本实用新型涉及农业机械领域，具体的说是一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置。
背景技术：
近年来，我国农业已经面临着国外优质低价农产品的严峻挑战，尤其是棉花、玉米、大豆等经济作物将受到较大冲击，而且我国农业产业基础薄弱，农业生产投入不足，科技水平提高缓慢，生产能力亟待加强。采用育苗移栽技术能使苗齐、苗壮、成活率高、光温水气利用充足和使苗的抗病能力增强，还能显著提高作物产量和改善作物品质，并且可以避免育苗期干旱、冻害等自然灾害，现已成为获得优质高产农作物的一种重要种植方式。
育苗移栽机械化能够提高农产品种植的生产率和特定地区的复种指数、缩短农产品种植的周期以及提高单位面积的产量。移栽机构是全自动育苗移栽机的核心部件之一，其作用在于能够精确稳定地代替人力完成取苗动作，真正意义上实现农作物种植的完全机械化。目前，我国的育苗移栽机多为半自动移栽机，即取苗和分苗过程由手工完成，只有栽植动作由机械完成，取苗效率低，耗时耗力，显然不符合现在移栽机械化的要求和发展趋势。
资料表明，全自动移栽机的取苗和植苗动作均由机械完成，效率高，劳动强度低，是移栽机械的发展趋势。而在农业机械化水平较高的欧美和日本，很早就已开始了全自动移栽机械的研究。自主研发具有完全知识产权的全自动移栽机械具有十分重要的意义，是我国移栽机械化的必由之路。目前对于栽植机构的研究已基本成熟，而取苗机构由于设计复杂，影响因素众多，是全自动移栽机械发展的关键问题。在国外，关于取苗机构的研究也不是很成熟，处于发展阶段；在国内，取苗机构的研究还处于起步阶段。
现阶段全自动移栽机取苗方式主要有钳夹式、顶出式，钳夹式，有夹苗和夹基质之分，但无论哪一种，均存在着一定的问题，如移栽效率低、成本高或结构复杂；株距调节困难，易伤苗；国内普遍使用的苗盘盒都不能进行大角度地弯折，但若不约束苗盘的动作轨迹，会使苗盘与投苗轨迹发生干涉；对苗盘本身的透水孔位置和苗盘的定位精度要求高等等。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，该装置实现钵苗的全自动化抓取，最大限度的减小夹持力对钵苗的损害，大大提高了钵苗移植的效率。
本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，该装置包括机架、设置在机架上方的苗盘输送机构以及设置在机架下方的苗盘收纳盒，该装置还包括：
顶针机构，用于将苗盘输送机构输送的苗盘分离成钵苗和空苗盘；
抓取机构，包括取苗单元和输送单元，所述取苗单元用于抓取顶针机构顶出的钵苗，所述输送单元用于输送取苗单元抓取的钵苗；
引导机构，用于将抓取机构抓取钵苗后的空苗盘引导落入苗盘收纳盒中；
投苗机构，用于接住抓取机构投放的钵苗，并将钵苗运送至预设位置进行栽植。
作为一种优选方案，所述苗盘输送机构包括方形平台，方形平台的中部两侧一体连接有两个凸台，两个凸台的下方设置有两根平行的水平支架，水平支架沿方形平台的长度方向设置，所述方形平台长度方向的两侧各设置有一个水平传动链条，两个水平传动链条之间均匀连接有若干个卡条，两个水平传动链条由第四步进电机驱动，方形平台的中部沿方形平台的长度方向延伸设置有用于与苗盘底部的导槽配合进行导向的导轨，方形平台上还设有贯通其上端面和下端面的条形孔。
作为一种优选方案，所述的机架包括相互连接的上架和下架，上架上设有水平板，所述顶针机构包括顶针座、偏心轴以及固定设置在水平板上的第一步进电机，第一步进电机和顶针座均设置在所述方形平台的下方，偏心轴的两端分别为固定端和自由端，第一步进电机与偏心轴的固定端驱动连接，偏心轴的自由端设置有转动头；所述顶针座包括滑动座、限位座以及两个卡板，两个卡板滑动配合卡设在水平板相对设置的两侧，且卡板与水平板之间通过螺栓组件连接，每个卡板的上表面均垂直连接有立柱，滑动座的两端滑动配合连接在两个立柱上，两个立柱的上端与限位座的两端垂直连接，滑动座的上表面垂直固设若干个顶针，顶针的上端穿过限位座并对准方形平台上的条形孔设置，滑动座上靠近偏心轴的一侧面上连接有两个相互平行设置的限位板，限位板水平设置，且转动头设置在两个限位板之间，第一步进电机通过驱动偏心轴带动转动头做圆周运动，转动头转动带动滑动座沿立柱上下滑动，从而带动顶针上下运动，顶针向上运动时将钵苗从苗盘中顶出。
