[发明专利]一种钵苗移栽机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明属于控制系统技术领域，尤其涉及一种机器人控制系统。

背景技术

钵苗移栽是温室穴盘育苗生产中的重要环节，人工作业单调繁重，正逐步被机械化移栽设备所取代。早期钵苗移栽设备的研究多以工业机器人为本体，其只适用于特定环境，不便于对系统进行扩展和改进，利用率较低。例如，基于Puma560设计的可将种苗从392孔穴盘移栽至36孔生长盘的苗圃植物移栽机器人；基于四自由度ADEPT－SCAＲA研制的一种带有SNS夹持器的移栽机器人等。近年来，荷兰、美国、韩国等国家又研制了多种用于温室作业生产线的大型钵苗移栽机，其作业效率达800～1000作业循环/h，最多可扩展32组移栽手爪。但其结构复杂、价格昂贵、体积大，与我国现阶段设施农业生产模式的适应性差。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种结构简单、造价低廉且体积小的一种钵苗移栽机器人控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括运动学逆解模型、PID控制器、伺服电机、动力学逆解模型、钵苗移栽机构、运动学正解模型，其特征在于，信号首先输入运动学逆解模型的信号输入端口，经运动学逆解模型进行逆解变换并建模后将信号传输给PID控制器的信号输入端口，由PID控制器的输出端口连接伺服电机的控制端，伺服电机的输出端连接钵苗移栽机构；钵苗移栽机构再经运动逆解模型连接伺服电机，钵苗移栽机构的一端经运动学正解模型连接信号输入端。

作为一种优选方案，所述的钵苗移栽机构为供苗盘输送转轴和植苗盘输送转轴。

本发明有益效果。

本发明基于平动二自由度并联机构，设计了一种高速钵苗移栽机器人。该机器人用以实现设施蔬菜、花卉类作物从高密度盘到低密度盘或营养钵的高速移栽;根据钵苗移栽作业要求和系统工作原理，以PLC为核心，集自编程序、传感器、伺服控制等技术为一体，对其控制系统进行了软硬件设计，实现了系统间的运动协调和自动化移栽。以育苗期为28天、钵体含水率为60%左右的黄瓜苗为对象，在移栽机构动平台最大加速度为45m/s2、最高移栽频率45次/min下，进行30盘128孔穴盘到50孔穴盘的钵苗移栽连续运行试验。试验表明，该钵苗移栽机器人控制系统设计合理、系统间运动协调可靠，移栽成功率平均达91.4%以上，单爪移栽速率可达2700株/h，满足了自动化移栽作业要求。并且本发明的系统及结构简单、造价低廉且体积小。

附图说明

图1是本发明电路原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括运动学逆解模型、PID控制器、伺服电机、动力学逆解模型、钵苗移栽机构、运动学正解模型，其特征在于，信号首先输入运动学逆解模型的信号输入端口，经运动学逆解模型进行逆解变换并建模后将信号传输给PID控制器的信号输入端口，由PID控制器的输出端口连接伺服电机的控制端，伺服电机的输出端连接钵苗移栽机构；钵苗移栽机构再经运动逆解模型连接伺服电机，钵苗移栽机构的一端经运动学正解模型连接信号输入端。

作为一种优选方案，所述的钵苗移栽机构为供苗盘输送转轴和植苗盘输送转轴。

钵苗移栽机器人主要由平动二自由度并联移栽机构、气动四针式取苗爪、植苗盘输送带、供苗盘输送带、穴盘输送位置检测传感器、压盘辅助装置以及控制系统组成。并联移栽机构由基座、移栽动平台及两条对称的全铰接运动支链组成，每条支链由主动臂﹑副主动臂和3个从动臂组成，由于主动臂与副动臂、3根从动臂等长且平行，2自由度5杆铰接机构。L1、L2、ui和wi(i=1，2)表示支链中主动臂、从动臂的长度及单位矢量;θi1和θi2分别表示支链中主动臂和从动臂的位置角;r=(x，y)T表示动平台参考点O'的位置矢量;e表示两电机轴的偏心距。

工作时，安装在基座上的2个伺服电机经减速器分别驱动2个主动臂绕主动关节转动，主动臂带动从动臂，进而带动移栽动平台运动。由于主动臂和从动臂均由平行四边形构成，利用平行四边形的姿态保持性，使得两主动臂的独立转动转换为动平台的二维平动。气动四针式取苗爪安装在动平台上，用于夹取和放置钵苗；而穴盘输送系统则垂直于移栽机构的工作平面独立布置，用于供苗盘和植苗盘的纵向间歇性进给。并联移栽机构的任务是通过与两条独立穴盘定位输送系统和气动取苗爪伸缩控制系统间的运动协调，将供苗盘中钵苗依次移栽到植苗盘相应穴孔中。

由于该移栽机构采用闭环并联结构，伺服电机安装在基座上，机构刚度大;从动臂可制作成轻杆，运动质量小、惯性低，动平台可获得较高的速度和加速度，满足了穴盘钵苗高速﹑中短距的移栽作业要求。