一种子叶期补苗机械手及其补苗方法技术

本发明专利技术公开了一种子叶期补苗机械手及其补苗方法，该装置包括底座、第一谐波减速器、第一伺服电机、法兰轴承、第一旋转支架、第二旋转支架、第二谐波减速器、第二伺服电机、同步带滑台、移动支架、第一步进电机、联轴器、固定螺母、丝杆支撑架、传动螺母、螺母套、丝杆、丝杆固定架、末端支架、第二步进电机、传动支架、推力轴承、末端支架盖、连接盘、摄像头支架、底座上盖、旋转支架前盖、旋转支架后盖、移动支架盖，通过伺服电机分别驱动两个相连旋转支架以获得较大工作区域，通过同步带滑台提供的冗余自由度使得机械手更加灵活，在路径规划后获得更高的执行速度，末端支架提供的旋转副可以保证末端执行器准确地对准苗穴，装置结构紧凑、工作范围较大、作业速度高、可靠性高、安装维护方便，满足子叶期穴盘苗的取苗、补苗要求。

A seed leaf filling seedling manipulator and its seedling supplement method

The invention discloses a cotyledon seedling filling manipulator and a seedling filling method thereof. The device comprises a base, a first harmonic reducer, a first servo motor, a flange bearing, a first rotating bracket, a second rotating bracket, a second harmonic reducer, a second servo motor, a synchronous belt slide table, a moving bracket, a first stepping motor, and a coupler. Shaft, fixed nut, screw support frame, drive nut, nut sleeve, screw, screw fixing frame, end bracket, second step motor, drive bracket, thrust bearing, end bracket cover, connecting disc, camera bracket, base upper cover, rotating bracket front cover, rotating bracket rear cover, moving bracket cover, through servo system The motor drives two connected rotating brackets separately to obtain a larger working area. The redundant degree of freedom provided by the synchronous belt sliding table makes the manipulator more flexible and gets a higher execution speed after the path planning. The rotating pair provided by the end bracket can ensure that the end-effector accurately aligns the seedlings. The device is compact in structure. It has the advantages of wide working range, high working speed, high reliability, convenient installation and maintenance, and meets the requirements of seedling collection and filling in cotyledon stage.

