[发明专利]一种两自由度机械手、拔抛秧机构、控制电路和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业水稻种植领域，特别涉及一种用于钵盘水稻秧苗种植的两自由度机械手、拔抛秧机构、控制电路和控制方法。

背景技术

水稻抛秧移栽是中国水稻三大种植模式之一(其他两种分别是直播和插秧移栽)，这三种种植模式各有特点。中国地域广阔、水土地形差异大和耕作制度的不同等，只能因地制宜选择种植模式，才能最大限度发挥其优势。所以，研制适应三种水稻种植模式的农机具也是实现水稻种植全程机械化进程的重要环节，同时，这些农机具的设计质量与产品性能也会反过来影响种植模式的推广。

根据文献检索，国内而言，水稻抛秧移栽经历了人工撒抛、机械无序抛栽(需要人工喂秧，属于半自动)到机械有序精确抛秧的发展历程。随着工厂化穴盘育秧技术的推广，许多有序抛秧机械是基于这种新的育秧方式的基础上进行设计研究。实现水稻钵苗机械有序移栽设计研究主要集中在3个环节：钵苗脱盘、自动输秧和落秧分行。浙江理工大学机械与自动控制学院俞高红设计一种以椭圆-不完全非圆齿轮为传动机构的旋转式水稻钵苗移栽机构同时解决钵苗脱盘和栽植苗，该设计虽然移栽效率高，但传动机构结构参数复杂，且零部件为非标准件，对加工制造精度要求高以及增加成本。浙江理工大学机械与自动控制学院原新斌等设计一种杠杆顶出机构通过凸轮轴带动凸轮，驱动杠杆摆动，杠杆推动对应顶杠移动，顶杠从秧盘钵底部作用于钵苗土钵，实现秧苗脱盘，该设计中通过顶杠顶出方式实现秧苗脱盘，容易造成机械碎钵土。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术中存在的缺点，提供一种两自由度机械手，提高种植效率。

本发明的另一目的在于，提供一种包含上述两自由度机械手的拔抛秧机构。

本发明的又一目的在于，提供一种上述拔抛秧机构的控制电路。

本发明的再一目的在于，提供一种上述拔抛秧机构的控制方法。

为了达到上第一述目的，本发明采用以下技术方案：

一种两自由度机械手，包括用于实现机械手在拔苗工作区域与抛苗工作区域之间的位置变化的水平运动机构、用于拔苗与抛苗的竖直运动机构、用于协调竖直运动机构的同步反向机构和用于夹持秧苗的秧夹机构；所述竖直运动机构为两套，分别设置在水平运动机构的两端，所述秧夹机构为两套，每套竖直运动机构的末端设有秧夹机构。

优选的，所述水平运动机构包括水平交流伺服电机、水平电机安装座、直齿圆柱齿轮、齿条、水平滚动直线导轨、水平滑块、倒U型机械臂和两个龙门式支架；所述水平滑块安装在倒U型机械臂两侧，所述滚动直线导轨安装在龙门式支架上，滑块设置在滚动直线导轨上，倒U型机械臂悬挂在两个龙门式支架间，水平交流伺服电机通过水平电机安装座安装在其中一个龙门式支架上，水平交流伺服电机轴上的齿轮通过带动嵌套在倒U型机械臂凹槽内的齿条，实现倒U型机械臂水平运动。

优选的，所述竖直运动机构包括C型悬挂架、同步轮、同步带、竖直滚动直线导轨、竖直滑块和方形连接块；所述C型悬挂架侧面安装有竖直伺服交流电机，所述同步带设置在同步轮上，所述竖直滑块安装在竖直滚动直线导轨上，所述方形连接块与同步带连接；

所述竖直交流伺服电机、两套竖直运动机构、同步反向机构和两套秧夹机构均设置在倒U型机械臂内部。

优选的，所述的同步反向机构由主传动轴、中继轴、从传动轴、三个伞齿轮组成，同步反向机构中三个伞齿轮相继按照90度安装啮合在倒U型机械臂中部，一侧的主传动轴一端连接在一套竖直运动机构的同步轮上，另一端连接到第一个伞齿轮，经过设置在中继轴上第二个伞齿轮的啮合传动，动力传动到第三个伞齿轮上，从传动轴一端连接在第三个伞齿轮，另一端连接到另一套竖直运动机构的同步轮上，三个伞齿轮模数和齿数相等，伺服电机可以同时驱动两套竖直运动机构上的秧夹机构等速反向运动。

优选的，所述的秧夹机构由秧夹安装架、推拉式电磁铁、L型推拉杆、秧夹、复位弹簧安装块和复位弹簧组成；秧夹安装架方形连接块连接到同步带上，通过竖直滑块安装到竖直滚动直线导轨上，推拉式电磁铁安装在秧夹安装架一侧面，推拉式电磁铁连接着L型推拉杆的一端，L型推拉杆的另一端是内楔形面，两片秧夹安装在秧夹安装架下端，秧夹上端与内楔形面形成线接触，同时，秧夹侧面安装着复位弹簧安装块，复位弹簧两端分别连接到安装块上，推拉式电磁铁在继电器控制下形成通断电两种状态，通电时，推拉式电磁铁的铁芯竖直向下运动牵引L型推拉杆，转化为秧夹的开启弧线运动，断电后，秧夹在复位弹簧作用下闭合，并具有一定夹持力；