15；主动滚筒10和从动滚筒15分别水平地安装在输送线机架8的两端，主动滚筒10和从动滚筒15之间通过输送带14带传动连接，输送带14上带面的两侧设有用于限位防滑出的导向杆12，输送带14外表面间隔设置有用于穴盘限位固定的穴盘限位板13，输送电机11与主动滚筒10的输出轴同轴连接，主动滚筒10两端有带座轴承9。

穴盘限位板13下端固定于输送带14外表面，上端延伸到穴盘之上且向穴盘水平延伸一段。当穴盘放置在上时，穴盘位于穴盘限位板13上端水平延伸一段之下，嵌装于穴盘限位板13内，这样通过穴盘限位板13的设置防止穴盘从输送带14外表面上翻出。

主动滚筒10在输送电机11驱动下转动，并带动输送带14转动。

输送带14下方有支撑板，输送带14在主动滚动10、从动滚筒15、张紧装置16及支撑板的作用下保持水平，并与主动滚动10及从动滚筒15保持一定的预紧力，保证输送带14不会打滑。需要说明的是，滚筒与皮带的传动方式只是本实例的一种形式，为了达到同样的输送效果，也可使用同步轮同步带或链传动等其他传动方式。

输送带14一端的两侧还安装有用于输送带14张紧的张紧装置16。

输送线机架8一侧安装有用于检测穴盘的各行穴孔经过的位置传感器17，当穴盘中的一行穴孔经过时，触发位置传感器17，位置传感器17发送穴盘的一行穴孔到达信号，进而控制穴盘的逐行穴孔前进。

导向杆12设置于输送线机架8的两侧，导向杆12的截面形状不限于图2所示的正方形，可以是与穴盘左右及上表面贴合的倒置的L型，这样当左右两侧导向杆12的间距略小于穴盘的宽度，导向杆12下表面的位置略高于穴盘的上表面时，即可同时限制穴盘左右及上下两个方向的自由度，使穴盘与输送带14保持相对静止的状态。

剔苗输送线1、取苗输送线5、补苗输送线6的输送电机11带编码器，能够与位置传感器配合，实现穴盘的精准定位与步进输送，且输送电机步进距离大小可根据穴盘穴孔间距进行调整，保证输送线每次带动穴盘前进的距离为穴盘相邻穴孔的间距，导向杆与限位板能将穴盘限制在输送带上固定的位置，并保证在末端执行器进行剔苗、补苗的过程中穴盘不会被带起。

如图3所示，视觉识别单元2包括遮光罩18、光源19与图像获取装置20；遮光罩18位于剔苗输送线1上方，光源19设置于遮光罩18内侧且朝向剔苗输送线1，图像获取装置20设置于遮光罩18内侧顶部。

通过光源19光照经过剔苗输送线1、位于遮光罩18内的待处理穴盘，图像获取装置20从剔苗输送线1上的待处理穴盘正上方获取待处理穴盘各个苗的图像信息，通过人工智能图像处理算法进行劣质苗识别，并将各个劣质苗的位置信息传输至外部的控制单元，控制单元控制剔苗补苗单元3的工作。

如图5所示，第一移行机4、第二移行机7均包括移行机机架27、横移装置28、横移导轨29、横移滑块30、输送机机架31、横移输送机32和连接块33；横移装置28设置于移行机机架27下部，横移导轨29设置于移行机机架27上部，横移装置28的导轨和横移导轨29平行布置，输送机机架31底部固定有横移滑块30和连接块33，横移滑块30与横移导轨29滑动连接，连接块33与横移装置28的滑块固定连接，横移输送机32固定设置于输送机机架31上；通过横移装置28驱动带动横移装置28在沿横移导轨29方向下水平移动，进而带动横移输送机32同步移动。

横移输送机32上有驱动电机及输送带，输送带沿垂直于横移导轨29的方向布置。横移装置28可以是无杆气缸或直线模组等具有线性滑动部件的装置。

如图4所示，剔苗补苗单元3包括导轨机架21、安装板22、环形导轨23、环形齿条24和末端执行器25；安装板22固定设置于导轨机架21上，环形导轨23及环形齿条24固定安装于安装板22上，环形导轨23与环形齿条24两端圆弧部分同心、直线部分平行，保证环形导轨23与环形齿条24之间的间距相等；多个末端执行器25安装在环形导轨23和环形齿条24上，末端执行器25和环形导轨23滑动连接，末端执行器25和环形齿条24齿轮齿条连接。

