苗盘苗移栽电控机械爪及其控制方法

1.本发明涉及到机械爪领域，具体涉及到移栽机进行苗盘苗移栽时使用的苗盘苗移栽电控机械爪及其控制方法。


背景技术：

2.移栽作业的自动化技术是实现农业生产自动化的关键的技术之一，移栽机械爪是移栽机器人与苗直接接触的重要部件，其工作性能直接影响着移栽质量，现阶段研制出的多种移栽爪以气缸驱动为主，存在震动大，精度低的缺点，并且现有移栽爪在工作中大幅摆动的问题还会在移栽过程中损坏苗根系，破坏苗盘基质的完整性。
3.中国专利(cn104604402a)，包括主体机架、舵机、舵机安装支架、联轴器、传动轴、不完全锥齿轮摇臂、连杆、钢针、机械爪安装支架和支承轴，舵机通过舵机安装支架安装在主体机架上，四个不完全锥齿轮摇臂通过轴安装在主体机架上，舵机通过联轴器和传动轴驱动不完整锥齿轮摇臂运动，带动连接的四连杆机构运动，使安装在四连杆上的钢针动作，完成夹取或松开苗操作；该专利提出的方案虽然结构紧凑、震动小，但存在一定的问题：该结构的钢针在插入苗盘基质夹取或松开秧苗的过程中，钢针的运动轨迹始终是弧形，不能沿钢针的轴线方向运动斜向插入苗盘基质中，弧形运动对秧苗的根系造成剪切，苗盘基质也容易溃散，因此开发性能稳定、高效，不影响秧苗根系的移栽机械爪对于提高移栽机器人的移栽成功率及移栽效率有很重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种不影响秧苗根系的苗盘苗移栽电控机械爪及其控制方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种苗盘苗移栽电控机械爪，包括安装在主轴上的若干摆动叉杆和带螺杆的电机，所述电机通过电机固定座固定在所述主轴上，所述主轴顶端设有固定所述螺杆的螺杆支撑座，所述主轴底端设有限位螺母，若干所述摆动叉杆围绕所述主轴均匀设置，若干所述摆动叉杆末端均通过紧靠所述螺杆支撑座下端设置的第一固定铰支座与所述主轴连接，所述摆动叉杆的卡槽与取苗针顶端的环槽滑动连接，所述取苗针中部套有导针管，所述导针管与所述主轴通过连杆组连接，所述连杆组与所述第一固定铰支座之间设有与所述主轴滑动连接的驱动滑套，所述驱动滑套上固定有与所述螺杆螺旋配合的驱动螺母，所述驱动滑套与所述摆动叉杆通过弧形连杆连接。
7.所述苗盘苗移栽电控机械爪通过控制所述电机的运转实现苗移栽，所述电机通过控制所述螺杆转动使所述驱动螺母上下移动，所述驱动螺母带动所述驱动滑套移动，所述驱动滑套通过所述弧形连杆带动所述摆动叉杆升降以实现所述取苗针的收拢伸展和伸缩，所述限位螺母限制了所述连杆组在所述主轴上的移动范围，所述螺杆支撑座固定所述螺杆，所述卡槽限制所述环槽运动方向，所述卡槽与所述导针管共同确保了所述取苗针在伸
缩时沿所述取苗针自己的轴线运动，所述连杆组将所述导针管与所述主轴连接在一起，所述导针管通过所述连杆组相对所述主轴上下摆动。
8.优选地，所述连杆组包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和拉伸弹簧，所述第一连杆和所述第二连杆交叉设置，所述导针管的上端与下端分别铰接所述第一连杆和所述第二连杆，所述电机固定座固定在所述主轴中部，所述主轴在所述电机固定座上下位置设置的第二固定铰支座和第三固定铰支座分别铰接所述第二连杆和所述第一连杆，所述第三连杆一端与所述第二连杆铰接另一端与限位滑套铰接，所述限位滑套与所述主轴滑动连接，所述限位滑套位于所述限位螺母与所述第三固定铰支座之间，所述拉伸弹簧一端与所述第二连杆和所述导针管的铰接点连接另一端与所述第三固定铰支座连接。
9.所述导针管通过所述第一连杆和所述第二连杆实现相对所述主轴上下摆动的运动，所述限位螺母限制了所述限位滑套在所述主轴上的移动范围，所述第三连杆通过与所述限位滑套铰接实现通过所述限位滑套限制所述导针管的上下摆动范围，所述拉伸弹簧始终处于被拉长的状态，通过所述拉伸弹簧对所述导针管下端施加拉力，当所述摆动叉杆被放下时所述拉伸弹簧可拉拢所述导针管使所述导针管相对所述主轴向下摆动，从而实现所述取苗针的收拢。
10.优选地，所述取苗针中部设置有凸环，所述导针管在所述凸环和所述环槽之间滑动，所述凸环可限制所述导针管向下摆动的范围。
