CN116114445A - 一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于农业机械技术领域的一种甘蔗定姿态有序取投式播种装置。包括伺服电机、带传动装置、凸轮调速齿轮箱装置、取投式播种机械臂、凸轮伸缩式开合夹爪。本装置通过凸轮运动控制锥齿轮在圆锥齿轮副啮合摆动，实现输出轴不等速转动，从而使取投式播种机械臂同步进行不等速取投播种作业。本发明效率高，实现种箱排种后蔗种的有序取种、稳定运种、定姿态投种，也能实现变速传动的功能，满足蔗种投种的运动位姿与速度需求，以及蔗芽朝向种沟两侧及种距一致的种植农艺要求。也能使有效提高取种与播种成功率。解决了传统甘蔗种植机甘蔗种植蔗芽朝向不可控及种距不一致的问题，同时本发明取种与播种成功率高、整体结构简单、工作稳定。

Description

一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置

技术领域

本发明涉及农业播种技术领域，具体为一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置。

背景技术

目前国内外现有的甘蔗种植机械均为盲种，缺少蔗芽识别和精准播种功能，无法保证蔗种平放、蔗芽朝向种沟两侧沟壁及种距均匀的种植农艺要求，导致蔗种萌发晚、生根慢、发芽率低，直接影响甘蔗产量。目前主要采用人工摆种的方式来定位蔗种种植姿态，虽能满足蔗种定向、播种均匀的农艺要求，但生产效率低，劳动强度大，用工成本高，无法满足甘蔗大田作业。因此，迫切需要研发能够满足蔗种“定向等距”种植农艺要求的高效率蔗种播种技术及装备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置，在蔗芽识别和调向的前提下，解决上述背景技术中提出在甘蔗播种的过程中，难以同时具备理想的蔗种取投运动轨迹与运动位姿，且稳定性差，导致甘蔗播种无法按照农艺要求保证蔗芽朝向种沟沟壁进行投种的问题。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置，包括播种机架、伺服电机、带传动装置、凸轮调速齿轮箱、取投式播种机械臂。伺服电机的输出轴与带传动装置的小带轮周向固定，所述带传动装置的大带轮与凸轮调速齿轮箱的输入轴周向固定；所述凸轮调速齿轮箱，其输出轴与取投式播种机械臂的曲柄周向固定；所述取投式播种机械臂，其末端执行杆的一端固接一安装卡座，用于与凸轮伸缩式开合夹爪进行固接。

优选的，所述的凸轮调速齿轮箱装置包括成对的轴承座（带轴承），动力输入轴Ⅰ，转速调节中间轴Ⅱ，凸轮调节拨杆，动力输出轴Ⅲ，圆柱形大齿轮，圆柱形小齿轮，圆锥齿轮，圆柱凸轮，固定立柱。所述成对的轴承座（带轴承）固定于机架的立柱上，并分别用于动力输入轴Ⅰ、转速调节凸轮轴Ⅱ与动力输出轴Ⅲ的轴向固定。所述圆柱形大齿轮与动力输入轴Ⅰ周向固定，所述圆柱形小齿轮与转速调节中间轴Ⅱ周向固定，且圆柱形大齿轮与圆柱形小齿轮啮合传动。所述圆柱凸轮与转速调节中间轴Ⅱ周向固定且与凸轮调节拨杆始终接触。所述的圆锥齿轮分别于动力输入轴Ⅰ、动力输出轴Ⅲ周向固定，与凸轮调节拨杆轴向固定，且两两之间垂直啮合传动。所述凸轮调节拨杆与动力输出轴Ⅲ的末端铰接。

