CN104429246B - 双层旋臂式变距移钵机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双层旋臂式变距移钵机器人。目的是提供的机器人应能将***盘中的营养钵转移至较大穴孔间距的大穴盘中，为后续的全自动和紧凑型果蔬移载机的发展提供基础；并且具有整机宽度小、结构简单的特点。技术方案是：剪叉式变距移钵机械手，其特征在于：该机械手包括若干个定位在机架上且用于夹持育苗杯的夹合托板、对所述夹合托板施加夹持力的钢丝拉紧机构以及由两个气缸相向驱动对所述夹合托板之间的距离进行调节的剪叉机构。

Description

双层旋臂式变距移钵机器人

技术领域

本发明涉及叶菜移栽机械技术领域，尤其是能够将盛有幼苗的营养钵由小间距穴盘向大间距穴盘转移的双层旋臂式变距移钵机器人。

背景技术

随农业生产自动化技术的不断提高，人民群众对绿色叶菜需求正在快速增长；目前的叶菜幼苗已经逐步从人工移栽向机械移栽过渡(因为人工移栽的成本高而且速度慢，已经很难跟上现代化的脚步)；但是机械化移栽作业，需要事先将营养钵(也叫育苗杯、栽植杯)从穴孔排布密集的***盘转移到穴孔排布稀疏(穴孔之间的间距较大)的大穴盘，这部分操作目前尚需人工完成，迫切需要有一种辅助装置进行替代。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种双层旋臂式变距移钵机器人，该机器人应能将***盘中的营养钵转移至较大穴孔间距的大穴盘中，为后续的全自动和紧凑型果蔬移载机的发展提供基础；并且具有整机宽度小、结构简单的特点。

本发明采用的技术方案如下：

双层旋臂式变距移钵机器人，其特征在于：所述变距移钵机器人包括机架和定位在机架上用于输送穴盘的输送机构、用于调整营养钵间距的夹持调距机构以及用于驱使夹持调距机构升降和旋转的升降旋转机构；

所述输送机构包括分别水平且上下对应布置在机架上的两层输送带、驱动两层输送带的传动机构以及带动传动机构的步进电机。

所述升降旋转机构包括竖直布置的丝杆螺母机构以及由丝杆螺母机构中的螺母套带动作升降运动的复合摆动机构，所述复合摆动机构包括一轴线竖直布置带有滑块的滑杆、通过连接架定位在滑块上的一对半圆形托板、安装于半圆形托板上且带有外齿轮的小电机以及固定于所述滑块上且与所述外齿轮啮合的环形内齿轮；所述外齿轮与环形内齿轮的转动轴线均竖直布置；所述滑块上通过一水平布置的滚轮轴定位一滚轮，该滚轮嵌入所述的一对半圆形托板中以带动复合摆动机构的上下运动。

所述夹持调距机构包括固定在连接架上的框架、水平且上下平行布置的两个滑轴、同时与两个滑轴的中央部位固定连接且通过中间连板连为一体的两个固定块、分别可滑动地定位在固定块的左右两侧且各通过一侧边连板连为一体的两对滑块(每对滑块包括两个滑块)、分别驱动两对滑块作相向运动的两个气缸以及分别固定在固定块和两个滑块底端的夹爪。

