本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械技術領域，尤其涉及一種自動化播種裝置與方法。

背景技術：

穴盤育苗是工廠化育苗的重要技術手段，該技術具有節(jié)省種子用量、出苗率高、便于集中管理等優(yōu)點，目前已得到了越來越廣泛的應用。

在工廠化育苗背景下，為了提高穴盤育種的成活率，需要在種子播種前將其放置在種盤中進行催芽處理，然后再將催芽種子播種在穴盤中進行育苗，以此保證種子出苗的整齊度，進而提高育苗質量。目前，對催芽的種子通常通過手工進行穴盤播種，即通過手工將種盤中的催芽種子一顆顆的移栽到穴盤中。

現(xiàn)有的這種手工穴盤播種方法，勞動強度大、效率低，且長時間作業(yè)時難以保證播種質量的穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種自動化播種裝置與方法，用于實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)，降低勞動強度，提高播種效率和質量。

一方面，本發(fā)明提供一種自動化播種裝置，包括：機械臂、播種平臺、播種機械手、種盤、種盤檢測傳感器、穴盤輸送平臺、穴盤和穴盤檢測傳感器；

其中，機械臂固定在播種平臺上，播種機械手與機械臂連接，種盤放置在播種平臺的預設種盤位置上；穴盤輸送平臺與播種平臺平行設置，用于輸送穴盤；種盤檢測傳感器設置在種盤位置上，用于檢測種盤位置上是否放置有種盤；穴盤檢測傳感器設置在穴盤輸送平臺上，用于檢測穴盤的位置。

在本發(fā)明的一實施例中，播種機械手包括：伸縮氣缸、安裝板、開合機構和多個指爪機構；

其中，伸縮氣缸的活塞桿與開合機構連接，伸縮氣缸和開合機構均固定在安裝板的同一側，多個指爪機構安裝在開合機構上；開合機構用于在伸縮氣缸的驅動下改變相鄰兩個指爪機構之間的間距。

在本發(fā)明的一實施例中，開合機構包括：拉伸塊、滾珠軸承、銷軸、鉸鏈、鉸鏈銷、導軌、滑塊和指爪固定件；

其中，兩個滾珠軸承和兩個鉸鏈套接在同一個銷軸上，銷軸嵌入拉伸塊的兩側通透的凹槽內(nèi)；指爪固定件的一側固定在滑塊上，指爪固定件的另一側安裝有鉸鏈銷，多個滑塊滑設在導軌上，導軌固定在安裝板上；鉸鏈的一端與銷軸連接，鉸鏈的另一端與鉸鏈銷連接，銷軸上的兩個鉸鏈的另一端通過鉸鏈銷分別與相鄰的兩個指爪固定件連接；指爪機構固定在指爪固定件上。

在本發(fā)明的一實施例中，指爪機構包括：指爪氣缸和指爪；指爪氣缸固定在指爪固定件上，兩個指爪固定在指爪氣缸上。

在本發(fā)明的一實施例中，指爪的夾取接觸面上粘貼有軟墊。

在本發(fā)明的一實施例中，銷軸的兩端設置有彈性限位擋圈。

在本發(fā)明的一實施例中，播種機械手與機械臂通過法蘭連接。

在本發(fā)明的一實施例中，機械臂為四自由度機械臂。

在本發(fā)明的一實施例中，種盤檢測傳感器和穴盤檢測傳感器為光電傳感器。

另一方面，本發(fā)明提供一種自動化播種方法，應用于上述任一實施例所述的自動化播種裝置，該方法包括：

通過種盤檢測傳感器檢測播種平臺的種盤位置上是否放置有種盤，通過穴盤檢測傳感器檢測穴盤的位置；

當接收到種盤檢測傳感器發(fā)送的種盤傳感信號后，控制機械臂移動播種機械手至種盤的正上方，其中，種盤傳感信號用于表示種盤位置上放置有種盤；

當接收到穴盤檢測傳感器發(fā)送的穴盤傳感信號后，控制穴盤輸送平臺停止輸送穴盤，其中，穴盤傳感信號用于表示穴盤到達穴盤輸送平臺的穴盤位置；

通過機械臂控制播種機械手從種盤中夾取一行種子后向穴盤位置移動，并在移動過程中，控制播種機械手匹配穴盤位置；

通過機械臂控制播種機械手插入穴盤中，將種子播種到預設播深后，控制播種機械手松開種子并返回種盤位置，然后夾取下一行種子播種至穴盤中，依次循環(huán)，直至將種盤中的所有種子播種至穴盤中。

