本發(fā)明屬于設施農業(yè)中自動化移栽研究領域，具體涉及一種多用途混聯移栽機器人。

背景技術：

穴盤苗移栽作業(yè)的目的是保證幼苗適當的生長空間，促進作物的扎根和生長。目前，約有60％的蔬菜釆用育苗移栽方式，種植蔬菜、花卉等作物的工廠化育苗是現代農業(yè)、工廠化農業(yè)的先驅，已成為現代蔬菜、花卉產業(yè)的龍頭。由于作物生長過程中，其所需的光熱、空間、養(yǎng)分會逐漸增大，故育苗生產中需要將幼苗從高密度盤移植到低密度盤或花盆中，以適應其進一步生長。我國目前穴盤苗移栽、壞苗剔除、稀植移苗作業(yè)仍以人工為主，其作業(yè)效率低，用工量大，生產成本高，并且連續(xù)工作容易疲勞，移栽質量難以保證，故無法滿足集約化育苗生產的需求，嚴重制約了農業(yè)現代化水平。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種多用途混聯移栽機器人，該機器人能夠滿足多種工廠化高速移栽需求，實現普通穴盤苗之間的移栽和補苗以及管道培養(yǎng)的有角度移栽需求。

本發(fā)明的技術方案是：一種多用途混聯移栽機器人，包括機架、控制臺、電箱、多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)和穴盤輸送臺；

所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)包括靜平臺機架、第I支鏈、第II支鏈、第III支鏈、第IV支鏈和動平臺；所述第I支鏈與第IV支鏈結構相同，第II支鏈和第III支鏈結構相同，所述第I支鏈、第II支鏈和第III支鏈分別連接一套伺服電機，第I支鏈伺服電機的主軸與第III支鏈伺服電機的主軸相平行、并與第II支鏈伺服電機主軸以及第IV支鏈的第一級轉臂的旋轉軸相垂直；所述第II支鏈伺服電機主軸與第IV支鏈的第一級轉臂的旋轉軸相平行；第I支鏈伺服電機、第II支鏈伺服電機和第III支鏈伺服電機在同一高度分別固定安裝于靜平臺機架上；

所述靜平臺機架6安裝在所述機架1的頂部，所述第I支鏈、第II支鏈、第III支鏈和第IV支鏈的末端分別與動平臺連接；所述動平臺末端設有末端執(zhí)行器，所述穴盤輸送臺設在末端執(zhí)行器的下方；所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)和穴盤輸送臺均分別與控制臺和電箱電連接。

上述方案中，所述第I支鏈包括第I支鏈剛性聯軸器、第I支鏈驅動臂、第I支鏈從動臂A、第I支鏈轉接臂、第I支鏈從動臂B、關節(jié)A型、關節(jié)B型和軸承；

所述第I支鏈剛性聯軸器將第I支鏈驅動臂的一端與第I支鏈伺服電機剛性聯結，第I支鏈伺服電機驅動第I支鏈驅動臂作旋轉運動；第I支鏈驅動臂的另一端與兩個關節(jié)A型通過銷軸固聯在一起；兩個第I支鏈從動臂A的兩端分別通過銷軸與四個關節(jié)B型固聯，第I支鏈驅動臂和第I支鏈從動臂A一端上的關節(jié)A型分別通過銷軸與關節(jié)B型連接，形成轉動副；

所述第I支鏈轉接臂的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)A型固聯，第I支鏈從動臂A另一端和第I支鏈轉接臂上的關節(jié)A型分別通過銷軸與關節(jié)B型連接，形成轉動副；

所述第I支鏈從動臂B的一端通過銷軸與一個關節(jié)B型固聯，且關節(jié)B型與第I支鏈轉接臂轉動副連接；第I支鏈從動臂B的另一端通過銷軸與關節(jié)B型連接，且關節(jié)B型中內置軸承。

上述方案中，所述第II支鏈包括第II支鏈剛性聯軸器、第II支鏈驅動臂、第II支鏈從動臂A、第II支鏈轉接臂、軸環(huán)、第II支鏈從動臂B、第II支鏈從動臂C、關節(jié)A型、關節(jié)B型和軸承；

