CN116548140B - 一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于涉及机械手取苗、投苗领域，具体公开了一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，包括滑台、安装板、双层支撑板、套筒、移动块、取苗针和介电弹性体驱动器，介电弹性体驱动器包括电源、高压发生器、介电弹性薄膜、柔性框架苗夹、苗夹固定件，滑台通过螺栓与安装板相连接，安装板通过焊接与双层支撑板相连接，双层支撑板中部安装有气缸，连杆一端通过铰链与双层支撑板的下层板相连接，气缸伸缩杆末端通过螺母与移动块相连接，移动块与套筒相连接，套筒套装在取苗针上，套筒下端安装有苗夹固定件，苗夹固定件上安装有柔性框架苗夹。

Description

一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手

技术领域

本发明涉及机械手取苗、投苗领域，特别涉及一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手。

背景技术

随着穴盘苗育苗技术的广泛普及，穴盘苗取投苗成为移栽作业中的一个重要环节，但是人工完成取投苗工作，高强度工作容易导致疲劳作业，影响移栽效果和工作效率。

近年来，由于自动化技术的飞速发展，取苗机械手代替人工实现移栽过程中的取投苗作业，提高了移栽效率。但是目前用于穴盘苗移栽的取苗机械手仍存在一些问题：首先，在夹取钵苗时，夹持刚性较大，导致幼苗在受到夹持时的夹持力过大，破坏了土壤基质，影响幼苗移栽后的成活率及成长效果；其次，机械手夹取钵苗后，在运动过程中由于气缸运动以及机械产生的振动会导致钵苗发生脱落，出现漏苗的情况，取苗作业不稳定；再次，现有的机械手无法实现投苗。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，本发明既可以实现取苗，也可以实现投苗，利用取苗、投苗机械手替代人工取苗和投苗作业，降低了劳动强度，同时实现柔性夹持，减少了漏苗情况的出现。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，包括滑台、安装板、直线驱动装置、连杆、双层支撑板、套筒、推苗杆、移动块、取苗针、介电弹性体驱动器，

所述的滑台与安装板滑动连接，所述安装板与双层支撑板固定连接，所述双层支撑板中部安装直线驱动装置，所述直线驱动装置末端与移动块相连接；在双层支撑板的底部设置两个铰接座，其中一个铰接座与第一连杆相连，另一个铰接座与第二连杆相连；第一连杆、第二连杆各连接一个取苗针；每个取苗针上套装有套筒，两个套筒通过铰链与所述的移动块相连接,每个套筒下端设有推苗杆和苗夹固定件；所述的介电弹性体驱动器包括电源、高压发生器、介电弹性薄膜和柔性框架苗夹；两个柔性框架苗夹安装在两个苗夹固定件上，且柔性框架苗夹的中部设有椭圆形中空区域，所述介电弹性薄膜覆盖在柔性框架苗夹的椭圆形中空区域的内侧面，所述介电弹性薄膜两面具有柔性电极；所述高压发生器通过导线与柔性电极相连，所述电源对高压发生器进行通电或者断电。

通过上述设计，本发明既可以实现取苗，也可以实现投苗，利用机械手替代人工取苗和投苗作业，降低了劳动强度；同时实现钵苗的柔性夹持，减少了漏苗情况的出现。

进一步的，所述的电源与高压发生器安装在所述双层支撑板的上层支撑板上。

进一步的，所述的介电弹性薄膜材料为丙烯酸类型。

进一步的，所述的推苗杆和苗夹固定件位于套筒的不同侧。

进一步的，推苗杆位于套筒的外侧，苗夹固定件位于套筒的内侧；推苗杆在套筒带动下向下运动时，可以将钵苗从取苗针上推出；苗夹固定件上的柔性框架苗夹随着套筒运动向中间苗茎靠拢，两个柔性框架苗夹上下交错分布，实现对苗茎进行夹取。