本發(fā)明實施例提供的自動化播種裝置與方法，通過控制播種平臺上的機械臂以及機械臂上連接的播種機械手，可以將播種平臺上放置的種盤中的種子夾取移栽到穴盤輸送平臺上的穴盤中，實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)，相比手工穴盤播種方式，可以有效的降低勞動強度，同時提高播種效率和質量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的自動化播種裝置的結構示意圖；

圖2為圖1中種盤的結構示意圖；

圖3為圖1中穴盤的結構示意圖；

圖4為圖1中播種機械手的結構示意圖；

圖5為圖4的側視圖；

圖6為播種機械手的工作狀態(tài)結構示意圖；

圖7為播種機械手中指爪機構的工作狀態(tài)結構示意圖。

附圖標記說明：

1-機械臂；2-播種平臺；

3-播種機械手；4-種盤；

5-種盤檢測傳感器；6-穴盤輸送平臺；

7-穴盤；8-穴盤檢測傳感器；

31-伸縮氣缸；32-安裝板；

33-開合機構；34-指爪機構；

331-拉伸塊；332-滾珠軸承；

333-銷軸；334-鉸鏈；

335-鉸鏈銷；336-導軌；

337-滑塊；338-指爪固定件；

341-指爪氣缸；342-指爪；

40-種盤孔；70-穴盤孔。

具體實施方式

針對現(xiàn)有的手工穴盤播種方式勞動強度大、效率低，且長時間作業(yè)時難以保證播種質量的穩(wěn)定性的技術問題，本發(fā)明提供一種自動化播種裝置，通過控制播種平臺上的機械臂以及機械臂上連接的播種機械手，將播種平臺上放置的種盤中的種子夾取移栽到穴盤輸送平臺上的穴盤中，實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)，降低勞動強度的同時提高播種效率和質量。

下面結合附圖，對本發(fā)明的實施例進行描述。

圖1為本發(fā)明提供的自動化播種裝置的結構示意圖，如圖1所示，本實施例提供的自動化播種裝置包括：機械臂1、播種平臺2、播種機械手3、種盤4、種盤檢測傳感器5、穴盤輸送平臺6、穴盤7和穴盤檢測傳感器8；其中，機械臂1固定在播種平臺2上，播種機械手3與機械臂1連接，種盤4放置在播種平臺2的預設種盤位置上；穴盤輸送平臺6與播種平臺2平行設置，用于輸送穴盤7；種盤檢測傳感器5設置在種盤位置上，用于檢測種盤位置上是否放置有種盤4；穴盤檢測傳感器8設置在穴盤輸送平臺6上，用于檢測穴盤7的位置。

具體的，機械臂1與播種機械手3可以通過法蘭或螺釘?shù)绕渌B接件連接，機械臂1可以為四自由度機械臂1，其可以在控制器的控制下實現(xiàn)攜帶播種機械手3在種盤4與穴盤7之間的來回運動，以及種盤4和穴盤7上方的準確定位；同時還可以實現(xiàn)控制播種機械手3在來回運動過程中的任一角度調(diào)向，使播種機械手3匹配播種平臺2的種盤位置和穴盤輸送平臺6的穴盤位置。播種機械手3可以夾取種盤4中的種子，將其移栽到穴盤7中。上述控制器用于根據(jù)種盤檢測傳感器5和穴盤檢測傳感器8發(fā)送的傳感信號，控制機械臂1和播種機械手3實現(xiàn)自動化播種，具體可以是可編程邏輯控制器(programmablelogiccontroller，plc)或單片機等處理設備。

圖2為圖1中種盤4的結構示意圖，如圖2所示，種盤4上有一行行均勻排布的種盤孔40，種盤4的種盤孔40用于盛放種子(例如：西瓜籽)并進行催芽處理；種盤孔40的形狀契合種子的外形尺寸，以便于夾取。種盤4放置在播種平臺2的種盤位置上，種盤位置上設置有種盤檢測傳感器5，該種盤檢測傳感器5具體位于播種平臺2與種盤4之間，可以檢測種盤位置上是否放置有種盤4；當更換種盤4時，種盤檢測傳感器5可以向控制器發(fā)送種盤傳感信號，表示種盤位置上放置有種盤。