所述第II支鏈剛性聯軸器將第II支鏈驅動臂的一端與第II支鏈伺服電機剛性聯結，第II支鏈伺服電機驅動第II支鏈驅動臂作旋轉運動；第II支鏈驅動臂的另一端設有軸環(huán)；

所述第II支鏈從動臂A的兩端分別與兩個關節(jié)B型通過銷軸固聯在一起，第II支鏈轉接臂的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)A型固聯，第II支鏈轉接臂兩端的關節(jié)A型分別與第II支鏈從動臂A一端的關節(jié)B型以及軸環(huán)通過銷軸連接，形成轉動副；

所述第II支鏈從動臂B的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)B型固聯，第II支鏈從動臂B一端的關節(jié)B型與第II支鏈轉接臂轉動副連接；

所述第II支鏈從動臂C的一端通過銷軸與關節(jié)A型固聯，關節(jié)A型通過銷軸與第II支鏈從動臂B另一端的關節(jié)B型轉動副連接；第II支鏈從動臂C的另一端通過銷軸與一個關節(jié)B型固鏈，且關節(jié)B型中內置軸承。

上述方案中，所述動平臺包括筆形氣缸、氣缸固定座、1號推桿、2號推桿、3號推桿、動平臺基座、關節(jié)軸承、末端執(zhí)行器翻轉板和末端執(zhí)行器；

所述氣缸固定座通過螺栓連接固聯在動平臺基座上，兩個筆形氣缸分別固聯在氣缸固定座上，兩個氣缸的執(zhí)行部件分別與1號推桿和3號推桿連接，1號推桿和3號推桿在氣缸推動下，沿著動平臺基座上兩個方槽上下運動；

所述1號推桿與2號推桿通過銷軸連接形成轉動副，同時2號推桿、3號推桿的下端分別與三個關節(jié)軸承固聯，三個關節(jié)軸承通過銷軸與末端執(zhí)行器翻轉板連接。

上述方案中，所述末端執(zhí)行器包括取苗爪氣缸、取苗爪過渡板、取苗爪擺桿、取苗爪推桿和取苗爪針；

所述取苗爪氣缸的一端通過螺栓連接固定在末端執(zhí)行器翻轉板的下方，取苗爪過渡板通過螺栓連接固定在取苗爪氣缸的兩一端上，兩個取苗爪擺桿通過銷軸分別與取苗爪過渡板的兩端連接形成轉動副；

所述取苗爪推桿連接在取苗爪氣缸的執(zhí)行部件上并隨其運動，四根取苗爪針兩個為一組同時穿過取苗爪推桿上的四個孔分別與兩個取苗爪擺桿固聯。

上述方案中，所述第I支鏈、第II支鏈、第III支鏈和第IV支鏈通過銷軸將各自支鏈末端的關節(jié)B型與動平臺基座相連。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.本發(fā)明所述機器人主體由四支鏈三自由度并聯機構構成，其拓撲結構2RRPR+2RRRP，滿足三平移的要求；為適應各種用途，比如移栽時的姿態(tài)調整以及在管道培養(yǎng)時本身要求有一定角度的移栽，在動平臺和末端執(zhí)行器之間添加一個環(huán)節(jié)，通過兩組筆形氣缸控制末端執(zhí)行器上取苗爪能夠繞一個坐標軸進行對稱翻轉，所以其整體拓撲結構應為{2RRPR+2RRRP}+R；

2.本發(fā)明所述機器人中，四條支鏈中有一條支鏈為不含驅動的冗余支鏈，可以提高機器人剛度，另三條主要支鏈由三套伺服電機分別驅動，伺服電機組完全固定安裝于靜平臺，即機架上，使所有支鏈從動臂上不含驅動，減少運動部件運動時的慣量。三套伺服電機的主軸分布于矩形的相鄰三條邊上，其中兩條主軸相互平行，另一條與相鄰兩條主軸垂直，結合并聯機構拓撲結構使本發(fā)明中的并聯機構具有部分解耦特性，便于運動控制。

3.本發(fā)明所述機器人中，末端執(zhí)行器由兩部分組成，一是動平臺與取苗爪之間的兩組氣缸以及兩套推桿，實現取苗爪的翻轉，二是末端執(zhí)行部件取苗爪，用于實現對苗缽的夾取、夾持、推落功能，結構簡單，質量很輕，使得整個末端執(zhí)行器的運動慣性較小。

