一种多用途硬茎植物扦插作业末端执行器的制作方法

本发明属于设施农业中自动化移栽研究领域，具体涉及一种多用途硬茎植物扦插末端执行器。

背景技术：

目前花卉、蔬菜等一些植物有很多采用扦插的种植方式来培育。扦插也称插条，是一种常用的植物繁殖方法。可以剪取植物的茎、枝、根等，或插入土中、沙中，或浸泡在水中，等到生根后就可栽种。相对于其它的育苗方式植物扦插具有众多优势。扦插的一个最大的优势是能够大幅节约育苗成本，育苗周期短，可以实现苗在短时期内大量繁殖，快速成型。另外扦插属于无性繁殖，可以较好地保持母本的优良特性，植物的生长势和抗逆性比较强。但是我国目前的扦插育苗方式机械自动化程度较低主要以人工为主，其作业效率低，工作量大且生产效率低，从而生产成本变高，并且连续工作容易疲劳，扦插质量难以保证，不利于实现大面积作业，故无法满足集约化育苗生产的需求，严重制约了农业现代化水平。扦插机器人的出现为此问题的解决提供了新的途径，其中最核心的部件之一是扦插机器人的末端执行器，相当于人手，是实现待扦插部分夹取、姿态调整的关键，为此，设计一种能够可用于植物扦插作业的末端执行器实现扦插机器人的稳定、准确工作尤为重要，对于提高劳动生产率，降低劳动作业强度，促进扦插育苗的机械化现代化发展具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题的一种基于并联高速移栽机器人提供一种多用途硬茎植物扦插末端执行器。该扦插末端执行器安装在并联高速移栽机器人的动平台上，能够满足多种硬茎植物扦插需求，实现自动化剪、插的作业过程，以提高扦插作业的质量，提高扦插劳动生产效率。

本发明的技术方案是：一种多用途硬茎植物扦插作业末端执行器，包括动平台、推杆气缸、推杆、推杆连接块、剪切气缸、气动剪切器、夹持气缸、气动夹持器、轴承连接块、关节球轴承和限位螺钉；

所述动平台上方开有通孔，所述推杆气缸安装在动平台上面，且穿过所述通孔与下面的推杆的一端固定连接；

所述推杆连接块上表面与推杆的另一端固定连接，下表面与剪切气缸固定连接；剪切气缸推杆顶部与气动剪切器的顶端转动副连接，通过剪切气缸推杆伸缩控制气动剪切器执行端的开合；

所述关节球轴承的一端与动平台下面连接，所述限位螺钉穿过动平台的螺纹孔卡在关节球轴承的两侧限制关节球轴承左右移动；所述关节球轴承的另一端与轴承连接块上面转动副连接，所述夹持气缸与轴承连接块下面固定连接；所述夹持气缸推杆顶部与气动夹持器的顶端转动副连接，通过夹持气缸推杆伸缩控制气动夹持器执行端的开合。

