CN109743933A - 一种用于蔬菜移栽机的劣质钵苗剔除装置及其剔除方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于蔬菜移栽机的劣质钵苗剔除装置及其剔除方法，本发明通过在机械手中的两个支座间设置有弹簧，该弹簧通过连接座和两根连接杆共同对两个支座进行固定，驱动盘两侧设置有厚度逐渐变化的凸台，支座的内侧设置有始终贴合在凸台上的档杆，驱动机构通过皮带带动驱动盘转动并使档杆的自由端先后贴合在凸台的不同厚度处即可实现对土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距进行调节，机械手***土壤后，通过驱动机构将土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距调小即可完成抓取动作，本发明可以通过调节档杆最终的落点位置对机械手的抓取力度进行调节，非常适用于对幼苗土钵进行抓取。

Description

一种用于蔬菜移栽机的劣质钵苗剔除装置及其剔除方法

技术领域

本发明属于农业种植机械技术领域，具体涉及一种用于蔬菜移栽机的劣质钵苗剔除装置及其剔除方法。

背景技术

钵苗自动移栽是蔬菜和花卉工厂化生产过程中重要的环节，是实现温室生产工厂化、自动化和集约化的基础。目前，这项技术已在国外广泛推广应用。种苗产业化具有巨大的发展潜力，自动化育苗和移苗装备是育苗产业的关键技术装备。自上个世纪20年代始，许多国家和地区先后开展了作物钵苗移栽技术研究工作。到目前为止，这项技术已广泛地应用于多种蔬菜和花卉及少量经济作物的生产上。在国外，日本开发了育苗移栽机器人，可在设施内完成育苗移栽作业。荷兰和美国90 %的温室用于生产鲜花和观赏植物，生产过程向机械化，自动化方向发展。温室中育苗移栽机器人已研制成功并在生产应用中极大地提高劳动生产率，改善农业的生产环境，提高了作业质量。荷兰在温室花卉生产上广泛应用了钵苗自动移栽机，完成钵苗从高密度穴盘向低密度穴盘或者花盆里自动移栽，作业效率高。在国内，农业设施内的钵苗移载生产机械化和自动化研究工作尚处于实验室试验研究阶段，由于诸多原因，我国在设施农业生产自动化方面的研究工作进展缓慢，致使目前国内使用的钵苗移栽机械多数依赖进口，严重地制约着温室生产向工厂化和集约化发展。自动钵苗移栽机的研制与推广具有广阔的需求空间和推广应用前景。其中劣质钵苗剔除装置是自动钵苗移栽机的核心部件和执行部件，其设计集农艺、机械、控制及计算机技术为一体，它的结构设计与仿真研究是钵苗自动移栽机的设计基础。由于农业生产环境的特殊性，应用于工业领域的机械手无法直接满足农业作业的要求。因此，研制结构合理、性能稳定、高效先进的劣质钵苗剔除装置是实现农业生产全程自动化和智能化的前提。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于蔬菜移栽机的劣质钵苗剔除装置及其剔除方法，该装置能够对苗盘中的劣质幼苗进行自动剔除，并具有定位准确、自动化程度高的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，包括龙门架和位于龙门架下方的机架，机架的顶部设置有输送带，输送带上设置有与输送带同步运动的苗盘，所述龙门架上安装有水平位移平台，水平位移平台上滑动设置有滑座Ⅰ，滑座Ⅰ上安装有竖直位移平台，竖直位移平台沿竖直方向设置且竖直位移平台与水平位移平台两者垂直设置，竖直位移平台上滑动设置有滑座Ⅱ，滑座Ⅱ通过动力臂与机械手相连，动力臂上设置有用于驱动机械手动作的驱动机构。

进一步的，所述驱动机构包括电机Ⅲ、皮带、皮带轮Ⅰ以及皮带轮Ⅱ，电机Ⅲ的电机轴贯穿动力臂的顶端后与皮带轮Ⅰ相连，皮带轮Ⅱ位于动力臂的底端且皮带轮Ⅱ和皮带轮Ⅰ位于动力臂的同一侧，皮带轮Ⅱ和皮带轮Ⅰ通过皮带相连，皮带轮Ⅱ与机械手相连且皮带轮Ⅱ与机械手对称设置在动力臂的两侧。