【技术实现步骤摘要】
一种子叶期补苗机械手及其补苗方法
本专利技术涉及农业机械领域，尤其是涉及了一种适用于穴盘苗的补苗过程，针对子叶期幼苗，能够高效完成补苗工作的子叶期补苗机械手。
技术介绍
随着设施农业的不断发展，以及农业种植结构的不断调整、改变，穴盘苗种植因为具有能够较好地实现规模化、商业化的特点，在设施农业中占有主要的地位，具有较大的市场及产品需求量。移栽为穴盘苗培育的重要环节之一，机械化、自动化的移栽对配套育苗的要求较高，为避免因培育环境、培养基质的复杂性，以及种子自身情况等因素导致的穴盘空苗、死苗等情况对移栽作业质量的影响，需对其在移栽前或育苗阶段进行补苗作业。但现阶段针对穴盘苗培育过程的研究主要集中在移栽机器人方面。补苗过程中，缺苗的位置是随机的，备用苗苗盘中有苗的位置也是随机的，且缺苗的数量以及备用苗苗盘中有苗的数量并不确定，故需对苗盘进行识别后，分析待补苗苗盘与备用苗盘的苗穴信息，进行最优行程规划后进行单株的补苗操作。为更高效的完成批量、集中、高效的作业过程，机械手还需要有较大的工作范围以及运动速度。传统的移栽机器人并不适用于该过程。同时，子叶期的幼苗叶片较少，空穴识别率较高，在进行补苗操作后不影响培育后基质与穴格的粘附力，能够为移栽提供长势整齐、健康的穴盘苗。但子叶期幼苗根系较不发达且较为脆弱，基质松散尚未形成结实跟坨，现有的补苗机械手主要针对成苗设计，对子叶期幼苗进行直接取苗时，不能够完整的取出幼苗及其基质，且易破坏其根系。为了减少补苗工作所需的劳动力，特别需要一种能够适用于穴盘苗的补苗过程，针对子叶期幼苗，能够快速、准确完成补苗操作的补苗机械手
技术实现思路
本专利技术的目的解决现有移栽机器人并不适用于补苗过程的复杂路径运动过程的问题，本专利技术提出一种能够高效完成穴盘苗补苗操作的子叶期补苗机械手，通过伺服电机分别驱动两个相连旋转支架以获得较大工作区域覆盖更多苗盘，实现批量、集中、高效的作业过程，通过同步带滑台提供的冗余自由度使得经路径规划之后可以获得更高的执行速度。通过末端的旋转副保证末端执行器能够准确地对准苗穴。整个补苗机械手结构紧凑、占地面积小，但工作范围大、作业速度快，可靠性及精度较高，为穴盘苗的补苗过程提供了性能优良的补苗机械手。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：子叶期补苗机械手，其包括底座、第一谐波减速器、第一伺服电机、法兰轴承、第一旋转支架、第二旋转支架、第二谐波减速器、第二伺服电机、同步带滑台、移动支架、第一步进电机、联轴器、固定螺母、丝杆支撑架、传动螺母、螺母套、丝杆、丝杆固定架、末端支架、第二步进电机、传动支架、推力轴承、末端支架盖、连接盘、摄像头支架；底座为柱体，其顶部开有圆形孔，沿圆周布有四个突出的第一弧形支撑板，第一弧形支撑板开设有螺纹孔，四个第一弧形支撑板沿圆形孔中心对称分布；底座内部开有阶梯平台，平台上部设有旋转轴；底座顶部圆形孔与旋转轴中心轴线重合；第一谐波减速器内部为第一柔轮，第一柔轮中部装有谐波发生器，第一谐波减速器外部为第一刚轮；第一谐波减速器中的第一刚轮通过螺钉固定在底座上部圆形孔中，第一伺服电机通过螺钉固定在第一弧形支撑板的螺纹孔中，第一伺服电机转轴插入第一柔轮中部的谐波发生器中，并通过键进行固定；第一旋转支架中部为矩形平板，平板下部有支撑肋板，一端为倒置圆筒形，其顶部开设螺纹安装孔；另一端为正置圆筒形，其底部开设螺纹安装孔；法兰轴承安装在底座的旋转轴上，法兰轴承外部安装在第一旋转支架的倒置圆筒形内部，第一谐波减速器的第一柔轮通过螺钉固定在倒置圆筒形顶部的螺纹安装孔中；在第一伺服电机的驱动下由第一谐波减速器传动带动第一旋转支架构成旋转副；第二旋转支架前部为空心柱体，开有阶梯圆孔，阶梯圆孔上部沿孔圆周布有四个突出的第二弧形支撑板，第二弧形支撑板上开设有螺纹孔，四个第二弧形支撑板沿圆形孔中心对称分布；第二旋转支架后部为矩形立板，且矩形立板