具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机及方法与流程

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机及方法。

背景技术：

长期以来，我国旱地作物的移栽，从穴盘育苗到种苗移栽入土，中间的工作环节大部分依靠人力来完成，劳动强度大，且效率低下；特别是农忙季节，农村劳动力短缺，稍有耽误，就容易错过最佳移栽时期，影响产量。采用机械化移栽可以解决移栽时节劳动力短缺的问题，大大降低劳动强度，并且可以避免人工移栽造成的株距、行距、深度及直立度的不稳定现象，使作物的成熟期一致，便于田间规范化管理，提高产量。国外的全自动移栽机难以适应国内的种植模式和种植环境，且价格高昂，难以推广。国内大部分还是采用人工移栽或使用人工取苗、喂苗的半自动移栽机进行移栽。半自动移栽机存在工人劳动强度大、效率低、成本高、伤苗率高等问题，不适合设施农业的移栽作业。传统全自动移栽机多采用顶苗夹苗的取苗方式、机械手直接夹取穴盘苗的取苗方式或采用取苗针插入穴盘苗的钵体进行取苗，这些取苗方式结构复杂，对秧苗损伤大，取苗速度难以进一步提高。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机。

本发明的另一个目的是提供一种低损伤仿形快速取苗的穴盘苗移栽方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机，适用于多排多列的矩阵式穴盘10的移栽作业，该移栽机包括机架1、输送机构5、传动系统6、地轮7、鸭嘴栽植器8和喂苗器9，其中，机架1包括左纵梁102、右纵梁101和中间纵梁104；所述输送机构5包括输送底板501、送苗筒502、输送链503、输送链驱动电机504、主动输送链轮505、从动输送链轮506、第一投苗口507、第二投苗口508、投苗气缸509和挡苗板510，用于将穴盘苗412逐个输送到位于其下方的喂苗器9中；所述鸭嘴栽植器8布置在喂苗器9的下方，地轮7通过传动系统6驱动喂苗器9旋转向鸭嘴栽植器8喂苗，并驱动鸭嘴栽植器8完成栽植动作。

该移栽机进一步包括送盘机构3和低损伤仿形快速取苗装置4。

所述送盘机构3设置在输送机构5的后方，送盘机构3包括左送盘支架301、右送盘支架306、送苗底板304、送盘侧板307、送盘主动链轮308、送盘主动轴309、送盘从动轴310、送盘从动链轮311、送盘链条302、送盘电机314和顶苗装置。

所述左送盘支架301和右送盘支架306分别固接在左纵梁102和右纵梁101上部；所述送苗底板304水平地固接在左送盘支架301和右送盘支架306上；所述左送盘支架301和右送盘支架306的前端之间和后端之间各固接一个送盘侧板307；所述送盘主动轴309和送盘从动轴310分别设置在两个送盘侧板307两端；所述送盘主动轴309上设置有一对送盘主动链轮308，所述送盘从动轴310上设置有一对送盘从动链轮311，所述送盘链条302套设在送盘主动链轮308和送盘从动链轮311之间，其中，位于上方的送盘链条302为上层链，位于下方的送盘链条302为下层链；送盘链条302的上层链位于送苗底板304的上表面的上方；多个水平布置的拨杆等间距地设置在送盘链条302上。

所述送盘电机314的动力输出轴与送盘主动轴309连接，间歇式驱动送盘主动轴309转动。

所述送苗底板304的中部垂直于穴盘10输送方向设有一排与穴盘10的苗穴排相对应的顶苗孔303。

所述顶苗装置设置在送苗底板304的下方，顶苗装置包括顶苗气缸317、顶杆支架316和顶杆315，所述顶苗气缸317的活塞杆端与顶杆支架316固接，多个与顶苗孔303一一对应的顶杆315垂直固接在顶杆支架316上。

所述低损伤仿形快速取苗装置4设置在输送机构5与送盘机构3之间，低损伤仿形快速取苗装置4包括外支架408、内支架409、取苗支架410、仿形取苗机械手、取苗气缸406、旋转轴405和旋转电机401。

水平布置的取苗支架410位于送盘机构3和输送机构5的上方，取苗支架410呈“十”字风车状，包括四个取苗叶片411，其中，相邻的两个取苗叶片411相互垂直，间隔的两个取苗叶片411相对于取苗支架410的中心呈中心对称。

