夹苗机械手夹持力检测系统及使用该系统的检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种夹苗机械手夹持力检测系统及使用该系统的检测方法，检测方法包括如下步骤：步骤一，通过设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹持时检测夹持受力段相应位置处承受的压力F2；步骤二，将步骤一中得到的压力F2，带入如下计算公式中计算得到转动夹苗针的夹持受力段的总夹持力FN： F N = ΣF 3 = ∫ L 3 L 4 F 2 L 3 Δ L · L d L . ]]>根据转动夹苗针在夹取钵苗时受力呈线性分布的规律，进一步分析后得出夹苗机械手上夹持受力段总的夹持力与某一点的夹持力之间的关系式，因此将压力传感器紧贴在转动夹取针的夹持受力段内侧使检测到的夹持力更加的精准无误，无限接近于真实值。

Clamping force detecting system of seedling clamping manipulator and detection method using the same

The invention relates to a seedling manipulator clamping force detecting system and the use of the system detection method, detection method comprises the following steps: step one, a pressure sensor inside the section stress by setting in the seedling manipulator by rotating the seedling needle clip in rotating seedling needle and corresponding clip seedling needle closed clamping force detecting clamping pressure F2 under section at the corresponding position; step two, will get a step pressure F2, to calculate the seedling rotation needle clamping force the total clamping force FN:F N = &Sigma formula as follows; F = 3 & Integral L; 3 L 4 F 2 L 3 Δ L · L D L]]>. According to a linear distribution rule of stress in the seedling needle rotation clip seedling, further analyzed the seedling manipulator clamping force total clamping force and the clamping Therefore, the pressure sensor is tightly pressed on the inner side of the clamping force section of the rotating clamping pin, so that the clamping force is more accurate and accurate, and can be infinitely close to the true value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种夹苗机械手夹持力检测系统及使用该系统的检测方法。
技术介绍
早在20世纪70年代，蔬菜、花卉等作物的育苗移栽已经是一种专门化的温室生产模式，穴盘苗技术已经出现，并且显示出了极为强大的生命力。进入21世纪以来，这项技术已经被广泛用于一、二年生草木花卉的生产中，同时也在一些蔬菜作物和烟草等一些经济作物上得到了大面积的推广应用。我国目前已经初步建立了工厂化育苗技术体系，仅蔬菜商品苗产量就达到了1000多亿株以上。目前，荷兰等设施园艺发达国家已经广泛使用移栽机进行幼苗移栽作业，如荷兰飞梭公司的PIC-O-MATPC-21型温室穴盘苗自动移栽机、澳大利亚TRANSLATESYSTEMS公司的XT616型茶树穴盘苗专用移栽机，但在国内移栽作业还是劳动密集型工作，主要靠手工完成。但随着城镇化进程的加速，农村的劳动力严重不足，国内的种植户特别是大型的有规模的农场对幼苗移栽的机械化、自动化的渴望越来越明显。我国穴盘苗移栽处于人工取苗半自动栽苗水平，所以研发结构简单、功能精良并适于当地育苗生产的取苗装置是实现穴盘苗全自动移栽的关键。目前，国内尚未设计出能够实际生产应用的自动移栽机，主要原因是机构设计中取苗爪与钵体相互作用规律不清，穴盘苗的生物力学特性数据短缺，机构设计与育苗工艺不相结合，取苗过程中夹持力不稳定不精确，力大了苗易散，力小了苗无法完整离开苗盘等现实性问题，严重制约着自动移栽机的发展。目前市场上并没有专门用于测量机械手夹持力的成熟系统，更别谈在难度系数极高的穴盘苗移栽领域方面的推广应用。部分生产厂家是通过估计一个合理值或依据生产经验，再加上测试修改，得到一个合理的值。还有部分厂家利用的检测系统并不准确，仍然需要测试修改，大大降低了生产率。因此，有必要设计相应的系统和方法，来检测夹苗机械手的夹持力，从而实现穴盘苗移栽自动化、简洁化、智能化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、成本低的夹苗机械手夹持力检测系统，；同时，本专利技术还提供一种使用上述检测系统的夹苗机械手夹持力检测方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的夹苗机械手夹持力检测系统的技术方案是：夹苗机械手夹持力检测系统，用于设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，以在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹苗时检测夹持受力段相应位置处受力，压力传感器的信号输出端连接有相应的信号处理单元。所述压力传感器为PVDF压电薄膜传感器。