专利名称：自动化叶菜螺旋立柱生产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业装备领域，特别涉及一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统。
背景技术：
立柱栽培通过竖立的栽培柱使栽培由平面向空间扩展，可以充分利用温室空间和太阳能，从而大大提高土地和温室设施利用效率，具有广阔的发展前景。但由于温室生产的栽培立柱一般高2米以上，甚至可达4 5米，立柱的高度决定了人工管理的难度和强度很大，成为限制立柱栽培技术推广的瓶颈问题。而目前的立柱栽培结构一般由多个栽培钵串联成柱体(李止正等.立柱式无土栽培装置.专利号97234413. 6 ;付红敏.立体无土栽培体.专利号02219790. 7;汪晓云等.一种立柱立体无土栽培装置.专利号ZL03275638. 0)，或在栽培柱外侧开孔进行作物定植(立柱无土栽培研究初报.应用与环境生物学报，1995，2(2):187-188 ;施昭彰等 农作物立体栽培装置 专利号ZL00243887. 9 ； 程实.立柱式无土立体栽培装置.专利号ZL200520097341. I ;王久兴等.泡沫塑料柱立体无土栽培系统的研制与应用.河北农业大学学报，2003，26 (4) :80-84.)，由于栽培面不连续，其营养液循环浇灌的难度较大，栽培品种受限，栽培和收获的劳动强度很大，且无法实现机械化作业，因而大大限制了该类立柱栽培的推广应用。李萍萍等提出了螺旋立柱栽培结构(李萍萍，刘继展.可动式螺旋立体花卉栽培系统.专利号ZL03279436. 3)，使作物栽培在连续螺旋槽内实现，营养液沿螺旋槽流动回收，同时大大降低了机械化和自动化栽培与收获作业的难度。但上述立柱栽培系统均未实现种/收的机械化和自动化，更未实现全程自动化作业和管理。
发明内容
为了克服现有立柱栽培系统的不足，本发明提供一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，实现多个螺旋栽培立柱移栽与收获的自动化作业。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由多个螺旋栽培立柱、移动平台、多穴盘自动供苗装置、机械手、移栽末端执行器、收集箱、收获割刀、手部安装调节机构和控制系统所组成。移动平台上安装多穴盘自动供苗装置和机械手，机械手上安装移栽末端执行器，通过触摸屏选定移栽作业以及对应的穴盘和螺旋栽培立柱规格，螺旋栽培立柱间歇转动和移栽/收获一体机器人的移栽动作相配合，完成对螺旋栽培立柱的连续移栽作业；机械手上改装收获割刀并放置收集箱，通过触摸屏选定收获作业以及对应的螺旋栽培立柱的规格，机械手将收割刀具送至螺旋栽培立柱的栽培槽内，螺旋栽培立柱连续转动和收获割刀的向上移动相配合，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜并落入收集箱内。多穴盘自动供苗装置包括机架、滑槽、同步带、携盘滑块、上轴、上同步带轮、托盘、弹性挡块、电机、联轴器、下同步带轮、下轴；机架固定安装于移动平台上，两个滑槽左右对称安装于机架上；上轴和下轴通过滚动轴承水平安装于机架的上部和下部，上轴上左右对称安装两个上同步带轮，下轴上左右对称安装两个下同步带轮，左右两同步带分别与上同步带轮和下同步带轮组成同步带传动；电机固定于移动平台上，并通过联轴器驱动下轴转动，使左右两同步带同时运动；托盘为矩形，插槽侧边与底板的夹角与插槽的弯角一致，每个托盘的插槽侧边分别插入各携盘滑块的插槽内；弹性挡块安装于托盘的开口上。收获割刀由刃口、安装柄和拨边构成；安装柄与刃口间的夹角与螺旋栽培立柱螺旋栽培槽的剖面夹角一致，拨边位于收获割刀的刀背一侧，拨边与刃口间的夹角与螺旋栽培立柱I螺旋栽培槽的螺旋角相一致。手部安装调节机构包括安装 板、连杆、调节滑块和锁紧螺钉，安装板的底端与机械手的腕部相铰接，机械手的滑槽内安装调节滑块，机械手上连杆的两端分别与安装板的顶端和调节滑块相铰接；调节滑块的螺纹孔内安装锁紧螺钉。