进一步的，所述机械手包括连接轴、连接板、驱动盘以及连接座，连接板与皮带轮Ⅱ对称设置在动力臂的两侧，驱动盘设置在连接板远离动力臂的一侧，皮带轮Ⅱ套设在连接轴的一端，连接轴的另一端依次贯穿动力臂的底端和连接板后与驱动盘相连，连接板的底端一体设置有所述的连接座，连接座上设置有两组夹持机构且两组夹持机构对称设置在驱动盘的两侧，两组夹持机构通过弹簧相连，所述夹持机构包括呈弧形的连接杆、支座以及安装在支座上的档杆，连接杆的其中一端与支座固定连接，连接杆的另一端铰接在连接座内，驱动盘的两个端面上均设置有凸台且两个凸台对称设置，该凸台呈弧形且凸台的曲率与驱动盘的曲率相同，凸台的弧长占驱动盘弧长的1/4～1/3，该凸台的厚度逐渐变厚，两个所述支座的底端分别设置有土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器。

进一步的，所述档杆与连接轴的中心轴线重合且档杆的自由端始终贴合在凸台上。

进一步的，所述水平位移平台包括丝杠Ⅰ和与丝杠Ⅰ相连的电机Ⅰ。

进一步的，所述竖直位移平台包括丝杠Ⅱ和与丝杠Ⅱ相连的电机Ⅱ。

一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置的剔除方法，其特征在于，该剔除方法包括以下步骤：

步骤一，幼苗定位：通过输送带将苗盘中需要剔除的幼苗运送到水平位移平台的下方，然后启动电机Ⅰ，使竖直位移平台和机械手沿丝杠Ⅰ运动到苗盘中需要剔除的幼苗的正上方；

步骤二，调节机械手：启动电机Ⅲ，电机Ⅲ通过皮带带动驱动盘转动并使档杆的自由端贴合在凸台的较薄位置处，档杆带动支座沿连接杆转动使得设置在两个支座底端的土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距变大；

步骤三，湿度和含氧量检测：启动电机Ⅱ，使机械手沿丝杠Ⅱ向下运动，使得土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器***苗盘中，土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器对苗盘中的土壤进行湿度和含氧量检测；

步骤四，劣苗剔除：启动电机Ⅲ，电机Ⅲ通过皮带带动驱动盘转动并使档杆的自由端贴合在凸台的较厚位置处，档杆带动支座沿连接杆转动使得设置在两个支座底端的土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距变小，然后启动电机Ⅱ，使机械手沿丝杠Ⅱ向上运动，完成劣苗剔除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过水平位移平台和输送带对苗盘中的劣质钵苗进行定位，定位完成后通过竖直位移平台控制机械手向下***土壤中，土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器对苗盘中的土壤进行湿度和含氧量检测，机械手中的两个支座间设置有弹簧，该弹簧通过连接座和两根连接杆共同对两个支座进行固定并使得两个支座上设置的土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间具有一定的间距，驱动盘两侧设置有厚度逐渐变化的凸台，支座的内侧设置有始终贴合在凸台上的档杆，驱动机构通过皮带带动驱动盘转动并使档杆的自由端先后贴合在凸台的不同厚度处即可实现对土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距进行调节，机械手***土壤后，通过驱动机构将土壤湿度传感器和土壤含氧量传感器之间的间距调小即可完成抓取动作，本发明可以通过调节档杆最终的落点位置对机械手的抓取力度进行调节，既可防止抓取力度较小无法抓取的问题，也可防止抓取力度较大容易将幼苗土钵抓坏的问题，非常适用于对幼苗土钵进行抓取，而且不会对幼苗土钵造成损坏。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明中竖直位移平台、动力臂以及机械手的连接关系示意图；