作为一种优选方案，所述输送单元包括方形架，方形架相对设置的两侧上并列设置有两个传送带，传送带由第二步进电机驱动，传送带的传送方向与苗盘输送机构的输送方向一致，传送带上方设置有直线光轴，所述直线光轴的轴线与传送带传输方向平行，直线光轴上活动套设有滑块，滑块与传送带固定连接，两个滑块之间水平连接有固定板，所述方形架上水平固设有导向板，在导向板上开设有若干条导向槽。
作为一种优选方案，所述导向板有两组，两组导向板分别设在固定板的上方和下方，且每组导向板上均对应开设有四条导向槽和一个滑槽，滑槽设置在导向板的一端，且滑槽的滑动方向与传送带传输方向平行；所述取苗单元包括均竖直设置的四个苗爪光轴和一个光轴，固定板上设有条形槽，条形槽与滑槽在固定板上的垂直投影垂直设置，每个苗爪光轴从上至下依次穿过位于固定板上方的导向槽、条形槽以及位于固定板下方的导向槽，每个光轴从上至下依次穿过位于固定板上方的滑槽、条形槽以及位于固定板下方的滑槽，且每个苗爪光轴的上端均吊设在位于固定板上方的导向槽中，每个光轴的上端均吊设在位于固定板上方的滑槽中，在苗盘输送机构的输送方向上，位于同一个导向板上的两两相邻导向槽之间的间距逐渐变大，其中，两两相邻导向槽之间的间距最小的导向槽的端部为取苗端，两两相邻导向槽之间的间距最大的导向槽的端部为投苗端。
作为一种优选方案，每个苗爪光轴的下端均伸出位于固定板下方的导向板，且每个苗爪光轴的下端均固设有重载直线导轨，重载直线导轨上自上到下依次设有上拉电磁铁、上极限卡件、金属滑块和下极限卡件，金属滑块滑动配合连接在重载直线导轨上，金属滑块和下极限卡件之间通过竖直拉簧连接，金属滑块上设置有抓取电磁铁，在金属滑块上安装有与重载直线导轨垂直的水平直线导轨，重载直线导轨将水平直线导轨均分为两部分，每部分的水平直线导轨上其中间向端部的方向依次滑动配合连接有右极限卡件、苗爪金属滑块和左极限卡件，两个苗爪金属滑块之间通过横向弹簧连接，苗爪金属滑块下方连接有苗爪。
作为一种优选方案，光轴的下端均伸出位于固定板下方的导向板，光轴的下端固设有重载直线导轨，光轴连接的重载直线导轨上设有金属滑块，且该金属滑块上设置有电刷，方形架上设置有与电刷相配合使用的滑环。
作为一种优选方案，在苗盘的移动方向，所述引导机构设置在苗盘输送机构前方的机架上，机架上设有两个支撑架，两个支撑架之间设置有固定轴，固定轴两端穿设有侧板，固定轴中间穿设有弧形导板，弧形导板上连接有防止苗盘整体被顶针机构顶出的压紧条，与固定轴相对的另一侧侧板之间连接有导板，导板上固设有向下的空苗盘导向条，空苗盘顺着空苗盘导向条落入苗盘收纳盒中。
作为一种优选方案，所述投苗机构设置在机架的下方，投苗机构包括底板和设置在底板上的若干个投苗盒，所述投苗盒包括投苗筒、转动轮和苗筒挡板，投苗筒的下方设有倾斜设置的投苗口，转动轮设在位于投苗口下端的投苗筒上，苗筒挡板通过合页与位于投苗口上端的投苗筒连接，使苗筒挡板能够封合或打开投苗口，所述投苗盒绕底板一周旋转运动，在投苗盒旋转运动过程中，投苗盒经过投苗端的下方。
作为一种优选方案，所述底板为方形环状板，底板的四个角处各设置一个链轮，链轮由第三步进电机驱动，四个链轮通过弯板链条连接，各投苗盒均通过卡件固定在弯板链条上，以使在第三步进电机驱动下，投苗筒跟随弯板链条旋转。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）本实用新型提供了一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，采用顶针配合夹取的方式，实现了钵苗的全自动化抓取，实现顶出式取苗的技术难点在于苗盘的精准定位，即需要顶针顶出的位置要与苗盘下方的透水口一一对应，夹取式取苗的主要分为扎入夹取、夹基质和夹钵苗，由于考虑到扎入夹取和夹钵苗的方式对苗的损伤较大，本实用新型采取的是根据基质的几何尺寸精确夹取的方式，最大限度的减小夹持力对钵苗的损害，提高了钵苗移植的效率；