所述夹爪由一对弹性材质且带有叉口的环形爪臂形成，环形爪臂的内径与营养钵的杯口相适合。

所述两层输送带上分别水平布置有若干个挡板，挡板的延伸方向与输送带的长度方向垂直，两两挡板之间的距离与穴盘的宽度相对应。

所述传动机构为传动传送带的传动辊。

本发明的工作原理是：本发明工作前，***盘、大穴盘和夹持调距机构均处于原位，此时***盘的第一排距离夹爪有一定距离(设置为***盘的孔距为宜)，夹持调距机构的夹爪处于小间距状态。首先，上层输送带定长传送一格(一格的距离为***盘的孔距)，将一排营养钵移入夹爪的圆弧形弹性爪臂内，从而夹持同时并托抬位于***盘上的营养钵(营养钵的杯口有突出的边缘，故可托抬)；滑块组上的小电机运作，夹持调距机构顺时针旋转90度(俯视图中为顺时针)；丝杠上的电机运作，滑块组由螺母套驱使，带动夹持调距机构沿着框架的外侧下移至下层输送带部位；滑块组上的小电机反向运作，夹持调距机构逆时针旋转90度，所夹持托抬的营养钵被移位至下层输送带上边(上层输送带的下边)；夹持调距机构上的气缸活塞杆运动伸出，夹爪从小间距状态转变为设定大间距状态；丝杆继续驱动夹持调距机构向下移动，恰好把营养钵放置于大穴盘的第一排孔内；下层输送带定向输送一格(其输送方向与上层输送带相反)，使得营养钵从具有弹性的夹爪中脱离，并且大穴盘上第二排的空孔移动至原先第一排的位置；夹持调距机构上的气缸活塞杆缩回，夹爪之间从大间距状态转变为小间距状态；滑块组上的小电机正向运作，夹持调距机构顺时针旋转90度再次转移至框架外侧；丝杠上的大电机反向运作，滑块组带动夹持调距机构上移至高于机架位置；滑块组上的小电机反向运作，夹持调距机构逆时针旋转90度带动夹爪沿着上层传送带的横向位置排列(完成复位)；一个循环结束，反复此循环，移钵变距作业连续进行。

本发明具有的有益效果是：本发明能够快速地将***盘中的营养钵转移到穴盘上，使营养钵之间的间距显著扩大，为果蔬移栽机操作奠定基础。另外，通过双层输送的立体化结构设计减少了移栽机机身的宽度，节约了占地空间，对移栽机的紧凑化和小型化发展具有实际意义。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视结构示意图。

图3是本发明的俯视结构示意图。

图4是本发明中机架的立体结构示意图。

图5是本发明的升降旋转机构的立体结构示意图。

图6是本发明的升降旋转机构的立体结构***图。

图7是本发明的夹持调距机构小间距状态示意图。

图8是本发明的夹持调距机构大间距状态示意图。

图9是本发明中的夹持调距机构位置状态示意图(转向90度)。

图10是本发明把第一排营养钵移入大穴盘时的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

附图所示的双层旋臂式变距移钵机器人，包括机架1-1和定位在机架上的输送装置1、升降旋转机构2和夹持调距机构3使得移钵机器人完成所需动作。

如图4所示，所述输送装置1由双层输送带、驱动两层输送带的传动机构以及步进电机组成，其中的上层输送带1-2和下层输送带1-3均是水平布置带有挡板1-a的输送带，且挡板的方向与输送方向垂直，所述挡板用于实现对穴盘在输送方向上的定位，防止穴盘沿着输送方向滑移，所述挡板的间隔以恰好能容纳一块穴盘的长度为宜。所述上下两层输送带均由传动机构(通过轴承定位在机架上的传动辊10，常规结构)带动，步进电机驱动(图中步进电机未显示)，可以实现定长输送(即每次输送一个固定距离后立刻停下)，上层输送带用于对***盘的定长输送，下层输送带用于对大穴盘的定长输送。