11.优选地，所述螺杆的下端与所述电机的输出轴固定连接，所述螺杆的上端与所述螺杆支撑座转动连接，所述螺杆与所述螺杆支撑座转动连接是为了当所述螺杆转动时所述螺杆支撑座不会转动，所述螺杆与所述电机的输出轴固定连接是为了使所述电机可直接驱动所述螺杆转动。
12.优选地，所述主轴顶端设置有联接螺钉，所述联接螺钉将所述主轴固定在移栽机的机械臂上，通过所述联接螺钉所述苗盘苗移栽电控机械爪可以安装在不同的移栽机上。
13.优选地，所述驱动滑套上设有驱动铰支座，所述弧形连杆通过所述驱动铰支座与所述驱动滑套连接，所述限位滑套上设有限位铰支座，所述第三连杆通过所述限位铰支座与所述限位滑套连接，通过所述限位铰支座和所述驱动铰支座实现所述第三连杆和所述弧形连杆与所述限位铰支座和所述驱动铰支座之间的铰接。
14.优选地，所述弧形连杆与所述摆动叉杆铰接，所述卡槽上下贯通，所述卡槽封闭的一端延伸至所述弧形连杆与所述摆动叉杆的铰接点旁，所述卡槽远离所述主轴的另一端设有开口，所述环槽通过所述开口滑入所述卡槽。
15.优选地苗盘苗移栽电控机械爪及其控制方法，苗盘苗移栽电控机械爪取苗时，所述电机的输出轴正转带动所述螺杆正转，所述驱动螺母带动所述驱动滑套相对所述螺杆下降，所述驱动滑套通过所述弧形连杆拉动所述摆动叉杆压下所述取苗针，所述取苗针通过所述导针管被所述拉伸弹簧向内拉拢，所述导针管通过所述第二连杆带动所述第三连杆将所述限位滑套向下压至所述限位螺母处，苗盘苗移栽电控机械爪完成收拢动作；
16.此时所述限位滑套被所述限位螺母阻挡，所述第二连杆被所述限位滑套固定，所述导针管被所述第二连杆固定，所述取苗针伸缩方向被所述导针管固定为沿所述取苗针轴线方向伸缩，所述取苗针被所述摆动叉杆下压直至所述导针管上端与所述取苗针顶端的所述环槽接触，此时所述取苗针被所述导针管固定，苗盘苗移栽电控机械爪的取苗针同步完
成伸长动作，所述电机关闭；
17.苗盘苗移栽电控机械爪放苗时，依据前文类推，所述电机的输出轴反转实现苗盘苗移栽电控机械爪取苗针的同步缩短和张开。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.(1)本发明仅使用了单个所述电机对苗盘苗移栽电控机械爪进行控制，无需多个动力源分别控制所述取苗针的伸缩动作和收拢、张开动作，无需控制多个动力源同步配合工作，降低了控制机械爪的难度；
20.(2)本发明将苗盘苗移栽电控机械爪所述取苗针的伸缩动作和收拢、张开动作分成了两步进行，防止所述取苗针收拢时产生的大幅摆动损坏秧苗，保护了秧苗的完整性；
21.(3)本发明所述取苗针伸缩动作的伸缩方向沿所述取苗针轴线进行，避免了所述取苗针在伸长插入苗盘基质时作弧线运动，所述取苗针作弧线运动时会破坏苗盘基质的完整性，甚至会破坏秧苗根系，因此所述取苗针作直线运动能保护秧苗根系和苗盘基质的完整性；
22.(4)本发明采用的所述摆动叉杆的所述卡槽一端为开口，便于所述取苗针的装卸，当所述取苗针被工作环境困住时人工为所述取苗针脱困更简单。
附图说明
23.图1为本发明初始状态的结构示意图；
24.图2为本发明收拢状态的结构示意图；
25.图3为本发明插入苗盘基质状态的结构示意图；
26.图中：1、主轴；101、第一固定铰支座；102、第二固定铰支座；103、第三固定铰支座；104、限位螺母；105、联接螺钉；2、第二连杆；3、第一连杆；4、驱动滑套；401、驱动铰支座；5、限位滑套；501、限位铰支座；6、导针管；7、取苗针；8、摆动叉杆；9、弧形连杆；10、第三连杆；11、拉伸弹簧；12、电机固定座；13、螺杆支撑座；14、电机；15、螺杆；16、驱动螺母。
具体实施方式
27.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1～3所示，一种苗盘苗移栽电控机械爪，包括安装在主轴1上的若干摆动叉杆8和带螺杆15的电机14，电机14通过电机固定座12固定在主轴1上，主轴1顶端设有固定螺杆15的螺杆支撑座13，主轴1底端设有限位螺母104，若干摆动叉杆8围绕主轴1均匀设置，若干摆动叉杆8末端均通过紧靠螺杆支撑座13下端设置的第一固定铰支座101与主轴1连接，摆动叉杆8的卡槽与取苗针7顶端的环槽滑动连接，取苗针7中部套有导针管6，导针管6与主轴1通过连杆组连接，连杆组与第一固定铰支座101之间设有与主轴1滑动连接的驱动滑套4，驱动滑套4上固定有与螺杆15螺旋配合的驱动螺母16，驱动滑套4与摆动叉杆8通过弧形连杆9连接。