（2）本实用新型提供了一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，为避免国内普遍使用的苗盘盒都不能进行大角度地弯折，不约束苗盘的动作轨迹，会使苗盘与投苗轨迹发生干涉的问题，本实用新型设计了一个苗盘引导机构，用于将苗盘压紧实现苗盘上方的一个定位，且顶针机构顶出基质时不会将整个苗盘顶出，并引导空苗盘落入下方悬挂的苗盘收纳盒中；
（3）本实用新型提供了一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，抓取机构配合顶针机构将钵苗从苗盘中顶起时实现夹取并拔出钵苗至一定高度，然后运输到后方预定位置投放至投苗机构，导向槽用于调节投苗时的位置，因为抓取位置由钵苗苗盘间距而定，但投苗机构的投苗盒需要尽可能大才能保证顺利接到苗，因此取苗爪在抓取位置和投苗位置的间距不同，在进料平台的输送方向上，任意两个相邻导向槽之间的距离逐渐变大，用导向槽调节苗爪间距；此外，导向板设置为两组，可以增加整体装置的刚度；
（4）本实用新型提供了一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，苗爪需要实现夹取和拔出的动作，其原理主要是通过给安装在中间的苗爪电磁铁和顶部的上拉电磁铁通电来实现的，用机械结构实现，不需要控制器单独控制，结构简单，节约成本，且取苗状态更加稳定。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型顶针机构结构示意图；
图3为本实用新型抓取机构结构示意图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为本实用新型取苗机构结构示意图；
图6为本实用新型引导机构结构示意图；
图7为本实用新型投苗机构结构示意图；
图8为本实用新型投苗盒结构示意图；
图9为本实用新型进料平台整体结构示意图；
图10为本实用新型图3左视图中，滑环结构示意图；
图11为本实用新型苗盘结构示意图；
附图标记：1、机架，101、上架，102、下架，2、方形平台，3、第一步进电机，4、顶针，5、顶针座，6、偏心轴，7、转动头，8、滑动座，9、限位座，10、立柱，11、限位板，12、方形架，13、导向板，14、导向槽，15、传送带，16、直线光轴，17、滑块，18、固定板,19、第二步进电机，20、滑槽，21、苗爪光轴，22、重载直线导轨，23、上拉电磁铁，24、上极限卡件，25、金属滑块，26、下极限卡件，27、水平直线导轨，28、左极限卡件，29、苗爪金属滑块，30、右极限卡件，31、横向弹簧，32、苗爪，33、竖直拉簧，34、电刷，35、滑环，36、侧板，37、压紧条，38、弧形导板，39、空苗盘导向条,40、固定轴，41、苗盘收纳盒，42、支撑架，43、导板，44、底板，45、投苗盒，46、投苗筒，47、转动轮，48、合页，49、苗筒挡板，50、链轮，51、第三步进电机，52、弯板链条，53、光轴，54、凸台,55、水平支架，56、水平传动链条，57、卡条，58、第四步进电机，59、导轨，60、导电环，61、绝缘环，62、条形孔，63、水平板，64、卡板。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
一种经济作物钵苗移栽自动取苗和投苗装置，该装置包括机架1、设置在机架1上方的苗盘输送机构以及设置在机架1下方的苗盘收纳盒41，该装置还包括：
顶针机构，用于将苗盘输送机构输送的苗盘分离成钵苗和空苗盘；
抓取机构，包括取苗单元和输送单元，所述取苗单元用于抓取顶针机构顶出的钵苗，所述输送单元用于输送取苗单元抓取的钵苗；
引导机构，用于将抓取机构抓取钵苗后的空苗盘引导落入苗盘收纳盒41中；
