一种穴盘钵苗自动移栽机的输送定位装置及方法

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一种穴盘钵苗自动移栽机的输送定位装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于设施农业中的自动化移栽领域，尤其是一种专门用于穴盘苗移栽机的输送定位装置及方法。\n技术背景\n[0002] 穴盘育苗是一个新的行业，是20世纪70年代在国际上发展起来的一项新型育苗技术，穴盘育苗与常规育苗方式相比，具有省工、省力、成苗快、节约资源、成本低、效率高、便于管理以及保护农业生态环境等优点，主要应用于烟草、花卉、蔬菜和树木的育苗。穴盘育苗中为了保证作物有适当的空间以促进其扎根和生长，需要将穴盘钵苗从高密度盘向低密度盘的移栽，及穴盘向花盆间的移栽。穴盘钵苗移栽虽然很简单，但需要大量的手工作业，并且连续工作容易疲劳，生产效率低，难以实现大面积作业，制约了穴盘育苗技术的发展。\n为此，研究穴盘钵苗高速自动移栽机显得尤为重要，其对于提高劳动生产率，降低劳动强度，促进穴盘育苗技术的发展具有重要意义。\n[0003] 穴盘钵苗自动移栽机技术的研究始于上个世纪80年代，目前主要有两种实现方式，一种是以工业机器人为本体的穴盘钵苗自动移栽机，另一种是开发独立机电系统的穴盘钵苗自动移栽机。1987年，KUTZ等人研究了基于Puma560移栽机器人的可行性。1992年，KC.Ting等人研究了基于ADEPT-SCARA四自由度移栽机器人。1999年Ryu等人设计了一套专用的机电设备，研制出了移栽机器人。2010年3月，沈阳农业大学邱立春等人发明了一种穴盘苗移栽的自动移栽机，结构简单，方便，但效率较低，精度不高。\n[0004] 穴盘输送装置定位装置及方法是穴盘钵苗移栽机的重要组成部分，现阶段穴盘钵苗移栽机输送装置多采用带传动，传感器定位，如2010年高国华等人申请的发明专利，名称为温室自动化穴苗移栽机，申请号为201010194836.1。带传动容易产生滑动，影响钵苗输送的精准度，实际应用中问题很多。\n[0005] 针对这种情况，本发明提出了一种可靠且高效的穴盘苗输送定位装置及方法。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于提供一种用于穴盘钵苗自动移栽机的输送定位装置及方法，以减少移栽作业对钵苗的损伤，提高穴盘苗移栽作业的效率和质量。\n[0007] 为了解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：\n[0008] 一种穴盘钵苗自动移栽机穴盘输送定位装置，包括输送平台5、输送台架14、穴盘输送导向装置、水平输送链装置、传动链装置、穴盘输入检测传感器、穴盘横向调节装置3,输送平台5固定安装在输送台架14两侧支架内，穴盘安放在输送平台5上，穴盘横向调节装置3横向安装于输送台架14的两侧支架上，穴盘的横向调节由至少两组穴盘横向调节装置3组成，2个为一组、相对同轴线安装。\n[0009] 穴盘输入检测传感器7安装在输送台架14外侧支架入口处。\n[0010] 穴盘横向调节装置3包括销轴32，导向轮33，调节杆34，步进电机35，导向轮33通过销轴32与调节杆34铰接，导向轮33可绕销轴32转动，调节杆34与步进电机35可通过螺纹或齿轮齿条联接。穴盘横向调节装置3的步进电机35通过接收自动移栽机控制系统的指令，带动调节杆34运动，进而小副或微副调整供苗盘4与植苗盘15的横向定位位置。