CN112210483A - 一种智能化接种机器人 - Google Patents

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Abstract

一种智能化接种机器人，包括底座、菌种泵送装置、菌种接种模块和接种量控制***，所述菌种接种模块安装在底座上，所述菌种泵送装置位于底座一侧并通过输送管道与菌种接种模块相连，所述接种量控制***与菌种接种模块相连，所述菌种接种模块包括导杆气缸、电磁阀、空压机、接种头和支架，所述导杆气缸通过支架安装在底座上，所述导杆气缸与空压机通过管道相连，所述管道中部设有电磁阀，所述接种头方向向下安装在导杆气缸的活动部上；本发明设置有接种量控制***，能精准控制菌种接种量，使ECO板的生产效率提高，品质得到保障；本发明还设置有监测装置，监测装置可知当前各处的流量和压强，同时也可以设置所需的参数，有利于提升ECO板的品质。

Description

一种智能化接种机器人
技术领域
本发明涉及菌种接种技术领域，具体涉及到一种智能化接种机器人。
背景技术
秸秆资源丰富，具有良好的生物降解性能，可以作为真菌生长的基质，而真菌的菌丝在生长时产生的粘结作用，可以将秸秆粉粘结成型，根据通过改变模具、控制成型条件等方法，可生产出不同形状、不同特性的ECO板。
现有的ECO板生产工艺都采用人工接种的方式，进行接种，而人工接种需要花费大量时间，且因为人工接种会出现菌种分布不均匀的现象。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种智能化接种机器人，解决了目前的ECO板生产工艺都需要采用人工接种的方式，进行接种的问题。
(二)技术方案
为解决所述技术问题，本发明提供一种智能化接种机器人，包括底座、菌种泵送装置、菌种接种模块和接种量控制***，所述菌种接种模块安装在底座上，所述菌种泵送装置位于底座一侧并通过输送管道与菌种接种模块相连，所述接种量控制***与菌种接种模块相连，所述菌种接种模块包括导杆气缸、电磁阀、空压机、接种头和支架，所述导杆气缸通过支架安装在底座上，所述导杆气缸与空压机通过管道相连，所述管道中部设有电磁阀，所述接种头安装在导杆气缸的活动部上。
进一步优化的，所述接种头包括一个输送块和三个接种针头，所述接种针头一字排列在输送块上，所述输送块为长方体并在内部设有通道，所述接种针头包括加固部与多孔针头，所述加固部内部设有单向阀，所述加固部与输送块内部通道连接，所述多孔针头设置于加固部下方。
进一步优化的，所述多孔针头直径为1-2cm,所述多孔针头内部空心并且头部为锥形，所述多孔针头在侧壁上开设有若干孔洞，所述孔洞直径为1-5mm。
进一步优化的，所述菌种泵送装置包括圆柱桶体和出口管，所述圆柱桶体逐渐向下收口，所述出口管与圆柱桶体底部连接，所述输送管道连接出口管与输送块，所述输送管道中部设置有小型液泵。
进一步优化的，所述接种量控制***包括流量控制装置和监测装置，所述流量控制装置包括PLC、流量计和电动调节阀，所述流量计设置于出口管底部，所述电动调节阀设置于流量计上部，所述PLC连接流量计、电动调节阀和小型液泵，所述PLC接收流量计信号并控制流量计，所述流量计对液体额流量进行监测，所测的信号通过放大、A/D转换、滤波处理后送给PLC，所述PLC对当前的流量进行判断后，送信号给所述电动调节阀，所述电动调节阀控制流量的大小。
进一步优化的，所述监测装置包括PLC和触摸屏，所述触摸屏与PLC相连，所述监测装置可知当前各处的流量和压强，同时触摸屏输入设置所需的参数。
进一步优化的，所述加固部侧面设置有光电传感器，所述光电传感器与电磁阀相连，所述加固部底部设有压力传感器，所述压力传感器与PLC相连。
进一步优化的，所述底座底部设有凹槽，所述凹槽由靠近接种头的那一面开始一直开设到相对的面。
(三)有益效果
1.本发明设置有接种量控制***，能精准控制菌种接种量，使得菌种均匀分布，从而在提高ECO板的生产效率的基础上，也同时使得品质得到保障。
2.本发明设置有监测装置，监测装置可知当前各处的流量和压强，同时也可以设置所需的参数，使自动接种工艺的准确性大大提升，有利于提升ECO板的品质。
3.本发明的接种针头经过特殊设计，能将菌种溶液均匀地注射到木质纤维原料中，使菌种的生长加速，有利于ECO板快速成型。
附图说明
图1为智能化接种机器人结构示意图；
图2为接种头结构示意图；
图3为接种针头结构示意图。
其中，10、底座；20、圆柱桶体；21、出口管；22、输送管道；23、小型液泵；30、输送块；31、加固部；310、单向阀；32、多孔针头；320、孔洞；33、导杆气缸；34、电磁阀；35、支架；36、空压机；37、光电传感器；38、压力传感器；40、流量计；41、电动调节阀；42、PLC；50、触摸屏。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1-3，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示一种智能化接种机器人，包括底座10、菌种泵送装置、菌种接种模块和接种量控制***，菌种接种模块安装在底座10上，菌种泵送装置位于底座10一侧并通过输送管道22与菌种接种模块相连，接种量控制***与菌种接种模块相连，接种量控制***还与菌种泵送装置相连。
