[0001] 本发明属于移栽机技术领域，涉及基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机，还涉及一种基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机的操作方法。

[0002] 市场上的蔬菜移栽机普遍为中小型和大型移栽机，中小型移栽机更轻便灵活，主要用于单人作业，大型移栽机移栽效率高，用于多人作业，它们因机械结构稳定可靠，制造成本相对较低，因而被广泛投入使用。但传统的蔬菜移栽机存在的共性问题是自动化程度低，需要通过人工将蔬菜幼苗投放至链式的喂苗杯中，再通过喂苗杯掉落至下方的鸭嘴移栽机构中完成移栽。小型移栽机需要一名人工在操控移栽机的同时完成幼苗的投放工作，且投放幼苗的速度要始终大于等于移栽速度，工作量较大；大型移栽机则需要一名驾驶员和多名专门负责投放幼苗的人工，导致人工成本较高，同时也给大型移栽机带来更多的负载，造成更多的能源消耗。

[0003] 采用自动化移栽机有日本的久保田蔬菜移栽机，该移栽机可实现机械手自动夹取幼苗进行移栽，移栽前仅需人工将整盘幼苗摆放至合适位置即可，自动化程度高，大多通过纯机械结构实现，功能稳定；湖南省农业装备研究所研发的自动化蔬菜移栽机，其通过伺服电机和气缸来模仿传统人工动作，将幼苗夹取放置在后方的喂苗杯中。国外的移栽机技术较为成熟，但成本高昂；湖南省农业装备研究所的自动化移栽机自动化程度高，但稳定性不足，研制成本较高，未能广泛投入使用。

[0004] 综上，目前存在的传统蔬菜移栽机，自动化程度低，需要人工投放幼苗，而少有的小型自动化移栽机或是价格昂贵，或是处于研发阶段未能很好普及。本发明旨在综合考虑自动化程度、制造成本和实用性的要求，做到低成本、小型化、自动投苗的自走式电动移栽机。

[0018] 下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

[0019] 实施例1： 如图1‑38所示，基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机，包括车架1、送盘机构2、取苗机械手3、供苗仓4和移栽机构5，车架1上安装有行走系统，送盘机构2安装在车架1后侧，用于将育苗穴盘6送入到取苗机械手3下方安装的支撑平板7上，取苗机械手3安装在车架1上且位于送盘机构2前侧上方，用于将育苗穴盘6内的苗送入到两个供苗仓4内，两个供苗仓4分别安装在支撑平板7左右两侧的车架1上，供苗仓4下方安装有移栽机构5，移栽机构5连接在车架1上。

[0020] 其中，上述送盘机构2包括X型法兰201、驱动杆202、送盘电机203和支撑盘204，支撑盘204两侧设置挡板，底部固定连接在车架1上方（实际固定在托盘架上靠近底部，托盘架固定连接在车架上），挡板能对育苗盘进行限位，实现定向移动，支撑盘204不低于支撑平板7，X型法兰201采用两个，两个X型法兰201之间四个对应端部通过四根驱动杆202固定连接形成驱动框，驱动框位于支撑盘204与支撑平板7之间且旋转驱动框能够将将驱动杆卡入育苗穴盘6底部的卡槽并将育苗穴盘6向前推送，驱动框两端的旋转轴通过两个轴承座一206旋转连接在两个支撑座205上，两个支撑座205分别固定连接在车架1上两侧，旋转轴一端伸出轴承座一206后固定连接在送盘电机203的电机轴上，送盘电机203通过送盘电机架207固定连接在车架1上，将育苗穴盘6放置到支撑盘204上向前推动，当推送到设定位置时（即前端第一排卡槽卡入驱动杆时），驱动框旋转，可将育苗穴盘向前推送，一圈推送4格，结构简单，推送稳定，定向移动位置精确。