进一步的，所述的推苗杆包括两个圆杆，两个圆杆呈V字型。

进一步的，所述的直线驱动装置为气缸，采用气缸可以精确控制夹苗的精度。

进一步的，两个柔性框架苗夹上下分布。

进一步的，所述的柔性框架苗夹的弹性大于介电弹性薄膜失去弹性后产生的应力，同时小于介电弹性薄膜断电时产生的应力。

进一步的，所述的柔性电极由涂抹在介电弹性薄膜两面的导电脂形成。

具体的工作过程如下：

给介电弹性薄膜两面导电脂区域上的柔性电极施加静电高压，介电弹性薄膜失去弹性，在长度与宽度方向上向外延伸扩张，柔性框架苗夹自身的恢复力大于介电弹性薄膜内部的应力，柔性框架苗夹便沿着中心轴向外侧旋转一定角度展开；反之，给介电弹性薄膜两面导电脂区域上的柔性电极断开静电高压，介电弹性薄膜恢复弹性，在长度与宽度方向上向内收缩，此时柔性框架苗夹自身的恢复力小于介电弹性薄膜内部的应力，柔性框架苗夹便沿着中心轴向内侧旋转一定角度，实现钵苗的夹持。

具体的，取苗时，机械手位于穴盘苗正上方，机械手在滑台的带动下向下运动，使两个取苗针之间呈一定角度插入钵苗土壤中，到达合适土壤深度时，然后直线驱动装置伸缩杆收缩，带动移动块向上运动，进而带动套筒沿着取苗针轴向方向往上运动，两个取苗针在套筒的带动下实现夹取动作，即夹取钵苗土壤，安装在苗夹固定件上的柔性框架苗夹随着套筒运动向中间苗茎靠拢，两个柔性框架苗夹上下交错分布，此时，电源对高压发生器断电，介电弹性薄膜两面失电后，由于自身材料的特性，会带动柔性框架苗夹沿着椭圆中心轴线向内收缩，对苗茎进行夹取，然后机械手在滑台带动下向上运动，进而使钵苗与穴盘分离，完成取苗作业；投苗时，直线驱动装置的伸缩杆伸出，带动移动块向下运动，进而带动套筒沿取苗针轴向方向往下运动，套筒下端的推苗杆在套筒带动下向下运动，进而将钵苗从取苗针上推出，电源通电，介电弹性薄膜两面得电时，带动柔性框架苗夹实现张开动作，最终完成投苗作业。

本发明的有益效果为：

本发明公开了一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，利用机械手替代人工取苗和投苗作业，降低了劳动强度；取苗、投苗机械手上安装有基于介电弹性体驱动器驱动的柔性框架苗夹，通过电源的通电、断电，来实现对苗茎的松开或者夹取，通过介电弹性体驱动器苗夹可以减少对苗茎的损伤；取苗针插取作业与柔性框架苗夹的夹取作业相结合，可以减轻取苗针的刚性对钵苗土壤基质的损伤，避免取苗、投苗机械手移动过程中因机械振动出现漏苗的情况，取苗更加稳定，结构设计巧妙，操作方便，能够高效完成取投苗工作，降低劳动力，合理利用资源；进一步的，本发明中的两个柔性框架苗夹的中部均设有椭圆形中空区域，介电弹性薄膜覆盖在柔性框架苗夹的椭圆形中空区域的内侧面，形成椭圆形中空区驱动器，椭圆形中空区驱动器可以产生更大的静平衡角度与更大的输出力矩，因此在制作介电弹性体驱动器时，柔性框架苗夹中空区域的形状选用输出力矩更大的椭圆形。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的套筒与柔性框架苗夹配合示意图；

图3为本发明的柔性框架苗夹结构示意图；

图4为本发明的电源通电与断电时柔性框架苗夹姿态示意图；

图中：1-滑台；2-安装板；3-电源；4-高压发生器；5-双层支撑板；6-气缸；7-连杆；8-套筒；9-取苗针；10-推苗杆；11-苗夹固定件；12-柔性框架苗夹；13-移动块；14-介电弹性薄膜。

具体实施方式

参照说明书附图1至附图4对本发明提出的基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手作以下详细说明。

