本發明涉及農業機械領域，具體的說是一種利用光敏電阻測量栽植器夾持力的裝置。

背景技術：

穴盤苗移栽自動取喂系統的核心是取苗機械手，其主要完成穴盤苗從穴盤中的取出及轉移工作。取苗爪是構成取苗機械手的最小功能單元，每個取苗爪就如同人工移栽過程的取苗手，完成取苗和放苗的動作。通過對人工取苗的各個環節進行分析，將人手的各個動作由取苗器來代替完成，便可實現自動取苗。典型的人工取苗的環節為：對穴→取苗→持苗→轉移→喂苗，對取苗爪的結構設計也提出了較高的要求，不僅要完成取苗動作，還要完成相應的穴盤苗投放工作。

目前，取苗方式根據取苗原理的不同，主要分為夾取式、真空氣吸式、頂取式、扎取式。1.夾取式根據驅動方式不同分為機械驅動和氣壓驅動，根據夾片運動軌跡可分為鉗夾式和平行夾。2.真空式取苗，有直接依靠穴盤苗的重力作用方式取苗，壓縮空氣產生負壓取苗，氣缸產生負壓取苗，負壓風機產生負壓取苗方式等。3.頂取式取苗，有采用項桿或頂針進行取苗的方式；4.扎取式取苗，工作原理是取苗爪插入穴格夾持穴盤苗，后退實現苗與盤的分離，張開釋放穴盤苗。此類取苗器在國內外取苗裝備中較常見。

通過測得取苗爪扎入穴盤苗基質所需的力，了解適宜移栽期的穴盤苗的基質堅實度狀況，根據扎入力的測試結果，為取苗機械手的設計和驅動元件的選擇提供基礎參考數據。暫無類似的方案。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種利用光敏電阻測量栽植器夾持力的裝置，使用彈簧作為檢測夾持力的受力器件，成本低廉，而且不易受環境影響，更換起來簡單方便；通過光源與光敏電阻的配合實現精確測量彈簧形變量，從而能夠根據彈簧的力學特性精確計算出夾持力。

為了實現上述目的，本發明采用的具體方案為：

一種利用光敏電阻測量栽植器夾持力的裝置，設置在栽植器的第一夾持爪的上端和第二夾持爪的上端之間，裝置包括外套筒和內套筒，所述第一夾持爪通過第一萬向節與外套筒的一端轉動連接，所述第二夾持爪通過第二萬向節與內套筒的一端轉動連接，內套筒的另外一端滑動設置在外套筒內，第一萬向節和第二萬向節通過一個彈簧相連接；所述外套筒朝向第二夾持爪的一端上開設有一個通孔，通孔內上下設置有光源陣列和遮光板，其中光源陣列由若干個沿外套筒的軸向并列設置的光纖光源組成，遮光板分成若干個與光纖光源一一對應的遮光區，若干個遮光區的透光率各不相同；所述內套筒滑動設置在外套筒內的一端上開設有一個透光孔，在內套筒內設置有一個光敏電阻，光敏電阻還電連接有一個控制器，所述光纖光源發出的光依次通過遮光板和透光孔后照射到光敏電阻上，由控制器采集光敏電阻上的電流值。

在從第一夾持爪到第二夾持爪的方向上，若干個所述遮光區的透光率逐漸降低。

若干個所述光纖光源均與一個發光器相連接，發光器設置在所述外套筒上。

所述控制器固定設置在內套筒上，內套筒的靠近第二夾持爪的部分開設有一個布線孔，用于電連接控制器與光敏電阻的導線從布線孔中穿過。

所述內套筒的外壁上對稱設置有兩個滑條，所述外套筒的內壁上開設有兩個與滑條一一對應的滑槽。

所述控制器包括電源、采集電路、a/d轉換裝置和處理器，所述電源用于向光敏電阻和其他裝置供電，光敏電阻通過采集電路和a/d轉換裝置與處理器電連接，處理器還分別電連接有數據接口和存儲器。

