CN112273059B - 一种水培植物的采收装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及植物栽培的采收领域，特别是一种水培植物的采收装置，包括栽培盘输送单元、采收切割单元和采收输送单元，栽培盘输送单元包括栽培盘输送线和定位装置，定位装置固定在栽培盘输送线上，采收切割单元包括固定台、采收机器人、脱杯旋转台和切根装置，采收机器人用于抓取栽培盘输送线上栽培盘的水培植物，脱杯旋转台上固定有定植杯夹爪，定植杯夹爪用于夹取定植杯，切根装置用于切割水培植物的根茎基部；采收输送单元包括采收输送线和收集工位，采收输送线将切割后的水培植物输送至收集工位，本发明还公开的采收装置的使用方法，通过两次切根，高效的完成水培植物的采收，同时回收定植杯。

Description

一种水培植物的采收装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及植物栽培的采收领域，特别是一种水培植物的采收装置及其使用方法。

背景技术

水培是一种新型的植物无土栽培方式，又名营养液培，其核心是将植物的根茎基部直接浸润于营养液中，这种营养液能替代土壤，向植物提供水分、养分、氧气等生长因子，使植物能够正常生长。现有植物水培栽培盘上，一般设有定植板，定植板上设有定植孔，而水培植物通过定植杯固定在定植孔内，定植杯的底部为镂空结构，营养液从定植杯的底部流过，水培时，植物的根茎基部能够穿透定植杯底部，完全浸润到营养液中，因而水培植物根茎基部的较为发达，水培完成后，植物根茎基部将与定植杯底部缠绕在一起。

植物水培完成进行采收时需要剪除水培植物的根茎基部才能够进一步进行包装，收集。目前大部分采收步骤采用人工剪根，费时费力，大大增加了生产成本；而现有的机械自动采收装置中，一般是机器人抓取水培植物，切根装置直接对植物的根茎基部进行切割，而水培植物从栽培盘上抓取出来时，根茎基部一般连带着定植杯从栽培盘上脱离，如果使用机械装置强行分开水培植物和定植杯，将对植物造成损伤，如而使用人工分离的话，则在采收步骤中，增加了工序步骤，增加了企业生产成本。

发明内容

为此，需要提供一种水培植物的采收装置及其使用方法，使得水培植物进行采收时，能够高效的快速进行，且对定植杯进行回收利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种水培植物的采收装置，包括：

栽培盘输送单元，包括栽培盘输送线和定位装置，所述定位装置固定在栽培盘输送线上，所述栽培盘输送线用于输送栽培盘，栽培盘上种植有水培植物；

采收切割单元，包括固定台、采收机器人、脱杯旋转台和切根装置，所述采收机器人、脱杯旋转台和切根装置设置在固定台上，所述采收机器人用于抓取栽培盘上的水培植物，所述脱杯旋转台上固定有水平设置的定植杯夹爪，所述定植杯夹爪用于夹取水培植物根茎基部上的定植杯，所述切根装置位于定植杯夹爪的下方，所述切根装置用于切割水培植物的根茎基部；

采收输送单元，包括采收输送线和收集工位，所述采收输送线与采收机器人相配合将根茎基部切割后的水培植物输送至收集工位。

进一步，所述脱杯旋转台被构造成在切根位置和脱杯位置之间转动，所述采收机器人和切根装置的位置与切根位置相对应，脱杯旋转台在该切根位置时，定植杯夹爪夹取水培植物上位于根茎基部的定植杯，切根装置切除凸出于定植杯底部的水培植物的根茎基部，之后采收机器人向上移动，并配合定植杯夹爪使得水培植物剩余根茎基部与定植杯相分离，脱杯旋转台带动定植杯转至脱杯位置，采收机器人向下移动和切根装置相配合切除水培植物的剩余根茎基部。

进一步，所述固定台上设有废根收集口和定植杯收集口，废根收集口和定植杯收集口分别与固定旋转台的切根位置和脱杯位置位置相对应，所述废根收集口和定植杯收集口的下方分别设有废根收集框和定植杯收集框，所述脱杯旋转台上竖直设有一个连接板，所述定植杯夹爪固定设置在连接板的顶端，所述定植杯夹爪凸出连接板所在的平面并与废根收集口位置相对应。废根收集口和定植杯收集口分别用于收集废根和定植杯，脱杯旋转台带动定植杯夹爪循环经过废根收集口和定植杯收集口的上方，定植杯夹爪位于废根收集口的上方时，夹紧水培植物上的定植杯，水培植物与定植杯脱离后，定植杯夹爪夹住定植杯转动至定植杯收集口上方，并释放。

