CN216626727U - 一种育苗穴盘芽苗扦插机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种育苗穴盘芽苗扦插机器人，包括基质仓、穴盘装载仓、育苗板装载仓、第一载物台、第二载物台、第三载物台、第一机械臂、第二机械臂、多功能手爪和填料枪，所述第一机械臂和第二机械臂固定在所述扦插机器人壳体上，分别安装有多功能手爪，所述第一机械臂用于穴盘基质填充，所述第二机械臂用于芽苗的夹取和扦插。本实用新型通过采用基质仓进行基质的自动装载，采用穴盘装载仓进行穴盘的自动装载，采用育苗板装载仓进行芽苗的自动装载，采用第一机械臂进行基质填充，采用第二机械臂进行芽苗夹取和扦插，采用传送装置进行扦插后的穴盘输送，实现了取盆、基质填充、扦插、下盆等集成化操作。

Description

一种育苗穴盘芽苗扦插机器人

技术领域

本实用新型涉及一种育苗穴盘芽苗扦插机器人。

背景技术

扦插也称插条，是一种培育植物的常用繁殖方法。可以剪取植物的茎、叶、根、芽等(在园艺上称插穗)，或插入土中、沙中，或浸泡在水中，等到生根后就可栽种，使之成为独立的新植株。

目前在扦插育苗的过程中，仍是通过人工进行操作，扦插密度和深度都不能控制，只能够用人的肉眼进行估算，不仅耗时、耗力，还会对扦插的成活率造成影响，不能保有良好的生长环境，降低了幼苗的成活率。

此外在扦插的过程中未能集成取盆、下土、下盆等操作，当需要对大批量植物进行扦插时，则存在效率低下、增大工人劳动强度，增加人工成本等缺陷，所以，现急需一种能够进行芽苗自动扦插的整套机械化扦插作业装备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种育苗穴盘芽苗扦插机器人，实现取盆、基质填充、扦插、下盆等集成化操作。

为此，本实用新型提供了一种育苗穴盘芽苗扦插机器人，包括基质仓、穴盘装载仓、育苗板装载仓、第一载物台、第二载物台、第三载物台、第一机械臂、第二机械臂、多功能手爪和填料枪，所述基质仓用于存放待填充基质，所述穴盘装载仓用于存放穴盘，所述育苗板装载仓用于存放育苗板，所述第一载物台用于放置穴盘进行基质填充，供所述穴盘装载仓中的穴盘送至该载物台，所述第二载物台位于所述扦插机器人壳体内，供所述育苗板装载仓中的育苗板送至该载物台，在该载物台上实现育苗板图像的采集和芽苗根茎位置坐标信息的提取；所述第三载物台安装有滑块位于所述扦插机器人壳体外，通过水平传输带将所述第二载物台上的育苗板送至该载物台，所述第一机械臂和第二机械臂固定在所述扦插机器人壳体上，分别安装有多功能手爪，所述第一机械臂用于穴盘基质填充，所述第二机械臂用于芽苗的夹取和扦插。

进一步地，上述多功能手爪分为两组：第一多功能手爪和第二多功能手爪，所述第一多功能手爪包括填料枪、距离传感器和视觉相机，用于基质填充；所述第二多功能手爪包括二指机械夹钳、钻杆、距离传感器和视觉相机，用于芽苗夹取和扦插。

进一步地，上述填料枪还安装有上下可移动的圆形不锈钢片，中间留有圆孔供所述填料枪穿过，用于对填充的基质进行压实。

进一步地，上述育苗板装载仓内壁两侧还可内嵌有雾化喷头，用于对所述育苗板内的芽苗进行喷淋。

进一步地，上述第二载物台上方还安装有均匀照明的光源和相机，用于获取芽苗的高质量图像。

与现有技术相比，其显著的有益效果在于：

通过采用基质仓进行基质的自动装载，采用穴盘装载仓进行穴盘的自动装载，采用育苗板装载仓进行芽苗的自动装载，采用第一机械臂进行基质填充，采用第二机械臂进行芽苗夹取和扦插，采用传送装置进行扦插后的穴盘输送，实现了取盆、基质填充、扦插、下盆等集成化操作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型的育苗穴盘芽苗扦插机器人的结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型的育苗穴盘芽苗扦插机器人包括基质仓1、穴盘装载仓2、育苗板装载仓3、第一载物台4、第二载物台5、第三载物台6、第一机械臂7、第二机械臂8、多功能手爪9、控制器(图中未示出)、和填料枪10。

优选地，所述扦插机器人还包括育苗板回收仓12，位于所述扦插机器人壳体内，在所述扦插机器人壳体侧面开设有自移动门，用于取出育苗板。具体地，在所述第三载物台两侧分别开设有自移动门，当所述育苗板上的芽苗全部扦插完毕后，开启其中一侧自移动门，通过所述第三载物台的滑块和斜坡板，借助重力作用将所述育苗板滑落至所述育苗板回收仓。