投苗机构，用于接住抓取机构投放的钵苗，并将钵苗运送至预设位置进行栽植。
以上为本实用新型的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。
进一步的，所述苗盘输送机构包括方形平台2，方形平台2的中部两侧一体连接有两个凸台54，两个凸台54的下方设置有两根平行的水平支架55，水平支架55沿方形平台2的长度方向设置，所述方形平台2长度方向的两侧各设置有一个水平传动链条56，两个水平传动链条56之间均匀连接有若干个卡条57，两个水平传动链条56由第四步进电机58驱动，方形平台2的中部沿方形平台2的长度方向延伸设置有用于与苗盘底部的导槽配合进行导向的导轨59，方形平台2上还设有贯通其上端面和下端面的条形孔65。
进一步的，所述的机架1包括相互连接的上架101和下架102，作为优选的，顶针机构和引导机构设置在上架101上，抓取机构通过方形架12固定在顶针机构和引导机构的上方，至此，顶针机构、引导机构和抓取机构共同构成顶针配合钳夹式的取苗机构；投苗机构设置在下架102上，用于接住取苗机构投放的钵苗，苗盘收纳盒41设置在机架1的下方，用于接住顺着空苗盘导向条39引导下来的空苗盘。上架101上设有水平板63，所述顶针机构包括顶针座5、偏心轴6以及固定设置在水平板63上的第一步进电机3，第一步进电机3和顶针座5均设置在所述方形平台2的下方，偏心轴6的两端分别为固定端和自由端，第一步进电机3与偏心轴6的固定端驱动连接，偏心轴6的自由端设置有转动头7；所述顶针座5包括滑动座8、限位座9以及两个卡板64，两个卡板64滑动配合卡设在水平板63相对设置的两侧，且卡板64与水平板63之间通过螺栓组件连接，每个卡板64的上表面均垂直连接有立柱10，滑动座8的两端滑动配合连接在两个立柱10上，两个立柱10的上端与限位座9的两端垂直连接，滑动座8的上表面垂直固设若干个顶针4，顶针4的上端穿过限位座9并对准方形平台2上的条形孔65设置，滑动座8上靠近偏心轴6的一侧面上连接有两个相互平行设置的限位板11，限位板11水平设置，且转动头7设置在两个限位板11之间，第一步进电机3通过驱动偏心轴6带动转动头7做圆周运动，转动头7转动带动滑动座8沿立柱10上下滑动，从而带动顶针4上下运动，顶针4向上运动时将钵苗从苗盘中顶出。
进一步的，所述输送单元包括方形架12，方形架12相对设置的两侧上并列设置有两个传送带15，传送带15由第二步进电机19驱动，传送带15的传送方向与苗盘输送机构的输送方向一致，传送带15上方设置有直线光轴16，所述直线光轴16的轴线与传送带15传输方向平行，直线光轴16上活动套设有滑块17，滑块17与传送带15固定连接，两个滑块17之间水平连接有固定板18，所述方形架12上水平固设有导向板13，在导向板13上开设有若干条导向槽14。
进一步的，所述导向板13有两组，两组导向板13分别设在固定板18的上方和下方，且每组导向板13上均对应开设有四条导向槽14和一个滑槽20，滑槽20设置在导向板13的一端，且滑槽20的滑动方向与传送带15传输方向平行；所述取苗单元包括均竖直设置的四个苗爪光轴21和一个光轴53，固定板18上设有条形槽，条形槽与滑槽20在固定板18上的垂直投影垂直设置，每个苗爪光轴21从上至下依次穿过位于固定板18上方的导向槽14、条形槽以及位于固定板18下方的导向槽14，每个光轴53从上至下依次穿过位于固定板18上方的滑槽20、条形槽以及位于固定板18下方的滑槽20，且每个苗爪光轴21的上端均吊设在位于固定板18上方的导向槽14中，每个光轴53的上端均吊设在位于固定板18上方的滑槽20中，在苗盘输送机构的输送方向上，位于同一个导向板13上的两两相邻导向槽14之间的间距逐渐变大，其中，两两相邻导向槽14之间的间距最小的导向槽14的端部为取苗端，两两相邻导向槽14之间的间距最大的导向槽14的端部为投苗端。