图4是本发明中机械手与皮带轮Ⅱ的连接关系示意图；

图5是本发明中驱动盘、档杆以及支座的位置关系示意图；

图6是本发明中土壤湿度传感器内的电路原理图；

图中标记：1、龙门架，2、机架，3、输送带，4、苗盘，5、滑座Ⅰ，6、滑座Ⅱ，7、动力臂，8、机械手，801、连接轴，802、连接板，803、驱动盘，804、连接座，805、弹簧，806、连接杆，807、支座，808、档杆，809、凸台，9、驱动机构，901、电机Ⅲ，902、皮带，903、皮带轮Ⅰ，904、皮带轮Ⅱ，10、土壤湿度传感器，11、土壤含氧量传感器，12、丝杠Ⅰ，13、电机Ⅰ，14、丝杠Ⅱ，15、电机Ⅱ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，包括龙门架1和位于龙门架1下方的机架2，机架2的顶部设置有输送带3，输送带3上设置有与输送带3同步运动的苗盘4，所述龙门架1上安装有水平位移平台，所述水平位移平台包括丝杠Ⅰ12和与丝杠Ⅰ相连的电机Ⅰ13。水平位移平台上滑动设置有滑座Ⅰ5，滑座Ⅰ5上安装有竖直位移平台，所述竖直位移平台包括丝杠Ⅱ14和与丝杠Ⅱ相连的电机Ⅱ15，竖直位移平台沿竖直方向设置且竖直位移平台与水平位移平台两者垂直设置，竖直位移平台上滑动设置有滑座Ⅱ6，如图3所示，滑座Ⅱ6通过动力臂7与机械手8相连，动力臂7上设置有用于驱动机械手8动作的驱动机构9，所述驱动机构9包括电机Ⅲ901、皮带902、皮带轮Ⅰ903以及皮带轮Ⅱ904，电机Ⅲ901的电机轴贯穿动力臂7的顶端后与皮带轮Ⅰ903相连，皮带轮Ⅰ903套设在电机轴的端部，皮带轮Ⅱ904位于动力臂7的底端且皮带轮Ⅱ904和皮带轮Ⅰ903位于动力臂7的同一侧，皮带轮Ⅱ904和皮带轮Ⅰ903通过皮带902相连，皮带轮Ⅱ904与机械手8相连且皮带轮Ⅱ904与机械手8对称设置在动力臂7的两侧。

如图4和图5所示，所述机械手8包括连接轴801、连接板802、驱动盘803以及连接座804，连接板802与皮带轮Ⅱ904对称设置在动力臂7的两侧，驱动盘803设置在连接板802远离动力臂7的一侧，皮带轮Ⅱ904套设在连接轴801的一端，连接轴801的另一端依次贯穿动力臂7的底端和连接板802后与驱动盘803相连，连接板802的底端一体设置有所述的连接座804，连接座804上设置有两组夹持机构且两组夹持机构对称设置在驱动盘803的两侧，两组夹持机构通过弹簧805相连，所述夹持机构包括呈弧形的连接杆806、支座807以及安装在支座807上的档杆808，连接杆806的其中一端与支座807固定连接，连接杆806的另一端铰接在连接座804内，连接杆806可绕连接座804转动并带动支座807和档杆808来回摆动，弹簧805起拉紧的作用，驱动盘803的两个端面上均设置有凸台809且两个凸台809对称设置，该凸台809呈弧形且凸台809的曲率与驱动盘803的曲率相同，凸台809的弧长占驱动盘803弧长的1/4～1/3，该凸台809的厚度逐渐变厚，两个所述支座807的底端分别设置有土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11，土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11对苗盘中的土壤进行湿度和含氧量检测，在弹簧805的作用下，所述档杆808与连接轴801的中心轴线重合且档杆808的自由端始终贴合在凸台809上。

土壤湿度传感器10优选SOIL-1土壤湿度传感器，其内部电路如图6所示，包括湿敏电阻RH、电阻R1-R9、滑动变阻器RP1、滑动变阻器RP2、稳压二极管VZ1-VZ3、运算放大器A以及晶体管VT, 湿敏电阻RH并联在晶体管VT的基极与集电极之间，VT的发射极分别与电阻R2的一端和电阻R5的一端相连，电阻R2的另一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器A的同相输入端相连，VT的集电极与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端分别与电阻R3的一端和稳压二极管VZ1的负极相连，稳压二极管VZ1的负极还与电阻R6的一端相连，稳压二极管VZ1的正极接地，电阻R3的另一端依次与滑动变阻器RP1和电阻R4相连后接地，滑动变阻器RP1的滑动端分别与运算放大器A的反相输入端和滑动变阻器RP2的一端相连，运算放大器A的输出端接控制器，滑动变阻器RP2的另一端与稳压二极管VZ3的负极相连，稳压二极管VZ3的正极接地，电阻R6的另一端分别与R7的一端和电阻R9的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R8相连后接地，电阻R9的另一端接+12V电源，电阻R7的两端并联有稳压二极管VZ2且稳压二极管VZ2的负极与电阻R9相连，电阻R8的两端短接；湿敏电阻RH可改变晶体管VT的偏置电流的大小，将土壤湿度传感器10和湿敏电阻RH***土壤，感受湿度不同时湿敏电阻RH的阻值不同，引起基极电流变化使晶体管VT的发射极电流Ie变化，在电阻R2上转换为电压变化并经过运算放大器A放大后输送至控制器，实际应用时，要先对电路***进行标定，较简单的标定方法是先将湿敏电阻RH放在水中，让湿度为100%RH，调节滑动变阻器RP2的增益使运算放大器A的输出为5V，标定出满量程输出。再将湿敏电阻RH擦干或吹干使湿度为0%RH，调节RP使运算放大器A的输出为0V，标定出0输出。以此来作为测量未知湿度的工作曲线。