优选的，所述的取投式播种机械臂包括曲柄，中间连接杆，中间过渡杆，末端过渡杆，末端执行杆，安装卡座，凸轮伸缩式开合夹爪。所述曲柄周向固定于凸轮调速齿轮箱的动力输出轴Ⅲ，并与中间连接杆铰接；所述中间连接杆与中间过渡杆铰接；所述的中间过渡杆分别于铰接在机架与末端执行杆上；所述末端过渡杆分别于铰接在机架（1）与末端执行杆上。所述安装卡座固接于末端执行杆且与凸轮伸缩式开合夹爪固定安装。

优选的，带传动装置包括大带轮、小带轮、摩擦带，所述大带轮与凸轮调速齿轮箱的动力输入轴Ⅰ周向固定，所述小带轮与伺服电机输出轴周向固定。

优选的，所述凸轮伸缩式开合夹爪底部开孔且内拉杆连接着由外凸轮相连的拉丝以控制其伸缩运动，实现夹爪的开合。

与传统和现有技术相比，本发明的优势有：

该甘蔗播种机在进行播种作业时，在满足蔗种运动轨迹满足要求的同时，也实现了蔗种运动过程中的位姿要求，同时也能满足末端执行播种机械臂运动的急回特性。保证了蔗种按照农艺要求定姿态播种，提高了整个蔗种播种运动的稳定性与工作效率。

所述一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置工作时，

（1）通过凸轮调速齿轮箱装置，便于调节输入的转矩，以输出合理的力矩与转速。通过所述的周向固定在转速调节中间轴Ⅱ上的圆柱凸轮控制凸轮调节拨杆的循环摆动，使轴向固定在凸轮调节拨杆的圆锥齿轮Ⅱ在分别与周向固定与动力输入轴Ⅰ、动力输出轴Ⅲ的圆锥齿轮啮合传动的同时，也围绕着动力输出轴Ⅲ的轴线反复摆动，使周向固定于动力输出轴Ⅲ的圆锥齿轮Ⅲ输出不等的转速。故凸轮的结构是调节蔗种播种时，满足不同阶段速度要求的关键。

（2）通过取投式播种机械臂便于进行有序地取种、稳定运种、定向投种等作业，同时也可保证落种后的蔗种轴线始终与种沟轴线平行，工作时周向固定于动力输出轴Ⅲ的曲柄不等速周向转动并协同中间连接杆，中间过渡杆，末端过渡杆不等速循环摆动，以实现末端执行杆执行不等速的循环取投作业。固定于末端执行杆一端的凸轮伸缩式开合夹爪由外凸轮连接拉丝控制内拉杆进行伸缩运动，实现夹爪的循环开合。

（3）通过设置的带传动装置用于传递伺服电机输出转矩并调节其转速，使凸轮调速齿轮箱的动力输入轴Ⅰ的转速保持在合理的范围内。缓和整机的冲击，吸收振动，使其运转平稳，减小噪声的同时，利用带转动装置的弹性滑动的影响也能实现整机的过载保护，防止动力传递过载时损坏凸轮调速齿轮箱各零件。

附图说明

图1为本发明一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置的结构示意图；

图2为本发明一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置的落种状态时的结构示意图；

图3为本发明的凸轮调速齿轮箱装置的结构示意图；

图4为本发明的取投式播种机械臂的结构示意图；

图5为本发明的凸轮伸缩式开合夹爪的结构示意图；

图6为本发明的伺服电机与带传动装置的结构示意图；

图中：1、机架；2、伺服电机；3、带传动装置4、凸轮调速齿轮箱；5、取投式播种机械臂；6、凸轮伸缩式开合夹爪；轴承座（带轴承）（401），动力输入轴Ⅰ（402），转速调节中间轴Ⅱ（403），凸轮调节拨杆（404），动力输出轴Ⅲ（405），圆柱形大齿轮（406），圆柱形小齿轮（407），圆锥齿轮组，圆柱凸轮（411），立柱（412），曲柄（501），中间连接杆（502），中间过渡杆（503），末端过渡杆（504），末端执行杆（505），安装卡座（506），大带轮（301）、小带轮（302）、摩擦带（303）。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置，包括1、机架；2、伺服电机；3、带传动装置4、凸轮调速齿轮箱；5、取投式播种机械臂；6、凸轮伸缩式开合夹爪。