靠近阶梯圆孔一侧开有矩形槽；第二谐波减速器内部为第二柔轮，第二柔轮中部装有谐波发生器；第二谐波减速器外部为第二刚轮；第二谐波减速器的第二柔轮通过螺钉固定在第一旋转支架正直圆筒形内部，第二刚轮通过螺钉固定在第二旋转支架的阶梯圆孔中，第二伺服电机通过螺钉固定在第二弧形支撑板上，第二伺服电机转轴插入第二柔轮中部的谐波发生器中，通过键进行固定；第一旋转支架的正置圆筒形与第二旋转支架前端阶梯圆孔的中心轴线重合；在第二伺服电机的驱动下由第二谐波减速器传动带动第二旋转支架构成旋转副；同步带滑台的箱体通过螺钉固定在第二旋转支架的矩形立板上，驱动电机从矩形立板的矩形槽中伸出；滑台在驱动电机驱动下沿箱体运动构成平移副；移动支架上部有伸出挡板，第一步进电机通过螺钉固定在移动支架的伸出挡板上；丝杆一端通过联轴器与第一步进电机转轴连接，同时丝杆一端通过固定螺母限位固定在丝杆支撑架中，另一端从丝杆固定架中穿过并固定；传动螺母为阶梯柱体，上部为椭圆柱体，下部位圆柱体，其通过螺纹固定在丝杆上构成螺旋副；螺母套为空心柱体，其中部开有圆形通孔，该圆形通孔穿过传动螺母下部圆柱体后通过螺钉固定在传动螺母上；丝杆支撑架及丝杆固定架分别通过螺钉固定在移动支架上；末端支架后段固定在螺母套上，前段为带圆角的矩形柱体，其中心开有从上到下直径变小的阶梯圆孔；推力轴承外径与阶梯圆孔中部内径一致，安装于阶梯圆孔中；传动支架为阶梯圆柱体，其下部圆柱外径与推力轴承内孔直径一致，插入推力轴承内孔中；传动支架上部中心开有带键槽的圆形孔，第二步进电机通过螺钉固定在末端支架上，第二步进电机转轴插入传动支架中部圆形孔中，通过键固定；传动支架下部开有多个螺纹孔；连接盘为圆形盘，中部及周围开有多个螺纹孔，其中部螺纹孔与传动支架下部螺纹孔开孔数量及位置一致，通过螺钉固定在传动支架上，连接盘周围螺纹孔用于安装末端执行器；摄像头支架通过螺钉固定在第二旋转支架上。基于上述技术方案，还可以提供如下若干优选实现方式：作为优选，还包括底座上盖，底座上盖为罩于第一伺服电机外部的中空柱体，底部通过螺钉与底座固定。作为优选，还包括旋转支架前盖和旋转支架后盖；旋转支架前盖为半包围中空柱体，其一侧开有矩形槽，通过螺钉固定在第二旋转支架上；旋转支架后盖为中空柱体，其通过螺钉固定在第二旋转支架上；驱动电机从矩形立板的矩形槽中伸出后，被包裹在旋转支架后盖内部；旋转支架前盖一侧的矩形槽与第二旋转支架后部矩形立板构成完整矩形通孔，同步带滑台从完整矩形通孔中穿过。作为优选，还包括移动支架盖，移动支架为矩形半箱体，移动支架盖为矩形半箱体，通过螺钉固定在移动支架上组成完整矩形箱体。作为优选，还包括末端支架盖，且末端支架盖为中空柱体，通过螺钉固定在末端支架上。作为优选，所述的摄像头支架上安装有用于拍摄下方图像的摄像头。本专利技术的另一目的在于提供一种采用如上所述子叶期补苗机械手的补苗方法，其步骤如下：第一步：将机械手置于两相邻苗床过道间的移动平台上，并将末端执行器安装于连接盘周围螺纹孔上；第二步：控制第一旋转支架、第二旋转支架，使其分别在第一伺服电机、第二伺服电机的驱动下旋转，使得摄像头支架处于苗床过道一侧并列的三个苗盘中心上方处，利用摄像头拍照识别空穴位置；识别完成后，第一旋转支架、第二旋转支架旋转至另一侧，完成相同操作；若两侧均没有空穴，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种子叶期补苗机械手，其特征在于包括底座(1)、第一谐波减速器(2)、第一伺服电机(3)、法兰轴承(4)、第一旋转支架(5)、第二旋转支架(6)、第二谐波减速器(7)、第二伺服电机(8)、同步带滑台(9)、移动支架(10)、第一步进电机(11)、联轴器(12)、固定螺母(13)、丝杆支撑架(14)、传动螺母(15)、螺母套(16)、丝杆(17)、丝杆固定架(18)、末端支架(19)、第二步进电机(20)、传动支架(21)、推力轴承(22)、末端支架盖(23)、连接盘(24)、摄像头支架(25)；底座(1)为柱体，其顶部开有圆形孔，沿圆周布有四个突出的第一弧