末端执行器25通过滑块与环形导轨23连接，使末端执行器25可以沿环形导轨23自由滑动，同时末端执行器25通过齿轮与环形齿条24配合，在末端执行器25上的行走电机的驱动下，带动齿轮旋转，使末端执行器25沿导轨运行，末端执行器25采用便于拆卸的形式安装，可以根据不同移栽对象替换为其他结构尺寸的末端执行器。

若干末端执行器25沿环形导轨23顺时针(或逆时针)循环运行，每个末端执行器25在循环运行过程中首先在剔苗输送线1上方完成剔除劣质苗作业、然后顺时针(或逆时针)运行至取苗输送线5上方完成夹取健康苗作业、最后继续顺时针(或逆时针)运行至补苗输送线6上方将取到的健康苗补栽至待补苗穴盘，当某些末端执行器25在进行剔苗、取苗或补苗作业时，其他末端执行器25处于等待状态，多个无线充电装置布置在末端执行器25等待的位置，末端执行器25利用等待时间通过无线充电装置进行充电，这样即可在每个循环都能充电，保证了末端执行器的电量充足。

如图6-图8所示，本发明实例还提供了一种末端执行器，为无线末端执行器，包括在同一平面间隔布置的环形齿条24和环形导轨23以及安装在环形齿条24和环形导轨23上的末端执行器；环形齿条24位于环形导轨23内圈，执行器包括机架2501、齿轮2502、行走电机2503、滑动机构2504、夹持机构2506和升降机构2507；机架2501中安装行走电机2503，行走电机2503输出轴和齿轮2502同轴连接，齿轮2502和环形齿条24啮合；机架2501中安装有用于和环形导轨23滑动连接的滑动机构2504，行走电机2503运行驱动齿轮2502旋转，进而带动机架2501在环形导轨23和滑动机构2504之间的滑动连接下移动；机架2501的工作侧面安装有用于带动夹持机构2506升降的升降机构2507，升降机构2507上安装有用于夹持物件的夹持机构2506。

具体实施中，机架2501位于环形齿条2524和环形导轨2523之上，行走电机2503和滑动机构2504均安装在机架2501底部，分别和环形齿条2524和环形导轨2523进行作用连接。

升降机构2507包括安装座2518、升降电机2517、丝杆2519、导向杆2520、滑动部2521，安装座2518固定安装在机架2501上，丝杆2519和导向杆2520均竖直安装于安装座2518中，其中丝杆2519和安装座2518可旋转地安装，导向杆2520和安装座2518固定安装，安装座2518上安装有升降电机2517，升降电机2517的输出轴和丝杆2519同轴连接，滑动部2521通过螺纹套装在丝杆2519上，形成丝杠螺母副，且活动光轴地套装在导向杆2520上，滑动部2521和夹持机构2506连接；

齿轮2502固定设置于行走电机2503的输出轴上，随行走电机2503输出轴一起旋转，齿轮2502作为主动齿轮与固定不动的环形齿条24构成齿轮齿条传动方式，使齿轮2502能够带动末端执行器沿固定环形齿条24运动，同时，行走电机2503沿垂直于环形齿条24方向采用弹簧浮动的方式设置于机架2501上，靠弹簧弹力使齿轮2502以合适的压力与固定环形齿条2524接触，保证行走电机2503能够驱动末端执行器正常运动，而不会出现打滑的情况。

夹持机构2506设置于升降机构2507的滑动部2521上，可以在升降电机2517驱动下实现上下运动。

夹持机构2506包括机架2512和两个夹爪，机架2512固定于升降机构2507的滑动部2521上，机架2512内两侧对称固定有两个夹爪组件，每个夹爪组件均包括摆臂2513、夹爪座2514、夹爪2515和夹爪电机2516，夹爪电机2516固定在机架2512内，夹爪电机2516输出端和摆臂2513的一端固接，摆臂2513另一端经夹爪座2514和夹爪2515根端固定连接，夹爪2515末端用于夹持物件。