土壤含氧量传感器11优选为ICTO2 土壤含氧量传感器，其是基于原电池原理进行测量。因此，ICTO2 是一款无源传感器，不需要任何电压输入。其响应时间仅为1秒左右，精确度可达0.001V。该传感器自身还带有热电偶补偿电路，可自动进行温度补偿。且该传感器涂有特氟龙保护涂层，并由长寿命的塑料材质加工而成，工作寿命较长。

进一步优化本方案，所述龙门架1上安装有控制柜（控制柜未在图中画出），控制柜内设置有上位机和控制器，控制器的输入端与上位机相连，控制器的输出端分别与输送带3、水平位移平台、竖直位移平台以及驱动机构9相连，为了达到最佳的使用效果，苗盘4由若干行穴盘组成，相邻两行穴盘之间设置有可透过激光的间隙，机架2的内侧设置有光纤放大器，光纤放大器的输入端与输出端分别设置在机架2的两侧内壁上且光纤放大器的输入端与输出端均与控制器的输入端相连，输送带3带动苗盘4移动，当苗盘4运动到光纤放大器时，苗盘4会遮挡住输入端发出的激光，光纤放大器的输出端无法接收到激光，这时就会产生一个脉冲信号，由控制器进行一次计数；当运动到下一行穴盘，激光又被遮住，又进行一次计数，以此类推，苗盘每走一行都会被记一次数，也就是对苗盘水平方向上坐标位置的标定。光纤放大器每透过一次间隙，完成一次计数，从而实现对苗盘4上的劣质钵苗自动定位的目的。此处需要说明的是，苗盘4在运送到光纤放大器之前，会由摄像机对苗盘4进行拍照并将其传送给上位机（拍照环节在图上并未体现），上位机会对照片分析处理，得出需要剔除的幼苗的坐标，比如（2，3）代表第二行第三列，当光纤放大器计数也为2时，控制器会使传送带停止转动，机械手臂会对第二行第三列的幼苗剔除。

一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置的剔除方法，该剔除方法包括以下步骤：

步骤一，幼苗定位：通过输送带3将苗盘4中需要剔除的幼苗运送到水平位移平台的下方，然后启动电机Ⅰ13，使竖直位移平台和机械手8沿丝杠Ⅰ12运动到苗盘4中需要剔除的幼苗的正上方；

步骤二，调节机械手：启动电机Ⅲ901，电机Ⅲ901通过皮带902带动驱动盘803转动并使档杆808的自由端贴合在凸台809的较薄位置处，档杆808带动支座807沿连接杆806转动使得设置在两个支座807底端的土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11之间的间距变大；

步骤三，湿度和含氧量检测：启动电机Ⅱ15，使机械手8沿丝杠Ⅱ14向下运动，使得土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11***苗盘4中，土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11对苗盘4中的土壤进行湿度和含氧量检测；

步骤四，劣苗剔除：启动电机Ⅲ901，电机Ⅲ901通过皮带902带动驱动盘803转动并使档杆808的自由端贴合在凸台809的较厚位置处，档杆808带动支座807沿连接杆806转动使得设置在两个支座807底端的土壤湿度传感器10和土壤含氧量传感器11之间的间距变小，然后启动电机Ⅱ15，使机械手8沿丝杠Ⅱ14向上运动，完成劣苗剔除。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，包括龙门架（1）和位于龙门架（1）下方的机架（2），机架（2）的顶部设置有输送带（3），输送带（3）上设置有与输送带（3）同步运动的苗盘（4），其特征在于：所述龙门架（1）上安装有水平位移平台，水平位移平台上滑动设置有滑座Ⅰ（5），滑座Ⅰ（5）上安装有竖直位移平台，竖直位移平台沿竖直方向设置且竖直位移平台与水平位移平台两者垂直设置，竖直位移平台上滑动设置有滑座Ⅱ（6），滑座Ⅱ（6）通过动力臂（7）与机械手（8）相连，动力臂（7）上设置有用于驱动机械手（8）动作的驱动机构（9）。