\n[0011] 穴盘输送导向装置由外侧穴盘输送导轨8、内侧穴盘输送导轨10、横梁6、横梁支架\n26组成；横梁6沿穴盘输送方向平行布置，横梁6的个数至少有2个；每个横梁6由横梁支架26支撑；每个横梁6上设有滑槽24，滑槽24内装有可移动的滑块25，外侧穴盘输送导轨8和内侧穴盘输送导轨10分别与滑块25联接，外侧穴盘输送导轨8与内侧穴盘输送导轨10之间的宽度略大于穴盘宽度，外侧穴盘输送导轨8、内侧穴盘输送导轨10上表面与穴盘表面平齐。\n[0012] 水平输送链装置由水平输送链9、链轮A16、链轮B18、穴盘推板17组成，水平输送链\n9、链轮A16、链轮B18分别安装在输送台架14的两侧，穴盘推板17按等距离L1均匀安装在输送台架14两侧水平输送链9上，穴盘推板17之间的间隔距离L1大于穴盘的长度。传动链装置由传动链13、链轮C22、链轮D23、伺服电机11、霍尔传感器感应片19、霍尔传感器20组成，整套装置安装在输送台架14的外侧；链轮C22和输送链装置中的主动链轮B18同轴安装；伺服电机11与传动链装置中主动链轮D23同轴安装；霍尔传感器感应片19安装在传动链13上，位置可调；霍尔传感器20安装在输送台架14外侧，与霍尔传感器感应片19相对应，但不接触；\n所述的传动链装置中链轮D23和链轮C22传动比为1:1，输送链装置中链轮A16和链轮B18传动比为1:1；所述的水平输送链装置中，传动链13每转动一周，水平输送链9上的穴盘推板17走过一个穴盘推板间隔距离L1。\n[0013] 本发明具有减少穴盘苗损伤，提高作业效率和质量的有益效果。本发明采用链传动、穴盘推板、输送导轨结构、横向调节装置，以及传感器检测技术，实现穴盘输送精确定位，结构简单，稳定可靠。相对于传统带传动输送，不仅输送精度高，而且对不同规格穴盘的适应性强。在取苗爪工作的同时能够根据例如图像识别处理系统识别的穴盘苗在穴盘中的位置信息，自动小副或微副调节供苗盘与植苗盘的横向位置，以适宜取苗爪的取苗和放苗，减少取苗爪取放穴盘苗的时间，减少对穴盘钵苗的损伤，提高移栽工作效率和质量，具有很好的实用性和经济性。\n附图说明\n[0014] 图1为穴盘苗自动移栽系统示意图。\n[0015] 图2为穴盘苗自动移栽系统穴盘部分示意图。\n[0016] 图3为输送定位装置总体示意图。\n[0017] 图4为穴盘横向调节装置示意图。\n[0018] 图5为水平输送链传动示意图。\n[0019] 图6为穴盘输送导向装置示意图。\n[0020] 图中：1—取苗爪；2—移栽取苗爪的工作平面；3—穴盘横向调节装置；4—供苗盘；\n5—输送平台；6—横梁；7—穴盘输入检测传感器；8—外侧穴盘输送导轨；9—水平输送链；\n10—内侧穴盘输送导轨；11—伺服电机；12—螺钉；13—传动链；14—输送台架；15—植苗盘；16—链轮A；17—穴盘推板；18—链轮B；19—霍尔传感器感应片；20—霍尔传感器；21—轴；22—链轮C；23—链轮D；24—滑槽；25—滑块；26—横梁支架；27—穴盘传输系统；28—移栽机构系统；29—CCD摄像机；30—图像识别处理系统；31—控制系统；32—销轴；33—导向轮；34—调节杆；35—步进电机。\n具体实施方式\n[0021] 下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程做进一步的说明。需要指出的是，具体实施方式仅是举例说明本发明，不作为对本发明公开范围的限制。\n[0022] 图1和图2为穴盘苗自动移栽系统示意图，包括穴盘传输系统27、移栽机构系统28、CCD摄像机29、图像识别处理系统30、控制系统31、包括多个取苗穴位A的供苗盘4和多个放苗穴位B的植苗盘15。\n[0023] 图3显示了穴盘传输系统27包括的两组穴盘输送定位装置，两组穴盘输送定位装置可平行布置，也可其它方式布置。每组穴盘输送定位装置包括穴盘横向调节装置3、输送平台5、穴盘输送导向装置、水平输送链装置、传动链装置、穴盘输入检测传感器7,输送平台\n5固定安装在输送台架14两侧支架内，穴盘安放在输送平台5上，穴盘输入检测传感器7安装在输送台架14外侧支架入口处。