一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手的製作方法
2023-07-21 09:38:16 2
專利名稱：一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種組培苗移植機械，特別是關於一種適合於培養瓶內組培苗移 植作業的機械手。
背景技術：
在傳統的組培苗繁殖生產過程中，為了獲得更多的苗株數量，通常需要將已 長成的植株分割成帶有腋芽的小莖段(或小塊芽團)，插植到新培養容器內的繼代 培養基上，使之成長為一個新的苗株，然後再進行分割移植，如此進行數十次循 環繁殖作業。該移植過程工作量大，重複性大，需要投入大量的人力和時間。國 外一些研究機構針對該移植過程進行過相關機械裝置的研發，但這些裝置都是針 對盤式育苗設計的，結構龐大。而在實際的工廠化育苗過程中，為儘量減少病菌 感染，多採用細口培養瓶式育苗。與培養盤相比，培養瓶口頸小，內部空間小， 苗株生長狀態和間距均不規則，因此國外開發的組培苗移植裝置並不適合國內實 際育苗生產的需要。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種運動靈活、定位準確、不碰瓶不傷 苗的適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案 一種適於培養瓶內組培苗移植 作業的機械手，它包括一工作檯，所述工作檯上設置有一個具有三個自由度的機
械臂和一個具有兩自由度的手爪機構；所述機械臂包括兩個水平轉動關節機構和
一個豎直移動關節機構，其中兩個水平轉動關節機構為串聯連接，豎直移動關節
機構串聯在所述水平轉動關節機構末端；所述豎直移動關節機構的末端連接所述 手爪機構，所述手爪機構包括一可繞豎直軸線在360°範圍內旋轉、可實現水平和 豎直兩方位的翻轉，且可張開和閉合的取苗手爪。
所述兩個水平轉動關節機構包括串聯的一大臂和一小臂，所述大臂與一固定 在工作檯上的肩關節電機所連接的肩關節軸水平固連，所述小臂與一固定在所述 大臂末端的肘關節電機所連接的肘關節軸水平固連，所述大臂和小臂具有豎直平 行的旋轉軸線。
所述豎直移動關節機構包括在所述小臂末端通過移動關節支架固定的一移動 關節電機，所述移動關節電機輸出軸上連接一主/從動齒輪副，所述從動齒輪轉動支撐在所述小臂上，所述從動齒輪中心通過一內嵌螺母連接一絲槓，所述絲槓具 有兩個對稱的扁平面，與所述兩扁平面位置對應，在所述移動關節支架上固定有 兩個導向塊。
所述手爪機構包括在所述絲槓下端連接的支架上固定的一第一手爪電機，第 一手爪電機輸出軸上連接一手爪柄，手爪柄的上部固定一第二手爪電機並掛接一 彈簧，下部固定一氣爪支架，所述氣爪支架轉動連接所述取苗手爪，並在取苗手 爪上方設置一限制手爪90°翻轉的擋軸；所述取苗手爪的首尾端分別栓接一鋼絲 繩， 一所述鋼絲繩另一端纏繞在所述第二手爪電機的輸出軸上，另一所述鋼絲繩 的另一端栓接在所述彈簧上。
所述取苗手爪包括一直接與所述氣爪支架轉動連接的氣爪，所述氣爪首尾端 連接兩所述鋼絲繩，所述氣爪前端的兩氣爪活動臂上分別連接一手指板。
兩所述手指板的相對內側設置有彈性材料。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明結構簡單，採用 水平轉動和豎直移動組合的機械臂關節機構，運動靈活，定位準確。2、本發明手 爪機構的驅動部分由於設置在與機械臂相連接的末端，在取苗時不伸入苗瓶，其 動力通過鋼絲繩遠距離傳遞到取苗手爪，因此取苗部位結構非常小巧、緊湊，十 分便於在狹小空間內進行取苗作業。3、本發明的取苗手爪在進入苗瓶時呈豎直狀 態，進入苗瓶後翻轉呈水平狀態再進行取苗，因此在取苗過程中不會碰撞苗瓶、 傷苗和影響其它苗株的生長位置。4、手指板前端粘貼有彈性材料，因此在取苗時 不會夾傷苗株莖稈。本發明十分適合於在狹小空間內進行組培苗移植作業。