如图1和2所示，菌种接种模块包括导杆气缸33、电磁阀34、空压机36、接种头和支架35，导杆气缸33通过支架35安装在底座10上，导杆气缸33的活动部向下，导杆气缸33与空压机36通过管道相连，管道中部设有电磁阀34，接种头方向向下安装在导杆气缸33的活动部上。
如图1所示，底座10底部设有凹槽，凹槽由底座10靠近接种头的那一面开始一直开设到相对的面，形成一个贯通槽，这个槽主要是用于运送木质纤维原料，使木质纤维原料能接受接种模块的接种。
如图1所示，菌种泵送装置包括圆柱桶体20和出口管21，圆柱桶体20逐渐向下收口，圆柱桶体20用于容纳菌种液，为了防止杂菌也可加上盖子，出口管21与圆柱桶体20底部连接，出口管21用于安装电动调节阀41，输送管道22连接出口管21与输送块30，输送管道22中部设置有小型液泵23，小型液泵23的作用是泵送菌种液到菌种接种模块。
如图2-3所示，接种头包括一个输送块30和三个接种针头，接种针头一字排列在输送块30上，输送块30为长方体并在内部设有通道，接种针头包括加固部31与多孔针头32，加固部31内部设有单向阀310，加固部31与输送块30内部通道连接，多孔针头32设置于加固部31下方，多孔针头32直径为1-2cm,多孔针头32内部空心并且头部为锥形，多孔针头32在侧壁上开设有若干孔洞320，孔洞320直径为1-5mm，这种设计能将菌种液更均匀地分散到木质纤维原料中，帮助菌种更好地成长，有利于ECO板的成型。
如图1所示，接种量控制***包括流量控制装置和监测装置，流量控制装置包括PLC42、流量计40和电动调节阀41，流量计40设置于出口管21底部用于检测流量，电动调节阀41设置于流量计40上部，PLC42连接流量计40、电动调节阀41和小型液泵23，PLC42接收流量计40信号并控制流量计40，流量计40对液体额流量进行监测，所测的信号通过放大、A/D转换、滤波处理后送给PLC42，PLC42对当前的流量进行判断后，送信号给电动调节阀41，电动调节阀41控制流量的大小，具体的电动调节阀41采用电动v型调节球阀，它是利用球芯转动与阀座相割打开的面积(V形窗口)来调节液体的流量，调节性能好，同时采用直连方式与执行机构连接，这样具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、阻力小、动作稳定可靠等优点；监测装置包括PLC42和触摸屏50，触摸屏50与PLC42相连，通过监测装置可知当前各处的流量和压强，同时也可以通过触摸屏50设置所需的参数。
具体的，***的控制核心PLC42控制器包括型号为PS-200的2A电源(用于给控制器供电)CPU314(核心处理器，带有16路数字量输入)、FM355C模块(专用硬件PID，有两路，即两路模拟量输入，两路模拟量输出)；***将靶式流量计40与FM355C模块的反馈信号输入脚4，5脚相连接，对于两线制的流量计40的反馈信号输入脚4、5引脚间还需接一个10K的负载电阻；8、9为模拟量输出脚，与电动调节阀41相连；14、15及18、19脚为第二路PID的输入与输出；为提高***的可靠性，当PC机发生意外，本***此时可以采用触摸屏50监控。
PID算法的实现采用PID控制技术，PID算法以其结构简单、稳定性好、工作可靠、高速方便而成为工业控制的主要技术之一；实际中也有PI和PD控制；PID控制器就是根据***的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的；***控制器的结构和参数必须通过经验和现场调试来确定。
要实现PID算法，首先通过编程环境中的“工程向导”配置硬件和网络参数，这里我们选用的电源模块为PS-200 2A，中央处理器为CPU14IFM,PID控制器为FM335C型，完成配置后打开OBI主程序块，调用FB31模块，对FB31进行必要的参数设置；PID参数的设置一方面是是要根据控制对象的具体情况而定；另一方面是经验；kP是解决幅值震荡，kP大了会出现幅值震荡的幅度大，但震荡频率小，***达到稳定时间长；ki是解决动作响应的速度快慢的，ki大了响应速度慢，反之则快；kd是消除静态误差的，一般kd设置都比较小，而且对***影响比较小；通常来讲，若曲线振荡很频繁，则kP值就要增大；若曲线波动过大，kp值就要减小；若曲线偏离后回复慢，则应减小积分时间；若曲线波动周期过长，则积分时间再加；若曲线振荡频率快，则应微分应减小积分时间；若曲线波动周期过长，则积分时间再加长；若曲线振荡频率快，则微分应减小；若差值很大而且曲线波动很慢，则微分时间应加长。