进一步，所述切根装置包括固定切片、活动切片和切根气缸，所述固定切片和切根气缸固定于废根收集口的上方，所述活动切片固定在切根气缸上，所述切根气缸驱动活动切片与固定切片配合切割水培植物的根茎基部，所述活动刀片位于定植杯下方底部下方，所述活动切片与定植杯底部的距离小于等于5mm。当活动切片与固定切片进行切割时能够将穿透定植杯底部的根茎基部切割掉，使得定植杯与水培植物能够顺利进行分离。

进一步，所述采收机器人包括机器人主体、柔性夹爪和两个视觉装置，所述机器人主体固定在固定台上，所述柔性夹爪设置在机器人主体上，所述机器人主体驱动柔性夹爪套夹取水培植物，两个视觉装置分别固定在机器人主体上和废根收集口的侧边上，所述视觉装置与机器人主体电连接。对需要夹取的植物进行夹取之前先拍照，通过图像分析冠幅大小，设置合适的余量参数，将上述数据发送给柔性夹爪控制器，控制柔性夹爪的张开度使其适合所夹取的植物，防止张开度过大导致在整盘上夹取旁边的植物，发生夹伤旁边的植物现象；也防止张开度太小不适合所夹取的植物，导致未夹住的菜叶断裂损伤；同时，每棵植株夹取位置不一致，需要视觉装置拍摄位置，通过计算机程序算法计算出当前机器人主体所夹取的植株的根茎基部与切根装置的相对位置，引导机器人主体下降，剩余根茎基部通过切根位置进行精准切割，柔性夹爪能够有效的避免抓取时，损伤植物的茎叶，视觉装置用于检测机器人主体带动柔性夹爪所夹取的水培植物的下降的位置，使得切根装置准确切除水培植物的根茎基部。

进一步，所述采收输送线为环形的输送线，所述固定台和收集工位分别位于采收输送线的两侧边上，所述采收输送线上固定有多个放置板，多个放置板沿采收输送线的输送方向间隔设置，所述放置板上设有用于放置水培植物的放置孔。采收机器人将根茎基部切割好的水培植物放至放置孔上，采收输送线通过放置板进行逐个输送，方便收集工位的包装整理。

进一步，所述放置板为Z型结构，所述放置板的底板与采收输送线固定，所述放置板的顶板凸出于采收输送线的外侧面，所述放置孔位于放置板的顶板上。放置孔所在位置凸出于采收输送线的外侧面，当采收机器人将切割完的植物放置到放置孔上时，防止植物茎叶或其它杂质掉落到采收输送线内影响其顺利运行。

进一步，所述放置板的竖直板和底板之间设有加强筋条。

进一步，栽培盘输送线包括输送滚筒和安装架，所述输送滚筒依次设置在安装架上，所述定位装置包括多个定位气缸，定位气缸安装在安装架的两侧上，所述定位气缸的输出方向与输送滚筒的输送方向相垂直。栽培盘通过输送滚筒输送至固定位置时，定位气缸延伸，对栽培盘起到定位的作用。

一种上述的水培植物的采收装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)种植有水培植物的栽培盘通过栽培盘输送线输送至指定位置，并通过定位装置进行固定；

(2)采收机器人夹取栽培盘上种植的水培植物并将其转移至固定台上，脱杯旋转台上的定植杯夹爪夹取水培植物的定植杯；

(3)切根装置切割水培植物凸出于定植杯底部的根茎基部；

(4)采收机器人夹取水培植物向上脱离定植杯，脱杯旋转台带动定植杯转动离开切根装置所在平面，松开定植杯夹爪，回收定植杯；

(5)采收机器人夹取水培植物下降至切根装置所在平面，切根装置切割水培植物剩余根茎基部；

(6)采收机器人将切割完根茎基部的水培植物放置到采收输送线上，采收输送线将水培植物输送至收集工位。

上述技术方案具有以下有益效果：

1.本发明中，将水培植物与定植杯的脱离，整合到机械剪根步骤中，避免了人工脱离定植杯，节省了人工成本，同时也进一步提高了水培植物的采收效率。

2.本发明中，采用食品级材质的柔性夹爪作为夹取水培植物直接接触的介质，安全无污染，且可以通过调节气压与气流控制夹取的速度与松紧度，更好的夹取水培植物，最大程度的减少损伤。