[0021] 其中，上述取苗机械手3包括舵机驱动夹持爪301、水平直线移动机构302、竖向直线升降机构303和取苗机架304，舵机驱动夹持爪301采用两个，对称安装在水平直线移动机构302上且能够沿着水平左右移动，水平直线移动机构302两端安装在两套竖向直线升降机构303上且能够沿着竖向上下移动，两套竖向直线升降机构303通过取苗机架304连接在车架1左右两侧，通过水平移动，能够将舵机驱动夹持爪301精准移动到穴盘的苗上方，并通过竖向移动，能够将舵机驱动夹持爪301插入到穴槽内进行苗的夹持，再次通过水平竖向移动将抓取的苗送入到供苗仓处，直线推送机构，行走平稳可靠，响应快速，水平竖向同时动作，能够更快速的进入育苗穴内。其中，水平直线移动机构302采用同步带直线双侧导轨，前后侧的滑块上交错对称固定连接取苗机械手3的连接部314，皮带环向布置，环向运动时，两个滑块相对移动，进而实现两个舵机驱动夹持爪水平直线相对移动，水平直线移动机构302的机架两端通过角铁块固定连接在横梁316中部；竖向直线升降机构303包括两根同步带直线导轨315和横梁316，横梁316两端分别固定连接在两根同步带直线导轨315上的两块滑块上，两根同步带直线导轨315下端固定连接在取苗机架304上，两根同步带直线导轨315采用同一个升降电机321驱动，中间连接一个传动杆317，采用一个电机布置，结构更紧凑，安装更方便，控制更简单，单侧升降同步性更好，横梁采用型材，安装更方便，重量更轻，刚性和强度好，取苗机架304包括上卧式U型架322、下卧式U型架323和固定连接上卧式U型架322和下卧式U型架323的两个拐角处的立柱324，上卧式U型架322两自由端比下卧式U型架323的两自由端短，下卧式U型架323自由端上侧固定连接两根长立柱325，两根长立柱325同时与上卧式U型架322两自由端和两竖向直线升降机构303的机架背面固定连接，该机架结构，方便夹持爪行走，且结构强度和刚性好，稳定性更高，右侧的取苗机架304前侧底部设置缺口326，避让其他部件。

[0022] 其中，舵机驱动夹持爪301包括多对夹爪305、手掌板306、拨片一307、拨片二308和舵机一309，图中单侧4对，每对夹爪305的爪部设置为上宽下窄，能够插入育苗穴盘6的锥体形凹槽两侧，每对夹爪305的中上部处通过铰接轴一前后对称铰接在手掌板306同一侧，每对夹爪305的前爪310上端通过铰接轴二铰接在拨片一307上，每对夹爪305的后爪311上端设置有竖向条形孔318，竖向条形孔318正对的拨片一307设置大圆孔319，竖向条形孔318活动插入铰接轴三一端，铰接轴三另一端穿过大圆孔319固定连接在拨片二308上，拨片一307顶部设置有齿条一320，拨片二308顶部后侧设置有正对齿条一的齿条二312，与齿条一320和齿条二312同时相啮合的驱动齿轮313固定连接在舵机一309的输出轴上，舵机一309固定连接在手掌板306上，手掌板306顶部设置有连接到水平直线移动机构302的滑动板的连接部314，连接部314包括竖直安装板，竖直安装板背面固定连接两根对称的连接方杆，两根方杆夹持固定连接在手掌板顶部，且两根连接方杆之间设置有加固筋，加固筋贴合在竖直安装板与手掌板顶部，该连接部结构，连接稳定可靠，驱动齿轮313旋转带动每对夹爪305张开或闭合，通过舵机驱动两齿轮相对运动，两齿轮带动拨片一和拨片二相对移动，进而带动与其铰接的每对夹爪相对运动，最终实现苗的泥土部分夹持，夹持稳定可靠，每对夹爪305的夹持面设置有防滑凹槽，防滑凹槽沿夹爪长度方向布置多个，能增加夹持摩擦力，夹持更稳定，每块夹爪包括夹持板和垂直固定连接夹持板的上部的铰接板组成，铰接板设置圆孔或竖直条形通孔。

[0023] 其中，上述供苗仓4包括仓体401和舵机二402，仓体401采用两个，每个仓体401内侧固定连接仓体横梁403，仓体横梁403两端固定连接在车架1上，每个仓体401上部为上端开口的条形框结构，下部为V形出料口，条形框结构采用多块（图中为四块）隔板404分隔为多个进料腔405，每个进料腔405底部设置有抽拉阀板406，抽拉阀板406活动穿过进料腔405靠内一侧壁板后活动卡入导向槽407内，导向槽407设置在仓体401内侧，抽拉阀板406外侧上端面铰接有抽拉杆408，抽拉杆408另一端铰接到曲柄409一端，曲柄409同时带动双侧抽拉阀板，中部固定连接在舵机二402的输出轴上，舵机二402固定连接在舵机固定板410上，舵机固定板410固定连接在车架1上，曲柄旋转，拉动双侧的抽拉杆拉动抽拉阀板打开进进料腔进料，每次控制一个舵机动作，实现双侧同时动作，同步性好。