优选地，所述育苗板回收仓还可安装伸缩装置降低所述育苗板滑落时的冲击。

基质仓用于存放待填充基质，可选用可烘干的基质仓或者湿度可控的基质仓。

进一步地，所述基质仓出料口设有电子阀门。

进一步地，所述基质仓还设有称重传感器用于计量出料的基质重量。

穴盘装载仓和育苗板装载仓均为方型筒，分别用于存放穴盘和育苗板；向上和向下分别设有开口，分别安装有自移动门，用于穴盘和育苗板的装入和移出。其中，所述方型筒内壁两侧内嵌有倒齿状防滑输送带，用于将穴盘和育苗板依次存放；此外，所述方型筒顶部和底部分别安装有起始位置传感器和终点位置传感器。

进一步地，以育苗板为例，所述依次存放工作流程为：

首先，在所述终点位置传感器无输出信号的情况下，即此时所述终点位置传感器所在位置处没有育苗板，打开所述方型筒顶部的自移动门，将第一个育苗板放入到所述方型筒，此时在所述起始位置传感器的信号辨别下，运行所述倒齿状防滑输送带，步进到给定距离时停止运行。

然后，放入下一个育苗板，重复上述操作，直至将第一个育苗板移动到与所述终点位置传感器所在位置对齐为止。

需要注意的是，所述倒齿状防滑输送带在所述起始位置传感器有输出信号时，按给定距离进行步进，但若超出设定的最大等待时间仍未放入育苗板，则关闭所述方型筒顶部的自移动门，一直运行所述倒齿状防滑输送带，直至将育苗板移动到所述终点位置传感器所在位置处停止。还需要注意的是，所述倒齿状防滑输送带在所述终点位置传感器有输出信号时停止运行，但当所述方型筒底部的自移动门打开时，所述倒齿状防滑输送带会按给定距离进行步进后停止运行，用于移出所述育苗板。

进一步地，与所述穴盘装载仓不同的是，优选的，为了提高扦插成活率，所述育苗板装载仓内壁两侧还可内嵌有雾化喷头，用于对所述育苗板内的芽苗进行喷淋。其中，所述雾化喷头通过电磁阀和水管连接到位于所述扦插机器人壳体内的水箱。

第一载物台用于放置穴盘进行基质填充，包括载物台托盘和用于支撑该托盘的载物台底座。

进一步地，所述第一载物台安装有滑板，在安放的位置传感器的信号辨别下，通过螺旋状输送链板将所述穴盘装载仓中的穴盘送至该载物台。

具体的，所述螺旋状输送链板起点处位于所述穴盘装载仓底部下方，安装有位置传感器，在传感器的信号辨别下检测穴盘传送状态。

具体的，当所述穴盘装载仓底部的自移动门打开时，若所述螺旋状输送链板的位置传感器有输出信号，则所述倒齿状防滑输送带将穴盘移动至所述终点位置传感器处即停止运行；此后，若所述螺旋状输送链板的位置传感器无输出信号，则所述倒齿状防滑输送带按给定距离进行步进，将穴盘依靠重力下落至所述螺旋状输送链板上。所述螺旋状输送链板将穴盘传送至所述第一载物台上。

具体的，所述螺旋状输送链板两侧安装有护栏，在传送过程中始终保持穴盘不掉落。此外，所述第一载物台安装有对齐传感器组件，用于对该载物台上的穴盘位置自动纠偏和对齐。

第二载物台安装有滑板，位于所述扦插机器人壳体内，在安放的位置传感器的信号辨别下，通过阶梯状输送链板将所述育苗板装载仓中的育苗板送至该载物台。

第三载物台安装有滑块，位于所述扦插机器人壳体外，在安放的位置传感器的信号辨别下，通过水平传输带将所述第二载物台上的育苗板送至该载物台。

进一步地，所述阶梯状输送链板起点处(最低高度)位于所述育苗板装载仓底部下方，安装有位置传感器，在传感器的信号辨别下检测育苗板传送状态。

具体的，当所述育苗板装载仓底部的自移动门打开时，若所述阶梯状输送链板的位置传感器有输出信号，则所述倒齿状防滑输送带将育苗板移动至所述终点位置传感器处即停止运行；此后，若所述阶梯状输送链板的位置传感器无输出信号，则所述倒齿状防滑输送带按给定距离进行步进，将育苗板依靠重力下落至所述阶梯状输送链板上。所述阶梯状输送链板将育苗板传送至位于其最高高度处的所述第二载物台上。

具体的，所述阶梯状输送链板两侧安装有护栏，在传送过程中始终保持育苗板水平放置。此外，所述第二载物台安装有对齐传感器组件，用于对该载物台上的育苗板位置自动纠偏和对齐。