每个取苗叶片411的下表面的外端和内端分别垂直固接有外支架408和内支架409，所述仿形取苗机械手设置在所述外支架408和内支架409之间。

所述仿形取苗机械手包括舵机413、穴盘苗仿形托板416和一对相互对称的夹板415；其中，两个夹板415上均固接有多个穴盘苗仿形托板416；两个夹板415上的穴盘苗仿形托板416一一对应相互配合，构成多个与穴盘10一整排苗穴一一对应的穴盘苗仿形托架，所述穴盘苗仿形托架与穴盘苗412的基质的外形相对应。

每个夹板415的两端均设有一具有齿轮414的转动轴，夹板415通过所述转动轴分别与外支架408和内支架409转动连接；两个夹板415的齿轮414相互啮合；所述舵机413的动力输出轴与其中一个夹板415的转动轴连接，驱动夹板415往复转动，使得两个夹板415上的相互对应的穴盘苗仿形托板416合拢或分离。

所述取苗气缸406的活塞杆407与取苗支架410的中心垂直固接；所述旋转轴405的顶端与取苗气缸406的缸体端固接，旋转轴405的底端转动安装在中间纵梁104上；所述旋转电机401的动力输出轴与旋转轴405连接；所述旋转电机401固定在中间纵梁104上；所述旋转电机401间歇式驱动旋转轴405旋转，使得取苗支架410每个运动周期旋转90°。

位于取苗位置a上的取苗支架410的取苗叶片411转动90°至投苗位置b。

其中，所述取苗位置a为送盘机构3的送苗底板304上的一排顶苗孔303的正上方的位置；所述投苗位置b为输送链503的后排链上的送苗筒502的正上方的位置。

所述送苗底板304上设有沿穴盘10输送方向延伸的导向板305。

所述活塞杆407为六角活塞杆，其截面呈正六边形。

所述具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机采用plc作为控制器，对送盘电机314、旋转电机401、输送链驱动电机504、取苗气缸406、顶苗气缸317、投苗气缸509和舵机413进行逻辑控制，采用触摸屏进行人机交互。

一种利用所述的移栽机的低损伤仿形快速取苗穴盘苗移栽方法，包括如下步骤：

1、送苗

将穴盘10放入送盘机构3的送苗底板304上，送盘电机314通过带拨杆的送盘链条302驱动穴盘10间歇式移动至送苗底板304上的顶苗孔303处；顶苗气缸317的活塞杆驱动顶杆315从顶苗孔303中伸出，将一整排穴盘苗412从穴盘10中顶出；

2、取苗

同时，取苗气缸406的活塞杆407收缩，驱动取苗支架410由最高点下降至最低点，即位于取苗位置a的取苗叶片411上的仿形取苗机械手下降至与被顶出的穴盘苗412的基质的同一水平高度，此时，位于取苗位置a的取苗叶片411上的仿形取苗机械手的两个夹板415的穴盘苗仿形托板416处于分离状态；随后，舵机413正向旋转，驱动两个夹板415的穴盘苗仿形托板416相互合拢，形成与穴盘苗412的基质的外形相对应的穴盘苗仿形托架，将穴盘苗412托起；取苗气缸406的活塞杆407伸出，驱动取苗支架410上升，完成一次取苗作业；

3、转苗

当取苗支架410上升至最高点时，旋转电机401启动，驱动取苗支架410旋转90°，使得位于取苗位置a的取苗叶片411移动至投苗位置b，下一个取苗叶片411移动至取苗位置a；

4、投苗

托有穴盘苗412的取苗叶片411由取苗位置a移动至投苗位置b后，取苗气缸406的活塞杆407收缩，驱动取苗支架410由最高点下降至最低点，随后，舵机413反向旋转，驱动两个夹板415的穴盘苗仿形托板416相互分离，将一整排穴盘苗412投入到下方的输送机构5的输送链503的后排链上的送苗筒502中，完成一次投苗作业；

5、输送移栽

随着输送链驱动电机504驱动输送链503的间歇转动，送苗筒502依次经过第一投苗口507和第二投苗口508，位于第一投苗口507的挡苗板510在投苗气缸509的驱动下每隔一个送苗筒502打开一次，使得穴盘苗412被平均地投放入两个喂苗器9中，喂苗器9在传动系统6的驱动下转动，将喂苗器9苗腔内的穴盘苗412投入到鸭嘴栽植器8中，由鸭嘴栽植器8完成穴盘苗412的自动栽植；