[0024] 其中，上述移栽机构5包括料筒501、鸭嘴片502、凸轮503、鸭嘴臂504、支架505和移栽驱动轴506，移栽驱动轴506靠近两端旋转连接在两个支架505上，两个支架505分别固定连接在车架1底部左右两侧，移栽驱动轴506连接到驱动机构，移栽驱动轴506每一端旋转连接一行星驱动齿轮507且该端伸出行星驱动齿轮507后固定连接在在盒盖509上，行星驱动齿轮507内侧旋转连接在内板508上，内板508和盒盖509固定连接为箱体结构511，与行星驱动齿轮507同时啮合的上下布置的两个中间齿轮510旋转连接在箱体结构511上，与中间齿轮510相啮合的外齿轮512通过旋转轴旋转连接在箱体结构，且该旋转轴一端伸出后固定连接鸭嘴臂板504，箱盖外固定连接有凸轮503，凸轮503的轴线与外齿轮512的旋转轴保持同轴，料筒501竖直固定连接在鸭嘴臂板504外侧，鸭嘴片502采用两片，对称布置在料筒501下端出料口处，两片鸭嘴片502分别固定连接在两悬臂驱动板513上，悬臂驱动板513内端设置有竖直板514，竖直板514靠近上端铰接在鸭嘴臂板504上，两块竖直板514下端伸出鸭嘴臂板504分别铰接前驱动转板515右侧下部和后驱动转板516左侧下部，前驱动转板515和后驱动转板516均为三角形板，后驱动转板516左侧上部一角铰接在鸭嘴臂板504内侧，前驱动转板515右侧靠近中部铰接在在鸭嘴臂板504内侧，前驱动转板515右侧上部旋转连接有驱动滚轮517，驱动滚轮517抵靠在凸轮503弧面上，前驱动转板515左侧固定连接有联动销518，联动销518卡入后驱动转板516右侧的水平条形孔519内，前驱动转板515和后驱动转板516下侧靠近中部之间连接有拉伸弹簧520，凸轮驱动鸭嘴臂板504打开，在拉伸弹簧520的弹力配合下，进行闭合。支架505上安装有触碰开关521，触碰开关521的探头能够弹性触碰箱体结构511，即箱体结构旋转后，触碰触碰开关521。

[0025] 移栽机驱动轴506采用双半轴结构，两段内端设置外花键，外花键通过花键套配合连接，花键套上固定连接有链轮，链轮通过链条连接到动力机构。

[0026] 行星轮回转式移栽机工作原理：开始移栽时，移栽机行走底盘上的电磁离合器结合，将动力通过减速器输出轴、电磁离合器、链条传动传递到移栽机驱动轴506上。移栽机转臂为箱体结构511，由内板508和盒盖509通过螺钉连接组成。移栽机驱动轴506两端与移栽机转臂511的盒盖509外侧通过销钉固定连接，实现驱动轴带动移栽机转臂511旋转，由于移栽机驱动轴的链轮传动与移栽机车轮保持恒定的传动比，保证移栽株距为35cm恒定不变。

[0027] 移栽机的转臂511为一个行星轮传动系统，由1个中心轮507、2个中间行星轮510和2个外侧行星轮512组成。中心轮507一侧为轴套结构，整个中心轮空套在驱动轴506上，中心论507的一侧轴套通过紧定螺钉固定安装在中心论固定支座上，固定支座通过螺钉固定在支架505上，中心行星轮507始终与机架保持静止状态。中间行星齿轮510一侧连接在内板
508上，一侧连接在盒盖509上，齿轮509可绕自身轴心自由转动。外侧齿轮512固定方式与中间齿轮510固定方式类似，不同的是齿轮512一侧轴较长，穿出盒盖509，与鸭嘴壁板504通过销钉固定连接，齿轮512带动鸭嘴壁板504转动。

[0028] 移栽转臂511在传动轴506的带动下旋转，转臂511又带动中间齿轮510绕固定中心轮507旋转，两侧齿轮512与中间齿轮510啮合，在齿轮510的带动下，两侧齿轮512进行旋转，进而带动鸭嘴壁板504转动。