\n[0024] 供苗盘4和植苗盘15分别放置在两组穴盘输送定位装置中的输送平台5上。穴盘横向调节装置3横向安装于外侧穴盘输送导轨8和内侧穴盘输送导轨10外侧的输送台架14的两侧支架上。供苗盘4的横向调节由多个、例如10个穴盘横向调节装置3组成，2个为一组、相对同轴线安装，从外侧穴盘输送导轨8和内侧穴盘输送导轨10下方调节穴盘横向位置。穴盘横向调节装置3间的距离为穴盘长度的三分之一或二分之一。植苗盘15的横向调节装置的个数与位置可与供苗盘4的相同、也可以不同。\n[0025] 图4显示的穴盘横向调节装置3包括销轴32，导向轮33，调节杆34，步进电机35，导向轮33通过销轴32与调节杆34铰接，导向轮33可绕销轴32转动，调节杆34与步进电机35可通过螺纹或齿轮齿条联接。穴盘横向调节装置3的步进电机35通过接收自动移栽机控制系统的指令，带动调节杆34运动，进而小副或微副调整供苗盘4与植苗盘15的横向定位位置。\n[0026] 图5显示的水平输送链装置包括水平输送链9、链轮A16、链轮B18、穴盘推板17，水平输送链9、链轮A16、链轮B18分别安装在输送台架14的两侧，穴盘推板17按等距离L1横向均匀安装在输送台架14两侧水平输送链9上，穴盘推板17之间的间隔距离L1大于穴盘的长度。\n[0027] 传动链装置由传动链13、链轮C22、链轮D23、伺服电机11、霍尔传感器感应片19、霍尔传感器20组成，整套装置安装在输送台架14的外侧；链轮C22和输送链装置中的主动链轮B18同轴安装；伺服电机11与传动链装置中主动链轮D23同轴安装；霍尔传感器感应片19安装在传动链13上，位置可调；霍尔传感器20安装在输送台架14外侧，与霍尔传感器感应片19相对应，但不接触；水平输送链装置中，传动链13每转动一周，水平输送链9上的穴盘推板17走过一个穴盘推板间隔距离L1。\n[0028] 图6显示的穴盘输送导向装置由外侧穴盘输送导轨8、内侧穴盘输送导轨10、横梁\n6、横梁支架26组成；横梁6沿穴盘输送X方向平行布置，横梁6的个数至少有2个；每个横梁6由横梁支架26支撑；每个横梁6上设有滑槽24，滑槽24内装有可移动的滑块25，外侧穴盘输送导轨8和内侧穴盘输送导轨10分别与滑块25联接，外侧穴盘输送导轨8与内侧穴盘输送导轨10之间的宽度大于穴盘宽度，外侧穴盘输送导轨8、内侧穴盘输送导轨10上表面与穴盘表面平齐。\n[0029] 穴盘输送导向装置中滑块25通过螺钉12固定在滑槽24内，松开滑块25上的螺钉\n12，滑块25可以在滑槽24内移动，滑块25在滑槽24内的移动带动外侧穴盘输送导轨8与内侧穴盘输送导轨10移动，从而调整外侧穴盘输送导轨8与内侧穴盘输送导轨10之间的宽度，以适应不同宽度的穴盘。\n[0030] 传动链装置中链轮D23和链轮C22传动比为1:1，输送链装置中链轮A16和链轮B18传动比为1:1；水平输送链装置中链轮A16、链轮B18的半径R1、传动链装置中链轮C22、链轮D23的半径R2、穴盘推板17间隔距离L1、传动链13的长度L2满足： 的条件，依据这一条件，伺服电机11驱动传动链装置上的传动链13每转动一周，带动水平输送链9及水平输送链\n9上的穴盘推板17向前走过一个推板间隔距离L1，同时传动链13上的霍尔传感器感应片19与霍尔传感器20接近一次，霍尔传感器20得到一次感应信号。\n[0031] 本发明穴盘钵苗自动移栽机的输送定位装置的工作过程如下：\n[0032] 步骤一，首先在两套平行布置的穴盘输送定位装置的输送平台5入口处放入供苗盘4和植苗盘15，穴盘输入检测传感器7检测到有穴盘输入，从而启动驱动伺服电机11，伺服电机11驱动传动链13转动，传动链13带动水平输送链9转动，安装在水平输送链9上的穴盘推板17推动供苗盘4和植苗盘15向前移动，直至供苗盘4和植苗盘15第一排穴孔中心线同处于移栽机构取苗爪1工作平面2内，然后伺服电机11停止转动。