如图5和图6所示，所述升降旋转机构2由顶板2-a、底板2-b、大步进电机2-1、联轴器2-2、丝杆2-3、螺母套2-4、带座轴承2-5、滚轮轴2-6、滚轮2-7、圆弧形内齿轮2-8、外齿轮2-9、小电机(即小步进电机)2-10、上半圆形托板2-11、下半圆形托板2-12，上滑块2-13、下滑块2-14、滑轴2-15以及连接架2-16组成。所述大步进电机2-1和带座轴承2-5分别固连在顶板2-a和底板2-b上。所述丝杆2-3的下端通过联轴器2-2与大步进电机2-1固连，丝杆2-3的上端与带座轴承2-5连接；所述螺母套与丝杆之间为螺纹连接，丝杆的旋转运动可以转化为螺母套的直线运动；所述滚轮轴2-6和圆弧形内齿轮2-8均固连在螺母套的右端面，所述滚轮2-7连接在滚轮轴2-6上可以绕滚轮轴做转动；所述小步进电机2-10固定在上半圆托板上，所述外齿轮2-9连接在电机轴端与圆弧形内齿轮2-8啮合，用于驱动上下两滑块(2-13和2-14形成滑块组)共同绕滑轴2-15转动；所述上滑块2-13和下滑快2-14既可绕滑轴转动，又可沿滑轴滑动；所述上下两块半圆形托板2-11、2-12分别固连在上下两滑块2-13、2-14上(上下两块半圆形托板组成一对半圆形托板)；所述滚轮2-7被夹置于上下两块半圆形托板之间，一方面用于减少滑块组转动时半圆形托板与滚轮之间的摩擦，另一方面当滚轮随螺母套作升降运动时可驱动滑块组沿滑轴上下滑动；所述连接架2-16左端面的上下两侧分别与上、下滑块的右端面固连，使两滑块形成滑块组作共同运动，连接架2-16右端面与夹持调距机构3固连。

如图7和图8所示，所述夹持调距机构3包括框架3-1、2根滑轴3-2、2个气缸3-3、3个弹性夹爪3-4、两个侧边连板3-5、中间连板3-6、4个滑块3-7、2个固定块3-8组成。所述4个滑块3-7穿套在滑轴3-2上且可沿滑轴水平滑动；所述2个固定块3-8分别固连在2根滑轴的中间位置，中间连板3-6则同时与上下两个固定块固定为一体；每个侧边连板3-5分别用于连接上下两块滑块3-7(形成一个滑块组)使其沿滑轴3-2作共同滑动；所述3个弹性夹爪3-4分别固定连接在两个侧边连板和一个中间连板的底侧；所述两个气缸相向布置在框架上，即一个气缸3-3的尾端固定在框架3-1左侧边板上，其活塞杆端部固连在右侧边的连板3-5上，用于推动滑块往右滑动(从而实现弹性夹爪之间的间距缩放)；而另一个气缸的尾端固定在框架3-1右侧边板上，其活塞杆端部固连在左侧边的连板3-5上，用于推动滑块往左滑动。由上述连接关系可知，靠近外侧的两个夹爪是随滑块的移动而移动，中间的夹爪是固定不动的。这三个夹爪均由一对弹性材质且带有叉口的环形爪臂形成(或配有弹簧且带有叉口的环形金属爪臂形成)，环形爪臂的内径与营养钵的杯口相适合；使营养钵能够从叉口水平进入挤入夹爪内或从夹爪内脱开。

本发明的工作原理是：

如图3所示，本发明工作前，***盘A、大穴盘B和夹持调距机构3均处于原位，此时夹持调距机构中夹爪的排列方向与穴盘的传送方向(传送带运动方向)正交，***盘A上的第一排营养钵中心线A-1距离夹爪3-4中心连线B-1有一定距离(即图3中的虚线B-1与虚线A-1之间的距离d，d设置为***盘的孔距为宜)，大穴盘B的第一排营养钵中心线与夹爪中心连线B-1重合，夹持调距机构的夹爪处于小间距状态。

如图1所示，开始工作时，首先上层输送带1-2定长传送一格(沿图10中箭头方向，一格的距离为***盘的孔距)，将一排营养钵移入夹爪3-4的环形爪臂内；接着丝杠上的大步进电机2-1运动，驱使滑块组带动夹持调距机构3上移若干距离，从而使夹爪夹持并托持***盘A上的营养钵C使其(营养钵的杯口有突出的边缘，故可托持)脱离上层传动带；

如图9所示，滑块组上的小电机2-10正向运作，夹持调距机构3顺时针旋转90度(图3俯视图中为顺时针)带动夹爪所托持的营养钵移动至机架的外侧；丝杠上的大步进电机2-1运作，滑块组带动夹持调距机构所托持的营养钵下移至下层传送带与上层传送带之间；