其中，所述步骤2的取苗步骤和步骤4的投苗步骤能够同步进行，即位于取苗位置a的取苗叶片411完成一次取苗作业的同时，位于投苗位置b的取苗叶片411完成一次投苗作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明低损伤仿形快速取苗装置使用穴盘苗仿形托板构成的穴盘苗仿形托架将穴盘苗托起，未使用主动夹持力，在取苗过程中不会对穴盘苗造成损伤，可有效缩短穴盘苗移栽后的缓苗期。

2、本发明的低损伤仿形快速取苗装置可实现上升、下降、旋转动作，低损伤仿形快速取苗装置的取苗支架呈“十”字风车状，每个取苗叶片下方各设有仿形取苗机械手，取苗和投苗同时进行，无空行程，取苗效率高，可将整排穴盘苗转运到输送链中。

3、本发明自动化程度高、结构紧凑、移栽效率高、制造成本低，能有效降低人工劳动强度，可适用于多种不同作物的穴盘苗的移栽。

附图说明

图1为本发明的具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机的结构示意图；

图2a为输送机构5的结构示意图；

图2b为输送机构5的俯视图；

图2c为输送机构5省略送苗筒502和输送链503的结构示意图；

图3a为送盘机构3的结构示意图；

图3b为送盘机构3省略送苗底板304和送盘侧板307的结构示意图；

图3c为送盘机构3的顶苗装置的结构示意图；

图4a为低损伤仿形快速取苗装置4安装在中间纵梁104上的结构示意图；

图4b为低损伤仿形快速取苗装置4的部分结构示意图；

图5为取苗支架410的结构示意图；

图6a为仿形取苗机械手的结构示意图；

图6b为夹板415和仿形托板416的结构示意图；

图6c为仿形取苗机械手夹持穴盘苗412的状态示意图；

图7a为送盘机构3、低损伤仿形快速取苗装置4和输送机构5的俯视图；

图7b为低损伤仿形快速取苗装置4的取苗状态示意图；

图7c为低损伤仿形快速取苗装置4的转苗状态示意图；

图7d为低损伤仿形快速取苗装置4的取苗、投苗状态示意图。

其中的附图标记为：

1机架101右纵梁

102左纵梁103前横梁

104中间纵梁105后横梁

2站板3送盘机构

301左送盘支架302送盘链条

303顶苗孔304送苗底板

305导向板306右送盘支架

307送盘侧板308送盘主动链轮

309送盘主动轴310送盘从动轴

311送盘从动链轮312送盘轴承座

313送盘联轴器314送盘电机

315顶杆316顶杆支架

317顶苗气缸4低损伤仿形快速取苗装置

401旋转电机402旋转联轴器

403旋转电机支架404旋转轴承座

405旋转轴406取苗气缸

407活塞杆408外支架

409内支架410取苗支架

411取苗叶片412穴盘苗

413舵机414齿轮

415夹板416穴盘苗仿形托板

5输送机构501输送底板

502送苗筒503输送链

504输送链驱动电机505主动输送链轮

506从动输送链轮507第一投苗口

508第二投苗口509投苗气缸

510挡苗板6传动系统

7地轮8鸭嘴栽植器

9喂苗器10穴盘

11栽植深度调节机构

a取苗位置

b投苗位置

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机，包括机架1、站板2、送盘机构3、低损伤仿形快速取苗装置4、输送机构5、传动系统6、地轮7、鸭嘴栽植器8、喂苗器9和栽植深度调节机构11。该移栽机适用于多排多列的矩阵式穴盘10的移栽作业。

机架1包括前横梁103、后横梁105、左纵梁102、右纵梁101和中间纵梁104。站板2固接在后横梁105上。所述移栽机通过前横梁103及其下方的牵引连接孔固定到拖拉机的三点悬系统上，由拖拉机进行牵引工作。

如图2a、图2b和图2c所示，所述输送机构5包括输送底板501、送苗筒502、输送链503、输送链驱动电机504、主动输送链轮505、从动输送链轮506、第一投苗口507、第二投苗口508、投苗气缸509和挡苗板510。

所述输送底板501固接在机架1的左纵梁102和右纵梁101上部。

所述主动输送链轮505和从动输送链轮506分别通过链轮轴水平地设置在输送底板501左右两端。所述输送链503套设在主动输送链轮505和从动输送链轮506之间，其中，位于后方的部分为后排链，位于前方的部分为前排链。

多个上下贯通的送苗筒502依次衔接地、竖直地固接在输送链503的外端面上。

所述输送链驱动电机504的动力输出轴通过链传动与主动输送链轮505的链轮轴连接，间歇式驱动主动输送链轮505逆时针转动，使得输送链503每个运动周期移动一个送苗筒502的宽度。

