本發(fā)明屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)中自動(dòng)化移栽研究領(lǐng)域，具體涉及一種多用途硬莖植物扦插末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

目前花卉、蔬菜等一些植物有很多采用扦插的種植方式來(lái)培育。扦插也稱(chēng)插條，是一種常用的植物繁殖方法。可以剪取植物的莖、枝、根等，或插入土中、沙中，或浸泡在水中，等到生根后就可栽種。相對(duì)于其它的育苗方式植物扦插具有眾多優(yōu)勢(shì)。扦插的一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠大幅節(jié)約育苗成本，育苗周期短，可以實(shí)現(xiàn)苗在短時(shí)期內(nèi)大量繁殖，快速成型。另外扦插屬于無(wú)性繁殖，可以較好地保持母本的優(yōu)良特性，植物的生長(zhǎng)勢(shì)和抗逆性比較強(qiáng)。但是我國(guó)目前的扦插育苗方式機(jī)械自動(dòng)化程度較低主要以人工為主，其作業(yè)效率低，工作量大且生產(chǎn)效率低，從而生產(chǎn)成本變高，并且連續(xù)工作容易疲勞，扦插質(zhì)量難以保證，不利于實(shí)現(xiàn)大面積作業(yè)，故無(wú)法滿(mǎn)足集約化育苗生產(chǎn)的需求，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。扦插機(jī)器人的出現(xiàn)為此問(wèn)題的解決提供了新的途徑，其中最核心的部件之一是扦插機(jī)器人的末端執(zhí)行器，相當(dāng)于人手，是實(shí)現(xiàn)待扦插部分夾取、姿態(tài)調(diào)整的關(guān)鍵，為此，設(shè)計(jì)一種能夠可用于植物扦插作業(yè)的末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)扦插機(jī)器人的穩(wěn)定、準(zhǔn)確工作尤為重要，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，促進(jìn)扦插育苗的機(jī)械化現(xiàn)代化發(fā)展具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題的一種基于并聯(lián)高速移栽機(jī)器人提供一種多用途硬莖植物扦插末端執(zhí)行器。該扦插末端執(zhí)行器安裝在并聯(lián)高速移栽機(jī)器人的動(dòng)平臺(tái)上，能夠滿(mǎn)足多種硬莖植物扦插需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化剪、插的作業(yè)過(guò)程，以提高扦插作業(yè)的質(zhì)量，提高扦插勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器，包括動(dòng)平臺(tái)、推桿氣缸、推桿、推桿連接塊、剪切氣缸、氣動(dòng)剪切器、夾持氣缸、氣動(dòng)夾持器、軸承連接塊、關(guān)節(jié)球軸承和限位螺釘；

所述動(dòng)平臺(tái)上方開(kāi)有通孔，所述推桿氣缸安裝在動(dòng)平臺(tái)上面，且穿過(guò)所述通孔與下面的推桿的一端固定連接；

所述推桿連接塊上表面與推桿的另一端固定連接，下表面與剪切氣缸固定連接；剪切氣缸推桿頂部與氣動(dòng)剪切器的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，通過(guò)剪切氣缸推桿伸縮控制氣動(dòng)剪切器執(zhí)行端的開(kāi)合；

所述關(guān)節(jié)球軸承的一端與動(dòng)平臺(tái)下面連接，所述限位螺釘穿過(guò)動(dòng)平臺(tái)的螺紋孔卡在關(guān)節(jié)球軸承的兩側(cè)限制關(guān)節(jié)球軸承左右移動(dòng)；所述關(guān)節(jié)球軸承的另一端與軸承連接塊上面轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述夾持氣缸與軸承連接塊下面固定連接；所述夾持氣缸推桿頂部與氣動(dòng)夾持器的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，通過(guò)夾持氣缸推桿伸縮控制氣動(dòng)夾持器執(zhí)行端的開(kāi)合。

上述方案中，所述剪切氣缸推桿頂部開(kāi)有長(zhǎng)槽，且長(zhǎng)槽上下開(kāi)有通孔；所述氣動(dòng)剪切器的頂端安裝在長(zhǎng)槽內(nèi)，且通過(guò)銷(xiāo)釘穿過(guò)通孔與推桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。