具体的，所述第二载物台上方还安装有均匀照明的光源和相机，用于获取芽苗的高质量图像，减少外部环境因素对芽苗图像采集和根部识别的影响，以利于芽苗精准夹取。

第一机械臂和第二机械臂固定在所述扦插机器人壳体上，分别安装有多功能手爪。

进一步地，所述第一机械臂用于穴盘基质填充，所述第二机械臂用于芽苗的夹取和扦插。

进一步地，所述第一机械臂和第二机械臂扦插支架安装在所述AGV车体上,均为一横梁立柱支架，包括一底座平台、一立柱和一横梁，所述立柱安装在所述底座平台上，所述横梁嵌套安装于所述立柱上。

具体的，所述立柱用于作轴向自转，所述横梁能够沿所述立柱作上下垂直移动并绕其作轴向回转。

具体的，所述立柱轴向自转、所述横梁上下移动和轴向回转分别由不同电机驱动。

进一步地，所述多功能手爪为两组：第一多功能手爪和第二多功能手爪，分别通过夹具安装在所述第一机械臂和所述第二机械臂上，可由所述横梁立柱支架携带运动。

具体的，所述第一多功能手爪包括填料枪、距离传感器和视觉相机，分别通过所述夹具前端面上开有的若干通孔配合螺纹孔进行固定，用于基质填充。

具体的，所述第二多功能手爪包括二指机械夹钳、钻杆、距离传感器和视觉相机，分别通过所述夹具前端面上开有的若干通孔配合螺纹孔进行固定，用于芽苗夹取和扦插。

更具体的，所述填料枪10连接有抽料机，所述抽料机包含塑料软管和气泵，其中，塑料软管一端(圆形入料口)连接到所述基质仓出料口，另一端连接到气泵一端，气泵另一端(圆形出料口)连接至所述填料枪。

更具体的，所述填料枪还安装有上下可移动的圆形不锈钢片，中间留有圆孔供所述填料枪穿过，用于对填充的基质进行压实。

优选的，所述二指机械夹钳可选配多个并独立工作，用于提升芽苗扦插效率。

优选的，所述钻杆可选用不同直径的钻杆进行替换，以提升适用范围。

具体的，所述基质填充具体流程为：

首先，将所述第一载物台上的穴盘位置进行纠偏和对齐至面向穴盘传送方向的所述第一载物台左上角，在世界坐标系下给出所述穴盘各孔中心坐标值，并将所述第一载物台左上角作为基准坐标点。需要注意的是，所述穴盘各孔中心坐标值根据穴盘型号经简单计算获得并预存，使用时直接读取即可。所述世界坐标系是以所述第一载物台中心位置为原点O，以该载物台水平方向为X轴，以竖直方向为Y轴而建立的。

其次，借助于所述第一机械臂和所述第一多功能手爪的距离传感器，将处于初始位置(默认为所述基准坐标点)的所述填料枪准确移至穴盘各孔所在坐标位置进行基质填充和压实，通过所述第一多功能手爪的视觉相机进行填充核验，确保填充作业正常，直至将所有的孔完成填充。

具体的，所述芽苗夹取的方法为：

首先，对所述第二载物台在世界坐标系下进行网格化处理，采用张正友标定法对所述第二载物台安放的相机进行标定，给出纠偏和对齐后的育苗板各网格点坐标值，每个网格点大小根据不同类型芽苗的面积进行预设存储，保证每个网格面积不小于一倍，但不大于两倍芽苗面积。

其次，采集位于所述第二载物台的育苗板图像，检测各网格点是否含有芽苗，统计含有芽苗的网格点数量作为芽苗数量，给出含有芽苗的网格点坐标，识别芽苗根茎，提取根茎轮廓定位点，计算根茎轮廓最小外接矩形，利用最小二乘法以直线拟合法拟合轮廓，给出芽苗根茎位置坐标信息。

最后，将所述育苗板移至所述第三载物台，经过几何坐标平移计算，给出此时位于所述第三载物台的所述育苗板含有芽苗的网格点坐标和芽苗根茎位置坐标信息，借助于所述第二机械臂和所述第二多功能手爪的距离传感器，将所述第二多功能手爪准确移动至所述育苗板含有芽苗的网格点坐标，并微调至所述芽苗根茎位置坐标处，从而实现芽苗夹取。通过所述第二多功能手爪的视觉相机进行夹取核验，确保夹取作业正常。