本实施例公开了一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，包括滑台1、安装板2、气缸6、两个连杆7、双层支撑板5、两个套筒8、两个推苗杆10、移动块13、两个取苗针9和介电弹性体驱动器；所述的滑台1与安装板2滑动连接，安装板2可以沿着滑台1上下移动，所述安装板2通过焊接与双层支撑板5相连接，所述双层支撑板5的上层支撑板和下层支撑板之间安装有气缸6，所述气缸6的伸缩杆末端通过螺母与移动块13相连接，当气缸6伸缩时，移动块13跟着一起移动；在双层支撑板5的下层支撑板底部设置两个铰接座，其中一个连杆7一端通过铰链与双层支撑板5的下层支撑板的其中一个铰接座相连接，所述连杆7另一端安装有一个取苗针9；另外一个连杆7一端通过铰链与双层支撑板5的下层支撑板的另一个铰接座相连接，该连杆7另一端安装有另外一个取苗针9，即该机械手设置两个取苗针9，在每个取苗针9上套装有套筒8，所述移动块13通过铰链分别与两个套筒8相连接, 当移动块13上下移动时，可以同时带着两个套筒8沿着取苗针9移动；每个套筒8的下端设有推苗杆10和苗夹固定件11，且推苗杆10和苗夹固定件11位于套筒8的不同侧。

其中，上述的介电弹性体驱动器包括电源3、高压发生器4、介电弹性薄膜14、柔性框架苗夹12和苗夹固定件11，其中，介电弹性薄膜14材料为丙烯酸类型，双层支撑板5的上层支撑板上安装所述的电源3与高压发生器4，每个套筒8下端安装有苗夹固定件11，两个苗夹固定件11上下安装，不在一个平面上；每个苗夹固定件11上均安装有柔性框架苗夹12，两个柔性框架苗夹12上下安装，一个从上部夹住幼苗，一个从下部夹住幼苗，防止幼苗掉落；进一步的，两个柔性框架苗夹12的中部均设有椭圆形中空区域（如图3所示），介电弹性薄膜14覆盖在柔性框架苗夹12的椭圆形中空区域的内侧面（此处的内侧面为与幼苗接触的面）形成椭圆形中空区驱动器，椭圆形中空区驱动器可以产生更大的静平衡角度与更大的输出力矩，因此在制作介电弹性体驱动器时，柔性框架苗夹12的中空区域形状选用输出力矩更大的椭圆形,所述介电弹性薄膜14的两面涂抹有导电脂，形成柔性电极。

进一步的，上述的苗夹固定件11为一个杆状框架机构，主要作用是为了实现柔性框架苗夹12的安装。

进一步的，所述高压发生器4通过导线与介电弹性薄膜14两面的导电脂相连，所述电源3对高压发生器4进行通电或者断电。

进一步的，给介电弹性薄膜14两面导电脂形成的柔性电极施加静电高压，介电弹性薄膜14失去弹性，在长度与宽度方向上向外延伸扩张，柔性框架苗夹12自身的恢复力大于介电弹性薄膜14内部的应力，柔性框架苗夹12便沿着中心轴向外侧旋转一定角度展开；反之，给介电弹性薄膜14两面导电脂形成的柔性电极断开静电高压，介电弹性薄膜14恢复弹性，在长度与宽度方向上向内收缩，此时柔性框架苗夹12自身的恢复力小于介电弹性薄膜14内部的应力，柔性框架苗夹12便沿着中心轴向内侧旋转一定角度夹紧。

进一步的，上述的柔性框架苗夹12的弹性大于介电弹性薄膜14失去弹性后产生的应力，同时小于介电弹性薄膜14断电时产生的应力。

进一步的，上述柔性框架苗夹12在断电时，为一个不完全封闭的椭圆，柔性框架苗夹12在通电时，为一个弧形，具体如图4所示。

进一步的，如图2所示，本实施例中的推苗杆10包括两个圆杆，两个圆杆呈V字型，V字型的开口方向朝向套筒8的外侧，推苗杆10在套筒8带动下向下运动时，可以将钵苗从取苗针9上推出。

