本發(fā)明涉及移栽機械領(lǐng)域，具體地說是一種夾持力可控的移栽機械手及其移栽方法。

背景技術(shù)：

旱地移栽機的在工作時需要完成的動作主要包括四個：取苗、投苗、栽植、覆土鎮(zhèn)壓。在取苗過程中，需要考慮取苗夾爪對秧苗的夾持力影響，若夾苗夾爪在工作時夾持力度過小，則會造成對幼苗根系基質(zhì)的影響，造成基質(zhì)散落，出現(xiàn)移栽露苗的情況；同時若夾持秧苗的夾持力過大，還會造成秧苗根系的損傷，降低了秧苗移栽的成活率。因此移栽過程中頻繁出現(xiàn)取苗爪傷苗或漏苗的情況，特別是大面積移栽作業(yè)時，則會帶來田地減產(chǎn)，造成資源浪費，給農(nóng)民帶來巨大經(jīng)濟損失。

在目前的移栽機取苗機構(gòu)中，少有移栽機對取苗爪進行夾持力的控制，并且大部分驅(qū)動機構(gòu)使用凸輪或電機，夾取力緩沖性較小，容易傷苗。專利cn104280335a提供了一種利用壓力傳感器檢測夾持力的方法，但其所述的壓力傳感器需要在取苗針上滑動，動作實現(xiàn)較難且易出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)。

在移栽過程中，移栽機械手夾取的是幼苗，并且基質(zhì)體積一定，所以取苗機械手動作變化較小且夾持力較小，考慮到夾取力對幼苗的作用，應(yīng)提供一種力度較柔的取苗機械手，專利cn105638054a使用具有一定彈性的取苗針，但彈性不可控制，夾取作用力緩沖性較小，易在夾取動作時傷苗。

為了減少在移栽過程中由于取苗機械手在取苗時夾持力過大或由于夾持力緩沖性太小，造成秧苗損傷或秧苗基質(zhì)散落情況的發(fā)生，本發(fā)明提出一種夾持力可控的移栽機械手。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種夾持力可控的移栽機械手及其移栽方法，解決目前移栽機工作過程中由于取苗機械手夾持力不易控制而造成傷苗或者漏苗的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種夾持力可控的移栽機械手，包括底座、通過取苗針轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動設(shè)置于底座表面上的兩只鐵質(zhì)的取苗針以及夾持力控制裝置，取苗針轉(zhuǎn)軸與取苗針構(gòu)成杠桿機構(gòu)，兩只取苗針的下端構(gòu)成用于取苗投苗的取苗爪，所述的夾持力控制裝置包括設(shè)置于兩只取苗針之間上部位置的氣囊、用于為氣囊充放氣的氣泵以及取苗爪兩側(cè)分別設(shè)置的電磁鐵單元；

本發(fā)明所述的底座上還設(shè)有用于控制夾持力控制裝置的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制器、電磁鐵通斷電控制單元以及設(shè)置于取苗針與氣囊之間的壓電薄膜傳感器，壓電薄膜傳感器與控制器連接，控制器分別與電磁鐵通斷電控制單元和氣泵連接，壓電薄膜傳感器將檢測到的氣囊與取苗針膨脹接觸的壓力信號傳遞給控制器，控制器通過對壓力信號的判斷控制電磁鐵通斷電控制單元的通斷電以及氣囊的充放氣，進而控制取苗爪的投苗和取苗以及取苗爪的夾持力。

本發(fā)明所述取苗針轉(zhuǎn)軸位于取苗針的中點處使得取苗針轉(zhuǎn)軸與取苗針構(gòu)成1:1的杠桿機構(gòu)。

本發(fā)明所述的氣囊與氣泵之間通過設(shè)置在氣囊頂部開口處的氣壓連接管連接。

本發(fā)明所述的氣囊為長條型，長條型氣囊的四面設(shè)有固定擋板，當氣囊充氣時，其膨脹方向為推動取苗針的方向。

本發(fā)明所述取苗爪的兩側(cè)還設(shè)有限位桿，限位桿通過限位螺栓固定在底座上取苗爪兩側(cè)設(shè)置的限位槽中，通過調(diào)節(jié)限位螺栓在限位槽中的位置實現(xiàn)對取苗針的不同程度的限位來控制取苗針下端夾緊距離。