两个夹爪组件的夹爪2515末端之间夹持住物件。物件具体为穴盘中的穴块。

夹持机构2506由夹爪电机2516驱动，可以实现两个夹爪2515的分离和靠拢，即实现夹持动作的打开及关闭。

如图7所示，机架2501上有夹爪电机2516的安装螺栓孔及电机线缆方形孔，夹爪电机2516通过螺栓固定设置于机架2501上，摆臂2513固定设置于夹爪电机2516输出轴上，能随夹爪电机2516输出轴一起旋转，夹爪座2514固定设置于摆臂2513上，夹爪2515固定设置于夹爪座2514上，夹爪2515包括但不限于铲式、针式结构，铲式结构用于抓取基质松散的苗坨，针式结构用于抓取基质紧实的苗坨，夹爪2515数量可根据实际效果设置。

如图9-图10所示，滑动机构2504包括滚轮和滚轮安装板，滚轮安装板固定设置于机架2501下部，滚轮安装板的两侧均设有滚轮，滚轮沿垂直于末端执行器运动方向采用弹簧浮动的方式设置于滚轮安装板上，两侧的滚轮分别位于环形导轨23的两侧，使得环形导轨23嵌装于两侧的滚轮之间，两侧的滚轮以合适的压力与环形导轨23接触且滚轮之间的间距能在一定范围内变化，这样可以保证末端执行器能够沿环形导轨23运行或从直线导轨过渡到环形导轨23时自动调整滚轮之间的间距，保证滑动机构2504不会卡滞。

机架2501上还安装有无线控制器2505，无线控制器2505设置于机架2501上，无线控制器2505和升降机构2507的升降电机2517、夹持机构2506的夹爪电机2516电连接，无线控制器2505用于末端执行器与上位机控制器之间所有控制信号及反馈信号的无线传输。

如图9所示，行走电机2503为内置位置传感器的无刷直流电机，可以根据无线控制器2505的计算实时精确地反馈末端执行器所在的位置信息，同时行走电机2503内置齿轮减速机，通过减速机降低行走电机输出轴转速来达到提高输出扭矩的目的，减速机的减速比可以根据实际负载计算确定。

机架2501上还安装有电源模块2509与无线充电模块2510，无线控制器2505设置于机架2501上，电源模块2509用于末端执行器所有电子元件及执行元件的供电，无线充电模块2510用于接收外部的电能给电源模块2509充电。

通过无线充电的方式消除有线供电方式的线缆，可以有效避免线缆缠绕及磨损，减少故障率。也可采用滑触线的方式进行供电，同样可以达到消除线缆的效果。

多个末端执行器安装在环形齿条24和环形导轨23上，如图6、图9所示，机架2501上安装有防撞微动开关2508，防撞微动开关2508设置于机架2501的侧面，，防撞微动开关2508触发部伸出机架2501一侧使其在环形齿条24和环形导轨23上的两个相邻末端执行器紧靠时候能够被碰压到；

防撞微动开关2508通过碰压触发碰撞信号，并传输至无线控制器2505，控制发生碰撞的两个相邻末端执行器靠后的一个末端执行器停止运行，当靠前的末端执行器离开后，防撞微动开关2508触发部弹开，碰撞信号清除，则靠后的一个末端执行器可以恢复运行。

如图10所示，环形齿条24和环形导轨23上方的一处固定设有用于和机架2501接触的零位校准开关2525，末端执行器的机架2501上还安装有零位校准开关压块2511，使得末端执行器在沿环形齿条24和环形导轨23经过零位校准开关2525处的时候零位校准开关压块2511和零位校准开关2525的触发部接触碰压。

零位校准开关压块2511用于在运行过程中触发零位校准开关2525，末端执行器在每个循环运行过程中，运行至零位校准开关2525位置时均会由零位校准开关压块2511触发零位校准开关2525，并将零位信号发送至无线控制器2505，由无线控制器2505进行当前末端执行器位置校准，消除末端执行器在运行过程中的累计位置误差。

具体实施中，多个末端执行器25与控制系统采用无线通讯模块(如5G无线通讯技术、WIFI、蓝牙、ZigBee等)进行信息传输，末端执行器25行走电机2503带编码器，能通过无线通讯模块实时反馈末端执行器的位置信息，精确定位末端执行器25所在的位置，并能够根据控制系统通过无线通讯模块发送的位置指令运行至相应的剔苗、取苗或补苗位置，且导轨上具有末端执行器位置校准装置，末端执行器每绕环形导轨23运行一周后都会通过位置校准装置重新校准末端执行器的零点位置，保证末端执行器围绕环形导轨运行时的重复定位精度。