收集箱和多穴盘自动供苗装置可更换安装于移动平台上，安装板与收获割刀的安装柄通过螺钉固定连接；安装板上拆卸收获割刀后，移栽末端执行器可通过安装板安装于机械手的腕部。本发明的有益效果是，通过移栽/收获配件的更换、控制设定和与螺旋栽培立柱的协调运动，实现利用一套设备对多个螺旋栽培立柱的自动化移栽、收获一体作业；利用多穴盘自动供苗装置实现多穴盘的携带与供应，大大提高了移栽作业的效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图I为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的组成结构示意图。图2为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的穴盘苗移栽作业示意图。图3为自动化叶菜螺旋立柱生产系统的叶菜收获作业示意图。图4为多穴盘自动供苗装置结构示意图。图5为多穴盘自动供苗装置俯视示意图。图6为携盘滑块结构示意图。图7为携盘滑块内部插槽与弹顶销结构示意图。图8为托盘结构示意图。图9为收获割刀与手部安装调节机构结构示意图。图10为自动化叶菜螺旋立柱生产系统移栽/收获作业的控制设定原理示意图。图中I.螺旋栽培立柱，2.移动平台，3.多穴盘自动供苗装置，4.机械手，5.移栽末端执行器，6.穴盘，7.收集箱，8.收获割刀，9.机架，10.滑槽，11.同步带，12.携盘滑块，13.上轴，14.上同步带轮，15.托盘，16.弹性挡块，17.电机，18.联轴器，19.下同步带轮，20.下轴，21.插槽，22.弹顶销，23.底板，24.插槽侧边，25.承托侧边，26.凹孔，27.开口，28.刃口，29.安装柄，30.腕部，31.安装板，32.连杆，33.调节滑块，34.锁紧螺钉，35.拨边，36.触摸屏，37.信息数据库，38.自动移栽协调控制算法，39.自动收获协调控制算法。
具体实施例方式 如图I 图3所示，该自动化叶菜螺旋立柱生产系统由多个螺旋栽培立柱I、移动平台
2、多穴盘自动供苗装置3、机械手4、移栽末端执行器5、收集箱7、收获割刀8、手部安装调节机构和控制系统组成。如图I所示，螺旋栽培立柱I具有螺旋型的栽培槽,并可由电机带动转动。如图I所示，机械手4固定安装于移动平台2上。如图4所示，多穴盘自动供苗装置3包括机架9、滑槽10、同步带11、携盘滑块12、上轴13、上同步带轮14、托盘15、弹性挡块16、电机17、联轴器18、下同步带轮19、下轴20、弹顶销22。机架9固定安装于移栽机器人平台I上，两个滑槽10左右对称安装于机架9上。上轴13和下轴20通过滚动轴承水平安装于机架9上，上轴13上左右对称安装两个上同步带轮14,下轴20上左右对称安装两个下同步带轮19,左右两同步带11分别与上同步带轮14和下同步带轮19组成同步带传动。电机17固定于移动平台2上，并通过联轴器18驱动下轴20转动,使左右两同步带11同时运动。按穴盘6内作物秧苗的高度，多个携盘滑块12两端等距离固定于左右两同步带11上，由同步带11带动升降。如图6和图7所示，携盘滑块12上开设有插槽21，插槽21具有一定弯角，并向下倾斜一定角度。插槽21—侧安装有弹顶销22。如图8所示，托盘15为矩形，插槽侧边24与底板23的夹角与插槽21的弯角一致。插槽侧边24上开有凹孔26，凹孔26在插槽侧边24上的位置与弹顶销22在插槽21内的位置一致。承托侧边25在靠近插槽侧边24—侧留有一定空间而不与插槽侧边24相连。在托盘15的右侧开有开口 27，弹性挡块16安装于开口 27上，手捏弹性挡块16时可沿开口 27移动，手松开后弹性挡块16在开口 27内卡住不动。