3.本发明中，水培植物和定植杯的两者的脱离并不是直接使用机械臂进行强力脱离，而是先通过切根装置切除定植杯底部凸出的大部分根茎基部，降低水培植物和定植杯两者脱离的阻碍，进而两者相互脱离时，采收机器人夹取水培植物茎叶后，使用较小的力即可带动水培植物上升与定植杯分离，避免对水培植物产生损伤。

4.本发明中，分成两次对水培植物的根茎基部进行剪除，第一次剪除能够方便定植杯和水培植物的分离，定植杯与水培植物分离后，没有了定植杯的阻碍，第二次剪除植物的根茎基部能够更加的彻底，提高了采收后的水培植物的品相。

附图说明

图1为具体实施方式所述采收装置的结构图。

图2为具体实施方式所述栽培盘输送单元的结构图。

图3为具体实施方式所述采收切割单元的结构图。

图4为具体实施方式所述采收输送单元的结构图。

附图标记说明：

1、栽培盘输送单元；11、安装架；12、输送滚筒；13、定位气缸；

2、采收切割单元；21、固定台；211、废根收集口；212、定植杯收集口；213、废根收集框；214、定植杯收集框；22、采收机器人；221、机器人主体；222、柔性夹爪；223、视觉装置；23、脱杯旋转台；231、定植杯夹爪；232、连接板；24、切根装置；241、固定切片；242、活动切片；243、切根气缸；

3、采收输送单元；31、采收输送线；32、放置板；33、放置孔；34、收集工位。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1-4，本实施例一种水培植物的采收装置，包括栽培盘输送单元1、采收切割单元2和采收输送单元3，栽培盘输送单元1包括栽培盘输送线和定位装置，定位装置固定在栽培盘输送线上，栽培盘输送线用于输送种植有水培植物的栽培盘。栽培盘输送线包括输送滚筒12和安装架11，输送滚筒12依次设置在安装架11上，定位装置包括四个定位气缸13，四个定位气缸13两两对称安装在安装架11的两侧上，定位气缸13的输出方向与输送滚筒12的输送方向相垂直。栽培盘通过输送滚筒12输送至固定位置时，定位气缸13延伸，对栽培盘进行定位的作用。一般栽培盘上设有定植板，定植板上设有种植孔，种植孔上活动设有定植杯，水培植物设置在种植孔内。采收切割单元2包括固定台21、采收机器人22、脱杯旋转台23和切根装置24，采收机器人22、脱杯旋转台23和切根装置24设置在固定台21上，采收机器人22用于抓取栽培盘上的水培植物，脱杯旋转台23上固定有水平设置的定植杯夹爪231，定植杯夹爪231用于夹取水培植物根茎基部上的定植杯，切根装置24位于定植杯夹爪231的下方，切根装置24用于切割水培的根茎基部。本实施中，脱杯旋转台23被构造成在切根位置和脱杯位置之间转动，所述采收机器人22和切根装置24的位置与切根位置相对应，脱杯旋转台23在该切根位置时，定植杯夹爪231夹取水培植物上的定植杯，切根装置24切除凸出于定植杯底部的水培植物的根茎基部，之后采收机器人22向上移动，并配合定植杯夹爪231使得水培植物剩余根茎基部与定植杯相分离，脱杯旋转台23带动定植杯转至脱杯位置，采收机器人22向下移动和切根装置24相配合切除水培植物的剩余根茎基部。

进一步，固定台21上设有废根收集口211和定植杯收集口212，废根收集口211和定植杯收集口212分别与脱杯旋转台23的切根位置和脱杯位置相对应，脱杯旋转台23上竖直设有一个连接板232，定植杯夹爪231固定设置在连接板232的顶端，定植杯夹爪231凸出连接板232所在的平面，并与废根收集口211位置相对应。废根收集口211和定植杯收集口212分别用于收集废根和定植杯。在废根收集口211和定植杯收集口212的下方设置有位置相对应的废根收集框213和定植杯收集框214。