[0029] 在移栽机转动过程中，鸭嘴横梁始终保持水平（即鸭嘴始终保持竖直）的原理为：移栽机转臂511内部的中心轮、中间轮和侧边轮三种齿轮齿数、模数、齿厚等参数完全相同，中心齿轮507固定，中间齿轮510绕中心齿轮507转过的角度与移栽机转臂511旋转的角度实时保持相同，即移栽机转臂511旋转一周，则中间齿轮510也绕齿轮507旋转一周，且转向相同。根据单极齿轮传动具有转向相反的特点，通过侧边齿轮512与中间齿轮510啮合，实现对移栽机转臂旋转角度的大小相等、方向相反的等量补偿，从而保证了移栽机工作时鸭嘴横梁始终属于水平状态，鸭嘴始终属于竖直状态。

[0030] 料筒501通过螺钉固定连接在鸭嘴壁板504上，料筒501正下方为鸭嘴，鸭嘴采用两片式502结构，两片鸭嘴通过销钉连接在壁板504上，可以自由转动。鸭嘴的自动开合通过2块三角形的驱动转板515、516，凸轮和拉簧520来实现。每个驱动转板有两个固定孔位，下方孔通过销钉固定在鸭嘴上，上方孔固定在鸭嘴回转中心的销钉上，实现驱动转板与鸭嘴同步同角度转动。驱动转板515与516之间通过槽销副连接，通过转板515的摆动实现鸭嘴的开合，拉簧520的作用为给鸭嘴的闭合提供回复力。转板515的摆动是通过凸轮503来实现的。凸轮通过螺钉与转臂盒盖509固定连接，鸭嘴壁板504与外侧齿轮512同轴旋转，由于盒盖
509与外侧齿轮512之间存在相对运动关系，则凸轮503与鸭嘴壁板504之间也存在同样的相对运动关系，转板515与凸轮503也存在相同的相对运动关系，因此通过凸轮周期性地推动转板515上的滚子517来实现鸭嘴的开合。

[0031] 支架505上安装有微动开关521，每当移栽机转臂旋转半周，触碰一次微动开关，该微动开关的触发信号将作为单片机的控制信号来控制供苗仓的有序供苗。

[0032] 为了便于苗盘回收，上述基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机还包括设置在支撑平板7前端下方的苗盘回收仓8，苗盘回收仓8固定连接在车架1上，苗盘回收仓上端开口，当育苗盘移栽完成后，在下一个育苗盘的推动下，会自动掉入苗盘回收仓内，回收仓前侧设置有取货门，取货门上端铰接在苗盘回收仓前端，打开取货门，即可将苗盘取出回收利用。

[0033] 其中，上述行走系统包括分别布置在车架1前后底部的前排行走轮组9和后排行走轮组10，前排行走轮组9连接到动力电机11，动力电机11通过多个链传动机构12连接到移栽机构5；其中，前排行走轮组9包括两个前轮901、前轮架902和前轮链轮链条机构913，两个前轮901分别旋转连接在倾斜的两个前轮架902上（旋转连接在下端内侧），每个前轮架902上端通过凸字套915固定连接内管903一端的法兰盘，内管903另一端活动插入外管904，外管904通过管座905固定连接在车架1上的电机架20上，前轮架902后侧铰接有内方管906一端，内方管906另一端活动插入外方管907下端内（不需要调节伸缩时采用紧定螺钉锁紧）且内方管906内端设置调整螺母909，调整螺母909螺旋连接有调整螺杆908，调整螺杆908靠近外端设置有限位台916，限位台916下侧通过止推轴承917抵靠在外方管907上端内的限位台板上，限位台916上侧通过中间带通孔的盖板921盖合在止推轴承917上，调整螺杆908外端旋转连接有螺杆旋转手柄922，调整螺杆（在限位台的限位作用下，螺杆不轴向移动）旋转，能够实现内方管的轴向伸缩，内管与外管能旋转的情况下，驱动后轮架摆动角度，进而调整后轮高度，外方管907后侧中上部铰接在立柱架910上，前轮901通过前轮链轮链条机构913连接到动力轴911靠近外端，动力轴911外端通过轴承旋转连接在前轮架902转动连接的转动轴920上，动力轴911位于内管903和外管904内，内端为花键轴结构，通过与其匹配的内花键套914连接到变速器912的一输出轴上，能够实现伸缩，变速器912的输入轴固定连接到动力电机11，变速器912和动力电机11通过电机架20固定连接在车架1上，变速器912采用二级变速机构，与动力电机11同轴的移栽动力输出轴通过电磁离合器18，电磁离合器18的输出侧固定连接在链条驱动轴19上，链条驱动轴19通过轴承座旋转连接在电机架20上；立柱架910包括悬臂内方管918和门字架919，悬臂内方管918内侧端活动插入到门字架919顶部的横向方管内并采用紧定螺钉锁紧，内管903、外管904、内端为花键轴结构的动力轴和与其匹配的内花键套914、悬臂内方管918、门字架，能够实现前排轮组的间距调整，进而适应不同的垄面移栽。