4.本發(fā)明所述機器人結合并聯機器人的諸多優(yōu)點如高速高效，穩(wěn)定性好，不依賴于精密的穴盤輸送系統(tǒng)；機器人整體結構簡單，質量較輕，實用性強；該機器人末端執(zhí)行器有力，可以滿足多用途需要尤其是對苗缽姿態(tài)的調整以及管道培養(yǎng)時的有角度移栽需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)結構圖；

圖2是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人主體結構圖；

圖3是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人第I支鏈和第IV支鏈結構圖；

圖4是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人第II支鏈和第III支鏈結構圖；

圖5是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人翻轉結構圖一；

圖6是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人翻轉結構圖二；

圖7是本發(fā)明一實施方式的多用途混聯移栽機器人末端執(zhí)行器結構圖。

圖中：1.機架，2.控制臺，3.電箱，4.多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)，5.穴盤輸送臺，6.靜平臺機架，7.關節(jié)A型，8.關節(jié)B型，9.軸承，10.第I支鏈，11.第II支鏈，12.第III支鏈，13.第IV支鏈，14.動平臺，10-1.第I支鏈伺服電機，10-2.第I支鏈伺服電機固定座，10-3.第I支鏈剛性聯軸器，10-4.第I支鏈驅動臂，10-5.第I支鏈從動臂A，10-6.第I支鏈轉接臂，10-7.第I支鏈從動臂B，11-1.第II支鏈伺服電機，11-2.第II支鏈伺服電機固定座，11-3.第II支鏈剛性聯軸器，11-4.第II支鏈驅動臂，11-5.第II支鏈從動臂A，11-6.第II支鏈轉接臂，11-7.軸環(huán)，11-8.第II支鏈從動臂B，11-9.第II支鏈從動臂C，12-1.第III支鏈伺服電機，12-2.第III支鏈伺服電機固定座，13-1.第IV支鏈固定座，14-1.筆形氣缸，14-2.氣缸固定座，14-3.1號推桿，14-4.2號推桿，14-5.3號推桿，14-6.動平臺基座，14-7.關節(jié)軸承，14-8.末端執(zhí)行器翻轉板，14-9.取苗爪氣缸，14-10.取苗爪過渡板，14-11.取苗爪擺桿，14-12.取苗爪推桿，14-13.取苗爪針。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

圖1所示為本發(fā)明所述多用途混聯移栽機器人的一種實施方式，所述多用途混聯移栽機器人，包括機架1、控制臺2、電箱3、多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4和穴盤輸送臺5。所述機架1作為多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4、控制臺2和電箱3的固定基座，控制臺2用于輸入參數并能夠在顯示器上反饋運行進度。所述電箱3用于集中放置控制移栽機器人系統(tǒng)用到的電器元件、開關、伺服驅動器等，通過PLC連接伺服驅動器，電磁閥等控制元件，按照由控制臺2中用戶輸入的參數以及預設的程序程序進行移栽機的控制。穴盤輸送臺5是穴盤進給平臺，放置穴盤、花盆和培養(yǎng)管道等移栽容器。

如圖2所示，所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4為一套并聯機構串聯一套具有一個翻轉自由度的末端執(zhí)行器，并聯機構的拓撲結構為2RRPR+2RRRP，其整體拓撲結構為{2RRPR+2RRRP}+R；所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4包括靜平臺機架6、第I支鏈10、第II支鏈11、第III支鏈12、第IV支鏈13和動平臺14六大部分；其中所述第I支鏈10與第IV支鏈13在結構和尺寸上完全一樣，第II支鏈11和第III支鏈12在結構和尺寸上完全一樣。四條支鏈中，所述第I支鏈10、第II支鏈11和第III支鏈12為主要支鏈，且分別連接一套伺服電機，所述第IV支鏈13為冗余支鏈，用于提高機器人整體剛度。第I支鏈伺服電機10-1的主軸與第III支鏈伺服電機12-1的主軸相平行、并且第I支鏈伺服電機10-1的主軸與第III支鏈伺服電機12-1的主軸同時與第II支鏈伺服電機11-1主軸和第IV支鏈13的第一級轉臂的旋轉軸相垂直；所以同時所述第II支鏈伺服電機11-1主軸與第IV支鏈13的第一級轉臂的旋轉軸相平行；第I支鏈伺服電機10-1、第II支鏈伺服電機11-1和第III支鏈伺服電機12-1在同一高度分別固定安裝于靜平臺機架6上。這種布置方式使得本發(fā)明中所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4在平行于靜平臺機架6的2個平移自由度上有較好的解耦性。