\n[0033] 步骤二，当第一组供苗盘4、植苗盘15调整到初始工作位置后，保持水平输送链9和传动链13不动，手动调整传动链装置中两霍尔传感器感应片19在两传动链13上的位置，使两霍尔传感器感应片19分别与两霍尔传感器20的感应头对齐，此时水平输送链9和传动链\n13所处位置定义为零点位置。\n[0034] 步骤三，在穴盘输送装置零点位置确定后，依次在第一组供苗盘4和植苗盘15后面的每个穴盘推板17处放入供苗盘4和植苗盘15，并使每个穴盘推板17分别和供苗盘4、植苗盘15保持接触，由于传动链13每转动一周，水平输送链9带动穴盘走过一个穴盘推板间隔距离L1，所以每个穴盘的相对位置也已确定。\n[0035] 步骤四，在移栽机控制系统的指挥下，首先，取苗爪1向供苗盘4的第一排、第一个穴孔中的穴盘苗上方的抓取位置移动，同时，穴盘横向调节装置3在自动移栽机控制系统的指挥下，根据穴盘苗在穴盘中的位置信息开始横向调节供苗盘4与植苗盘15的位置，以减少穴盘苗移栽过程的空行程时间和对穴盘苗的损伤，且使预取穴盘苗和预植穴盘苗的穴位位于取苗爪的工作最佳位置；其次取苗爪1插取穴盘钵苗后向上移动，使穴盘钵苗脱离供苗盘\n4的穴盘；再次取苗爪1携带穴盘钵苗移向植苗盘上方，然后向下移动，将穴盘钵苗插入植苗盘15的第一排、第一个穴孔中；然后取苗爪1在自动移栽机控制系统的指挥下返回供苗盘4的第一排、第二个穴孔上方进入下一循环，最后取苗爪1从供苗盘4第一排其他穴孔中依次取出穴盘钵苗后将穴盘钵苗依次植入植苗盘15的第一排的穴孔中。\n[0036] 步骤五，当取苗爪1取完供苗盘4的第一排穴盘钵苗时，控制器启动供苗盘一侧穴盘输送装置中的伺服电机11，伺服电机11依据供苗盘4两排穴孔中心距离驱动传动链装置上的链轮D23转动一个角度，使供苗盘4向前移动一个穴孔中心距离，然后伺服电机11停止转动，取苗爪1开始下一排穴盘苗的取苗；当取苗爪1植满植苗盘15的一排穴孔时，控制器启动植苗盘一侧穴盘输送装置中的伺服电机11，伺服电机11依据植苗盘15两排穴孔中心距离驱动传动链装置上的链轮D23转动一个角度，使植苗盘15向前移动一个穴孔中心距离，然后伺服电机11停止转动，取苗爪1开始下一排穴孔的植苗。\n[0037] 步骤六，当取苗爪1取完供苗盘4中所有穴盘苗后，控制器驱动供苗盘4输送装置一侧的伺服电机11转动，由此驱动水平输送链9上的穴盘推板17向前移动，穴盘推板17推动输送平台14上的供苗盘4也向前移动，直至伺服电机11驱动传动链13上的霍尔传感器感应片\n19再次和霍尔传感器20的感应头对齐，霍尔传感器20得到感应信号，并控制伺服电机11停止转动，此时水平输送链9上的穴盘推板17刚好将下一供苗盘4的第一排穴盘苗推送至移栽机构取苗爪1的工作平面2内，取苗爪开始下一盘穴盘苗的取苗作业；当取苗爪1将植苗盘15中所有穴孔植入穴盘苗后，控制器驱动植苗盘输送装置一侧的伺服电机11转动，由此驱动水平输送链9上的穴盘推板17向前移动，穴盘推板17推动输送平台14上的植苗盘15也向前移动，直至伺服电机11驱动传动链13上的霍尔传感器感应片19再次和霍尔传感器20的感应头对齐，霍尔传感器20得到感应信号，并控制伺服电机11停止转动，此时水平输送链9上的穴盘推板17刚好将下一盘植苗盘15的第一排穴盘孔推送至移栽机构取苗爪1的工作平面2内，取苗爪开始下一盘植苗盘15的植苗作业。\n[0038] 步骤七，每完成一次供苗盘4或植苗盘15的整盘移栽作业，便在钵苗移栽机两穴盘输送装置的入口处分别置入另一供苗盘4或植苗盘15，重复步骤四至步骤六的自动移栽循环，实现移栽机的循环作业。