如图10所示，滑块组上的小电机2-10反向运作，夹持调距机构3逆时针旋转90度将所托持的营养钵移动至大穴盘(位于下层传送带上)的上边；夹持调距机构3中两个气缸的活塞杆同时伸出，使夹爪之间的间距加大(从小间距状态转变为大间距状态)；丝杆继续驱动夹持调距机构向下移动，使夹爪所托持的营养钵恰好放置于大穴盘B的第一排孔内。

下层输送带1-3定向输送一格(沿图10中箭头方向，其输送方向与上层输送带相反)，带动营养钵从具有弹性的夹爪中脱开；同时大穴盘上第二排的空孔移动至原先第一排的位置；夹持调距机构中的气缸活塞杆缩回，夹爪的间距从大间距状态转变为小间距状态；

滑块组上的小电机2-10正向运作，夹持调距机构顺时针旋转90度，带动夹爪移动至机架的外侧；丝杠上的大电机反向运作，滑块组带动夹持调距机构上移至机架的上边；滑块组上的小电机反向运作，夹持调距机构逆时针旋转90度，带动夹爪移动***盘(位于上层传送带上)的上边；复位完成，一个循环结束；反复此循环，移钵变距作业连续进行。

Claims (4)

1.双层旋臂式变距移钵机器人，其特征在于：所述变距移钵机器人包括机架(1-1)和定位在机架上用于输送穴盘的输送装置(1)、用于调整营养钵间距的夹持调距机构(3)以及用于驱使夹持调距机构升降和旋转的升降旋转机构(2)；

所述输送装置包括分别水平且上下对应布置在机架上的两层输送带、驱动两层输送带的传动机构以及带动传动机构的步进电机；

所述升降旋转机构包括竖直布置的丝杆螺母机构以及由丝杆螺母机构中的螺母套带动作升降运动的复合摆动机构，所述复合摆动机构包括一轴线竖直布置带有第一滑块(2-13，2-14)的滑杆(2-15)、通过连接架(2-16)定位在所述第一滑块上的上半圆形托板(2-11)和下半圆形托板(2-12)、安装于上半圆形托板上且带有外齿轮(2-9)的小步进电机(2-10)以及固定于所述第一滑块上且与所述外齿轮啮合的环形内齿轮(2-8)；所述外齿轮与环形内齿轮的转动轴线均竖直布置；所述螺母套上通过一水平布置的滚轮轴(2-6)定位一滚轮(2-7)，该滚轮嵌入所述的上半圆形托板和下半圆形托板中以带动复合摆动机构的上下运动；

所述夹持调距机构包括固定在连接架上的框架(3-1)、水平且上下平行布置的两个滑轴(3-2)、两个固定块(3-8)、四个第二滑块(3-7)、两个气缸(3-3)，三个弹性夹爪(3-4)以及两个侧边连板；所述两个固定块(3-8)分别固连在两个滑轴的中间位置，中间连板(3-6)同时与上下两个固定块固定为一体；所述四个第二滑块穿套在滑轴上且可沿滑轴水平滑动，每个滑轴上有两个第二滑块，每个所述侧边连板(3-5)分别用于连接两个滑轴同侧的上下两块第二滑块使它们沿两个滑轴作共同滑动，每个侧边连板和以该侧边连板连接的上下两个第二滑块组成一个滑块组，两个气缸分别驱动两个滑块组做相向运动；所述三个弹性夹爪分别固定连接在两个侧边连板和所述的中间连板的底侧。

2.根据权利要求1所述的双层旋臂式变距移钵机器人，其特征在于：每个所述弹性夹爪由一对弹性材质且带有叉口的环形爪臂形成，环形爪臂的内径与营养钵的杯口相适合。

3.根据权利要求2所述的双层旋臂式变距移钵机器人，其特征在于：所述两层输送带上分别水平布置有若干个挡板(1-a)，挡板的延伸方向与输送带的长度方向垂直，两两挡板之间的距离与穴盘的宽度相对应。

4.根据权利要求3所述的双层旋臂式变距移钵机器人，其特征在于：所述传动机构为带动输送带的传动辊(10)。