本发明末端执行器的工作过程如下：

初始状态下，升降机构2507的滑动部2521处于高位，夹爪2515处于打开的状态。

(1)无线末端执行器在行走电机2503驱动下运行至取苗点所在位置；

(2)升降机构2507的滑动部2521在升降电机2517的驱动下下降，并带动夹持机构2506插入至基质中；

(3)夹持机构2506的夹爪2515在夹爪电机2516的驱动下闭合，实现对苗坨的夹取；

(4)升降机构2507的滑动部2521在升降电机2517的驱动下上升，并带动夹持机构2506上升，将苗坨从穴盘中取出；

(5)无线末端执行器在行走电机2503驱动下，带着夹爪2515夹取的苗坨运行至栽苗点所在位置；

(6)升降机构2507的滑动部2521在升降电机2517的驱动下下降，并带动夹持机构2506下降，使夹爪下降进入至穴盘穴孔中；

(7)夹持机构2506的夹爪2515在夹爪电机2516的驱动下打开，使苗坨与夹爪2515脱离；

(8)升降机构2507的滑动部2521在升降电机2517的驱动下上升，并带动夹持机构2506上升，使夹爪离开穴盘穴孔，苗坨由于重力作用留在穴盘穴孔中，完成栽苗作业；

(9)无线末端执行器在行走电机2503驱动下运行至取苗点所在位置，开始下一作业循环；

如果无线末端执行器用作剔苗作业，则第(1)步时无线末端执行器运行至劣质苗所在位置，第(5)步时，无线末端执行器运行至劣质苗丢弃位置，夹爪2515打开，将劣质苗丢弃。

本发明整体的工作过程如下(本实例中以末端执行器按照图1所示环形导轨沿顺时针方向运行来说明本发明的工作过程，在这种状态下剔苗输送线1和取苗输送线5按照图1从左向右运行为前进方向，补苗输送线按照图1从右向左运行为前进方向)：

(1)在剔苗输送线1前端(图1中剔苗输送线1的左端)放置待处理穴盘，在取苗输送线5前端(图1中取苗输送线5的左端)放置一盘均为健康苗的满盘穴盘；

(2)剔苗输送线1前进，将待处理穴盘输送至视觉识别单元2下方，视觉识别单元2的图像获取装置20获取穴盘苗图像，并将劣质苗识别结果及劣质苗位置信息发送至控制单元；

(3)剔苗输送线1前进，将识别后的待处理穴盘第一个劣质苗所在行输送至剔苗补苗单元3的环形导轨23左侧末端执行器25所在位置的正下方，控制系统将第一个劣质苗所在位置信息发送给最靠近剔苗输送线1的末端执行器25，该末端执行器25根据接收到的劣质苗的位置信息移动至劣质苗所在位置正上方，将劣质苗从穴盘中夹取出来，并沿环形导轨23顺时针方向移动至圆弧位置后，将劣质苗丢弃，然后继续沿环形导轨23顺时针方向移动至环形导轨23右侧，等待取健康苗，并在等待的过程中利用无线充电装置26充电；

(4)取苗输送线5将全是健康苗的满盘穴盘输送至第一排穴孔位于环形导轨23右侧末端执行器25所在位置的正下方，控制系统将第一颗健康苗的位置信息发送给最靠近取苗输送线5的末端执行器25，该末端执行器25根据接收到的第一颗健康苗的位置信息移动至该健康苗所在位置正上方，将该健康苗从穴盘中夹取出来，并沿环形导轨23顺时针方向移动至尽可能靠近补苗输送线的位置，等待剔除劣质苗后的待补苗穴盘，并在等待的过程中利用无线充电装置26充电；

(5)步骤(3)中第一盘穴盘在剔苗输送线1上完成整盘穴盘苗的剔苗作业后，第一移行机4横移至与剔苗输送线1对齐的位置，第一移行机4上的横移输送机32与剔苗输送线1的输送带14同时沿着剔苗输送线1前进的方向运行，将第一盘剔苗完成后的穴盘转移至第一移行机4上，第一移行机4的横移装置28带动横移输送机32运行至与补苗输送线对齐的位置，第一移行机4上的横移输送机32与补苗输送线6的输送带14同时沿着补苗输送线1前进的方向运行，将第一盘剔苗完成后的穴盘转移至补苗输送线上。