所述信号处理单元包括依次布置的滤波电路、放大电路、A/D转换电路及算法处理模块，信号处理单元通过无线输出模块与移动显示终端和/或PC显示终端信号连接。本专利技术所提供的使用上述检测系统的夹苗机械手夹持力检测方法的技术方案是：一种夹苗机械手夹持力检测方法，包括如下步骤：步骤一，通过设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹苗时检测夹持受力段相应位置处承受的压力F2；步骤二，将步骤一中得到的压力F2，带入如下计算公式中计算得到转动夹苗针的夹持受力段的总夹持力FN：将转动夹苗针的转动轴线所在的位置定为参考点，L3为夹持受力段的靠近参考点的近端与参考点的距离，L4为夹持受力段的远离参考点的远端与参考点的距离，ΔL为压力传感器在夹持受力段延伸方向上的宽度，L为夹持受力段上任意一个假设点距离参考点的距离，F3为该假设点所承受的压力。所述步骤一中的压力传感器为PVDF压电薄膜传感器。本专利技术的有益效果在于：1、根据转动夹苗针在与相应夹苗针配合夹取钵苗时受力呈线性分布的规律，进一步分析后得出夹苗机械手上夹持受力段总的夹持力与某一点的夹持力之间的关系式，因此将压力传感器紧贴在转动夹取针的夹持受力段内侧使检测到的夹持力更加的精准无误，无限接近于真实值。2、方便工作人员对夹持力的大小进行精确检测，可方便操作人员对夹持力大小进行准确掌控，实现无损夹持，避免了损耗，降低成本，在工业应用上有良好的前景。附图说明图1为一种夹苗机械手在穴盘中夹持取苗操作时的结构示意图；图2为本专利技术所提供的夹苗机械手夹持力检测系统的一种实施例的结构示意图；图3为图2所示检测系统中压电薄膜传感器应用在图1所示夹苗机械手的转动夹苗针上的受力分析示意图；图4为图1所示夹苗机械手的有限元分析图；图5为对应图4有限元分析的网格划分图；图6为图4有限元分析中最大应力图；图7为图4有限元分析中最大变形量图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。为更好的说明本专利技术所提供的夹苗机械手夹持力检测系统及检测方法,首先介绍一种夹苗机械手,包括支架,支架前端设有并行布置的两个轴套,两轴套中转动装配有支撑转轴,每个支撑转轴1上分别固设有一个转动夹苗针6，转动夹苗针6与支撑转轴1固定。两转动夹苗针6的下部分别具有夹持受力段，夹持受力段位于支撑转轴1下方，两转动夹苗针在绕支撑转轴转动过程，两转动夹苗针的夹持受力段相向闭合、相背打开以实现闭合夹苗、打开投放的取投动作。在两夹苗针安装架之间设有拉簧4，拉簧4向两转动夹苗针6施加迫使两转动夹苗针转动而使得两夹持受力段相背打开的作用力。在两转动夹苗针之间设有转动的顶推盘2，顶推盘2的转动轴线在图1中沿左右方向延伸，顶推盘对应每个转动夹苗针分别设有与对应转动夹苗针顶推配合且朝着顶推方向逐渐升高的顶推过渡面，顶推过渡面向夹苗针施加的顶替作用力与拉簧所施加的弹性作用力方向相反。转动夹苗针上设有用于顶压在顶推盘上的压紧螺钉5，在顶推盘转动过程中，当压紧螺钉5移动至顶推过渡面上时，压紧螺钉将绕相应支撑转轴朝着远离顶推盘的方向转动，此时，在克服拉簧4作用力的情况下，将迫使两夹持受力段相向闭合以实现夹持。夹苗机械手使用时，伸入穴盘7中以夹取内部的钵苗。本专利技术所提供的夹苗机械手夹持力检测系统的实施例，如图2所示，该检测系统包括用于设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，压力传感器为PVDF压电薄膜传感器，以在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹持时检测夹持受力段相应位置处受力，压力传感器的信号输出端连接有相应的信号处理单元，此处的信号处理单元包括依次布置的滤波电路、放大电路、A/D转换电路及算法处理模块，信号处理单元通过无线输出模块与移动显示终端和或PC显示终端信号连接。对于PVDF压电薄膜传感器，压电材料受力后表面产生电荷，此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。分析可知，夹苗机械手在夹苗过程中会发生滑动、颤抖现象，会对压电薄膜传感器造成影响，所以，在分析的时候应注意去除杂波信号，要设计滤波电路进行干扰信号处理。在压电薄膜传感器后设计相应的滤波电路进行滤除杂波，相应的放大电路进行放大信号，然后经过无线传输模块将信号传送给电脑，在设计检测电路的时候充分考虑其准确性，标准值的线性相关程度等。滤波电路，经过分析了解到，在机械手的转动夹苗针从接触穴盘中的钵苗到夹持的过程中，会发生微小的滑动，抖动的现象，此时，会对压电薄膜传感器的实时检测带来误差的影响，所以，在分析的时候应注意去除杂波信号，要设计滤波电路进行干扰信号处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
夹苗机械手夹持力检测系统，其特征在于：用于设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，以在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹苗时检测夹持受力段相应位置处受力，压力传感器的信号输出端连接有相应的信号处理单元。

【技术特征摘要】
1.夹苗机械手夹持力检测系统，其特征在于：用于设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压力传感器，以在转动夹苗针与相应夹苗针闭合夹苗时检测夹持受力段相应位置处受力，压力传感器的信号输出端连接有相应的信号处理单元。2.根据权利要求1所述的夹苗机械手夹持力检测系统，其特征在于：所述压力传感器为PVDF压电薄膜传感器。3.根据权利要求1或2所述的夹苗机械手夹持力检测系统，其特征在于：所述信号处理单元包括依次布置的滤波电路、放大电路、A/D转换电路及算法处理模块，信号处理单元通过无线输出模块与移动显示终端和/或PC显示终端信号连接。4.一种夹苗机械手夹持力检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，通过设置在夹苗机械手所具有的转动夹苗针的夹持受力段内侧的压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，金鑫，杜壮壮，于光辉，刘冲，彭林，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41