具体的，取苗时，机械手位于穴盘苗正上方，机械手在滑台1的带动下向下运动，使两个取苗针9之间呈一定角度插入钵苗土壤中，到达合适土壤深度时，然后气缸6伸缩杆收缩，带动移动块13向上运动，进而带动套筒8沿着取苗针9轴向方向往上运动，两个取苗针9在套筒8的带动下实现夹取动作，即夹取钵苗土壤，安装在苗夹固定件11上的柔性框架苗夹12随着套筒8运动向中间苗茎靠拢，两个柔性框架苗夹12上下交错分布（即一个柔性框架苗夹12的敞口端朝左，另一个柔性框架苗夹12的敞口端朝右），此时，电源3对高压发生器4断电，介电弹性薄膜14两面失电后，由于自身材料的特性，会带动柔性框架苗夹12沿着椭圆中心轴线向内收缩，对苗茎进行夹取，然后机械手在滑台1带动下向上运动，进而使钵苗与穴盘分离，完成取苗作业；投苗时，气缸6伸缩杆伸出，带动移动块13向下运动，进而带动套筒8沿取苗针9轴向方向往下运动，套筒8下端的推苗杆10在套筒8带动下向下运动，进而将钵苗从取苗针9上推出，电源3通电，介电弹性薄膜14两面得电，介电弹性薄膜14带动柔性框架苗夹12实现张开动作，最终完成投苗作业。

本发明利用机械手替代人工取苗作业，降低了劳动强度；机械手上安装有基于介电弹性体驱动器驱动的柔性框架苗夹12，通过电源3的通电断电，来实现对苗茎的松开或者夹取，柔性材料的苗夹可以减少对苗茎的损伤；取苗针9插取作业与柔性框架苗夹12的夹取作业相结合，可以减轻取苗针9的刚性对钵苗土壤基质的损伤，避免机械手移动过程中因机械振动出现漏苗的情况，取苗更加稳定，结构设计巧妙，操作方便，能够高效完成取投苗工作，降低劳动力，合理利用资源。且本发明中的两个柔性框架苗夹12的中部均设有椭圆形中空区域，介电弹性薄膜14覆盖在柔性框架苗夹12的椭圆形中空区域的内侧面，椭圆形中空区驱动器可以产生更大的静平衡角度与更大的输出力矩，因此在制作介电弹性体驱动器时，中空区域的形状选用输出力矩更大的椭圆形。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，包括滑台、安装板、直线驱动装置、双层支撑板、套筒、推苗杆、移动块、取苗针和介电弹性体驱动器；所述的滑台与安装板滑动连接，所述安装板与双层支撑板固定连接，所述双层支撑板中部安装直线驱动装置，所述直线驱动装置末端与移动块相连接；在双层支撑板的底部设置两个铰接座，其中一个铰接座与第一连杆相连，另一个铰接座与第二连杆相连；第一连杆、第二连杆各连接一个取苗针；每个取苗针上套装有套筒，两个套筒通过铰链与所述的移动块相连接,每个套筒下端设有推苗杆和苗夹固定件，推苗杆位于套筒的外侧，苗夹固定件位于套筒的内侧；所述的介电弹性体驱动器包括电源、高压发生器、介电弹性薄膜和柔性框架苗夹；两个柔性框架苗夹分别安装在两个苗夹固定件上，且两个柔性框架苗夹上下分布，且柔性框架苗夹的中部设有椭圆形中空区域，所述介电弹性薄膜覆盖在柔性框架苗夹的椭圆形中空区域的内侧面，所述介电弹性薄膜两面具有柔性电极；所述高压发生器通过导线与柔性电极相连，所述电源对高压发生器进行通电或者断电。

2.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的电源与高压发生器安装在所述双层支撑板的上层支撑板上。

3.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的介电弹性薄膜材料为丙烯酸类型。

4.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的推苗杆包括两个圆杆，两个圆杆呈V字型。

5.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的直线驱动装置为气缸。

6.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的柔性框架苗夹自身的恢复力大于介电弹性薄膜失去弹性后产生的应力，同时小于介电弹性薄膜断电时产生的应力。

7.如权利要求1所述的一种基于介电弹性体驱动器的取苗、投苗机械手，其特征在于，所述的柔性电极由涂抹在介电弹性薄膜两面的导电脂形成。