CN219981521U - 一种全自动取投苗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种全自动取投苗装置，并联机器人和分苗机构通过连接件固定连接，控制器控制并联机器人驱动分苗机构实现X、Y、Z三个方向的位移；分苗机构包括分苗机架，分苗机架两端有侧板，两侧板之间设有滑轨，滑轨上穿设有多个滑块，滑块上连接气动夹爪，相邻两滑块之间设置等间距的刹车绳，分苗机架上还固定连接气缸，气缸支座固定设置在分苗机架的一端部，气缸伸缩杆末端连接在分苗机架另一端部的滑块上，气缸伸缩带动滑块水平位移；相邻两滑块之间还设置限位柱，限位柱个数比滑块个数少一个，限位柱一端连接在滑块上，另一端为自由端；控制器控制气缸伸缩和气动夹爪开合。自动取苗、投苗一体化，实现精准取苗、投苗，自动化程度高。

Description

一种全自动取投苗装置

技术领域

本实用新型属于农业机械自动移栽机技术领域，具体涉及一种全自动取投苗装置。

背景技术

育苗移栽属于劳动密集型作业，费时费工，这些因素严重制约了移栽的效率。目前国内主要以半自动移栽机械为主，采用人工取投苗和机械栽植的模式，取苗、投苗工作仍需要人工操作，劳动强度大，伤苗率较高，效率较低。移栽机正在由半自动化向全自动化发展前进，作为移栽的取投苗动作，人工取投苗动作也会逐渐的自动化，常见的移栽机主要为自走式和牵引式，取投苗机构是移栽机中必不可少的机构。意大利 Ferrari 全自动蔬菜移栽机采用顶出夹取式取苗机构，虽然损伤率低，作业效率高，但其整套取苗机构由自动控制系统与气动系统组成，结构复杂。Choi等设计了一种曲柄滑道导杆取苗机构，该装置取苗成功率较低，而且随着曲柄转速提高，机构效率下降、冲击振动显著增大。另外，在不同的育苗技术中采用不同类型的苗盘，如烟苗的育苗采用的是漂浮育苗，苗盘使用的是不可弯曲的苗盘，所以在烟苗取投苗机构中，现有的软苗盘的取投苗动作就不适用了，需要进一步改进。为此，惠东志提出了一种曲柄双滑块取苗机构，用于烟草钵苗的取投，但是该机构随着效率的提高，取苗成功率显著降低。因此设计开发一种能够代替人工，且适用范围广、自动化程度高、移栽成功率高的自动取投苗机构很有必要。

发明内容

针对现有技术中的上述问题和缺陷，本实用新型提供一种自动取苗、投苗一体化，能够代替人工，且适用范围广、自动化程度高、移栽成功率高。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

一种全自动取投苗装置，包括并联机器人、分苗机构和控制器，并联机器人和分苗机构通过连接件固定连接，控制器控制并联机器人驱动分苗机构实现X、Y、Z三个方向的位移；所述分苗机构包括分苗机架，分苗机架两端有侧板，两侧板之间设有滑轨，滑轨上穿设有多个滑块，滑块上连接气动夹爪，相邻两滑块之间设置等间距的刹车绳，分苗机架上还固定连接气缸，气缸支座固定设置在分苗机架的一端部，气缸伸缩杆末端连接在分苗机架另一端部的滑块上，气缸伸缩带动滑块水平位移；相邻两滑块之间还设置限位柱，限位柱个数比滑块个数少一个，限位柱一端连接在滑块上，另一端为自由端；控制器控制气缸伸缩和气动夹爪开合。

所述并联机器人包括静平台、伺服电机、大臂、小臂和动平台，静平台下表面均匀固定三个伺服电机，三个伺服电机均连接控制器，伺服电机输出轴转动连接大臂，大臂球接小臂，小臂球接动平台，动平台通过连接件固定连接分苗机构的分苗机架。