(6)补苗输送线6前进，将待补苗穴盘第一个待补苗穴孔所在行移动至剔苗补苗单元3的环形导轨23左侧末端执行器25所在位置的正下方，控制系统将第一个待补苗穴孔的位置信息发送给最靠近补苗输送线6的末端执行器25，该末端执行器25根据接收到的第一个待补苗穴孔的位置信息移动至该穴孔所在位置正上方，将末端执行器25上的健康苗补栽至该穴孔，并沿环形导轨23顺时针方向移动至尽可能靠近剔苗输送线的位置，等待前方的末端执行器25，并在等待的过程中利用无线充电装置26充电；

(7)步骤(6)中待补苗穴盘在补苗输送线6上完成补苗作业后，第二移行机7横移至与补苗输送线6对齐的位置，第二移行机7上的横移输送机32与补苗输送线6的输送带14同时沿着补苗输送线6前进的方向运行(按照图1中补苗输送线6从右向左运行)，将补苗完成后的穴盘转移至第二移行机7上，此时，控制系统会根据取苗输送线5上满盘健康苗穴盘的数量选择第二移行机7的运行位置，如果取苗输送线5上需要满盘健康苗穴盘时，第二移行机7的横移装置28带动横移输送机32运行至与取苗输送线对齐的位置，第二移行机7上的横移输送机32与取苗输送线5的输送带14同时沿着取苗输送线5的前进方向运行(按照图1中取苗输送线5从左向右运行)，将补栽完成后的满盘健康苗穴盘转移至取苗输送线上，如果取苗输送线5上仍有充足的满盘健康苗穴盘，则第二移行机7保持在与补苗输送线6对齐的位置，继续沿补苗输送线6前进的方向运行，将满盘健康苗穴盘输送至下线输送线(下线输送线图中未画出)。

(8)多个末端执行器25与剔苗输送线1、取苗输送线5、补苗输送线6按照步骤(1)-(8)的流程协调配合循环运行，实现剔苗补苗自动化作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

包括剔苗输送线(1)、视觉识别单元(2)、剔苗补苗单元(3)和取苗输送线(5)，剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)并排平行设置；

视觉识别单元(2)设置于剔苗输送线(1)的入口侧上，用于识别经过剔苗输送线(1)的待处理穴盘中的劣质苗；

剔苗补苗单元(3)横跨于剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)的上方，剔苗补苗单元(3)上设有用于夹持苗坨的带有升降机构和夹持机构的末端执行器(25)，剔苗补苗单元(3)用于剔苗输送线(1)上穴盘中的劣质苗剔除并将取苗输送线(5)的穴盘中的优质苗转移至剔苗输送线(1)的穴盘中。

2.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

还包括补苗输送线(6)、第一移行机(4)和第二移行机(7)；补苗输送线(6)和剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)均并排平行设置，剔苗补苗单元(3)横跨于剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)、补苗输送线(6)的上方；剔苗输送线(1)和取苗输送线(5)的输送方向相同，剔苗输送线(1)及取苗输送线(5)的输送方向和补苗输送线(6)的输送方向相反；第一移行机(4)设置于剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)与补苗输送线(6)的一端侧旁端，用于将剔苗输送线(1)上剔除劣质苗后的穴盘转移至补苗输送线(6)上；第二移行机(7)设置于取苗输送线(5)与补苗输送线(6)的一端侧旁端，用于将补苗输送线(6)上完成补苗后的穴盘转移至取苗输送线(5)上。

3.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述的剔苗输送线(1)、取苗输送线(5)及补苗输送线(6)结构相同，均包括输送线机架(8)、主动滚筒(10)、输送电机(11)、穴盘限位板(13)、输送带(14)和从动滚筒(15)；主动滚筒(10)和从动滚筒(15)分别水平地安装在输送线机架(8)的两端，主动滚筒(10)和从动滚筒(15)之间通过输送带(14)带传动连接，输送带(14)上带面的两侧设有用于限位防滑出的导向杆(12)，输送带(14)外表面间隔设置有用于穴盘限位固定的穴盘限位板(13)，输送电机(11)与主动滚筒(10)的输出轴同轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述穴盘限位板(13)下端固定于输送带(14)外表面，上端延伸到穴盘之上且向穴盘水平延伸一段。

5.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述的视觉识别单元(2)包括遮光罩(18)、光源(19)与图像获取装置(20)；遮光罩(18)位于剔苗输送线(1)上方，光源(19)设置于遮光罩(18)内侧且朝向剔苗输送线(1)，图像获取装置(20)设置于遮光罩(18)内侧顶部。