伺服电机（2）的与带传动装置（3）皆固定于机架上，伺服电机的型号选用Y80S-3，带传动装置包括大带轮、小带轮、摩擦带，小带轮的型号选用A3×100P-ⅡGB10412，大带轮的型号选用A3×140P-ⅡGB10412，摩擦带的型号选用HG/T3745-3-BJ-700。所述大带轮与凸轮调速齿轮箱的动力输入轴Ⅰ周向固定，所述小带轮与伺服电机输出轴周向固定。

利用带传动装置传递伺服电机输出转矩并调节其凸轮调速齿轮箱的输入转速，缓和整机的冲击，吸收振动，使其运转平稳，减小噪声的同时，其弹性滑动的影响也能实现整机的过载保护。

凸轮调速齿轮箱两侧与带传动装置外侧安装有固定于机架的立柱412，且立柱上皆设置凸台以便于轴承座依统一的轴线成对地安装。

凸轮调速齿轮箱4包括成对的轴承座（带轴承）401，动力输入轴Ⅰ402，转速调节中间轴Ⅱ403，凸轮调节拨杆404，动力输出轴Ⅲ405，圆柱形大齿轮406，圆柱形小齿轮407，圆锥齿轮组，圆柱凸轮411。所述成对的轴承座（带轴承）401固定于机架1的立柱412上，并分别用于动力输入轴Ⅰ402、转速调节凸轮轴Ⅱ403与动力输出轴Ⅲ405的轴向固定。所述圆柱形大齿轮406与动力输入轴Ⅰ402周向固定，所述圆柱形小齿轮407与转速调节中间轴Ⅱ403周向固定，且圆柱形大齿轮406与圆柱形小齿轮407啮合传动。所述圆柱凸轮411与转速调节中间轴Ⅱ403周向固定且与凸轮调节拨杆404始终接触。所述的圆锥齿轮组分别于动力输入轴Ⅰ402、动力输出轴Ⅲ405周向固定与凸轮调节拨杆404轴向固定，且两两之间垂直啮合传动。所述凸轮调节拨杆404与动力输出轴Ⅲ405的末端铰接。

具体的，如图1与图3所示，使用该机构时，首先，动力输入轴Ⅰ由于与大带轮301周向固定，故可传递与之相同的转速，转矩。故与大带轮301共同周向固定于动力输入轴Ⅰ的圆锥齿轮Ⅰ与圆柱形大齿轮406也具有持续均匀的转速，圆柱形大齿轮406通过齿轮副改变传动比与转速并传递动力至小齿轮407，由于小齿轮407与圆柱凸轮411共同周向固定于转速调节中间轴Ⅱ，故两者同样具有稳定而均匀的转速，且转速高于大齿轮406。由于圆柱凸轮411始终与凸轮调节拨杆接触传动，故圆柱凸轮每转动一周，凸轮调节拨杆即转动一个角度，同时由于圆锥齿轮Ⅲ周向固定于动力输出轴Ⅲ，且三圆锥齿轮两两之间垂直啮合传动，故动力输入轴Ⅰ的转速与转矩通过圆锥齿轮组传递给动力输出轴Ⅲ，由于凸轮调节拨杆与动力输出轴Ⅲ铰接且一端轴向固定有圆锥齿轮Ⅱ，故圆锥齿轮Ⅱ随着凸轮调节拨杆转动一个角度，从而引发圆锥齿轮组在同一周期内的不等速转动，由于圆锥齿轮Ⅲ与故动力输出轴Ⅲ周向固定，故动力输出轴Ⅲ在同周期内转速不均匀。综上，圆柱齿轮副用于传递动力输入轴Ⅰ的原动力至转速调节中间轴Ⅱ；圆锥齿轮组是传递输入动力的基础，圆柱凸轮与转速调节中间轴Ⅱ是调节圆锥齿轮组进行不等速转动的基础，而圆柱凸轮的结构决定圆锥齿轮Ⅱ的摆动幅角，故也是动力输出轴Ⅲ转速变化的核心。