在输送链503的前排链上的送苗筒502所对应的输送底板501上，分别开设有第一投苗口507和第二投苗口508。所述第一投苗口507和第二投苗口508的尺寸与送苗筒502的横截面的尺寸相等。

所述第一投苗口507设有通过投苗气缸509控制开合的挡苗板510。所述挡苗板510的一端通过销轴与第一投苗口507的边缘转动连接，所述挡苗板510的下表面设置有气缸连接凸耳，投苗气缸509的活塞杆端与该气缸连接凸耳连接，投苗气缸509的气缸端固接在输送底板501的下表面上；当投苗气缸509的活塞杆伸展时，所述挡苗板510将第一投苗口507完全遮蔽。

输送链503的前排链上的送苗筒502依次经过第一投苗口507，挡苗板510在投苗气缸509的驱动下每隔一个送苗筒502打开一次，送苗筒502中的穴盘苗由于重力落入到第一投苗口507下方的一个喂苗器9中；装有穴盘苗的送苗筒502经过第二投苗口508时，穴盘苗自动落入到另一个喂苗器9中。

所述鸭嘴栽植器8布置在喂苗器9的下方，地轮7通过传动系统6驱动喂苗器9旋转向鸭嘴栽植器8喂苗，并驱动鸭嘴栽植器8完成栽植动作。所述地轮7通过栽植深度调节机构11与机架1连接。

如图3a和图3b所示，所述送盘机构3设置在输送机构5的后方，送盘机构3包括左送盘支架301、右送盘支架306、送苗底板304、送盘侧板307、送盘主动链轮308、送盘主动轴309、送盘从动轴310、送盘从动链轮311、送盘链条302、送盘电机314和顶苗装置。

所述左送盘支架301和右送盘支架306分别固接在左纵梁102和右纵梁101上部。所述送苗底板304水平地固接在左送盘支架301和右送盘支架306上；所述左送盘支架301和右送盘支架306的前端之间和后端之间各固接一个送盘侧板307；所述送盘主动轴309和送盘从动轴310分别通过送盘轴承座312设置在两个送盘侧板307两端；所述送盘主动轴309上设置有一对送盘主动链轮308，所述送盘从动轴310上设置有一对送盘从动链轮311，所述送盘链条302套设在送盘主动链轮308和送盘从动链轮311之间，其中，位于上方的送盘链条302为上层链，位于下方的送盘链条302为下层链；送盘链条302的上层链位于送苗底板304的上表面的上方。多个水平布置的拨杆等间距地设置在送盘链条302上。

所述送盘电机314的动力输出轴通过送盘联轴器313与送盘主动轴309连接，间歇式驱动送盘主动轴309转动，使得送盘链条302每个运动周期移动一个穴盘10的苗穴排长度；穴盘10在拨杆的拨动作用下间歇式移动。

所述送苗底板304上设有沿穴盘10输送方向延伸的导向板305。

所述送苗底板304的中部垂直于穴盘10输送方向设有一排与穴盘10的苗穴排相对应的顶苗孔303。

如图3c所示，所述顶苗装置设置在送苗底板304的下方，顶苗装置包括顶苗气缸317、顶杆支架316和顶杆315，所述顶苗气缸317的活塞杆端与顶杆支架316固接，多个与顶苗孔303一一对应的顶杆315垂直固接在顶杆支架316上。

如图4a和图4b所示，所述低损伤仿形快速取苗装置4设置在输送机构5与送盘机构3之间，低损伤仿形快速取苗装置4包括外支架408、内支架409、取苗支架410、仿形取苗机械手、取苗气缸406、旋转轴405和旋转电机401。

如图5所示，水平布置的取苗支架410位于送盘机构3和输送机构5的上方，取苗支架410呈“十”字风车状，包括四个取苗叶片411，其中，相邻的两个取苗叶片411相互垂直，间隔的两个取苗叶片411相对于取苗支架410的中心呈中心对称。

每个取苗叶片411的下表面的外端和内端分别垂直固接有外支架408和内支架409，所述仿形取苗机械手设置在所述外支架408和内支架409之间。

如图6a和图6b所示，所述仿形取苗机械手包括舵机413、穴盘苗仿形托板416和一对相互对称的夹板415。其中，两个夹板415上均固接有多个穴盘苗仿形托板416；两个夹板415上的穴盘苗仿形托板416一一对应相互配合，构成多个与穴盘10一整排苗穴一一对应的穴盘苗仿形托架，所述穴盘苗仿形托架与穴盘苗412的基质的外形相对应。