如图9所示，手部安装调节机构包括安装板31、连杆32、调节滑块33和锁紧螺钉34，安装板31的底端与机械手4的腕部30相铰接，机械手4的滑槽内安装调节滑块33，机械手4上连杆32的两端分别与安装板31的顶端和调节滑块33相铰接。调节滑块33的螺纹孔内安装锁紧螺钉34。如图9所示，收获割刀8由刃口 28、安装柄29和拨边35构成。安装柄29与刃口28间的夹角\与螺旋栽培立柱I螺旋栽培槽的剖面夹角\相一致，拨边35位于收获割刀8的刀背一侧，拨边35与刃口 28间的夹角O与螺旋栽培立柱I螺旋栽培槽的螺旋角相一致。如图10所示，控制系统含有通过触摸屏36、信息数据库37、自动移栽协调控制算法38和自动收获协调控制算法39，其中信息数据库37存储各类穴盘6规格和各类螺旋栽培立柱I规格。选择移栽或收获作业后，控制系统自动选择执行自动移栽协调控制算法38或自动收获协调控制算法39。通过触摸屏36选定穴盘6和螺旋栽培立柱I的规格后，控制系统自动进行自动移栽协调控制算法38或自动收获协调控制算法39中穴盘6规格和螺旋栽培立柱I规格参数的更新。在叶菜的螺旋立柱栽培生产过程中，首先完成穴盘苗向多个螺旋栽培立柱I的移栽。自动化螺旋立柱栽培生产系统实施移栽作业前，完成下述调整设定工作
(I)自动化螺旋立柱栽培生产系统的移动平台2上固定安装多穴盘自动供苗装置3。由图4 图8，将多个托盘15的插槽侧边24分别插入各携盘滑块12的插槽21内，当插槽侧边24插入到位后，弹顶销22顶住插槽侧边24上的凹孔26，实现托盘15的定位，托盘15相对水平面具有一定的倾斜。在每一托盘15内装载一育好秧苗的穴盘6，并将穴盘6靠托盘15的左侧承托侧边25放置，由于托盘15的倾斜和育好秧苗的穴盘6的重力作用，穴盘6同时自动靠紧托盘15的外侧承托侧边25。将弹性挡块16插入开口 27，在弹性挡块16靠紧穴盘6后松开，则弹性挡块16卡住不动，从而实现不同大小规格的穴盘6在托盘15内的定位。(2)如图9，安装板31上通过多个螺钉固定安装移栽末端执行器5。根据穴盘6和螺旋栽培立柱I的规格，通过松开锁紧螺钉34，移动携盘滑块12，由连杆32带动安装板31绕腕部30转动，从而将移栽末端执行器5的倾斜角度调整至所需角度。(3)如图10，通过触摸屏36选定移栽作业以及对应的穴盘6和螺旋栽培立柱I的规格，控制系统完成自动移栽协调控制算法38的设定。如图I和图2，将移动平台2移动至待移栽的螺旋栽培立柱I附近，机械手4带动移栽末端执行器5在穴盘6内完成取苗和运苗，并将秧苗栽入螺旋栽培立柱I内。机械手4带动移栽末端执行器5返回至穴盘6上方继续取苗和运苗，此时螺旋栽培立柱I转动，使螺旋栽培面上的下一栽培位置转至面向机械手4 一侧，同时机械手4带动移栽末端执行器5上升一定距离，使移栽末端执行器5对准该移栽位置将秧苗栽入。如此往复，完成对一螺旋栽培立柱I的移栽作业后，移动平台2继续 移动至下一待移栽的螺旋栽培立柱I附近，完成对该螺旋栽培立柱I的移栽。由图4 图8，当处于移栽取苗位置的上方穴盘6内的秧苗移栽完毕，电机17转动一定角度，通过下同步带轮19、上同步带轮14和同步带11的传动，带动携盘滑块12移动，秧苗移栽完毕的上方穴盘6被送至后侧，而下方相邻携盘滑块12沿滑槽10上移，将下一穴盘6送至移栽取苗位置，实施移栽作业。当该多穴盘自动供苗装置所携带的多个穴盘6内秧苗全部移栽完毕，将空的穴盘6全部取下，电机17转动，使各携盘滑块12重新到达装载育好秧苗的穴盘6的位置，进行多穴盘自动供苗装置3的装载和秧苗的继续移栽作业。自动化螺旋立柱栽培生产系统实施收获作业前，完成下述调整设定工作
(I)如图3，将自动化螺旋立柱栽培生产系统的移动平台2上固定安装的多穴盘自动供苗装置3拆卸下并放置收集箱7。(2)将安装板31上固定安装的移栽末端执行器5拆卸下并固定安装收获割刀8。(3)如图10，通过触摸屏36选定收获作业以及对应的螺旋栽培立柱I的规格，控制系统完成自动收获协调控制算法39的设定。移动平台6移动至待收获的螺旋栽培立柱I附近，机械手4将收获割刀8送至螺旋栽培立柱I的栽培槽内，螺旋栽培立柱I转动的同时机械手4带动收获割刀8向上移动，使刃口 28沿着螺旋栽培槽上升，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜，割下的叶菜在拨边35的拨动下落入移动平台2上的收集箱7内。待完成对一螺旋栽培立柱I的收获作业后，移动平台2继续移动至下一待收获的螺旋栽培立柱I附近，完成对该螺旋栽培立柱I的收获。
