CN115191191A - 一种带力反馈机构的穴盘苗移栽机械爪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，包括基座、舵机、传动机构、夹持机构、力反馈机构和外壳，所述舵机通过传动机构带动夹持机构移动进行夹持或投苗，力反馈机构安装在基座上，在夹持时通过弹性变形板产生类似悬臂梁的变形情况，将力的大小转换为位移量，并通过霍尔传感器进行测量，能够实时测量反馈夹持力的大小，使夹持力可控，不易伤苗漏苗，且零部件方便拆卸和更换，在保证钵苗质量的同时能够提高移栽成功率，具有很好的使用价值。

Description

一种带力反馈机构的穴盘苗移栽机械爪

技术领域

本发明涉及钵苗移栽夹持机构，具体涉及一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪。

背景技术

为了提高蔬菜产量和品质，减少成本，我国蔬菜生产主要采用穴盘育苗移栽种植的方式。随着工厂机械化育苗的发展，穴盘苗质量已经有了很大提升；钵苗移栽大都采用全自动机械化移栽，为了进一步保证钵苗质量和移栽效果，在取苗投苗过程，需要考虑移栽夹持爪对钵苗的影响。

目前移栽机取苗夹持爪大多不可控制夹持力，若使用力大小恒定的夹持爪，在夹取大小不同钵苗时可能会出伤苗漏苗的情况，特别是在全自动移栽的过程中，可能造成钵苗浪费，降低蔬菜产量，增加生产成本；而现有的采用可控力的取苗爪，力传感器集成在手爪上，在反复插入苗坨或夹持茎秆的过程中，传感器与钵苗频繁接触，极易损伤传感器，且更换传感器过程较为复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种带有力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，通过改进结构设计，把测量装置设在基座上，避免传感器与钵苗接触，将夹持力的大小转化为位移进行测量，不仅能够实时测量反馈夹持力的大小，还避免了传感器与钵盆的直接接触，防止伤苗漏苗的同时具有较高的可靠性。

本发明所采用的技术方案是：

一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，包括基座、舵机、传动机构、夹持机构、力反馈机构和外壳，所述舵机、传动机构、夹持机构、力反馈机构分别安装在基座上；所述夹持机构包括滑轨、滑块一、滑块二，第一连接板、第二连接板、第一夹指、第二夹指；所述力反馈机构包括弹性变形板、磁铁固定板、磁铁、霍尔传感器；其中，所述第一连接板、第二连接板、弹性变形板和磁铁固定板均为L形板，具有相互垂直的两个面；滑轨固定在基座上，滑块一和滑块二分别设置在滑轨上，第一连接板的水平面连接滑块一，竖直面连接第一夹指，第二连接板的水平面连接滑块二，竖直面连接第二夹指，第一连接板的水平面还连接传动机构，所述舵机通过传动机构驱动第一连接板带动第一夹指移动，第二连接板的水平面还连接有弹性变形板的水平面，弹性变形板的竖直面固定在基座侧面，第二连接板的竖直面上还连接磁铁固定板的竖直面，磁铁固定板的水平面位于基座底部并设有卡槽，磁铁置于所述卡槽内；霍尔传感器固定在基座底部与磁铁相邻的位置。

进一步地，所述传动机构包括舵机圆盘、齿轮、齿条，所述舵机圆盘连接舵机的输出轴，齿轮固定在舵机圆盘上方，齿轮与齿条啮合，齿条连接在第一连接板的水平面上。

进一步地，所述基座底部设置有霍尔传感器固定板，所述霍尔传感器固定板上设固定槽用于固定所述霍尔传感器。

所述移栽夹持爪还配有舵机驱动器和单片机控制器，所述舵机置于基座的开槽中，通过螺栓与基座固定并与舵机驱动器和单片机控制器连接。

优选地，所述弹性变形板的材质为65Mn弹簧钢。

进一步地，所述第一连接板、第二连接板、弹性变形板以及磁铁固定板与基座或其他部件之间均通过螺钉连接的方式进行连接。

本发明的移栽夹持爪，在夹持时利用夹持力对弹性变形板施加一定大小的力，使之产生类似悬臂梁的变形情况，通过霍尔传感器检测形变的位移量从而精确测得夹持力大小，不易出现伤苗漏苗的情况，具体表现在以下几个方面：