如图3所示，加固部31侧面设置有光电传感器37，光电传感器37与电磁阀34相连，加固部31底部设有压力传感器38，压力传感器38与PLC42相连，此处选用的光电传感器37为CX-441型光电传感器37，压力传感器38为26PC型压力传感器38。
使用时，需要先获得一种高性能的生产菌种ZJXU1805，该菌种能在以秸秆为主要基料上快速生长，菌种生长过程中只消耗木质素，对秸秆中结晶纤维素保留完整，使基质具有良好的机械强度；同时，菌种ZJXU1805的菌丝在生长过程中产生胞外多糖，对秸秆和菌丝具有良好的胶粘性能；将菌种配成菌种液加入到圆柱桶体20中，接着启动空压机36；当自动生产ECO板的流水线运行时，运送木质纤维原料的方块从底座10的凹槽中经过时，安装在加固部31上的光电传感器37会向电磁阀34发送一个信号，电磁阀34打开，压缩空气通过管道进入导杆气缸33，导杆气缸33的活动部向下运动，菌种接种模块也随着向下运动，多孔针头32***木质纤维原料，此处的木质纤维原料在之前的工序已经被压实了，可以承受一定的压力，当多孔针头32完全进入到木质纤维原料后，加固部31上的压力传感器38触碰到木质纤维原料，产生电信号，并将此电信号传导给PLC42，PLC42向小型液泵23发出信号命令其工作，小型液泵23随即开始将菌种液泵入输送块30，菌种液通过输送块30的内部管道进入到三个接种针头，通过单向阀310后进入多孔针头32，多孔针头32侧壁上设有很多直径在1-5mm之间的孔洞320，菌种液通过这些孔洞320分散到木质纤维原料中；同时，在出口管21内的流量计40实时监测着菌种液的流量，并向PLC42报告，PLC42在对当前的流量进行判断后，送信号给电动调节阀41，由电动调节阀41来控制流量的大小；同时操作人员可通过监测装置得知当前各处的流量和压强，同时也可以设置所需的参数。
综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.一种智能化接种机器人，其特征在于，包括底座、菌种泵送装置、菌种接种模块和接种量控制***，所述菌种接种模块安装在底座上，所述菌种泵送装置位于底座一侧并通过输送管道与菌种接种模块相连，所述接种量控制***与菌种接种模块相连，所述菌种接种模块包括导杆气缸、电磁阀、空压机、接种头和支架，所述导杆气缸通过支架安装在底座上，所述导杆气缸与空压机通过管道相连，所述管道中部设有电磁阀，所述接种头安装在导杆气缸的活动部上。
2.根据权利要求1所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述接种头包括一个输送块和三个接种针头，所述接种针头一字排列在输送块上，所述输送块为长方体并在内部设有通道，所述接种针头包括加固部与多孔针头，所述加固部内部设有单向阀，所述加固部与输送块内部通道连接，所述多孔针头设置于加固部下方。
3.根据权利要求2所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述多孔针头直径为1-2cm,所述多孔针头内部空心并且头部为锥形，所述多孔针头在侧壁上开设有若干孔洞，所述孔洞直径为1-5mm。
4.根据权利要求3所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述菌种泵送装置包括圆柱桶体和出口管，所述圆柱桶体逐渐向下收口，所述出口管与圆柱桶体底部连接，所述输送管道连接出口管与输送块，所述输送管道中部设置有小型液泵。
5.根据权利要求4所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述接种量控制***包括流量控制装置和监测装置，所述流量控制装置包括PLC、流量计和电动调节阀，所述流量计设置于出口管底部，所述电动调节阀设置于流量计上部，所述PLC连接流量计、电动调节阀和小型液泵，所述PLC接收流量计信号并控制流量计，所述流量计对液体额流量进行监测，所测的信号通过放大、A/D转换、滤波处理后送给PLC，所述PLC对当前的流量进行判断后，送信号给所述电动调节阀，所述电动调节阀控制流量的大小。
6.根据权利要求5所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述监测装置包括PLC和触摸屏，所述触摸屏与PLC相连，所述监测装置可知当前各处的流量和压强，同时触摸屏输入设置所需的参数。
7.根据权利要求6所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述加固部侧面设置有光电传感器，所述光电传感器与电磁阀相连，所述加固部底部设有压力传感器，所述压力传感器与PLC相连。
8.根据权利要求1所述的一种智能化接种机器人，其特征在于，所述底座底部设有凹槽，所述凹槽由靠近接种头的那一面开始一直开设到相对的面。
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