上述方案中，還包括若干氣管接頭，所述氣管接頭分別安裝在推桿氣缸、剪切氣缸和夾持氣缸的氣口處。

上述方案中，所述氣動(dòng)剪切器的執(zhí)行切割部位為兩個(gè)截面為梯形的刀片。

上述方案中，所述動(dòng)平臺(tái)下面開(kāi)有螺紋孔，所述關(guān)節(jié)球軸承的一端通過(guò)螺紋固定連接在動(dòng)平臺(tái)下面的螺紋孔內(nèi)。

上述方案中，所述關(guān)節(jié)球軸承的另一端通過(guò)銷(xiāo)釘與軸承連接塊的上面轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

上述方案中，所述動(dòng)平臺(tái)上方開(kāi)有的通孔為方孔，所述推桿氣缸通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定連接在動(dòng)平臺(tái)上。

一種安裝有所述多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器的機(jī)器人，包括機(jī)器人主體和多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器；

所述多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)安裝在機(jī)器人主體的支鏈上；所述推桿氣缸、剪切氣缸和夾持氣缸分別與機(jī)器人主體的控制器電連接；

所述機(jī)器人主體的圖像識(shí)別裝置和支鏈分別與機(jī)器人主體的控制器電連接，控制器通過(guò)圖像識(shí)別裝置識(shí)別到條狀苗的位置，并根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果控制支鏈?zhǔn)苟嘤猛居睬o植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器到達(dá)合適的高度；控制器控制夾持氣缸使夾持器執(zhí)行夾取條狀苗的動(dòng)作；控制器控制推桿氣缸的升降使氣動(dòng)剪切器調(diào)節(jié)到合適的位置；控制器控制剪切氣缸使氣動(dòng)剪切器執(zhí)行剪切條狀苗的動(dòng)作；控制器再控制支鏈?zhǔn)苟嘤猛居睬o植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器到達(dá)扦插的位置后下降使條狀苗插入土中，控制器控制夾持氣缸使夾持器放開(kāi)條狀苗并回到原位。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明能夠在一個(gè)工作周期過(guò)程中，該末端執(zhí)行器不僅要完成插土這一個(gè)動(dòng)作，還要完成對(duì)硬莖植物扦插部位的夾取以及剪切，從而實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的多用途化。

2.本發(fā)明識(shí)別通過(guò)圖像識(shí)別反饋技術(shù)，首先通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)得到條狀苗的位置，然后根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果，在末端執(zhí)行器上完成剪切、夾取和插土三個(gè)動(dòng)作。

3.本發(fā)明所述氣動(dòng)夾持器在取苗末端執(zhí)行器的帶動(dòng)下能夠?qū)崿F(xiàn)上下升降動(dòng)作，調(diào)整氣動(dòng)夾持的位置使其能夠夾住苗。

4.本發(fā)明通過(guò)氣動(dòng)夾持器夾取條狀苗，其利用關(guān)節(jié)球軸承的球副特性使整個(gè)夾持器允許一定角度的翻轉(zhuǎn)，從而對(duì)有一定傾斜角度的條狀苗具有自適應(yīng)性。

5.本發(fā)明，所述限位螺釘穿過(guò)動(dòng)平臺(tái)卡在關(guān)節(jié)球軸承兩側(cè)來(lái)限制關(guān)節(jié)球軸承的左右移動(dòng)。

6.本發(fā)明所述氣動(dòng)剪切器能夠在推桿氣缸與推桿的帶動(dòng)下上下移動(dòng)；所述氣動(dòng)剪切器在氣缸的帶動(dòng)下負(fù)責(zé)剪斷苗根，所述氣動(dòng)剪切器的執(zhí)行切割部位為兩個(gè)截面為梯形的刀片，因?yàn)橐懈钣睬o所以對(duì)刀刃要求較高，梯形截面可以提高刀刃的強(qiáng)度。