本發(fā)明所述的底座上還設(shè)有l(wèi)cd顯示屏，所述的控制器與lcd顯示屏連接，控制器將壓電薄膜傳感器檢測的壓力信號顯示在lcd顯示屏上。

本發(fā)明所述的移栽機械手通過其底座表面設(shè)置的固定螺栓與移栽機取苗機械臂連接。

本發(fā)明所述的控制器采用arm處理器。

本發(fā)明所述的限位桿為空心管狀結(jié)構(gòu)，電磁鐵單元的連接線位于限位桿中。

利用所述的夾持力可控的移栽機械手進行移栽的方法，將取苗機械手通過固定螺栓安裝在取苗臂上，當取苗動作開始時，所述的取苗針插入缽盤中，控制器控制電磁鐵單元斷電同時控制氣泵對氣囊充壓，取苗針與電磁鐵單元之間的磁力消失，氣囊膨脹推動取苗針的上端張開，由于杠桿作用，取苗針的下端向中間靠近，夾取缽苗，在取苗針夾取缽苗的同時，壓電薄膜傳感器檢測氣囊內(nèi)的壓力信號并傳遞給控制器，當控制器檢測到壓力達到閾值時控制器控制氣泵停止對氣囊充壓；當取苗完成投苗時，控制器控制氣泵使氣囊內(nèi)壓力減小，電磁鐵單元通電，通過磁力作用使取苗針歸位，取苗針下端張開，缽苗下落，投苗完成。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的移載機械手夾持力可控且具有緩沖性，不易傷苗，可實現(xiàn)取苗過程中低損傷取苗的要求，保證了移栽質(zhì)量，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、傳統(tǒng)的取苗手采用液壓或者凸輪等機械的方式提供夾取力，本機械手采用氣體膨脹的方法提供夾取力，隨著氣壓增大氣囊膨脹推動取苗針運動，為作用在缽苗上的夾取力提供了一定的緩沖性，便于保護幼苗，適用于移栽作業(yè)；

2、采用杠桿結(jié)構(gòu)設(shè)計取苗臂的力傳動方式，利于檢測夾取力，克服了直接測量夾取力的難題，避免了將傳感器設(shè)置在取苗針頂端，與土壤直接接觸，影響取苗動作，同時安裝較為困難，本發(fā)明通過設(shè)置在氣囊與取苗針上端接觸位置的壓電薄膜傳感器，通過杠桿結(jié)構(gòu)便可得到取苗針下端的夾取力；

3、利用氣體膨脹的方式提供的彈力柔性較強，力度增加緩慢，具有緩沖性，不易傷苗，同時控制夾取力度簡便；

4、利用電磁鐵通斷電的方式提供取苗針回復(fù)力，取代了扭簧，利用杠桿原理使得壓電薄膜傳感器測得的壓力更精確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明底座背面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖。

圖中標記：1、氣泵，2、氣壓連接管，3、壓電薄膜傳感器，4、限位桿，5、取苗針轉(zhuǎn)軸，6、底座，7、電磁鐵單元，8、取苗針，9、氣囊，10、控制器，11、限位槽，12、電磁鐵通斷電控制單元，13、限位螺栓，14、固定螺栓，15、氣壓傳感器。

具體實施方式

如圖所示，一種夾持力可控的移栽機械手，包括底座6、通過取苗針轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動設(shè)置于底座6表面上的兩只鐵質(zhì)的取苗針8以及夾持力控制裝置，取苗針轉(zhuǎn)軸5與取苗針8構(gòu)成杠桿機構(gòu)，兩只取苗針8的下端構(gòu)成用于取苗投苗的取苗爪，所述的夾持力控制裝置包括設(shè)置于兩只取苗針8之間上部位置的氣囊9、用于為氣囊9充放氣的氣泵1以及取苗爪兩側(cè)分別設(shè)置的電磁鐵單元7；