动平台与气动夹爪所在水平面之间倾斜角度为120°。

连接件包括上连接面、下连接面和竖直连接面，下连接面和竖直连接面垂直，上连接面与竖直连接面之间夹角为120°。

限位柱与滑块螺纹连接，或插接，或焊接。

相对于现有技术，本实用新型自动取苗、投苗一体化，实现精准取苗、投苗，移栽成功率高。该自动取苗投苗装置可实现多个钵苗同时夹取，移栽效率高，可与自走式、悬挂式移栽机结合，适用于不同类型的苗盘，可弯曲苗盘、不可弯曲苗盘均可使用，蔬菜苗、烟苗均可使用，用处广。

由于气动夹爪水平取苗会出现挂苗现象，将气动夹爪倾斜60°，减小挂苗情况发生。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是分苗机构及连接件的结构示意图。

图3是连接件的结构示意图。

图4是夹爪分开时刹车绳的状态示意图。

图5是夹爪合拢时刹车绳的状态示意图。

其中，1-并联机器人，11-静平台，12-伺服电机，13-大臂，14-小臂，15-动平台，2-分苗机构，21-分苗机架，22-气缸，221-气缸伸缩杆，222-气缸支座，23-限位柱，24-滑块，25-刹车绳，26-侧板，27-气动夹爪29-滑轨，3-连接件，31-上连接面，32-下连接面，33-竖直连接面。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种全自动取投苗装置，包括并联机器人1、分苗机构2和控制器（图中未显示），并联机器人1和分苗机构2之间通过连接件3和螺栓固定连接，控制器控制并联机器人1驱动分苗机构2实现X、Y、Z三个方向的位移。

所述并联机器人1包括静平台11、伺服电机12、大臂13、小臂14和动平台15，静平台11下表面均匀固定三个伺服电机12，三个伺服电机12均连接控制器，伺服电机12的输出轴转动连接大臂13，大臂13球接小臂14，小臂14球接动平台15，动平台15通过连接件3及连接螺栓34固定连接分苗机构2的分苗机架21。图示静平台11为一圆盘，三个伺服电机呈60°夹角均匀分布，静平台11也可以是其他形状，三个伺服电机12均匀分布即可。控制器通过控制三个伺服电机12以不同运转速度，不同旋转角度转动，来控制动平台15实现X、Y、Z三个方向的位移。并联机器人1为本领域成熟的技术，其他未公开事宜均为现有技术。

全自动取苗投苗装置中，并联机器人1通过静平台11可与移栽机配合，并联机器人1通过动平台15、连接件3与分苗机构2连接，三个大臂的伺服电机12可通过蓄电池提供动力，大臂13和小臂14通过球副连接，小臂14通过球副和螺栓连接动平台15，动平台15与分苗机构2通过连接螺栓连接，对分苗机构2起到支撑作用。控制器控制三个伺服电机以各自的旋转角度和运转速度转动，三个伺服电机分别带动一个大臂转动，大臂转动一定的角度带动相应的小臂转动，从而带动动平台在X Y Z三个自由度方向的移动，也即是分苗机构实现X Y Z三个方向的移动。

所述分苗机构2包括分苗机架21，分苗机架21两端有侧板26，两侧板26之间设有两根平行的滑轨29，滑轨29上穿设有多个滑块24，每个滑块上均连接气动夹爪27，控制器控制气动夹爪开合。图中显示4个滑块，根据苗盘的尺寸大小及设定作业效率，可以增减滑块个数，滑块24穿设在两根平行的滑轨29上，滑块可以保持稳定不会发生转动。

相邻两滑块之间设置等间距的刹车绳25，相邻两滑块24之间还设置限位柱23，限位柱23个数比滑块24个数少一个，限位柱23一端活动连接在滑块24上，另一端为自由端，刹车绳长度大于限位柱长度。刹车绳长度与苗杯间距一致，限位柱23的长度等于苗盘上苗穴间距的整数倍。分苗机架21上还固定连接气缸22，气缸支座222固定在分苗机架的一端部，气缸伸缩杆221末端连接在分苗机架另一端部的滑块上，如图2所示，气缸支座222固定在分苗机架的右端，气缸伸缩杆221末端连接在最左端的滑块上。各滑块24之间通过刹车绳25限定最大距离，滑块24间距离增大时可以通过一个气缸22驱动；滑块间距离减小时，由于刹车绳25为软连接，所以任意相邻两滑块间都需要一个限位柱23。