圖l是本發明的主視圖
圖2是本發明的俯視圖
圖3是圖1中的機械臂水平轉動肩關節機構示意圖 圖4是圖1中的機械臂水平轉動肘關節機構示意圖 圖5是圖1中的豎直移動關節機構示意圖 圖6是圖5中的從動齒輪結構示意圖 圖7是內嵌螺母的結構示意圖
圖8是從動齒輪、內嵌螺母和絲槓的配合結構示意圖
圖9是絲槓的結構示意圖
圖10是圖9的左視示意圖
圖ll是圖1中的手爪機構示意12是手爪機構中的手爪呈水平位置示意圖 圖13是圖12的左視圖
圖14是當氣爪不通氣時兩個手指板張開的示意圖 圖15是當氣爪通氣時兩個手指板閉合的示意圖 圖16是手爪機構中的手爪呈豎直位置示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
如圖l、圖2所示，本發明的整個組培苗移植機械手包括工作檯1、機械臂水 平轉動肩關節機構2、機械臂水平轉動肘關節機構3、機械臂豎直移動關節機構4 和手爪機構5五個部分。工作檯1包括一臺面6，臺面6上同時固定一電機支架7， 和一軸承座支架8，軸承座支架8高於電機支架7。電機支架7和軸承座支架8也 可以設置成一體的。
如圖3所示，機械臂水平轉動肩關節機構2包括設置在電機支架7上的一肩 關節電機9，肩關節電機9的輸出軸向上穿出電機支架7頂部後通過肩關節聯軸器 10豎直連接一肩關節軸11。肩關節軸11採用上、下兩個軸承/軸承座組合12、 13 支撐，其中下軸承座14固定在軸承座支架8的頂部，上軸承座15通過四個螺栓 16固定在與下軸承座14平行的正上方。肩關節軸11的末端通過大臂緊固螺釘17 水平連接一大臂18，大臂18的一端設置一配重塊19，用於與大臂18另一端連接 的機構保持平衡。肩關節電機9通過聯軸器10將動力傳遞到肩關節軸11上，肩 關節軸11帶動與之固連的大臂18及其上的部件以肩關節軸11的軸線為中心做水 平旋轉運動。
如圖4所示，機械臂水平轉動肘關節機構3包括在大臂18另一端固定的一肘 關節電機支架20，在肘關節電機支架20上固定一肘關節電機21。肘關節電機21 輸出軸通過聯軸器22豎直連接一肘關節軸23。肘關節軸23向上穿出大臂18，並 以安裝在大臂18上的軸承24作為支撐，肘關節軸23的末端同樣通過一小臂緊固 螺釘25水平連接一小臂26的一端。肘關節電機21通過聯軸器22帶動肘關節軸 23水平旋轉，從而帶動與之固連的小臂26及其上的部件以肘關節軸23的軸線為 中心做水平旋轉運動。
如圖5所示，機械臂豎直移動關節機構4包括在小臂26另一端固定的一移動 關節電機支架27，在移動關節電機支架27上固定一移動關節電機28。移動關節 電機28的輸出軸通過螺釘與一齒輪軸固連，齒輪軸上固定有主齒輪29，主齒輪 29嚙合連接一從齒輪30。從齒輪30通過設置在小臂26上的軸承31支撐在小臂26上。如圖6 10所示，在從齒輪30中心孔內嵌套一螺母32，通過螺母32的螺 紋連接一作為豎直移動件的絲槓33。為了實現絲槓33的豎直移動，在絲槓33上 設置有兩個對稱的扁平面，與兩扁平面位置對應，在移動關節電機支架27上固定 有兩個導向塊34，起到對絲槓33的導向作用。絲槓33下端穿過螺母32及小臂 26後，連接手爪機構5。在移動關節電機28的驅動下，主齒輪29嚙合從齒輪30 一起旋轉，從齒輪30的旋轉帶動絲槓33在螺母32內做豎直上下運動。