所述靜平臺機架6安裝在所述機架1的頂部，所述第I支鏈10、第II支鏈11、第III支鏈12和第IV支鏈13的末端分別與動平臺14連接；所述動平臺14末端設有末端執(zhí)行器，所述穴盤輸送臺5設在末端執(zhí)行器的下方；所述多用途混聯移栽機器人系統(tǒng)4和穴盤輸送臺5均分別與控制臺2和電箱3電連接。

由于第I支鏈10與第IV支鏈13在結構和尺寸上完全一樣，下面以第I支鏈10為例說明其結構與連接方式。

如圖3所示，所述第I支鏈10包括第I支鏈剛性聯軸器10-3、第I支鏈驅動臂10-4、第I支鏈從動臂A 10-5、第I支鏈轉接臂10-6、第I支鏈從動臂B 10-7、關節(jié)A型7、關節(jié)B型8和軸承9。

所述第I支鏈剛性聯軸器10-3用于將第I支鏈驅動臂10-4的一端與第I支鏈伺服電機10-1剛性聯結在一起，第I支鏈伺服電機10-1驅動第I支鏈驅動臂10-4作旋轉運動；第I支鏈驅動臂10-4的另一端與兩個關節(jié)A型7通過銷軸固聯在一起；兩個第I支鏈從動臂A10-5的兩端分別通過銷軸與四個關節(jié)B型8固聯，第I支鏈驅動臂10-4和第I支鏈從動臂A10-5一端上的關節(jié)A型7分別通過銷軸與關節(jié)B型8連接，形成轉動副。

第I支鏈轉接臂10-6的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)A型7固聯，第I支鏈從動臂A10-5另一端和第I支鏈轉接臂10-6上的關節(jié)A型7分別通過銷軸與關節(jié)B型8連接，形成轉動副。

第I支鏈從動臂B 10-7的一端通過銷軸與一個關節(jié)B型8固聯，且關節(jié)B型8與第I支鏈轉接臂10-6轉動副連接；第I支鏈從動臂B 10-7的另一端通過銷軸與關節(jié)B型8連接，且關節(jié)B型8中內置軸承9，第I支鏈中第二環(huán)節(jié)通過以上連接方式形成平行四邊形結構。

由于第II支鏈11與第III支鏈12在結構和尺寸上完全一樣，下面以第II支鏈11為例說明其結構與連接方式。

如圖4所示，所述第II支鏈11包括第II支鏈剛性聯軸器11-3、第II支鏈驅動臂11-4、第II支鏈從動臂A 11-5、第II支鏈轉接臂11-6、軸環(huán)11-7、第II支鏈從動臂B 11-8、第II支鏈從動臂C 11-9、關節(jié)A型7、關節(jié)B型8和軸承9。

所述第II支鏈剛性聯軸器II-3用于將第II支鏈驅動臂11-4的一端與第II支鏈伺服電機11-1剛性聯結在一起，第II支鏈伺服電機11-1驅動第II支鏈驅動臂11-4作旋轉運動；第II支鏈驅動臂11-4的另一端設有軸環(huán)11-7。

第II支鏈從動臂A11-5的兩端分別與兩個關節(jié)B型8通過銷軸固聯在一起，第II支鏈轉接臂11-6的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)A型7固聯，第II支鏈轉接臂11-6兩端的關節(jié)A型7分別與第II支鏈從動臂A11-5一端的關節(jié)B型8以及軸環(huán)11-7通過銷軸連接，形成轉動副。

第II支鏈從動臂B 11-8的兩端分別通過銷軸與兩個關節(jié)B型8固聯，第II支鏈從動臂B11-8一端的關節(jié)B型8與第II支鏈轉接臂11-6轉動副連接；