取投式播种机械臂5包括曲柄501，中间连接杆502，中间过渡杆503，末端过渡杆504，末端执行杆505，安装卡座506，凸轮伸缩式开合夹爪507。曲柄周向固定于凸轮调速齿轮箱的动力输出轴Ⅲ，并与中间连接杆铰接；中间连接杆与中间过渡杆铰接；中间过渡杆分别于铰接在机架与末端执行杆上；末端过渡杆分别于铰接在机架1与末端执行杆上。安装卡座固接于末端执行杆且与凸轮伸缩式开合夹爪固定安装。

具体的，由图1与图4所示，使用该机构时，工作时周向固定于动力输出轴Ⅲ的曲柄不等速周向转动并协同中间连接杆，中间过渡杆，末端过渡杆不等速循环摆动，以实现末端执行杆执行不等速的循环取投作业。固定于末端执行杆一端的凸轮伸缩式开合夹爪底部开孔且内拉杆连接着由外凸轮相连的拉丝以控制其伸缩运动，实现夹爪的开合。

凸轮伸缩式开合夹爪由外凸轮和与之相连的拉丝控制内拉杆进行伸缩运动，使其夹片进行循环的开合运动，保证在取种，运种过程中，蔗种不会产生轴向的位姿变化，落种的瞬间，不会出现二次触碰蔗种的现象以避免蔗种落入种沟后，产生较大的轴向偏移量，从而不符合播种的农艺要求。

工作原理：本发明在使用时，首先固定于取投式播种机械臂上的凸轮伸缩式开合夹爪夹取经过精确调向后的蔗种端面两侧，为提高取种时的成功率，夹持取种的时间段内，末端执行杆的摆动速度较慢，即在凸轮调速齿轮箱中由圆柱凸轮转动下带动凸轮调节拨杆的摆动角度与摆动速度较小，以至于圆锥齿轮Ⅱ在圆锥齿轮Ⅰ与圆锥齿轮Ⅲ之间的啮合摆动幅角与摆动速度较小，此时凸轮调速齿轮箱将输入转速调节至低速运动。故直至取种完成后，蔗种的法向摆动幅角与运动速度较小，取投式播种机械臂处于慢车状态。

当完成蔗种取种工作时，为提高运种时的效率，固定于取投式播种机械臂上的凸轮伸缩式开合夹爪夹持运种的时间段内，末端执行杆的摆动速度较快，且凸轮伸缩式开合夹爪持续稳定地夹持蔗种运动，即在凸轮调速齿轮箱中由圆柱凸轮转动下带动凸轮调节拨杆的摆动角度与摆动速度较大，以至于圆锥齿轮Ⅱ在圆锥齿轮Ⅰ与圆锥齿轮Ⅲ之间的啮合摆动幅角与摆动速度较大，此时凸轮调速齿轮箱将输入转速调节至高速运动。故直至运种完成后，蔗种的法向摆动幅角与运动速度较大，取投式播种机械臂处于高速状态。

当完成蔗种运种工作时，为提高投种时的成功率，固定于取投式播种机械臂上的凸轮伸缩式开合夹爪夹持投种的时间段内，末端执行杆的摆动速度较慢，且在凸轮伸缩式开合夹爪抵达落种点之前，持续稳定地夹持蔗种运动，即在凸轮调速齿轮箱中由圆柱凸轮转动下带动凸轮调节拨杆的摆动角度与摆动速度较小，以至于圆锥齿轮Ⅱ在圆锥齿轮Ⅰ与圆锥齿轮Ⅲ之间的啮合摆动幅角与摆动速度较小，此时凸轮调速齿轮箱将输入转速调节至低速运动。当凸轮伸缩式开合夹爪夹持蔗种抵达落种点时，由外凸轮和与之相连的拉丝控制内拉杆进行伸缩运动，使其夹片快速地张开，此时蔗种可平稳地落入种沟，且不会产生轴向的偏移，蔗芽朝向种沟两侧、其轴线与种沟轴线保持平行。