形支撑板(1‑1)，第一弧形支撑板(1‑1)开设有螺纹孔，四个第一弧形支撑板(1‑1)沿圆形孔中心对称分布；底座(1)内部开有阶梯平台，平台上部设有旋转轴(1‑2)；底座(1)顶部圆形孔与旋转轴(1‑2)中心轴线重合；第一谐波减速器(2)内部为第一柔轮(2‑1)，第一柔轮(2‑1)中部装有谐波发生器，第一谐波减速器(2)外部为第一刚轮(2‑2)；第一谐波减速器(2)中的第一刚轮(2‑2)通过螺钉固定在底座(1)上部圆形孔中，第一伺服电机(3)通过螺钉固定在第一弧形支撑板(1‑1)的螺纹孔中，第一伺服电机(3)转轴插入第一柔轮(2‑1)中部的谐波发生器中，并通过键进行固定；第一旋转支架(5)中部为矩形平板，平板下部有支撑肋板(5‑1)，一端为倒置圆筒形(5‑2)，其顶部开设螺纹安装孔；另一端为正置圆筒形(5‑3)，其底部开设螺纹安装孔；法兰轴承(4)安装在底座(1)的旋转轴(1‑2)上，法兰轴承(4)外部安装在第一旋转支架(5)的倒置圆筒形(5‑2)内部，第一谐波减速器(2)的第一柔轮(2‑1)通过螺钉固定在倒置圆筒形(5‑2)顶部的螺纹安装孔中；在第一伺服电机(3)的驱动下由第一谐波减速器(2)传动带动第一旋转支架(5)构成旋转副；第二旋转支架(6)前部为空心柱体，开有阶梯圆孔，阶梯圆孔上部沿孔圆周布有四个突出的第二弧形支撑板(6‑1)，第二弧形支撑板(6‑1)上开设有螺纹孔，四个第二弧形支撑板(6‑1)沿圆形孔中心对称分布；第二旋转支架(6)后部为矩形立板(6‑2)，且矩形立板(6‑2)靠近阶梯圆孔一侧开有矩形槽；第二谐波减速器(7)内部为第二柔轮(7‑1)，第二柔轮(7‑1)中部装有谐波发生器；第二谐波减速器(7)外部为第二刚轮(7‑2)；第二谐波减速器(7)的第二柔轮(7‑1)通过螺钉固定在第一旋转支架(5)正直圆筒形(5‑3)内部，第二刚轮(7‑2)通过螺钉固定在第二旋转支架(6)的阶梯圆孔中，第二伺服电机(8)通过螺钉固定在第二弧形支撑板(6‑1)上，第二伺服电机(8)转轴插入第二柔轮(7‑1)中部的谐波发生器中，通过键进行固定；第一旋转支架(5)的正置圆筒形(5‑3)与第二旋转支架(6)前端阶梯圆孔的中心轴线重合；在第二伺服电机(8)的驱动下由第二谐波减速器(7)传动带动第二旋转支架(6)构成旋转副；同步带滑台(9)的箱体(9‑1)通过螺钉固定在第二旋转支架(6)的矩形立板(6‑2)上，驱动电机(9‑3)从矩形立板(6‑2)的矩形槽中伸出；滑台(9‑2)在驱动电机(9‑3)驱动下沿箱体(9‑1)运动构成平移副；移动支架(10)上部有伸出挡板，第一步进电机(11)通过螺钉固定在移动支架(10)的伸出挡板上；丝杆(17)一端通过联轴器(12)与第一步进电机(11)转轴连接，同时丝杆(17)一端通过固定螺母(13)限位固定在丝杆支撑架(14)中，另一端从丝杆固定架(18)中穿过并固定；传动螺母(15)为阶梯柱体，上部为椭圆柱体，下部位圆柱体，其通过螺纹固定在丝杆(17)上构成螺旋副；螺母套(16)为空心柱体，其中部开有圆形通孔，该圆形通孔穿过传动螺母(15)下部圆柱体后通过螺钉固定在传动螺母(15)上；丝杆支撑架(14)及丝杆固定架(18)分别通过螺钉固定在移动支架(10)上；末端支架(19)后段固定在螺母套(16)上，前段为带圆角的矩形柱体，其中心开有从上到下直径变小的阶梯圆孔(19‑1)；推力轴承(22)外径与阶梯圆孔(19‑1)中部内径一致，安装于阶梯圆孔(19‑1)中；传动支架(21)为阶梯圆柱体，其下部圆柱外径与推力轴承(22)内孔直径一致，插入推力轴承(22)内孔中；传动支架(21)上部中心开有带键槽的圆形孔，第二步进电机(20)通过螺钉固定在末端支架(19)上，第二步进电机(20)转轴插入传动支架(21)中部圆形孔中，通过键固定；传动支架(21)下部开有多个螺纹孔；连接盘(24)为圆形盘，中部及周围开有多个螺纹孔，其中部螺纹孔与传动支架(21)下部螺纹孔开孔数量及位置一致，通过螺钉固定在传动支架(21)上，连接盘(24)周围螺纹孔用于安装末端执行器；摄...