如圖11 13所示，手爪機構5包括連接在絲槓33下端的一支架35，支架35 上固定一第一手爪電機36。第一手爪電機36的輸出軸上通過一螺栓37連接一垂 向的手爪柄38。在手爪柄38的上部固定一第二手爪電機39和一彈簧鉤40;在手 爪柄38的下部固定一氣爪支架41，氣爪支架41具有一內襠，在內襠中，上部設 置一擋軸42，下部通過兩個小銷軸43轉接一氣爪44,氣爪44可以繞小銷軸43 在氣爪支架41內襠中翻轉，並且在翻轉到90。時，擋軸42可以擋住氣爪44。氣 爪44的前端和尾端分別栓接一鋼絲繩45、 46，鋼絲繩45的另一端繞接到第二手 爪電機39的輸出軸上，鋼絲繩46的另一端栓接到掛接在彈簧鉤40上的一彈簧47 上。氣爪44為常規技術產品，如圖14、 15所示，它包含兩個由氣控系統控制的 氣爪活動臂48、 49 (氣控系統圖中未視出)，在兩個氣爪活動臂48、 49上分別連 接一手指板50、 51，手指板50、 51和氣爪44共同構成取苗手爪。手指板50、 51 的內側相對設置有橡膠片等彈性材料52。當氣爪44不通氣時，兩個氣爪活動臂 48、 49張開，與之固連的兩個手指板50、 51也張開，可以進行夾苗。當氣爪44 通氣時，兩個氣爪活動臂48、 49閉合，與之固連的兩個手指板50、 51也閉合， 夾住苗株。
如圖12、圖16所示，當第二手爪電機39正轉時(或定義成反轉也可以)，拉 動鋼絲繩45提升，使得與鋼絲繩45固連的氣爪44以銷軸43的軸線為中心順時 針旋轉，當氣爪44的上表面與擋軸42接觸時，氣爪44的氣爪活動臂48、 49正 好處於水平位置；當第二手爪電機39反轉時(或定義成正轉也可以)，鋼絲繩45 鬆開，氣爪44在彈簧47和鋼絲繩46的拉力下以銷軸43的軸線為中心逆時針旋 轉，當氣爪44的上表面再次與擋軸42接觸時，氣爪44的氣爪活動臂48、 49正 好處於豎直向下的位置。
本發明在使用時，可根據培養瓶中某苗株的位置，自動運行到該位置並抓取
苗株，取苗手爪在進入到苗瓶時呈豎直狀態，進入到苗瓶後翻轉90。，呈水平狀
態再取苗，這樣在取苗過程中不會碰撞到苗瓶，不會傷苗和影響其它苗株的生長 位置，其具體操作過程如下1、 機械臂水平轉動肩關節機構2和肘關節機構3根據手爪末端和苗株抓取點
在水平面內的相對位置，驅動大臂18和小臂26分別做水平旋轉運動，使手爪機 構5末端剛好運動到苗瓶上方。
2、 手爪機構5根據苗株所在方位與氣爪44的開口方向(在瓶外時氣爪44呈 水平狀態)，通過驅動第一手爪電機36帶動手爪機構5繞豎直軸線旋轉，直到氣 爪44的開口中心正對苗株所在位置。
3、 第二手爪電機39反轉，放鬆鋼絲繩45，使氣爪44以銷軸43的軸線為中 心逆時針旋轉90。，氣爪44的開口方向朝下，此時氣爪44呈豎直狀態。
4、 機械臂豎直移動關節機構4根據手指板50、 51末端所在位置，啟動移動 關節電機28，使絲槓33豎直向下運動，使取苗手爪順利通過瓶口，進入到苗株抓 取點位置。
5、 第二手爪電機39正轉，拉動鋼絲繩45向上提升，使氣爪44以銷軸43的 軸線為中心順時針旋轉9(T ，氣爪44處於水平位置(如圖12所示)，且苗株剛好 處於氣爪44前端的手指板50、 51之中。氣爪44通氣，使兩個手指板50、 51閉 合，夾住苗株。
6、 然後再一次啟動移動關節電機28，使絲槓33豎直向上運動，將苗株取出 培養瓶。
權利要求
1、一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於它包括一工作檯，所述工作檯上設置有一個具有三個自由度的機械臂和一個具有兩自由度的手爪機構；所述機械臂包括兩個水平轉動關節機構和一個豎直移動關節機構，其中兩個水平轉動關節機構為串聯連接，豎直移動關節機構串聯在所述水平轉動關節機構末端；所述豎直移動關節機構的末端連接所述手爪機構，所述手爪機構包括一可繞豎直軸線在360°範圍內旋轉、可實現水平和豎直兩方位的翻轉，且可張開和閉合的取苗手爪。
2、 如權利要求l所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵 在於所述兩個水平轉動關節機構包括串聯的一大臂和一小臂，所述大臂與一固 定在工作檯上的肩關節電機所連接的肩關節軸水平固連，所述小臂與一固定在所 述大臂末端的肘關節電機所連接的肘關節軸水平固連，所述大臂和小臂具有豎直 平行的旋轉軸線。