圖3為圖1中穴盤7的結構示意圖，如圖3所示，穴盤7上具有一行行排列疏松的穴盤孔70，穴盤7的穴盤孔70中填充基質，用于進行育苗；穴盤7的穴盤孔70排布與種盤4的種盤孔40排布類似，播種機械手3在種盤4中夾取一行種子后可以將種子全部移栽在穴盤7的一行穴盤孔70中。穴盤7放置在穴盤輸送平臺6的傳送帶上，穴盤輸送平臺6上設置有穴盤檢測傳感器8，具體的，該穴盤檢測傳感器8可以固定在穴盤輸送平臺6的一側，探頭朝向傳送帶上方，其可以檢測穴盤7在傳送帶上的位置；當穴盤7在傳送帶的帶動下到達穴盤輸送平臺6的穴盤位置時，穴盤檢測傳感器8可以向控制器發(fā)送穴盤傳感信號，表示穴盤7到達穴盤輸送平臺6的穴盤位置，此時控制器控制穴盤輸送平臺6停止輸送穴盤7，使穴盤7停止運動，以進行種子移栽。

其中，種盤檢測傳感器5和穴盤檢測傳感器8可以為光電傳感器、霍爾傳感器或紅外傳感器等可以檢測位置的傳感器，本發(fā)明的一實施例中采用光電傳感器，以節(jié)省成本。另外，在移栽過程中，為了便于控制，可以將種盤位置設置在播種平臺2上的固定位置，將穴盤位置設定為穴盤輸送平臺6上的固定位置。

本實施例提供的自動化播種裝置實現(xiàn)自動化播種的具體過程為：將種子放置在種盤4中進行催芽處理后，將種盤4放置在播種平臺2的種盤位置；種盤檢測傳感器5檢測到種盤位置上放置有種盤4，則向控制器發(fā)送種盤傳感信號；控制器接收到種盤傳感信號后，控制機械臂1移動播種機械手3至種盤4的正上方，以準備從種盤4中夾取種子；同時，穴盤輸送平臺6通過傳送帶輸送穴盤7，當穴盤7到達穴盤輸送平臺6的穴盤位置時，穴盤檢測傳感器8向控制器發(fā)送穴盤傳感信號；控制器接收到穴盤傳感信號后，控制穴盤輸送平臺6停止輸送穴盤7，開始進行種子移栽過程：具體的，控制器通過機械臂1控制播種機械手3從種盤4中夾取一行種子后向穴盤位置移動，并在移動過程中，控制播種機械手3匹配穴盤位置，使播種機械手3上夾取的種子可以全部移栽至穴盤7的一行穴盤孔70中；然后通過機械臂1控制播種機械手3插入穴盤7中，將種子播種到預設播深后，控制播種機械手3松開種子并返回種盤位置，再夾取下一行種子播種至穴盤7中，依次循環(huán)，直至將種盤4中的所有種子播種至穴盤7中。一個種盤4中的所有種子都播種到穴盤7中后，更換種盤4，當下一個種盤4放置在播種平臺2的種盤位置后，繼續(xù)進行上述自動化播種過程，實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)。

本實施例提供的自動化播種裝置，通過控制播種平臺上的機械臂以及機械臂上連接的播種機械手，可以將播種平臺上放置的種盤中的種子夾取移栽到穴盤輸送平臺上的穴盤中，實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)，相比手工穴盤播種方式，可以有效的降低勞動強度，同時提高播種效率和質量。

下面詳細說明播種機械手3的結構及其工作原理。

圖4為圖1中播種機械手的結構示意圖，圖5為圖4的側視圖，如圖4和圖5所示，本實施例中的播種機械手3具體包括：伸縮氣缸31、安裝板32、開合機構33和多個指爪機構34；其中，伸縮氣缸31的活塞桿與開合機構33連接，伸縮氣缸31和開合機構33均固定在安裝板32的同一側，多個指爪機構34安裝在開合機構33上；開合機構33用于在伸縮氣缸31的驅動下改變相鄰兩個指爪機構34之間的間距。

具體的，伸縮氣缸31的活塞桿可以與開合機構33螺紋連接，通過伸縮氣缸31可實現(xiàn)開合機構33的開閉，進而帶動指爪機構34變間距，指爪機構34通過對催芽種子的夾取松開實現(xiàn)自動播種。