限位柱23的长度决定了两滑块之间的最小间距，也即相邻两气动夹爪27之间的最小距离，限位柱长度等于苗盘上苗穴间距的整数倍，可以等于相邻苗穴间距，也可以是相邻苗穴间距的两倍，或大于2的整数倍。当相邻两个苗穴间的距离很小时，夹取相邻两个钵苗容易产生干涉，所以设置限位柱23进行间隔取苗，间隔取苗可以是间隔一个钵苗，也可以是间隔两个钵苗，还可根据不同规格的苗盘规格修改限位柱的长度。当相邻两个苗穴间距较大时，也可以进行不间隔依次取苗。根据情况，还可以将限位柱23设计成伸缩式的，以适应不同规格的苗盘。

由于相邻两滑块之间设置等间距的刹车绳25，从而控制器控制气缸22伸长时，最端部的滑块首先移动，带动与之相邻的滑块移动，再带动下一滑块移动，直至所有滑块移动，调整两滑块的间距，即气动夹爪的间距。气缸回缩时，最端部的滑块返回移动，直至限位柱23接触第二滑块，然后端部的滑块及限位柱顶着第二滑块继续返回，直至所有限位柱都与滑块接触，滑块全部返回到位。

限位柱23与滑块24螺纹连接，或插接，还可以是其他的活动连接方式，螺纹连接或插接等活动连接方式方便更换不同长度的限位柱以适应不同苗间距的苗盘，如果只适用一种苗间距的苗盘，也可将限位柱23焊接在滑块24上。

动平台15与气动夹爪27所在水平面之间倾斜角度为120°，具体实现形式为：连接件3包括上连接面31、下连接面32和竖直连接面33，下连接面32和竖直连接面33垂直，上连接面31与竖直连接面33之间夹角为120°，气动夹爪所在的分苗机架21为规则图形，上下表面及滑轨29、滑块24平行，整体呈长方体，从而动平台15与气动夹爪27所在水平面之间倾斜角度为120°，气动夹爪倾斜夹取苗盘上的钵苗。由于气动夹爪水平夹苗时会出现挂苗现象，所以通过连接件倾斜120°使气动夹爪倾斜，减小挂苗情况。

将钵苗从苗盘夹取出来使用MINI系列的气动夹爪，气动夹爪的具体结构参见申请号为202210451167.4的中国专利，气动夹爪通过安装座安装在滑块内。

气动夹爪的进气管路通过两位三通电电磁阀与气泵连接送气，控制器控制两位三通电磁阀通断电及不同状态（电磁阀图中未显示，可固定在设备上的空闲位置）。控制器通过控制两位三通电磁阀的不同状态从而控制气动夹爪的开合动作，并联机器人带动取投苗装置在XY方向移动，气动夹爪到达钵苗的位置，控制器控制两位三通电磁阀实现第一种状态通路，气动夹爪闭合，完成夹苗动作；然后并联机器人1动作，带动取投苗装置在在Z方向移动，将钵苗拔出，即完成夹苗动作。并联机器人带动取投苗装置在XY方向移动，到达苗杯的上方位置，由于苗杯的距离较大，需要通过控制器控制气缸伸开来控制分苗机构五个气动夹爪的间距，完成分苗动作；由于苗杯上设置传感器，钵苗移动到苗杯正上方传感器将信号传递给控制器，控制器控制两位三通电磁阀实现第二种状态通路，气动夹爪分开，钵苗掉入苗杯中，从而完成投苗动作，最后，苗杯通过链轮转动掉落在栽植机构中完成移栽作业。

工作过程：

1.取苗。如图5所示，取苗时，控制器控制气缸收缩，拉动四个滑快互相靠拢，限位柱控制相邻滑块之间的距离，等于苗盘上两倍的苗穴间距，达到精准取苗的动作。随后并联机器人开始动作，控制器控制伺服电机转动，带动大臂、小臂运动，小臂带动动平台，动平台带动分苗机构发生XY方向位移，到达1、3、5、7苗穴位置，随后控制器通过两位三通电磁阀控制气动夹爪闭合，抓取钵苗，控制器控制并联机器人带动分苗机构发生Z向位移，即分苗机构上升拔出钵苗，完成取苗动作。