1. 采用悬臂梁式变形结构，无需将力传感器置于夹持手指上，避免了传感器与钵苗的直接接触，可以在有效减小夹持手指体积的同时降低反复抓取作业对传感器造成的损伤；

2. 将力的大小转换为位移量，可以实时获取手爪夹持力的大小，针对不同钵苗可以采用不同大小的力进行夹持，有较强的适用性；

3. 针对不同的钵苗可选择弹性不同的弹性金属板，当弹性变形板发生金属疲劳后，可拆下进行更换，成本较低且拆装方便。

附图说明

图1为本发明整体外观结构示意图；

图2为本发明内部详细结构分解示意图；

图3为本发明底部示意图。

图中，1、外壳，2、夹持机构，201、舵机圆盘，202、齿轮，203、齿条，204、第一连接板，205、滑轨，206、滑块一，216、滑块二，207、第一夹指，217、第二夹指，208、第二连接板，3、力反馈机构，301、弹性变形板，302、磁铁固定板，303、磁铁，304、霍尔传感器，305、霍尔传感器固定板，4、基座，5、舵机，6、外壳连接板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

为了更清楚的说明本发明的技术方案，本实施例结合x、y、z坐标轴对移栽机械爪的结构进行说明，采用左手坐标系，以水平面为xy平面， 垂直于xy平面向上为z轴正方向，x轴为滑块移动方向。

如图1-3所示，一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，包括基座4、舵机5、传动机构，夹持机构2、力反馈机构3、和外壳1，所述舵机5、传动机构、夹持机构2、力反馈机构3依次安装在基座4上，外壳1通过外壳安装板6安装在基座4上。

所述夹持机构2包括滑轨205、滑块一206、滑块二216、第一夹指207、第二夹指217及第一连接板204和第二连接板208，所述第一连接板204和第二连接板208均为L形板，具有相互垂直的两个面，用于将滑块和夹指连接在一起；具体地，所述第一连接板204的水平面即x-y平面连接滑块一206，第一连接板204的竖直面即x-z平面连接第一夹指207；所述第二连接板208的水平面即x-y平面连接滑块二216，第二连接板208的竖直面x-z平面连接第二夹指217，舵机5通过传动机构驱动滑块一206带动第一夹指207沿滑轨205移动实现对钵苗的夹持。

具体地，所述传动机构包括舵机圆盘201、齿轮202和齿条203，舵机圆盘201连接舵机5的输出轴，齿轮202通过螺钉连接固定在舵机圆盘201上方，齿轮202与齿条203啮合，齿条203连接在第一连接板204的水平面即x-y平面上，舵机圆盘201将舵机输出的力矩传递给齿轮202，通过齿条203、第一连接板204将动力传递给滑块一206，带动第一夹指207沿x轴方向移动。

所述力反馈机构3包括弹性变形板301、磁铁固定板302、磁铁303、霍尔传感器304、霍尔传感器固定板305，其中，所述弹性变形板301和磁铁固定板302均是L形板，具有相互垂直的两个面，所述弹性变形板301的水平面即x-y平面固定在第二连接板208的水平面上，弹性变形板301的竖直面即y-z平面固定在基座4侧面；磁铁固定板302的竖直面即x-z平面与第二夹指217均通过螺钉固定在第二连接板208的竖直面即x-z平面上，磁铁固定板302的水平面即x-y平面位于基座4下方（不固定），磁铁303置于磁铁固定板302 x-y平面的卡槽内；基座4底部表面上紧邻磁铁固定板302的位置安装有霍尔传感器固定板305，霍尔传感器304置于霍尔传感器固定板305的卡槽内，与磁铁303相邻。

弹性变形板301的作用在于将滑块二216固定在基座上的同时使其具有一定的微动能力，夹持钵苗时的夹持力推动滑块二216微动时，弹性变形板301可以随着变形，夹持力消失时，弹性变形板301复位；所述弹性变形板301应该选择弹性极限和屈服比高的材料，优先为金属材料，本发明的实施例中，弹性变形板301用的是65Mn弹簧钢。

所述舵机5置于基座4的开槽中，通过螺栓与基座4固定并与舵机驱动器和单片机控制器连接。

所述移栽夹持爪通过外壳连接板6与外部机械连接，实现取投苗动作。

本发明的工作过程如下：

所述带力反馈的穴盘苗移栽夹持爪，通过外壳连接板6与取苗臂进行连接，取苗时，控制模块驱动舵机5转动，舵机5输出轴带动舵机圆盘201和与其连接的齿轮202进行转动，齿轮202通过与齿条203啮合使固定在滑块一206上的第一连接板204沿着滑轨205沿x轴方向移动，同时带动固定在第一连接板206上的第一夹指207移动。