更具体的，所述芽苗检测和根茎识别可采用CNN、RNN、LSTM等网络模型及其组合或者变体。

具体的，所述芽苗扦插具体流程为：

首先，借助于所述第二机械臂和所述第二多功能手爪的距离传感器，将夹取芽苗的所述第二多功能手爪移至所述穴盘填充完毕的某一个孔坐标位置处。

其次，旋转所述第二多功能手爪，使所述钻杆处于所述穴盘填充完毕的该孔坐标位置处，调整所述钻杆姿态和位置，使其垂直向下，按预设钻孔深度进行钻孔，通过所述第二多功能手爪的视觉相机进行钻孔核验，确保钻孔作业正常。需要注意的是，所述钻孔深度通过预存的所述穴盘所在高度和所述钻杆初始高度计算获得，在每次钻孔作业前，所述钻杆均需恢复至初始高度。为了进一步提高钻孔深度精度，所述钻孔深度还可通过所述第二多功能手爪的距离传感器测量钻孔前后的基质高度计算获取。

然后，旋转所述第二多功能手爪，使所述二指机械夹钳处于所述穴盘填充完毕的该孔坐标位置处，调整所述二指机械夹钳姿态和位置，按预设扦插深度进行扦插，通过所述第二多功能手爪的视觉相机进行扦插核验，确保扦插作业正常。

最后，循环上述过程，直至所述穴盘填充完毕的各孔全部完成扦插。

需要注意的是，所述基质填充与基质钻孔、芽苗夹取和扦插作业为独立工作，即所述第一机械臂和所述第二机械臂独立工作。当所述穴盘至少有一个孔完成基质填充时，所述基质钻孔、芽苗夹取和扦插才开始作业。

还需要注意的是，所述第二(第一)多功能手爪进行基质钻孔、芽苗夹取和扦插(基质填充)作业时，通过所述第二(第一)多功能手爪的距离传感器进行测距并避障。所述避障是指在所述第二(第一)多功能手爪移动轨迹上，可能存在所述第一(第二)多功能手爪的阻挡。具体避障方法为：当所述测距小于给定阈值时，若当前已填充基质但未扦插的孔数不小于2，则优先通过所述第二多功能手爪，此时所述第一多功能手爪有两种选择：要么移至不阻挡所述第二多功能手爪的其他孔位置处进行基质填充，要么从所述第二多功能手爪移动轨迹先移开，待其通过后再移回，默认为后者；若当前已填充基质但未扦插的孔数小于等于1，则优先通过所述第一多功能手爪，此时所述第二多功能手爪从所述第一多功能手爪移动轨迹先移开，待其通过后再移回。

控制器安装在所述第一载物台正面，用于参数设定、显示和控制。

进一步地，所述控制单元还包括显示屏，用于显示工作参数，包括穴盘孔数、已扦插穴盘孔数、待扦插穴盘孔数、各穴盘编号以及各穴盘扦插的芽苗数量。

传送装置用于传送完成扦插的穴盘，包括一定坡度的传送带和支架。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种育苗穴盘芽苗扦插机器人，其特征在于，包括基质仓、穴盘装载仓、育苗板装载仓、第一载物台、第二载物台、第三载物台、第一机械臂、第二机械臂、多功能手爪和填料枪，

所述基质仓用于存放待填充基质，所述穴盘装载仓用于存放穴盘，所述育苗板装载仓用于存放育苗板，

所述第一载物台用于放置穴盘进行基质填充，供所述穴盘装载仓中的穴盘送至该载物台，

所述第二载物台位于所述扦插机器人壳体内，供所述育苗板装载仓中的育苗板送至该载物台，在该载物台上实现育苗板图像的采集和芽苗根茎位置坐标信息的提取；

所述第三载物台安装有滑块位于所述扦插机器人壳体外，通过水平传输带将所述第二载物台上的育苗板送至该载物台，

所述第一机械臂和第二机械臂固定在所述扦插机器人壳体上，分别安装有多功能手爪，所述第一机械臂用于穴盘基质填充，所述第二机械臂用于芽苗的夹取和扦插。

2.根据权利要求1所述的育苗穴盘芽苗扦插机器人，其特征在于，所述多功能手爪分为两组：第一多功能手爪和第二多功能手爪，

所述第一多功能手爪包括填料枪、距离传感器和视觉相机，用于基质填充；

所述第二多功能手爪包括二指机械夹钳、钻杆、距离传感器和视觉相机，用于芽苗夹取和扦插。

3.根据权利要求1所述的育苗穴盘芽苗扦插机器人，其特征在于，所述填料枪还安装有上下可移动的圆形不锈钢片，中间留有圆孔供所述填料枪穿过，用于对填充的基质进行压实。

4.根据权利要求1所述的育苗穴盘芽苗扦插机器人，其特征在于，所述育苗板装载仓内壁两侧还可内嵌有雾化喷头，用于对所述育苗板内的芽苗进行喷淋。

5.根据权利要求1所述的育苗穴盘芽苗扦插机器人，其特征在于，所述第二载物台上方还安装有均匀照明的光源和相机，用于获取芽苗的高质量图像。

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