第II支鏈從動臂C11-9的一端通過銷軸與關節(jié)A型7固聯，關節(jié)A型7通過銷軸與第II支鏈從動臂B11-8另一端的關節(jié)B型8轉動副連接；第II支鏈從動臂C11-9的另一端通過銷軸與一個關節(jié)B型8固鏈，且關節(jié)B型8中內置軸承9；第II支鏈中第一環(huán)節(jié)通過以上連接方式形成平行四邊形結構。

所述第I支鏈10、第II支鏈11、第III支鏈12和第IV支鏈13通過銷軸將各自支鏈末端的關節(jié)B型8與動平臺基座14-6相連。至此，本發(fā)明所述一種多用途混聯移栽機器人即構成了三平移自由度所需的所有環(huán)節(jié)。

如圖5和圖6所示，所述動平臺14包括筆形氣缸14-1、氣缸固定座14-2、1號推桿14-3、2號推桿14-4、3號推桿14-5、動平臺基座14-6、關節(jié)軸承14-7、末端執(zhí)行器翻轉板14-8和末端執(zhí)行器。

所述氣缸固定座14-2通過螺栓連接固聯在動平臺基座14-6上，兩個筆形氣缸14-1分別固聯在氣缸固定座14-2上，兩個氣缸的執(zhí)行部件分別與1號推桿14-3和3號推桿14-5連接，1號推桿14-3和3號推桿14-5在氣缸推動下，沿著動平臺基座14-6上兩個方槽上下運動；1號推桿14-3與2號推桿14-4通過銷軸連接形成轉動副，同時2號推桿14-4、3號推桿14-5的下端分別與三個關節(jié)軸承14-7固聯，三個關節(jié)軸承14-7通過銷軸與末端執(zhí)行器翻轉板14-8連接。

初始狀態(tài)下兩個筆形氣缸14-1均處于回程狀態(tài)，末端執(zhí)行器翻轉板14-8與動平臺基座14-6保持平行，當兩個筆形氣缸14-1處于一個推程一個回程的狀態(tài)時，末端執(zhí)行器翻轉板14-8就會相對于動平臺基座14-6翻轉一定角度，兩個筆形氣缸14-1的狀態(tài)同時改變時，雖任處于一個推程一個回程狀態(tài)，但翻轉的方向與之前相反。

如圖7所示，所述末端執(zhí)行器包括取苗爪氣缸14-9、取苗爪過渡板14-10、取苗爪擺桿14-11、取苗爪推桿14-12和取苗爪針14-13。

所述取苗爪氣缸14-9的一端通過螺栓連接固定在末端執(zhí)行器翻轉板14-8的下方，取苗爪過渡板14-10通過螺栓連接固定在取苗爪氣缸14-9的兩一端上，兩個取苗爪擺桿14-11通過銷軸分別與取苗爪過渡板14-10的兩端連接形成轉動副，且可以擺動一定角度。所述取苗爪推桿14-12連接在取苗爪氣缸14-9的執(zhí)行部件上并隨其運動，四根取苗爪針14-13兩個為一組同時穿過取苗爪推桿14-12上的四個孔分別與兩個取苗爪擺桿14-11固聯。所述當取苗爪氣缸14-9的執(zhí)行部件運動時帶動取苗爪推桿14-12，而取苗爪推桿14-12通過四個小孔約束四根取苗爪推桿14-12做張開或收緊的動作，以此達到夾取苗的需求。當末端執(zhí)行器運動到目標位置之前，取苗爪氣缸14-9處于推出狀態(tài)，四根取苗爪針14-13張開，當末端執(zhí)行器向下運動，取苗爪針14-13插入苗缽過程中，同時收回氣缸執(zhí)行部件，取苗爪針14-13在插入苗缽的過程中收緊抱住苗缽，末端執(zhí)行器繼續(xù)運動至目標位置，氣缸再次推出，將苗缽推出到目標容器中。

本發(fā)明通過并聯機構實現三個自由度的平動，并具有部分解耦性，有益于控制和路徑的結算精度，通過在末端執(zhí)行器上串聯轉動部件，使得本發(fā)明所述的移栽機器人能夠滿足多用途需要，在調整苗缽姿態(tài)以及有角度移栽管道培養(yǎng)時作用尤其突出，解決傳統(tǒng)工廠化穴盤移栽人工效率低，人工費用高，以及龍門式移栽機體積龐大，制造成本巨大等問題。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。