[0034] 后排行走轮组10包括两个后轮1001和后轮架1002，每个后轮1001旋转连接在一个后轮架1002上，后轮架1002为三角框结构，顶部竖直旋转连接有后轮内方管1003，后轮内方管1003上端活动插入的后轮外方管1004内并采用紧定螺钉锁紧，后轮内方管1003内端设置调整螺母1006，调整螺母1006螺旋连接有调节丝杆1005，调节丝杆1005通过调整螺杆908相同的限位机构旋转连接到后轮外方管1004顶端，后轮外方管1004通过抱箍1008固定连接在车架1侧面设置的后轮悬臂梁1010上，后轮外方管贴合抱箍1008处设置有凹槽1009，凹槽1009沿后轮外方管长度方向设置多个，能够实现后轮高度的快速调节和凹槽的限位作用，连接可靠性更高，调节丝杆1005上端固定连接有旋转手柄1007，旋转旋转手柄，能够实现后轮伸出长度的快速调节，调节后内外方管之间采用紧定螺钉锁死，抱箍连接后轮悬臂梁方式，还能够实现后轮间距的调整。

[0035] 进一步地，上述基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机还包括育苗盘放置架13，育苗盘放置架13设置多层放置板14，最底层为支撑盘204，支撑板204两侧设置有导向板，能够实现定向向前移动。车架1尾端还设置有操作面板15和扶手16，车架1底部前侧设置苗盘回收仓8，后侧底部设置蓄电池安装仓17，蓄电池安装仓17内放置有多快蓄电池，该布置结构，能够实现车架的平衡行走，避免因一侧受力过大导致难以控制行走平稳性。

[0036] 行走系统，由直流无刷电动机作为动力源，前排行走轮组的两前轮为主动轮，后排行走轮组的两后轮为从动的万向轮。移栽机的四个车轮均可通过移栽机上的地轮升降架（丝杆螺母副）来进行高度调节，主动轮传动轴通过长花键进行连接，可以实现轮距的调节，从动轮也可实现轮距调节，移栽机的支架可实现在高度和宽度上的调节以适应当地的垄形。

[0037] 苗盘输送机构，通过一个步进电动机带动一组4根旋转推杆来实现苗盘的输送，步进电动机轴每旋转一周，苗盘向前输送4排。

[0038] 取苗机械手，主体为同步带直线模组搭建的XZ两轴龙门架，手爪为舵机驱动的齿轮齿条手爪。一个手爪一次性可抓取4株幼苗，抓取幼苗的模式为从中间向两侧抓取，即单次抓取即可抓取8株幼苗。机械手控制程序简单、固定，提高了自动化的稳定性和效率。

[0039] 供苗仓，通过舵机驱动曲柄滑块机构实现舱门的打开和关闭，整机共两个供苗仓，分布于两个移栽机构的正上方，每个供苗仓共有4个仓位，负责存储机械手抓取来的幼苗，并将幼苗依次投放至移栽机的鸭嘴中。

[0040] 移栽机构，为行星轮式的鸭嘴移栽机构，相比于传统的连杆机构，该移栽机构结构紧凑，移栽效率高，高速稳定性更强。移栽机的动力由行走底盘的减速器输出轴通过电磁离合器传入动力，电磁离合器结合则移栽机工作，电磁离合器断开则移栽机不工作。此外在移栽机中安装有行程开关，每当移栽机转臂旋转至触碰行程开关时，供苗仓动作进行供苗。

[0041] 实施例2：基于机械手自动取苗的自走式电动移栽机的操作方法为：将n列m行（本申请实施例中采用4列8行匹配机械手结构）型号的育苗穴盘放置到支撑盘后且其中一行与送盘机构的驱动杆接触，m为n的倍数，使用送盘机构将育苗穴盘送入支撑平板，将育苗穴盘定位到设定位置后，采用取苗机械手单侧一次性抓取n株幼苗放入对应侧的供苗仓内，供苗仓在接收到供苗仓上安装的行程开关的信号后，一次打开双侧对应位置的两个仓门供给幼苗给移栽机构，移栽机构在行走系统的行走下，完成定距移栽。

[0042] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。