权利要求
1.一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，其特征在于包括螺旋栽培立柱(I)、移动平台(2)、多穴盘自动供苗装置(3)、机械手(4)、移栽末端执行器(5)、收集箱(7)、收获割刀(8)和手部安装调节机构； 所述多穴盘自动供苗装置(3)包括机架(9)、滑槽(10)、同步带(11)、携盘滑块(12)、上轴(13)、上同步带轮(14)、托盘(15)、弹性挡块(16)、电机(17)、联轴器(18)、下同步带轮(19 )、下轴(20 );机架(9 )固定安装于移动平台(2 )上，两个滑槽(10 )左右对称安装于机架(9)上；上轴(13)和下轴(20)通过滚动轴承水平安装于机架(9)的上部和下部，上轴(13)上左右对称安装两个上同步带轮(14)，下轴(20)上左右对称安装两个下同步带轮(19)，左右两同步带(11)分别与上同步带轮(14 )和下同步带轮(19 )组成同步带传动；电机(17 )固定于移动平台(2 )上，并通过联轴器(18 )驱动下轴(20 )转动，使左右两同步带(11)同时运动；托盘(15)为矩形，插槽侧边(24)与底板(23)的夹角与插槽(21)的弯角一致，每个托盘(15)的插槽侧边(24)分别插入各携盘滑块(12)的插槽(21)内；弹性挡块(16)安装于托盘(15)的开口(27)上； 所述收获割刀(8)由刃口(28)、安装柄(29)和拨边(35)构成；安装柄(29)与刃口(28)间的夹角与螺旋栽培立柱(I)螺旋栽培槽的剖面夹角一致，拨边(35)位于收获割刀(8)的刀背一侧，拨边(35)与刃口(28)间的夹角与螺旋栽培立柱(I)螺旋栽培槽的螺旋角相一致； 手部安装调节机构包括安装板(31)、连杆(32)、调节滑块(33)和锁紧螺钉(34)，安装板(31)的底端与机械手(4)的腕部(30)相铰接，机械手(4)的滑槽内安装调节滑块(33)，机械手(4)上连杆(32)的两端分别与安装板(31)的顶端和调节滑块(33)相铰接；调节滑块(33)的螺纹孔内安装锁紧螺钉(34)； 收集箱(7 )和多穴盘自动供苗装置(3 )可更换安装于移动平台(2 )上，安装板(31)与收获割刀(8)的安装柄(29)通过螺钉固定连接；安装板(31)上拆卸收获割刀(8)后，移栽末端执行器(5 )通过安装板(31)安装于机械手(4 )的腕部(30 )。
2.根据权利要求I所述的自动化叶菜螺旋立柱生产系统，其特征在于还包括控制系统，控制系统内设有信息数据库(37)、自动移栽协调控制算法(38)和自动收获协调控制算法(39 )，所述信息数据库(37 )存储各类穴盘(6 )规格和各类螺旋栽培立柱(I)规格。
全文摘要
本发明公开了一种自动化叶菜螺旋立柱生产系统，属于农业装备领域。本发明自动化叶菜螺旋立柱生产系统由多个螺旋栽培立柱、移动平台、多穴盘自动供苗装置、机械手、移栽末端执行器、收集箱、收获割刀、手部安装调节机构和控制系统所组成。移动平台上安装多穴盘自动供苗装置和机械手，机械手上安装移栽末端执行器，机械手上改装收获割刀并放置收集箱，机械手将收割刀具送至螺旋栽培立柱的栽培槽内，螺旋栽培立柱连续转动和收获割刀的向上移动相配合，连续切割螺旋栽培槽内栽培的叶菜并落入收集箱内。本发明实现利用一套设备对多个螺旋栽培立柱的自动化移栽、收获一体作业；利用多穴盘自动供苗装置实现多穴盘的携带与供应，提高了移栽作业的效率。
文档编号A01C11/02GK102696323SQ20121018131
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者刘继展, 李萍萍, 王纪章 申请人:江苏大学