29.具体地，围绕主轴1均匀布置有三根摆动叉杆8，每根摆动叉杆8均对应安装有一根
取苗针7，每根取苗针7均安装有导针管6，每个导针管6均配有连杆组，三根取苗针7所处位置与三根摆动叉杆8所处位置相对。
30.具体地，连杆组包括第一连杆3、第二连杆2、第三连杆10和拉伸弹簧11，第一连杆3和第二连杆2交叉设置，导针管6的上端与下端分别铰接第一连杆3和第二连杆2，电机固定座12固定在主轴1中部，主轴1在电机固定座12上下位置设置的第二固定铰支座102和第三固定铰支座103分别铰接第二连杆2和第一连杆3，第三连杆10一端与第二连杆2铰接另一端与限位滑套5铰接，限位滑套5与主轴1滑动连接，限位滑套5位于限位螺母104与第三固定铰支座103之间，拉伸弹簧11一端与第二连杆2和导针管6的铰接点连接另一端与第三固定铰支座103连接。
31.具体地，驱动滑套4上设有驱动铰支座401，弧形连杆9通过驱动铰支座401与驱动滑套4连接，限位滑套5上设有限位铰支座501，第三连杆10通过限位铰支座501与限位滑套5连接。
32.具体地，第一固定铰支座101、第二固定铰支座102和第三固定铰支座103均由三个耳板组成，驱动铰支座401和限位铰支座501也由三个耳板组成，每个耳板的位置均对应某一个摆动叉杆8的位置。
33.具体地，取苗针7中部设置有凸环，导针管6在凸环和环槽之间滑动。
34.具体地，螺杆15的下端与电机14的输出轴固定连接，螺杆15的上端与螺杆支撑座13转动连接。
35.具体地，主轴1顶端设置有联接螺钉105，联接螺钉105将主轴1固定在移栽机的机械臂上。
36.具体地，弧形连杆9与摆动叉杆8铰接，卡槽上下贯通，卡槽封闭的一端延伸至弧形连杆9与摆动叉杆8的铰接点旁，卡槽远离主轴1的另一端设有开口。
37.具体地，苗盘苗移栽电控机械爪的控制方法的步骤如下：
38.第一步，由移栽机机械臂将苗盘苗移栽电控机械爪移动到苗盘正上方并下移到靠近秧苗的位置后停止；
39.第二步，电机14的输出轴正转带动螺杆15正转，驱动螺母16相对螺杆15下降，驱动滑套4被驱动螺母16带着向下运动，驱动滑套4通过弧形连杆9拉动摆动叉杆8向下，摆动叉杆8将取苗针7压下，导针管6在拉伸弹簧11的拉力下与取苗针7同步运动，同时第一连杆3和第二连杆2拉住了导针管6使取苗针7向下移动的动作被转换成向内聚拢的动作，导针管6通过第三连杆10带动限位滑套5向下移动至限位螺母104处，此时取苗针7将苗盘秧苗周边的叶子向内拢起，取苗针7的下端位于苗盘基质的上表面处；
40.第三步，电机14的输出轴继续正转带动螺杆15正转，使得摆动叉杆8将取苗针7压下，此时限位滑套5被限位螺母104阻挡停止移动，限位滑套5通过第三连杆10阻止导针管6继续运动，因此取苗针7沿取苗针7自己的轴线向下插入苗盘基质，直至导针管6上端与取苗针7顶端的环槽接触，此时取苗针7被导针管6限制移动，电机14停止转动，此时三根取苗针7斜插在苗盘基质中，抱住秧苗；
41.第四步，移栽机机械臂上移将秧苗连同苗盘基质一同取出，移栽机机械臂带动苗盘苗移栽电控机械爪运动到待放穴的上方，然后下降至释放高度；
42.第五步，电机14的输出轴反转带动螺杆15反转，根据第二步与第三步类推，取苗针
7沿取苗针7自己的轴线向上移动将取苗针7抽出苗盘基质，当导针管6下端接触到取苗针7中部的凸环时取苗针7完成抽出苗盘基质的动作；
43.第六步，电机14的输出轴继续反转带动螺杆15反转，取苗针7通过凸环带动导针管6与取苗针7同步移动，导针管6通过第一连杆3和第二连杆2将取苗针7上移转换成取苗针7向外展开的运动，拉伸弹簧11被导针管6拉长回初始状态，在取苗针7环槽滑动至摆动叉杆8卡槽封闭的一端时电机14停止转动，此时苗盘苗移栽电控机械爪放下秧苗回到初始状态。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。