2.投苗。拔出钵苗后，控制器控制并联机器人带动分苗机构到达投苗点，如图4所示，控制器控制分苗机构气缸伸出，推出第一个滑块，刹车绳带动第二个滑块，以此类推，刹车绳之间的距离与苗杯之间距离对应，最终四个气动夹爪对应下方四个苗杯的中心，达到分苗的作用。由于苗杯上设置传感器，钵苗移动到苗杯正上方传感器将信号传递给控制器，控制器通过两位三通电磁阀控制气动夹爪开启，进行投苗。完成投苗动作后，并联机器人带动分苗机构返回苗盘位置，接着进行第2、4、6、8苗穴的取苗工作。第一行钵苗夹取完成后，进行下一行钵苗的夹取。

现有的取投苗机构是只在固定的一行位置中夹取，当该行夹取完成后，送苗机构输送下一行，继续夹取动作。上述取投苗机构适用于可弯曲苗盘，需要与送苗机构相结合，送苗机构中既要传送苗盘，又要把苗盘折弯，苗盘中的苗移栽完后，苗盘也被送出，是通过纯机械方式来控制，维修困难，而且精度要求高，上述取投苗机构一般不适用不可弯曲的苗盘。本实用新型不需要输送苗盘的动作，即并联机器人带动气动夹爪去夹取整盘的苗，所以苗盘的类型不影响取投动作，均可使用。

本实用新型自动取苗、投苗一体化，实现精准取苗、投苗，自动化程度高，移栽成功率高。该自动取苗投苗装置可实现多个钵苗同时夹取，移栽效率高，可与自走式、悬挂式移栽机结合，适用于不同类型的苗盘，可弯曲苗盘、不可弯曲苗盘均可使用，蔬菜苗、烟苗均可使用，用处广。由于气动夹爪水平取苗会出现挂苗现象，将气动夹爪倾斜60°，减小挂苗情况发生。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以做出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种全自动取投苗装置，其特征在于：包括并联机器人（1）、分苗机构（2）和控制器，并联机器人和分苗机构通过连接件（3）固定连接，控制器控制并联机器人（1）驱动分苗机构（2）实现X、Y、Z三个方向的位移；所述分苗机构（2）包括分苗机架（21），分苗机架（21）两端有侧板（26），两侧板之间设有滑轨（29），滑轨（29）上穿设有多个滑块（24），滑块上连接气动夹爪（27），相邻两滑块之间设置等间距的刹车绳（25），分苗机架（21）上还固定连接气缸（22），气缸支座（222）固定设置在分苗机架的一端部，气缸伸缩杆（221）末端连接在分苗机架另一端部的滑块上，气缸伸缩带动滑块水平位移；相邻两滑块（24）之间还设置限位柱（23），限位柱（23）个数比滑块（24）个数少一个，限位柱（23）一端连接在滑块（24）上，另一端为自由端；控制器控制气缸伸缩和气动夹爪开合。

2.根据权利要求1所述一种全自动取投苗装置，其特征在于：所述并联机器人（1）包括静平台（11）、伺服电机（12）、大臂（13）、小臂（14）和动平台（15），静平台（11）下表面均匀固定三个伺服电机（12），三个伺服电机（12）均连接控制器，伺服电机（12）输出轴转动连接大臂（13），大臂（13）球接小臂（14），小臂（14）球接动平台（15），动平台（15）通过连接件（3）固定连接分苗机构（2）的分苗机架（21）。

3.根据权利要求2所述一种全自动取投苗装置，其特征在于：动平台（15）与气动夹爪（27）所在水平面之间倾斜角度为120°。

4.根据权利要求1或3所述一种全自动取投苗装置，其特征在于：连接件（3）包括上连接面（31）、下连接面（32）和竖直连接面（33），下连接面（32）和竖直连接面（33）垂直，上连接面（31）与竖直连接面（33）之间夹角为120°。

5.根据权利要求1所述一种全自动取投苗装置，其特征在于：限位柱（23）与滑块（24）螺纹连接，或插接，或焊接。