3、 如權利要求l所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵 在於所述豎直移動關節機構包括在所述小臂末端通過移動關節支架固定的一移動關節電機，所述移動關節電機輸出軸上連接一主/從動齒輪副，所述從動齒輪轉 動支撐在所述小臂上，所述從動齒輪中心通過一內嵌螺母連接一絲槓，所述絲槓 具有兩個對稱的扁平面，與所述兩扁平面位置對應，在所述移動關節支架上固定 有兩個導向塊。
4、 如權利要求2所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵 在於所述豎直移動關節機構包括在所述小臂末端通過移動關節支架固定的一移動關節電機，所述移動關節電機輸出軸上連接一主/從動齒輪副，所述從動齒輪轉 動支撐在所述小臂上，所述從動齒輪中心通過一內嵌螺母連接一絲槓，所述絲槓 具有兩個對稱的扁平面，與所述兩扁平面位置對應，在所述移動關節支架上固定 有兩個導向塊。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機 械手，其特徵在於所述手爪機構包括在所述絲槓下端連接的支架上固定的一第一手爪電機，第一手爪電機輸出軸上連接一手爪柄，手爪柄的上部固定一第二手 爪電機並掛接一彈簧，下部固定一氣爪支架，所述氣爪支架轉動連接所述取苗手爪，並在取苗手爪上方設置一限制手爪90°翻轉的擋軸；所述取苗手爪的首尾端分別栓接一鋼絲繩， 一所述鋼絲繩另一端纏繞在所述第二手爪電機的輸出軸上，另一所述鋼絲繩的另一端栓接在所述彈簧上。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於所述取苗手爪包括一直接與所述氣爪支架轉動連接的氣爪， 所述氣爪首尾端連接兩所述鋼絲繩，所述氣爪前端的兩氣爪活動臂上分別連接一 手指板。
7、 如權利要求5所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於所述手爪包括一直接與所述氣爪支架轉動連接的氣爪，所述氣爪首尾端連 接兩所述鋼絲繩，所述氣爪前端的兩氣爪活動臂上分別連接一手指板。
8、 如權利要求1或2或3或4或7所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業 的機械手，其特徵在於兩所述手指板的相對內側設置有彈性材料。
9、 如權利要求5所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於兩所述手指板的相對內側設置有彈性材料。
10、 如權利要求6所述的一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於兩所述手指板的相對內側設置有彈性材料。
全文摘要
本發明涉及一種適於培養瓶內組培苗移植作業的機械手，其特徵在於它包括一工作檯，所述工作檯上設置有一個具有三個自由度的機械臂和一個具有兩自由度的手爪機構；所述機械臂包括兩個水平轉動關節機構和一個豎直移動關節機構，其中兩個水平轉動關節機構為串聯連接，豎直移動關節機構串聯在所述水平轉動關節機構末端；所述豎直移動關節機構的末端連接所述手爪機構，所述手爪機構包括一可繞豎直軸線在360°範圍內旋轉、可實現水平和豎直兩方位的翻轉，且可張開和閉合的手爪。本發明結構簡單靈活，定位準確，手爪的驅動機構在取苗時不伸入苗瓶，只將手爪伸入苗瓶，不碰瓶、不傷苗，十分適合於狹小空間內的取苗作業。
文檔編號A01H4/00GK101416609SQ200810239240
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者張凱良, 張鐵中, 麗 楊 申請人:中國農業大學