上述方案中，所述剪切气缸推杆顶部开有长槽，且长槽上下开有通孔；所述气动剪切器的顶端安装在长槽内，且通过销钉穿过通孔与推杆形成转动副连接。

上述方案中，还包括若干气管接头，所述气管接头分别安装在推杆气缸、剪切气缸和夹持气缸的气口处。

上述方案中，所述气动剪切器的执行切割部位为两个截面为梯形的刀片。

上述方案中，所述动平台下面开有螺纹孔，所述关节球轴承的一端通过螺纹固定连接在动平台下面的螺纹孔内。

上述方案中，所述关节球轴承的另一端通过销钉与轴承连接块的上面转动连接。

上述方案中，所述动平台上方开有的通孔为方孔，所述推杆气缸通过内六角螺钉固定连接在动平台上。

一种安装有所述多用途硬茎植物扦插作业末端执行器的机器人，包括机器人主体和多用途硬茎植物扦插作业末端执行器；

所述多用途硬茎植物扦插作业末端执行器的动平台安装在机器人主体的支链上；所述推杆气缸、剪切气缸和夹持气缸分别与机器人主体的控制器电连接；

所述机器人主体的图像识别装置和支链分别与机器人主体的控制器电连接，控制器通过图像识别装置识别到条状苗的位置，并根据图像识别的结果控制支链使多用途硬茎植物扦插作业末端执行器到达合适的高度；控制器控制夹持气缸使夹持器执行夹取条状苗的动作；控制器控制推杆气缸的升降使气动剪切器调节到合适的位置；控制器控制剪切气缸使气动剪切器执行剪切条状苗的动作；控制器再控制支链使多用途硬茎植物扦插作业末端执行器到达扦插的位置后下降使条状苗插入土中，控制器控制夹持气缸使夹持器放开条状苗并回到原位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明能够在一个工作周期过程中，该末端执行器不仅要完成插土这一个动作，还要完成对硬茎植物扦插部位的夹取以及剪切，从而实现末端执行器的多用途化。

2.本发明识别通过图像识别反馈技术，首先通过图像识别技术得到条状苗的位置，然后根据图像识别的结果，在末端执行器上完成剪切、夹取和插土三个动作。

3.本发明所述气动夹持器在取苗末端执行器的带动下能够实现上下升降动作，调整气动夹持的位置使其能够夹住苗。

4.本发明通过气动夹持器夹取条状苗，其利用关节球轴承的球副特性使整个夹持器允许一定角度的翻转，从而对有一定倾斜角度的条状苗具有自适应性。

5.本发明，所述限位螺钉穿过动平台卡在关节球轴承两侧来限制关节球轴承的左右移动。

6.本发明所述气动剪切器能够在推杆气缸与推杆的带动下上下移动；所述气动剪切器在气缸的带动下负责剪断苗根，所述气动剪切器的执行切割部位为两个截面为梯形的刀片，因为要切割硬茎所以对刀刃要求较高，梯形截面可以提高刀刃的强度。

7.本发明应用于植物的扦插作业，扦插末端执行器安装在相配套的高速并联移栽机器人上，推杆气缸、剪切气缸和夹持气缸分别与机器人的控制器电连接，机器人的图像识别装置也与控制器电连接，通过图像识别装置的图像识别技术得到条状苗的位置，然后根据图像识别的结果，分别推杆气缸、剪切气缸和夹持气缸，在末端执行器上完成剪切、夹取和插土三个动作，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种扦插末端执行器的结构示意图。

图2为本发明所述的一种扦插末端执行器剪切部位的结构图。

图3为本发明所述的一种扦插末端执行器夹持部位的结构图。

图4为本发明所述的一种扦插末端执行器与移栽机器人的安装示意简图。

附图标记说明如下：1-动平台、2-推杆气缸、3-推杆、4-推杆连接块、5-剪切气缸、6-气管接头、7-气动剪切器、8-条状苗、9-气动夹持器、10-夹持气缸、11-轴承连接块、12-关节球轴承、13-限位螺钉、14-机器人主体、15-支链。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述多用途硬茎植物扦插作业末端执行器，主要包括剪切部位、夹取部位以及气缸。在扦插作业中要求完成剪切、夹取、插土这三个动作。通过图像识别反馈技术，首先通过图像识别技术得到条状苗的位置，然后根据图像识别的结果，在末端执行器上完成剪切、夹取和插土三个动作。一个工作周期过程中，该末端执行器不仅要完成插土这一个动作，还完成对硬茎植物扦插部位的夹取以及剪切，从而实现末端执行器的多用途化。

图1所示为本发明所述多用途硬茎植物扦插末端执行器的一种实施方式，所述多用途硬茎植物扦插末端执行器包括动平台1、推杆气缸2、推杆3、推杆连接块4、剪切气缸5、若干气管接头6、气动剪切器7、夹持气缸10、条状苗8、气动夹持器9、轴承连接块11、关节球轴承12、限位螺钉13。所述动平台1上方开有方孔。其中，推杆气缸2通过内六角螺钉固定连接在在动平台1上，且穿过动平台1所开方孔与推杆3固定连接。所述推杆连接块4上有对称分布的4个螺纹孔。所述推杆连接块4上表面通过螺钉与推杆3固定连接，下表面通过与剪切气缸5固定连接。