2.根据权利要求1所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，其特征在于：所述驱动机构（9）包括电机Ⅲ（901）、皮带（902）、皮带轮Ⅰ（903）以及皮带轮Ⅱ（904），电机Ⅲ（901）的电机轴贯穿动力臂（7）的顶端后与皮带轮Ⅰ（903）相连，皮带轮Ⅱ（904）位于动力臂（7）的底端且皮带轮Ⅱ（904）和皮带轮Ⅰ（903）位于动力臂（7）的同一侧，皮带轮Ⅱ（904）和皮带轮Ⅰ（903）通过皮带（902）相连，皮带轮Ⅱ（904）与机械手（8）相连且皮带轮Ⅱ（904）与机械手（8）对称设置在动力臂（7）的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，其特征在于：所述机械手（8）包括连接轴（801）、连接板（802）、驱动盘（803）以及连接座（804），连接板（802）与皮带轮Ⅱ（904）对称设置在动力臂（7）的两侧，驱动盘（803）设置在连接板（802）远离动力臂（7）的一侧，皮带轮Ⅱ（904）套设在连接轴（801）的一端，连接轴（801）的另一端依次贯穿动力臂（7）的底端和连接板（802）后与驱动盘（803）相连，连接板（802）的底端一体设置有所述的连接座（804），连接座（804）上设置有两组夹持机构且两组夹持机构对称设置在驱动盘（803）的两侧，两组夹持机构通过弹簧（805）相连，所述夹持机构包括呈弧形的连接杆（806）、支座（807）以及安装在支座（807）上的档杆（808），连接杆（806）的其中一端与支座（807）固定连接，连接杆（806）的另一端铰接在连接座（804）内，驱动盘（803）的两个端面上均设置有凸台（809）且两个凸台（809）对称设置，该凸台（809）呈弧形且凸台（809）的曲率与驱动盘（803）的曲率相同，凸台（809）的弧长占驱动盘（803）弧长的1/4～1/3，该凸台（809）的厚度逐渐变厚，两个所述支座（807）的底端分别设置有土壤湿度传感器（10）和土壤含氧量传感器（11）。

4.根据权利要求3所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，其特征在于：所述档杆（808）与连接轴（801）的中心轴线重合且档杆（808）的自由端始终贴合在凸台（809）上。

5.根据权利要求1所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，其特征在于：所述水平位移平台包括丝杠Ⅰ（12）和与丝杠Ⅰ相连的电机Ⅰ（13）。

6.根据权利要求1所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置，其特征在于：所述竖直位移平台包括丝杠Ⅱ（14）和与丝杠Ⅱ相连的电机Ⅱ（15）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于蔬菜移栽机上的劣质钵苗剔除装置的剔除方法，其特征在于，该剔除方法包括以下步骤：

步骤一，幼苗定位：通过输送带（3）将苗盘（4）中需要剔除的幼苗运送到水平位移平台的下方，然后启动电机Ⅰ（13），使竖直位移平台和机械手（8）沿丝杠Ⅰ（12）运动到苗盘（4）中需要剔除的幼苗的正上方；

步骤二，调节机械手：启动电机Ⅲ（901），电机Ⅲ（901）通过皮带（902）带动驱动盘（803）转动并使档杆（808）的自由端贴合在凸台（809）的较薄位置处，档杆（808）带动支座（807）沿连接杆（806）转动使得设置在两个支座（807）底端的土壤湿度传感器（10）和土壤含氧量传感器（11）之间的间距变大；

步骤三，湿度和含氧量检测：启动电机Ⅱ（15），使机械手（8）沿丝杠Ⅱ（14）向下运动，使得土壤湿度传感器（10）和土壤含氧量传感器（11）***苗盘（4）中，土壤湿度传感器（10）和土壤含氧量传感器（11）对苗盘（4）中的土壤进行湿度和含氧量检测；

步骤四，劣苗剔除：启动电机Ⅲ（901），电机Ⅲ（901）通过皮带（902）带动驱动盘（803）转动并使档杆（808）的自由端贴合在凸台（809）的较厚位置处，档杆（808）带动支座（807）沿连接杆（806）转动使得设置在两个支座（807）底端的土壤湿度传感器（10）和土壤含氧量传感器（11）之间的间距变小，然后启动电机Ⅱ（15），使机械手（8）沿丝杠Ⅱ（14）向上运动，完成劣苗剔除。