開合機構33具體包括：拉伸塊331、滾珠軸承332、銷軸333、鉸鏈334、鉸鏈銷335、導軌336、滑塊337和指爪固定件338；指爪機構34包括：指爪氣缸341和指爪342。其中，兩個滾珠軸承332和兩個鉸鏈334套接在同一個銷軸333上，銷軸333嵌入拉伸塊331的兩側通透的凹槽內(nèi)；指爪固定件338的一側固定在滑塊337上，指爪固定件338的另一側安裝有鉸鏈銷335，多個滑塊337滑設在導軌336上，導軌336固定在安裝板32上；鉸鏈334的一端與銷軸333連接，鉸鏈334的另一端與鉸鏈銷335連接，銷軸333上的兩個鉸鏈334的另一端通過鉸鏈銷335分別與相鄰的兩個指爪固定件338連接；指爪氣缸341固定在指爪固定件338上，兩個指爪342固定在指爪氣缸341上。

具體的，指爪機構34的數(shù)量可以與種盤4的一行種盤孔40的數(shù)量相匹配，如圖4中所示的指爪機構34為5個，種盤4的一行種盤孔40和穴盤7的一行穴盤孔70都為5個；在移栽種子時，指爪機構34可以直接將種盤4中的一行種子移栽至穴盤7中。當然，指爪機構34也可以是其他數(shù)量，圖4只是作為一種示例，并非用于限制本發(fā)明。

開合機構33中的滾珠軸承332、銷軸333、鉸鏈334、鉸鏈銷335和滑塊337的數(shù)量與指爪機構34的數(shù)量匹配，例如：圖4中滾珠軸承332和鉸鏈334均為4對、銷軸333為4個、鉸鏈銷335和滑塊337為5個。

其中，開合機構33的拉伸塊331上開設有多個兩側通透的凹槽，該凹槽具體可以為u型槽；每個凹槽內(nèi)穿設有一個銷軸333，每個銷軸333上套設有兩個滾珠軸承332和兩個鉸鏈334，其中，兩個滾珠軸承332位于銷軸333的兩端，其分別卡設在凹槽的兩側，可以在凹槽內(nèi)水平滾動；銷軸333的兩端可以設置彈性限位擋圈，以對滾珠軸承332進行限位；兩個鉸鏈334的一端套設在兩個滾珠軸承332之間的銷軸333上，另一端通過鉸鏈銷335與相鄰的兩個指爪固定件338鉸接，每個指爪固定件338通過安裝孔(如圖4中的4個安裝孔)固定在一個滑塊337上，滑塊337滑設在導軌336上，可以在導軌336上水平滑動。導軌336可以通過螺釘?shù)冗B接件固定在安裝板32上，拉伸塊331與導軌336平行設置，伸縮氣缸31的活塞桿與拉伸塊331螺接后，可以驅動拉伸塊331垂直運動，進而帶動滑塊337在導軌336上水平運動，使滑塊337上的指爪機構34改變間距。指爪機構34中的兩個指爪342可以在指爪氣缸341的驅動下張開或閉合，實現(xiàn)夾取或松開種子；為了避免損傷種子，指爪342的夾取接觸面上可以粘貼軟墊。

圖6為播種機械手的工作狀態(tài)結構示意圖，圖7為播種機械手中指爪機構的工作狀態(tài)結構示意圖。如圖6和圖7所示，播種機械手3的具體工作原理為：從種盤4中夾取種子時，控制器控制伸縮氣缸31的活塞桿縮回，帶動拉伸塊331向上運動，拉伸塊331上各個凹槽內(nèi)的滾珠軸承332帶動銷軸333均向拉伸塊331中心滾動；銷軸333在鉸鏈334作用下，帶動指爪固定件338及其上的指爪機構34互相靠近(如圖6所示)；然后控制器控制所有指爪氣缸341工作，指爪342張開，夾取種子后閉合(如圖7所示)。當控制器通過機械臂1控制播種機械手3將種子運送到穴盤位置后，控制伸縮氣缸31的活塞桿伸出，拉伸塊331向下運動，拉伸塊331上各個凹槽內(nèi)的滾珠軸承332帶動銷軸333均向拉伸塊331外側滾動；銷軸333在鉸鏈334作用下，帶動指爪機構34互相遠離(如圖6所示)；控制器再控制播種機械手3將種子插入穴盤7中的基質后，通過指爪氣缸341控制指爪342張開以松開種子；然后控制器控制播種機械手3回到種盤位置，進行下一個種子移栽操作，如此循環(huán)。