如图2所示，所述剪切气缸5推杆顶部开有长槽且上下开有通孔。所述气动剪切器7的顶端安装在长槽内，且通过销钉穿过通孔与推杆形成转动副连接。通过剪切气缸5推杆伸缩控制气动剪切器7执行端的开合。所述气动剪切器7的执行切割部位为两个截面为梯形的刀片。所述气动剪切器7能够在推杆气缸2与推杆的带动下上下移动；所述气动剪切器7在气缸的带动下负责剪断苗根，所述气动剪切器7的执行切割部位为两个截面为梯形的刀片，因为要切割硬茎所以对刀刃要求较高，梯形截面可以提高刀刃的强度。

所述动平台1下面开有螺纹孔，所述关节球轴承12的一端通过螺纹固定连接在动平台1下面的螺纹孔内。所述限位螺钉13穿过动平台1的螺纹孔卡在关节球轴承12的两侧来限制其左右移动。所述夹持气缸10通过螺钉与轴承连接块11下面固定连接。所述关节球轴承12的另一端与轴承连接块11的上面通过销钉连接，实现转动。通过气动夹持器9夹取条状苗8，其利用关节球轴承12的球副特性使整个夹持器允许一定角度的翻转，从而对有一定倾斜角度的条状苗8具有自适应性。

如图3所示，所述夹持气缸10推杆顶部与气动夹持器9的顶端转动副连接，通过夹持气缸10推杆伸缩控制气动夹持器9执行端的开合。气动夹持器9在取苗末端执行器的带动下能够实现上下升降动作，调整气动夹持9的位置使其能够夹住条状苗8。

所述气管接头6分别安装在推杆气缸2、剪切气缸5和夹持气缸10的气口处。

如图4所示，本发明所述多用途硬茎植物扦插作业末端执行器可安装在机器人本体上，形成一种多用途硬茎植物扦插作业末端执行器的机器人，包括机器人主体14和多用途硬茎植物扦插作业末端执行器；所述多用途硬茎植物扦插作业末端执行器的动平台1安装在机器人主体14的支链15上；所述推杆气缸2、剪切气缸5和夹持气缸10分别与机器人主体14的控制器电连接；所述机器人主体14的图像识别装置和支链15分别与机器人主体14的控制器电连接。所述控制器通过图像识别装置识别到条状苗8的位置，并根据图像识别的结果控制支链15使多用途硬茎植物扦插作业末端执行器到达合适的高度；控制器控制夹持气缸10使夹持器9执行夹取条状苗8的动作；控制器控制推杆气缸2的升降使气动剪切器7调节到合适的位置；控制器控制剪切气缸5使气动剪切器7执行剪切条状苗8的动作；控制器再控制支链15使多用途硬茎植物扦插作业末端执行器到达扦插的位置后下降使条状苗8插入土中，控制器控制夹持气缸10使夹持器9放开条状苗8并回到原位。完成剪切、夹取和插土三个动作，提高工作效率。

本发明通过气动夹持器9夹取条状苗8，其利用关节球轴承12的球副特性使整个夹持器允许一定角度的翻转，从而对斜着的条状苗具有自适应性；而剪切器负7责剪切苗根，通过与气缸推杆3固连使其能够上下运动。为该扦插作业末端执行器的工作过程，为初始状态，通过图像识别技术得到条状苗8的位置，扦插作业末端执行器下降，调整位置使夹持器9能够夹住苗，然后由剪切气缸5推动推杆带动气动剪切器7剪断条状苗后打开，推杆气缸3回收。最后动平台1移动到要扦插的位置后下降使条状苗8插入土中打开气动夹持器9回到原位，即完成了一个扦插周期。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。