当完成蔗种投种工作时，为提高整个播种周期的效率，末端执行杆的摆动速度较快，固定于取投式播种机械臂上的凸轮伸缩式开合夹爪始终保持张开，回程运动始终保持空行程且执行急回运动特性。即在凸轮调速齿轮箱中由圆柱凸轮转动下带动凸轮调节拨杆的摆动角度与摆动速度较大，以至于圆锥齿轮Ⅱ在圆锥齿轮Ⅰ与圆锥齿轮Ⅲ之间的啮合摆动幅角与摆动速度较大，此时凸轮调速齿轮箱将输入转速调节至高速运动。故回程运动即将完成后，凸轮伸缩式开合夹爪摆动幅角与运动速度较大，取投式播种机械臂处于高速状态。为避免凸轮伸缩式开合夹爪张开落种时，由于夹爪持续的运动与位姿变化使蔗种在脱离夹爪瞬间，造成夹片与蔗种的二次触碰而使蔗种在落种后产生较大的位姿变化，在取投式播种机械臂进入回程运动的瞬间，保持高速运动。同时，在即将抵达取种点的初始位置时，再次进入低速运动，此时凸轮调速齿轮箱将输入转速调节至低速，以确保取投式播种机械臂回到初始位置时不产生偏移，为下个周期的播种作业作准备。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种甘蔗定姿态有序取投式变速播种装置，其特征在于所述播种装置由机架、电机、带传动装置、凸轮调速齿轮箱、取投式播种机械臂、凸轮伸缩式开合夹爪组成；所述电机为伺服电机，固定于机架上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述带传动装置由大带轮、小带轮、传动带组成；大带轮与凸轮调速齿轮箱的动力输入轴Ⅰ周向固定；小带轮与伺服电机输出轴周向固定。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸轮调速齿轮箱由一对轴承、轴承座、动力输入轴Ⅰ、转速调节中间轴Ⅱ、凸轮调节拨杆、动力输出轴Ⅲ、圆柱形大齿轮、圆柱形小齿轮、圆锥齿轮Ⅰ、圆锥齿轮Ⅱ、圆锥齿轮Ⅲ、圆柱凸轮、立柱组成；轴承座固定于机架的立柱上；圆柱形大齿轮与动力输入轴Ⅰ周向固定，圆柱形小齿轮与转速调节中间轴Ⅱ周向固定，圆柱形大齿轮与圆柱形小齿轮啮合；圆柱凸轮与转速调节中间轴Ⅱ周向固定，与凸轮调节拨杆始终接触；圆锥齿轮组分别于动力输入轴Ⅰ、动力输出轴Ⅲ周向固定，与凸轮调节拨杆轴向固定，且两两之间垂直啮合传动；凸轮调节拨杆与动力输出轴Ⅲ的末端铰接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取投式播种机械臂由曲柄、中间连接杆、中间过渡杆、末端过渡杆、末端执行杆、安装卡座、凸轮伸缩式开合夹爪组成；曲柄周向固定于凸轮调速齿轮箱的动力输出轴Ⅲ，并与中间连接杆铰接；中间连接杆与中间过渡杆铰接；中间过渡杆分别于铰接在机架与末端执行杆上；末端过渡杆分别于铰接在机架与末端执行杆上；安装卡座固接于末端执行杆，且与凸轮伸缩式开合夹爪固定安装；所述凸轮伸缩式开合夹爪底部开孔且内拉杆连接着由外凸轮相连的拉丝以控制其伸缩运动，实现夹爪的循环开合运动。

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