6.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述的第一移行机(4)、第二移行机(7)均包括移行机机架(27)、横移装置(28)、横移导轨(29)、横移滑块(30)、输送机机架(31)、横移输送机(32)和连接块(33)；横移装置(28)设置于移行机机架(27)下部，横移导轨(29)设置于移行机机架(27)上部，横移装置(28)的导轨和横移导轨(29)平行布置，输送机机架(31)底部固定有横移滑块(30)和连接块(33)，横移滑块(30)与横移导轨(29)滑动连接，连接块(33)与横移装置(28)的滑块固定连接，横移输送机(32)固定设置于输送机机架(31)上；通过横移装置(28)驱动带动横移装置(28)在沿横移导轨(29)方向下水平移动，进而带动横移输送机(32)同步移动。

7.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述剔苗补苗单元(3)包括导轨机架(21)、安装板(22)、环形导轨(23)、环形齿条(24)和末端执行器(25)；安装板(22)固定设置于导轨机架(21)上，环形导轨(23)及环形齿条(24)固定安装于安装板(22)上；多个末端执行器(25)安装在环形导轨(23)和环形齿条(24)上，末端执行器(25)和环形导轨(23)滑动连接，末端执行器(25)和环形齿条(24)齿轮齿条连接。

8.根据权利要求1所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述剔苗补苗单元(3)包括间隔布置的环形齿条(24)和环形导轨(23)以及安装在环形齿条(24)和环形导轨(23)上的末端执行器；末端执行器包括机架(2501)、齿轮(2502)、行走电机(2503)、滑动机构(2504)、夹持机构(2506)和升降机构(2507)；机架(2501)中安装行走电机(2503)，行走电机(2503)输出轴和齿轮(2502)同轴连接，齿轮(2502)和环形齿条(24)啮合；机架(2501)中安装有用于和环形导轨(23)滑动连接的滑动机构(2504)，行走电机(2503)运行驱动齿轮(2502)旋转，进而带动机架(2501)在环形导轨(23)和滑动机构(2504)之间的滑动连接下移动；机架(2501)的工作侧面安装有用于带动夹持机构(2506)升降的升降机构(2507)，升降机构(2507)上安装有用于夹持物件的夹持机构(2506)。

9.根据权利要求8所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：

所述升降机构(2507)包括安装座(2518)、升降电机(2517)、丝杆(2519)、导向杆(2520)、滑动部(2521)，安装座(2518)固定安装在机架(2501)上，丝杆(2519)和导向杆(2520)均竖直安装于安装座(2518)中，安装座(2518)上安装有升降电机(2517)，升降电机(2517)的输出轴和丝杆(2519)同轴连接，滑动部(2521)通过螺纹套装在丝杆(2519)上，且活动光轴地套装在导向杆(2520)上，滑动部(2521)和夹持机构(2506)连接；

所述夹持机构(2506)包括机架(2512)和两个夹爪，机架(2512)固定于升降机构(2507)的滑动部(2521)上，机架(2512)内两侧对称固定有两个夹爪组件，每个夹爪组件均包括摆臂(2513)、夹爪座(2514)、夹爪(2515)和夹爪电机(2516)，夹爪电机(2516)固定在机架(2512)内，夹爪电机(2516)输出端和摆臂(2513)的一端固接，摆臂(2513)另一端经夹爪座(2514)和夹爪(2515)根端固定连接，夹爪(2515)末端用于夹持物件。

10.根据权利要求8所述的一种环形轨道式剔苗补苗移栽机，其特征在于：多个末端执行器安装在环形齿条(24)和环形导轨(23)上，所述机架(2501)上安装有防撞微动开关(2508)，防撞微动开关(2508)设置于机架(2501)的侧面，，所述防撞微动开关(2508)触发部伸出机架(2501)一侧使其在环形齿条(2524)和环形导轨(2523)上的两个相邻末端执行器紧靠时候能够被碰压到；

环形齿条(24)和环形导轨(23)上方的一处固定设有用于和机架(2501)接触的零位校准开关(2525)，末端执行器的机架(2501)上还安装有零位校准开关压块(2511)，使得末端执行器在沿环形齿条(24)和环形导轨(23)经过零位校准开关(2525)处的时候零位校准开关压块(2511)和零位校准开关(2525)的触发部接触碰压。

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