【技术特征摘要】
1.一种子叶期补苗机械手，其特征在于包括底座(1)、第一谐波减速器(2)、第一伺服电机(3)、法兰轴承(4)、第一旋转支架(5)、第二旋转支架(6)、第二谐波减速器(7)、第二伺服电机(8)、同步带滑台(9)、移动支架(10)、第一步进电机(11)、联轴器(12)、固定螺母(13)、丝杆支撑架(14)、传动螺母(15)、螺母套(16)、丝杆(17)、丝杆固定架(18)、末端支架(19)、第二步进电机(20)、传动支架(21)、推力轴承(22)、末端支架盖(23)、连接盘(24)、摄像头支架(25)；底座(1)为柱体，其顶部开有圆形孔，沿圆周布有四个突出的第一弧形支撑板(1-1)，第一弧形支撑板(1-1)开设有螺纹孔，四个第一弧形支撑板(1-1)沿圆形孔中心对称分布；底座(1)内部开有阶梯平台，平台上部设有旋转轴(1-2)；底座(1)顶部圆形孔与旋转轴(1-2)中心轴线重合；第一谐波减速器(2)内部为第一柔轮(2-1)，第一柔轮(2-1)中部装有谐波发生器，第一谐波减速器(2)外部为第一刚轮(2-2)；第一谐波减速器(2)中的第一刚轮(2-2)通过螺钉固定在底座(1)上部圆形孔中，第一伺服电机(3)通过螺钉固定在第一弧形支撑板(1-1)的螺纹孔中，第一伺服电机(3)转轴插入第一柔轮(2-1)中部的谐波发生器中，并通过键进行固定；第一旋转支架(5)中部为矩形平板，平板下部有支撑肋板(5-1)，一端为倒置圆筒形(5-2)，其顶部开设螺纹安装孔；另一端为正置圆筒形(5-3)，其底部开设螺纹安装孔；法兰轴承(4)安装在底座(1)的旋转轴(1-2)上，法兰轴承(4)外部安装在第一旋转支架(5)的倒置圆筒形(5-2)内部，第一谐波减速器(2)的第一柔轮(2-1)通过螺钉固定在倒置圆筒形(5-2)顶部的螺纹安装孔中；在第一伺服电机(3)的驱动下由第一谐波减速器(2)传动带动第一旋转支架(5)构成旋转副；第二旋转支架(6)前部为空心柱体，开有阶梯圆孔，阶梯圆孔上部沿孔圆周布有四个突出的第二弧形支撑板(6-1)，第二弧形支撑板(6-1)上开设有螺纹孔，四个第二弧形支撑板(6-1)沿圆形孔中心对称分布；第二旋转支架(6)后部为矩形立板(6-2)，且矩形立板(6-2)靠近阶梯圆孔一侧开有矩形槽；第二谐波减速器(7)内部为第二柔轮(7-1)，第二柔轮(7-1)中部装有谐波发生器；第二谐波减速器(7)外部为第二刚轮(7-2)；第二谐波减速器(7)的第二柔轮(7-1)通过螺钉固定在第一旋转支架(5)正直圆筒形(5-3)内部，第二刚轮(7-2)通过螺钉固定在第二旋转支架(6)的阶梯圆孔中，第二伺服电机(8)通过螺钉固定在第二弧形支撑板(6-1)上，第二伺服电机(8)转轴插入第二柔轮(7-1)中部的谐波发生器中，通过键进行固定；第一旋转支架(5)的正置圆筒形(5-3)与第二旋转支架(6)前端阶梯圆孔的中心轴线重合；在第二伺服电机(8)的驱动下由第二谐波减速器(7)传动带动第二旋转支架(6)构成旋转副；同步带滑台(9)的箱体(9-1)通过螺钉固定在第二旋转支架(6)的矩形立板(6-2)上，驱动电机(9-3)从矩形立板(6-2)的矩形槽中伸出；滑台(9-2)在驱动电机(9-3)驱动下沿箱体(9-1)运动构成平移副；移动支架(10)上部有伸出挡板，第一步进电机(11)通过螺钉固定在移动支架(10)的伸出挡板上；丝杆(17)一端通过联轴器(12)与第一步进电机(11)转轴连接，同时丝杆(17)一端通过固定螺母(13)限位固定在丝杆支撑架(14)中，另一端从丝杆固定架(18)中穿过并固定；传动螺母(15)为阶梯柱体，上部为椭圆柱体，下部位圆柱体，其通过螺纹固定在丝杆(17)上构成螺旋副；螺母套(16)为空心柱体，其中部开有圆形通孔，该圆形通孔穿过传动螺母(15)下部圆柱体后通过螺钉固定在传动螺母(15)上；丝杆支撑架(14)及丝杆固定架(18)分别通过螺钉固定在移动支架(10)上；末端支架(19)后段...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝一枫，王永维，倪梅娣，谢文兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33