每个夹板415的两端均设有一具有齿轮414的转动轴，夹板415通过所述转动轴分别与外支架408和内支架409转动连接。两个夹板415的齿轮414相互啮合；所述舵机413的动力输出轴与其中一个夹板415的转动轴连接，驱动夹板415往复转动，使得两个夹板415上的相互对应的穴盘苗仿形托板416合拢或分离。

所述取苗气缸406的活塞杆407与取苗支架410的中心垂直固接；优选地，所述活塞杆407为六角活塞杆，其截面呈正六边形。所述取苗气缸406驱动取苗支架410在竖直方向上做上下往复运动。

所述旋转轴405的顶端与取苗气缸406的缸体端固接，旋转轴405的底端通过旋转轴承座404转动安装在移栽机的中间纵梁104上。所述旋转电机401的动力输出轴通过旋转联轴器402与旋转轴405连接。所述旋转电机401通过旋转电机支架403固定在移栽机的中间纵梁104上。所述旋转电机401间歇式驱动旋转轴405旋转，使得取苗支架410每个运动周期旋转90°。

如图7a所示，位于取苗位置a上的取苗支架410的取苗叶片411(如图7a中所示顺时针方向)转动90°至投苗位置b。

其中，所述取苗位置a为送盘机构3的送苗底板304上的一排顶苗孔303的正上方的位置；所述投苗位置b为输送链503的后排链上的送苗筒502的正上方的位置。

本发明具有低损伤仿形快速取苗装置的穴盘苗全自动移栽机采用plc作为控制器，对送盘电机314、旋转电机401、输送链驱动电机504、取苗气缸406、顶苗气缸317、投苗气缸509和舵机413进行逻辑控制，采用触摸屏进行人机交互。

一种利用所述移栽机的低损伤仿形快速取苗穴盘苗移栽方法，包括如下步骤：

1)送苗

将穴盘10放入送盘机构3的送苗底板304上，送盘电机314通过带拨杆的送盘链条302驱动穴盘10间歇式移动至送苗底板304上的顶苗孔303处；顶苗气缸317的活塞杆驱动顶杆315从顶苗孔303中伸出，将一整排穴盘苗412从穴盘10中顶出；

2)取苗

同时，取苗气缸406的活塞杆407收缩，驱动取苗支架410由最高点下降至最低点，即位于取苗位置a的取苗叶片411上的仿形取苗机械手下降至与被顶出的穴盘苗412的基质的同一水平高度，此时，位于取苗位置a的取苗叶片411上的仿形取苗机械手的两个夹板415的穴盘苗仿形托板416处于分离状态；随后，舵机413正向旋转，驱动两个夹板415的穴盘苗仿形托板416相互合拢，形成与穴盘苗412的基质的外形相对应的穴盘苗仿形托架，将穴盘苗412托起；取苗气缸406的活塞杆407伸出，驱动取苗支架410上升，完成一次取苗作业，如图7b所示；

3)转苗

如图7c所示，当取苗支架410上升至最高点时，旋转电机401启动，驱动取苗支架410旋转90°，使得位于取苗位置a的取苗叶片411移动至投苗位置b，下一个取苗叶片411移动至取苗位置a；

4)投苗

如图7d所示，托有穴盘苗412的取苗叶片411由取苗位置a移动至投苗位置b后，取苗气缸406的活塞杆407收缩，驱动取苗支架410由最高点下降至最低点，随后，舵机413反向旋转，驱动两个夹板415的穴盘苗仿形托板416相互分离，将一整排穴盘苗412投入到下方的输送机构5的输送链503的后排链上的送苗筒502中，完成一次投苗作业；

5)输送移栽

随着输送链驱动电机504驱动输送链503的间歇转动，送苗筒502依次经过第一投苗口507和第二投苗口508，位于第一投苗口507的挡苗板510在投苗气缸509的驱动下每隔一个送苗筒502打开一次，使得穴盘苗412被平均地投放入两个喂苗器9中，喂苗器9在传动系统6的驱动下转动，将喂苗器9苗腔内的穴盘苗412投入到鸭嘴栽植器8中，由鸭嘴栽植器8完成穴盘苗412的自动栽植。

其中，所述步骤2)的取苗步骤和步骤4)的投苗步骤能够同步进行，即位于取苗位置a的取苗叶片411完成一次取苗作业的同时，位于投苗位置b的取苗叶片411完成一次投苗作业。