為了便于控制，可以使播種機械手3的指爪機構34的最小間距與種盤4中一行種盤孔40之間的間距相匹配，播種機械手3的指爪機構34的最大間距與穴盤7中一行穴盤孔70之間的間距相匹配；即滾珠軸承332滾動到凹槽靠近拉伸塊331中心一端的限位處，播種機械手3的指爪機構34之間的間距最小，此時可以從種盤4的一行種盤孔40中夾取種子；滾珠軸承332滾動到凹槽遠離拉伸塊331中心一端的限位處，播種機械手3的指爪機構34之間的間距最大，此時可以向穴盤7的一行穴盤孔70中播種種子。當然，為了使播種機械手3的適用性更廣，也可以擴大播種機械手3的指爪機構34的間距變化范圍，使用時，通過控制器控制伸縮氣缸31的伸縮度來控制指爪機構34的間距，使指爪機構34適應不同的種盤4和穴盤7。

本發(fā)明一實施例還提供一種自動化播種方法，該方法應用于上述實施例所述的自動化播種裝置，該方法的執(zhí)行主體為控制器，具體包括：

步驟一：通過種盤檢測傳感器5檢測播種平臺2的種盤位置上是否放置有種盤4，通過穴盤檢測傳感器8檢測穴盤7的位置。

自動化播種裝置中種盤檢測傳感器5和穴盤檢測傳感器8均連接控制器，其中，種盤檢測傳感器5可以檢測種盤位置上是否放置有種盤4，當有種盤4放置在種盤位置時，種盤檢測傳感器5可以向控制器發(fā)送種盤傳感信號，表示種盤位置上放置有種盤4；穴盤檢測傳感器8可以檢測穴盤7在傳送帶上的位置，當穴盤7在傳送帶的帶動下到達穴盤輸送平臺6的穴盤位置時，穴盤檢測傳感器8可以向控制器發(fā)送穴盤傳感信號，表示穴盤7到達穴盤輸送平臺6的穴盤位置。

步驟二：當接收到種盤檢測傳感器5發(fā)送的種盤傳感信號后，控制機械臂1移動播種機械手3至種盤4的正上方。

當控制器接收到種盤傳感信號后，控制機械臂1移動播種機械手3至種盤4的正上方，以準備從種盤4中夾取種子。

步驟三：當接收到穴盤檢測傳感器8發(fā)送的穴盤傳感信號后，控制穴盤輸送平臺6停止輸送穴盤7。

當控制器接收到穴盤傳感信號后，控制穴盤輸送平臺6停止輸送穴盤7，開始進行種子移栽過程。

步驟四：通過機械臂1控制播種機械手3從種盤4中夾取種子后向穴盤位置移動，并在移動過程中，控制播種機械手3匹配穴盤位置。

具體的，控制器通過機械臂1控制播種機械手3從種盤4中夾取一行種子后向穴盤位置移動，在移動過程中，控制器可以通過播種機械手3上的伸縮氣缸31控制播種機械手3的指爪機構34改變間距，使播種機械手3的指爪機構34匹配穴盤位置，以便播種機械手3上夾取的種子可以全部移栽至穴盤7的一行穴盤孔70中。

步驟五：通過機械臂1控制播種機械手3插入穴盤7中，將種子播種到預設播深后，控制播種機械手3松開種子并返回種盤位置，然后夾取下一行種子播種至穴盤7中，依次循環(huán)，直至將種盤4中的所有種子播種至穴盤7中。

播種機械手3到達穴盤7正上方后，控制器通過機械臂1控制播種機械手3插入穴盤7中，將種子播種到預設播深后，通過播種機械手3上的伸縮氣缸31控制播種機械手3松開種子。然后控制器再通過機械臂1控制播種機械手3返回種盤位置，重復執(zhí)行步驟四和步驟五，夾取下一行種子播種至穴盤7中，依次循環(huán)，直至將種盤4中的所有種子播種至穴盤7中。

當一個種盤4中的所有種子都播種到穴盤7中后，更換種盤4，當下一個種盤4放置在播種平臺2的種盤位置后，繼續(xù)從步驟一開始執(zhí)行上述自動化播種過程，實現(xiàn)種子移栽穴盤7的自動化流水線作業(yè)。

本實施例提供的自動化播種方法，通過控制播種平臺上的機械臂以及機械臂上連接的播種機械手，將播種平臺上放置的種盤中的種子夾取移栽到穴盤輸送平臺上的穴盤中，可以實現(xiàn)種子移栽穴盤的自動化流水線作業(yè)，相比手工穴盤播種方式，可以有效的降低勞動強度，同時提高播種效率和質量。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。