所述的底座6上還設(shè)有用于控制夾持力控制裝置的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制器10、電磁鐵通斷電控制單元12以及設(shè)置于取苗針與氣囊之間的壓電薄膜傳感器3，壓電薄膜傳感器3與控制器10連接，控制器10分別與電磁鐵通斷電控制單元12和氣泵1連接，壓電薄膜傳感器3將檢測到的氣囊內(nèi)的壓力信號傳遞給控制器10，控制器10通過對壓力信號的判斷控制電磁鐵通斷電控制單元12的通斷電以及氣囊9的充放氣，進而控制取苗爪的投苗和取苗以及取苗爪的夾持力。

進一步，所述取苗針轉(zhuǎn)軸5位于取苗針8的中點處使得取苗針轉(zhuǎn)軸5與取苗針8構(gòu)成1:1的杠桿機構(gòu)。

進一步，所述的氣囊9與氣泵1之間通過設(shè)置在氣囊9頂部開口處的氣壓連接管2連接。

進一步，所述的氣囊9為長條型，長條型氣囊9的四面設(shè)有固定擋板，當氣囊9充氣時，其膨脹方向為推動取苗針8的方向。

進一步，所述取苗爪的兩側(cè)還設(shè)有限位桿4，限位桿4通過限位螺栓13固定在底座6上取苗爪兩側(cè)設(shè)置的限位槽11中，限位槽11的長度方向與取苗針的張開方向一致，通過調(diào)節(jié)限位螺栓13在限位槽11中的位置實現(xiàn)對取苗針的不同程度的限位，限位桿4的固定位置決定了取苗爪上端張開的最大程度，進而限制了取苗爪下端取苗時的最大夾持力。

進一步，所述的底座6上還設(shè)有l(wèi)cd顯示屏，所述的控制器10與lcd顯示屏連接，控制器10將壓電薄膜傳感器3檢測的壓力信號顯示在lcd顯示屏上。

進一步，所述的移栽機械手通過其底座6表面設(shè)置的固定螺栓14與移栽機取苗機械臂連接。

進一步，所述的控制器10采用arm處理器。

進一步，所述的限位桿4為空心管狀結(jié)構(gòu)，電磁鐵單元7的連接線位于限位桿4中。

進一步，氣囊6采用耐磨材料，其膨脹過程與其腔內(nèi)氣壓呈線性關(guān)系。

進一步，所述氣壓連接管2上設(shè)有氣壓傳感器15，用于檢測氣囊內(nèi)部氣壓力，保護氣囊裝置，防止氣壓過大造成氣囊損壞。

進一步，本發(fā)明所述的lcd顯示屏與控制器之間的信號連接采用無線方式。

利用所述的夾持力可控的移栽機械手進行移栽的方法，將取苗機械手通過固定螺栓14安裝在取苗臂上，當取苗動作開始時，所述的取苗針8插入缽盤中，控制器10控制電磁鐵單元7斷電同時控制氣泵1對氣囊9充壓，取苗針8與電磁鐵單元7之間的磁力消失，氣囊9膨脹推動取苗針8的上端張開，由于杠桿作用，取苗針8的下端向中間靠近，夾取缽苗，在取苗針8夾取缽苗的同時，壓電薄膜傳感器3檢測氣囊9內(nèi)的壓力信號并傳遞給控制器10，當控制器10檢測到壓力達到閾值時控制器10控制氣泵1停止對氣囊9充壓；當取苗完成投苗時，控制器10控制氣泵1使氣囊9內(nèi)壓力減小，電磁鐵單元7通電，通過磁力作用使取苗針8歸位，取苗針8下端張開，缽苗下落，投苗完成。

本發(fā)明通過設(shè)置壓電薄膜傳感器的閾值實現(xiàn)對取苗抓夾取缽苗的夾持力的控制。

兩個壓電薄膜傳感器同時檢測兩只取苗針的壓力，分別得到的兩個壓力信號進行差分處理以消除誤差，提高夾取力檢測的準確性。