7.本發(fā)明應(yīng)用于植物的扦插作業(yè)，扦插末端執(zhí)行器安裝在相配套的高速并聯(lián)移栽機(jī)器人上，推桿氣缸、剪切氣缸和夾持氣缸分別與機(jī)器人的控制器電連接，機(jī)器人的圖像識(shí)別裝置也與控制器電連接，通過(guò)圖像識(shí)別裝置的圖像識(shí)別技術(shù)得到條狀苗的位置，然后根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果，分別推桿氣缸、剪切氣缸和夾持氣缸，在末端執(zhí)行器上完成剪切、夾取和插土三個(gè)動(dòng)作，提高工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的一種扦插末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種扦插末端執(zhí)行器剪切部位的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明所述的一種扦插末端執(zhí)行器夾持部位的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明所述的一種扦插末端執(zhí)行器與移栽機(jī)器人的安裝示意簡(jiǎn)圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：1-動(dòng)平臺(tái)、2-推桿氣缸、3-推桿、4-推桿連接塊、5-剪切氣缸、6-氣管接頭、7-氣動(dòng)剪切器、8-條狀苗、9-氣動(dòng)夾持器、10-夾持氣缸、11-軸承連接塊、12-關(guān)節(jié)球軸承、13-限位螺釘、14-機(jī)器人主體、15-支鏈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器，主要包括剪切部位、夾取部位以及氣缸。在扦插作業(yè)中要求完成剪切、夾取、插土這三個(gè)動(dòng)作。通過(guò)圖像識(shí)別反饋技術(shù)，首先通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)得到條狀苗的位置，然后根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果，在末端執(zhí)行器上完成剪切、夾取和插土三個(gè)動(dòng)作。一個(gè)工作周期過(guò)程中，該末端執(zhí)行器不僅要完成插土這一個(gè)動(dòng)作，還完成對(duì)硬莖植物扦插部位的夾取以及剪切，從而實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的多用途化。

圖1所示為本發(fā)明所述多用途硬莖植物扦插末端執(zhí)行器的一種實(shí)施方式，所述多用途硬莖植物扦插末端執(zhí)行器包括動(dòng)平臺(tái)1、推桿氣缸2、推桿3、推桿連接塊4、剪切氣缸5、若干氣管接頭6、氣動(dòng)剪切器7、夾持氣缸10、條狀苗8、氣動(dòng)夾持器9、軸承連接塊11、關(guān)節(jié)球軸承12、限位螺釘13。所述動(dòng)平臺(tái)1上方開(kāi)有方孔。其中，推桿氣缸2通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定連接在在動(dòng)平臺(tái)1上，且穿過(guò)動(dòng)平臺(tái)1所開(kāi)方孔與推桿3固定連接。所述推桿連接塊4上有對(duì)稱(chēng)分布的4個(gè)螺紋孔。所述推桿連接塊4上表面通過(guò)螺釘與推桿3固定連接，下表面通過(guò)與剪切氣缸5固定連接。

如圖2所示，所述剪切氣缸5推桿頂部開(kāi)有長(zhǎng)槽且上下開(kāi)有通孔。所述氣動(dòng)剪切器7的頂端安裝在長(zhǎng)槽內(nèi)，且通過(guò)銷(xiāo)釘穿過(guò)通孔與推桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。通過(guò)剪切氣缸5推桿伸縮控制氣動(dòng)剪切器7執(zhí)行端的開(kāi)合。所述氣動(dòng)剪切器7的執(zhí)行切割部位為兩個(gè)截面為梯形的刀片。所述氣動(dòng)剪切器7能夠在推桿氣缸2與推桿的帶動(dòng)下上下移動(dòng)；所述氣動(dòng)剪切器7在氣缸的帶動(dòng)下負(fù)責(zé)剪斷苗根，所述氣動(dòng)剪切器7的執(zhí)行切割部位為兩個(gè)截面為梯形的刀片，因?yàn)橐懈钣睬o所以對(duì)刀刃要求較高，梯形截面可以提高刀刃的強(qiáng)度。