本实施例中，切根装置24包括固定切片241、活动切片242和切根气缸243，固定切片241和切根气缸243分别固定于废根收集口211的上方，活动切片242固定在切根气缸243上，切根气缸243驱动活动切片242与固定切片241配合切割水培植物的根茎基部，控制活动切片242与定植杯底部的距离小于等于5mm当活动切片242与固定切片241进行切割时能够将穿透定植杯底部的根茎基部大部分切割掉，使得定植杯与植物根茎基部能够相互分离。采收机器人22包括机器人主体221、柔性夹爪222和两个视觉装置223，机器人主体221固定在固定台21上，柔性夹爪222固定在机器人主体221的活动端上，机器人主体221驱动柔性夹爪222夹取水培植物，两个视觉装置223中，一个视觉装置固定在机器人主体221固定有柔性夹爪222的活动端上，另一个视觉装置223固定在在废根收集口211的侧边上，两个视觉装置223均与机器人主体221电连接，视觉装置223为照相机。柔性夹爪222能够有效的避免抓取时，损伤植物的茎叶。具体的，机器人主体221采用六轴机器人，视觉装置223用于检测机器人主体221带动柔性夹爪222所夹取的水培植物的下降的位置，使得切根装置24准确切除水培植物的根茎基部，对需要夹取的植物进行夹取之前先拍照，通过图像分析冠幅大小，设置合适的余量参数，将上述数据发送给柔性夹爪控制器，控制柔性夹爪222的张开度使其适合所夹取的植物，防止张开度过大导致在整盘上夹取旁边的植物，发生夹伤旁边的植物现象；也防止张开度太小不适合所夹取的植物，导致未夹住的菜叶断裂损伤；同时，因为每棵植株夹取位置不一致，需要视觉装置223拍摄位置，通过计算机程序算法计算出当前机器人主体221所夹取的植株的根茎基部与切根装置24的相对位置，引导机器人主体221下降，剩余根茎基部通过切根位置24进行精准切割。

采收输送单元3包括采收输送线31和收集工位34，采收机器人22用于将经过切根装置24切割的水培植物放置至采收输送线31，采收输送线31将切割后的水培植物输送至收集工位34。采收输送线31为环形的输送线，固定台21和收集工位34分别位于采收输送线31的两侧边上，采收输送线31上设有多个放置板32，放置板32沿采收输送线31的输送方向间隔设置，放置板32上设有用于放置水培植物的放置孔33。本实施例中收集工位34为人工收集包装工位。

放置板32为Z型结构，放置板32包括底板、顶板和连接两者的数字板，放置板32的底板与采收输送线31固定，放置板32的顶板凸出于采收输送线31的外侧面，放置孔33位于放置板32的顶板上。放置孔33所在位置凸出于采收输送线31的外侧面，当采收机器人22将切割完的植物放置到放置孔33上时，防止植物茎叶或其它杂质掉落到采收输送线31内影响其顺利运行。放置板32的竖直板和底板之间设有加强筋条

一种上述的水培植物的采收装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)安装架11上的输送滚筒12滚动将种植有水培植物的栽培盘输送至指定位置，定位装置的定位气缸13的输出轴延伸，将栽培盘固定，防止栽培盘脱离指定位置；

(2)机器人主体221转动，其上的柔性夹爪抓取栽培盘上种植的水培植物茎叶，使得水培植物脱离栽培盘，由于水培植物的根茎基部较为发达，水培植物将把定植杯也带离栽培盘，机器人主体221转动将水培植物带动至废根收集槽的上方，脱杯旋转台23上的定植杯夹爪231夹取水培植物的定植杯；

(3)切根装置24的切根气缸243驱动活动切片242朝向固定切片241运动，活动切片242和固定切片241相互配合切割水培植物凸出于定植杯的根茎基部，之后，活动切片242返回至初始位置；

(4)机器人主体221夹取水培植物向上运动，脱离定植杯，脱杯旋转台23旋转180°，定植杯夹爪231带动定植杯转动至定植杯收集口212的上方，松开定植杯夹爪231，定植杯落入定植杯收集框214，进行回收；

(5)机器人主体221配合视觉装置223夹取水培植物下降至切根装置24所在平面，切根装置24的切根气缸243再次驱动活动切片242朝向固定切片241运动，活动切片242和固定切片241相互配合切割水培植物剩余根茎基部，切割完之后活动切片242返回至初始位置；

(6)采收机器人22将切割完根茎基部的水培植物放置到采收输送线31上，采收输送线31将水培植物输送至收集工位34；

(7)脱杯旋转台23返回至初始位置，采收机器人22重新开始夹取栽培上的水培植物。

本实施例中，分成两次对水培植物的根茎基部进行剪除，第一次剪除能够方便定植杯和水培植物的分离，定植杯与水培植物分离后，没有了定植杯的阻碍，第二次剪除植物的根茎基部能够更加的彻底，提高了采收后的水培植物的品相，脱杯旋转台23对定植杯的分离，能够有效的对定植杯进行回收再利用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水培植物的采收装置，其特征在于，包括：