进一步的，每个苗爪光轴21的下端均伸出位于固定板18下方的导向板13，且每个苗爪光轴21的下端均固设有重载直线导轨，重载直线导轨上自上到下依次设有上拉电磁铁23、上极限卡件24、金属滑块和下极限卡件26，金属滑块滑动配合连接在重载直线导轨上，金属滑块和下极限卡件26之间通过竖直拉簧33连接，断电时，金属滑块25处于下极限卡件26位置，金属滑块上设置有抓取电磁铁，在金属滑块上安装有与重载直线导轨垂直的水平直线导轨27，重载直线导轨将水平直线导轨27均分为两部分，每部分的水平直线导轨27上其中间向端部的方向依次滑动配合连接有右极限卡件30、苗爪金属滑块29和左极限卡件28，两个苗爪金属滑块29之间通过横向弹簧31连接，苗爪金属滑块29下方连接有苗爪32，断电时，两个苗爪32在两侧极限卡件位置，即为张开状态。
进一步的，光轴53的下端均伸出位于固定板18下方的导向板13，光轴53的下端固设有重载直线导轨，光轴53连接的重载直线导轨上设有金属滑块，且该金属滑块上设置有电刷34，方形架12上设置有与电刷34相配合使用的滑环35。此时，如图10所示，将所有苗爪电磁铁的正级串联到电刷34的电刷头上，负极串联到电源上，从初始位置，即在滑环35的下方，导电环60向绝缘环61过渡的位置，电刷34与绝缘区域接触，苗爪32在下极限位置处于张开状态；当到达取苗位置时，电刷34接触到电源正极，上拉电磁铁23和抓取电磁铁工作，苗爪32闭合实现夹取，并同电刷34一同上拉至上极限位置，实现拔起。然后沿传送带15传输方向行进，随着苗爪光轴21往回运动，此时电刷34一直为通电状态，所有苗爪32为夹持状态；当到达投苗位置时，电刷34行进至绝缘环61，苗爪32张开，实现投苗。
进一步的，在苗盘的移动方向，所述引导机构设置在苗盘输送机构前方的机架1上，机架1上设有两个支撑架42，两个支撑架42之间设置有固定轴40，固定轴40两端穿设有侧板36，固定轴40中间穿设有弧形导板38，弧形导板38上连接有防止苗盘整体被顶针机构顶出的压紧条37，与固定轴40相对的另一侧侧板36之间连接有导板43，导板43上固设有向下的空苗盘导向条39，空苗盘顺着空苗盘导向条39落入苗盘收纳盒41中。
进一步的，所述投苗机构设置在机架1的下方，投苗机构包括底板44和设置在底板44上的若干个投苗盒45，所述投苗盒45包括投苗筒46、转动轮47和苗筒挡板49，投苗筒46的下方设有倾斜设置的投苗口，转动轮47设在位于投苗口下端的投苗筒46上，苗筒挡板49通过合页48与位于投苗口上端的投苗筒46连接，使苗筒挡板49能够封合或打开投苗口，所述投苗盒45绕底板44一周旋转运动，在投苗盒45旋转运动过程中，投苗盒45经过投苗端的下方。
进一步的，所述底板44为方形环状板，底板44的四个角处各设置一个链轮50，链轮50由第三步进电机51驱动，四个链轮50通过弯板链条52连接，各投苗盒45均通过卡件固定在弯板链条52上，以使在第三步进电机51驱动下，投苗筒46跟随弯板链条52旋转。
本实用新型的工作原理是：当苗盘进入进料平台2时，导轨59卡入苗盘中间凹槽，实现一个方向的定位；两个水平传动链条56之间均匀连接的若干个卡条57又卡在苗盘前后凹槽中间，实现第二个方向的定位；当水平传动链条56将苗盘往前运送，逐渐卡入苗盘引导机构所延伸出的压紧条37，实现第三个方向的定位。当到达预设顶出位置时，同时启动苗爪和投苗盘，当苗爪靠近抓取位置时，在预设的距离触发开关，开启顶针机构中的第一步进电机3，第一步进电机3驱动偏心轴6带动转动头7做圆周运动，转动头7转动带动滑动座8沿立柱10上下滑动，从而带动顶针4上下运动，顶针4向上运动准确地将运动到顶针位置时苗盘中的基质顶出。
在基质被顶出的同时，取苗机构开始工作，第二步进电机19启动，此时电刷34行进到滑环35的导电环60，实现抓取、拔出，然后将钵苗运往后方，到投苗盒的预定投苗位置上方，电刷34行进至绝缘环61，将钵苗投放，然后回复起始位置，使传送带15继续运转，将下一排苗运送到预定位置，实现连续取苗和投苗。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。