所述動(dòng)平臺(tái)1下面開(kāi)有螺紋孔，所述關(guān)節(jié)球軸承12的一端通過(guò)螺紋固定連接在動(dòng)平臺(tái)1下面的螺紋孔內(nèi)。所述限位螺釘13穿過(guò)動(dòng)平臺(tái)1的螺紋孔卡在關(guān)節(jié)球軸承12的兩側(cè)來(lái)限制其左右移動(dòng)。所述夾持氣缸10通過(guò)螺釘與軸承連接塊11下面固定連接。所述關(guān)節(jié)球軸承12的另一端與軸承連接塊11的上面通過(guò)銷(xiāo)釘連接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)氣動(dòng)夾持器9夾取條狀苗8，其利用關(guān)節(jié)球軸承12的球副特性使整個(gè)夾持器允許一定角度的翻轉(zhuǎn)，從而對(duì)有一定傾斜角度的條狀苗8具有自適應(yīng)性。

如圖3所示，所述夾持氣缸10推桿頂部與氣動(dòng)夾持器9的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，通過(guò)夾持氣缸10推桿伸縮控制氣動(dòng)夾持器9執(zhí)行端的開(kāi)合。氣動(dòng)夾持器9在取苗末端執(zhí)行器的帶動(dòng)下能夠?qū)崿F(xiàn)上下升降動(dòng)作，調(diào)整氣動(dòng)夾持9的位置使其能夠夾住條狀苗8。

所述氣管接頭6分別安裝在推桿氣缸2、剪切氣缸5和夾持氣缸10的氣口處。

如圖4所示，本發(fā)明所述多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器可安裝在機(jī)器人本體上，形成一種多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器的機(jī)器人，包括機(jī)器人主體14和多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器；所述多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器的動(dòng)平臺(tái)1安裝在機(jī)器人主體14的支鏈15上；所述推桿氣缸2、剪切氣缸5和夾持氣缸10分別與機(jī)器人主體14的控制器電連接；所述機(jī)器人主體14的圖像識(shí)別裝置和支鏈15分別與機(jī)器人主體14的控制器電連接。所述控制器通過(guò)圖像識(shí)別裝置識(shí)別到條狀苗8的位置，并根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果控制支鏈15使多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器到達(dá)合適的高度；控制器控制夾持氣缸10使夾持器9執(zhí)行夾取條狀苗8的動(dòng)作；控制器控制推桿氣缸2的升降使氣動(dòng)剪切器7調(diào)節(jié)到合適的位置；控制器控制剪切氣缸5使氣動(dòng)剪切器7執(zhí)行剪切條狀苗8的動(dòng)作；控制器再控制支鏈15使多用途硬莖植物扦插作業(yè)末端執(zhí)行器到達(dá)扦插的位置后下降使條狀苗8插入土中，控制器控制夾持氣缸10使夾持器9放開(kāi)條狀苗8并回到原位。完成剪切、夾取和插土三個(gè)動(dòng)作，提高工作效率。

本發(fā)明通過(guò)氣動(dòng)夾持器9夾取條狀苗8，其利用關(guān)節(jié)球軸承12的球副特性使整個(gè)夾持器允許一定角度的翻轉(zhuǎn)，從而對(duì)斜著的條狀苗具有自適應(yīng)性；而剪切器負(fù)7責(zé)剪切苗根，通過(guò)與氣缸推桿3固連使其能夠上下運(yùn)動(dòng)。為該扦插作業(yè)末端執(zhí)行器的工作過(guò)程，為初始狀態(tài)，通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)得到條狀苗8的位置，扦插作業(yè)末端執(zhí)行器下降，調(diào)整位置使夾持器9能夠夾住苗，然后由剪切氣缸5推動(dòng)推桿帶動(dòng)氣動(dòng)剪切器7剪斷條狀苗后打開(kāi)，推桿氣缸3回收。最后動(dòng)平臺(tái)1移動(dòng)到要扦插的位置后下降使條狀苗8插入土中打開(kāi)氣動(dòng)夾持器9回到原位，即完成了一個(gè)扦插周期。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。