栽培盘输送单元，包括栽培盘输送线和定位装置，所述定位装置固定在栽培盘输送线上，所述栽培盘输送线用于输送栽培盘，栽培盘上种植有水培植物；

采收切割单元，包括固定台、采收机器人、脱杯旋转台和切根装置，所述采收机器人、脱杯旋转台和切根装置设置在固定台上，所述采收机器人用于抓取栽培盘上的水培植物，所述脱杯旋转台上固定有水平设置的定植杯夹爪，所述定植杯夹爪用于夹取水培植物根茎基部上的定植杯，所述切根装置位于定植杯夹爪的下方，所述切根装置用于切割水培植物的根茎基部；

采收输送单元，包括采收输送线和收集工位，所述采收输送线与采收机器人相配合将根茎基部切割后的水培植物输送至收集工位；

所述的水培植物的采收装置的使用方法，包括如下步骤：

（1）种植有水培植物的栽培盘通过栽培盘输送线输送至指定位置，并通过定位装置进行固定；

（2）采收机器人夹取栽培盘上种植的水培植物并将其转移至固定台上，脱杯旋转台上的定植杯夹爪夹取水培植物的定植杯；

（3）切根装置切割水培植物凸出于定植杯底部的根茎基部；

（4）采收机器人夹取水培植物向上脱离定植杯，脱杯旋转台带动定植杯转动离开切根装置所在平面，松开定植杯夹爪，回收定植杯；

（5）采收机器人夹取水培植物下降至切根装置所在平面，切根装置切割水培植物剩余根茎基部；

（6）采收机器人将切割完根茎基部的水培植物放置到采收输送线上，采收输送线将水培植物输送至收集工位；

所述脱杯旋转台被构造成在切根位置和脱杯位置之间转动，所述采收机器人和切根装置的位置与脱杯旋转台的切根位置相对应，脱杯旋转台在该切根位置时，定植杯夹爪夹取水培植物位于根茎基部的定植杯，切根装置切除凸出于定植杯底部的水培植物的根茎基部，之后采收机器人向上移动，并配合定植杯夹爪使得水培植物剩余的根茎基部与定植杯相分离，脱杯旋转台带动定植杯转至脱杯位置，采收机器人向下移动和切根装置相配合切除水培植物的剩余根茎基部；

所述固定台上设有废根收集口和定植杯收集口，废根收集口和定植杯收集口分别与固定旋转台的切根位置和脱杯位置相对应，所述废根收集口和定植杯收集口的下方分别设有废根收集框和定植杯收集框，所述脱杯旋转台上竖直设有一个连接板，所述定植杯夹爪固定设置在连接板的顶端，所述定植杯夹爪凸出连接板所在的平面并与废根收集口位置相对应；

所述切根装置包括固定切片、活动切片和切根气缸，所述固定切片和切根气缸固定于废根收集口的上方，所述活动切片固定在切根气缸上，所述切根气缸驱动活动切片与固定切片配合切割水培植物的根茎基部，所述活动切片位于定植杯底部下方；

所述采收机器人包括机器人主体、柔性夹爪和两个视觉装置，所述机器人主体固定在固定台上，所述柔性夹爪设置在机器人主体上，所述机器人主体驱动柔性夹爪夹取水培植物，两个视觉装置分别固定在机器人主体上和废根收集口的侧边上，两个视觉装置均与机器人主体电连接。

2.如权利要求1所述的一种水培植物的采收装置，其特征在于，所述采收输送线为环形的输送线，所述固定台和收集工位分别位于采收输送线的两侧边上，所述采收输送线上固定有多个放置板，多个放置板沿采收输送线的输送方向间隔设置，所述放置板上设有用于放置水培植物的放置孔。

3.如权利要求2所述的一种水培植物的采收装置，其特征在于，所述放置板为Z型结构，所述放置板的底板与采收输送线固定，所述放置板的顶板凸出于采收输送线的外侧面，所述放置孔设于放置板的顶板上。

4.如权利要求3所述的一种水培植物的采收装置，其特征在于，所述放置板的竖直板和底板之间设有加强筋条。

5.如权利要求1所述的一种水培植物的采收装置，其特征在于，栽培盘输送线包括输送滚筒和安装架，所述输送滚筒依次设置在安装架上，所述定位装置包括多个定位气缸，定位气缸安装在安装架的两侧上，所述定位气缸的输出方向与输送滚筒的输送方向相垂直。