第一夹指207向靠近第二夹指217的方向移动，当第一夹指207接触钵苗并逐渐夹紧时，两个夹指对钵苗产生的夹持力会反作用在夹指上，这个反作用力会使得与第二夹指217相连的滑块二216发生微动，滑块二216的微动，会带动连接在滑块二216上的第二连接板208发生微小移动，该微小移动使得连接第二连接板208上方的弹性变形板301产生一定的微小形变，同时，该微小移动会带动连接在第二连接板208上的磁铁固定板302发生微小的移动，此时，霍尔传感器304会因为磁铁固定板302上的磁铁303位置发生改变而获取不同的数值，单片机控制模块读取霍尔传感器304测量得到的位置数值，并计算得到夹持力的大小，与预设值比较，然后控制舵机5转动量来调整并达到最佳的夹持力大小；投苗时，舵机5向反方向转动，第一夹指207反方向移动进行松开，弹性变形板301复位。

本发明通过结构上的改进，将夹持力测量和反馈机构设置在基座上，不直接与钵苗进行接触，增加了其使用寿命，且零部件损坏时方便拆卸和更换；另外，本发明通过弹性变形板，将夹持力的大小转化为位移量，使用霍尔传感器进行测量，能够实时测量并进行反馈，在移栽过程中避免夹持力过大过小的情况发生，使夹持力可控，有效保护钵苗并提高移栽成功率，具有很好的使用价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，包括基座（4）、舵机（5）、传动机构、夹持机构（2）、力反馈机构（3）和外壳（1），所述舵机（5）、传动机构、夹持机构（2）、力反馈机构（3）分别安装在基座（4）上；所述夹持机构（2）包括滑轨（205）、滑块一（206）、滑块二（216），第一连接板（204）、第二连接板（208）、第一夹指（207）、第二夹指（217）；所述力反馈机构（3）包括弹性变形板（301）、磁铁固定板（302）、磁铁（303）、霍尔传感器（304）；其中，所述第一连接板（204）、第二连接板（208）、弹性变形板（301）和磁铁固定板（302）均为L形板，具有相互垂直的两个面；滑轨（205）固定在基座（4）上，滑块一（206）和滑块二（216）分别设置在滑轨（205）上，第一连接板（204）的水平面连接滑块一（206），竖直面连接第一夹指（207），第二连接板（208）的水平面连接滑块二（216），竖直面连接第二夹指（217），第一连接板（204）的水平面还连接传动机构，所述舵机（5）通过传动机构驱动第一连接板（204）带动第一夹指（207）移动，第二连接板（208）的水平面还连接有弹性变形板（301）的水平面，弹性变形板（301）的竖直面固定在基座（4）侧面，第二连接板（208）的竖直面上还连接磁铁固定板（302）的竖直面，磁铁固定板（302）的水平面位于基座（4）底部并设有卡槽，磁铁（303）置于所述卡槽内；霍尔传感器（304）固定在基座（4）底部与磁铁（303）相邻的位置。

2.如权利要求1所述的一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，所述传动机构包括舵机圆盘（201）、齿轮（202）、齿条（203），所述舵机圆盘（201）连接舵机（5）的输出轴，齿轮（202）固定在舵机圆盘（201）上方，齿轮（202）与齿条（203）啮合，齿条（203）连接在第一连接板（204）的水平面上。

3.如权利要求1所述的一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，所述基座（4）底部设置有霍尔传感器固定板（305），所述霍尔传感器固定板（305）上设固定槽用于固定所述霍尔传感器（304）。

4.如权利要求1所述的一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，所述移栽夹持爪还配有舵机驱动器和单片机控制器，所述舵机（5）置于基座（4）的开槽中，通过螺栓与基座（4）固定并与舵机驱动器和单片机控制器连接。

5.如权利要求1所述的一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，所述弹性变形板（301）的材质为65Mn弹簧钢。

6.如权利要求1所述的一种带力反馈机构的穴盘苗移栽夹持爪，其特征在于，所述第一连接板（204）、第二连接板（208）、弹性变形板（301）以及磁铁固定板（302）与基座（4）和其他部件之间均通过螺钉连接的方式进行连接。

Images