所述第一萬向節和所述第二萬向節均為球式萬向節。

所述光纖光源的輻射面積與所述遮光區的面積相等。

所述透光孔的面積與所述遮光區的面積相等，所述光敏電阻的有效面積小于透光孔的面積。

有益效果：

1、本發明使用彈簧作為檢測夾持力的受力器件，成本低廉，而且不易受環境影響，更換起來簡單方便；

2、通過光源與光敏電阻的配合實現精確測量彈簧形變量，從而能夠根據彈簧的力學特性精確計算出夾持力；

3、相對與傳統的應變片測量夾持力的方案，本發明的安裝位置明確，且安裝方便。

附圖說明

圖1是安裝方式及夾持力的計算方法示意圖；

圖2是整體結構示意圖；

圖3是內套筒和外套筒的連接方式示意圖；

圖4是控制裝置結構示意圖；

圖5是夾持力的計算方法示意圖。

附圖標記：1、第一夾持爪，2、第二夾持爪，3、第一萬向節，4、外套筒，401、滑槽，5、內套筒，501、透光孔，502、布線孔，503、滑條，6、彈簧，7、發光器，8、光纖光源，9、濾光板，10、光敏電阻，11、控制器，12、第二萬向節，13、固定板，14、轉軸，15、轉筒，16、凸輪，17、抵觸桿。

具體實施方式

下面根據附圖具體說明本發明的實施方式。

如圖1所示，一種利用光敏電阻測量栽植器夾持力的裝置，設置在栽植器的第一夾持爪1的上端和第二夾持爪2的上端之間。夾持爪的支撐裝置包括兩個并列設置的轉筒15，轉筒15內轉動設置有轉軸14，兩個轉軸14上各固定設置有一個固定板13，第一夾持爪1和第二夾持爪2分別設置在兩個固定板13上。在兩個固定板13上還各固定設置有一個抵觸桿17，兩個抵觸桿17相對設置，且兩個抵觸桿17的相對端各設置又一個半球形的觸頭。兩個夾持爪的驅動方式采用凸輪16進行驅動，凸輪16設置在兩個抵觸桿17之間，隨著凸輪16的轉動，設置在凸輪16上的凸起部周期性地與觸頭配合，使兩個抵觸桿17遠離或者靠近，進而通過兩個固定板13帶動兩個夾持爪的下端靠近或者遠離，從而完成取苗和放苗的動作。

如圖2和圖3所示，裝置包括外套筒4和內套筒5，第一夾持爪1通過第一萬向節3與外套筒4的一端轉動連接，第二夾持爪2通過第二萬向節12與內套筒5的一端轉動連接，內套筒5的另外一端滑動設置在外套筒4內，第一萬向節3和第二萬向節12通過一個彈簧6相連接。第一萬向節3和第二萬向節12均為球式萬向節。內套筒5的外壁上對稱設置有兩個滑條503，外套筒4的內壁上開設有兩個與滑條503一一對應的滑槽401，通過滑條503與滑槽401的配合使內套筒5能夠在外套筒4內滑動。

外套筒4朝向第二夾持爪2的一端上開設有一個通孔，通孔內上下設置有光源陣列和遮光板，其中光源陣列由若干個沿外套筒4的軸向并列設置的光纖光源8組成，若干個光纖光源8均與一個發光器7相連接，發光器7設置在外套筒4上。遮光板分成若干個與光纖光源8一一對應的遮光區，在從第一夾持爪1到第二夾持爪2的方向上，若干個遮光區的透光率逐漸降低。

內套筒5滑動設置在外套筒4內的一端上開設有一個透光孔501，在內套筒5內設置有一個光敏電阻10，光敏電阻10還電連接有一個控制器11，光纖光源8發出的光依次通過遮光板和透光孔501后照射到光敏電阻10上，由控制器11采集光敏電阻10上的電流值。控制器11固定設置在內套筒5上，內套筒5的靠近第二夾持爪2的部分開設有一個布線孔502，用于電連接控制器11與光敏電阻10的導線從布線孔502中穿過。

如圖4所示，控制器11包括電源、采集電路、a/d轉換裝置和處理器，電源用于向光敏電阻10和其他裝置供電，光敏電阻10通過采集電路和a/d轉換裝置與處理器電連接，處理器還分別電連接有數據接口和存儲器。

光纖光源8的輻射面積與遮光區的面積相等。透光孔501的面積與遮光區的面積相等，光敏電阻10的有效面積小于透光孔501的面積。

如圖5所示，栽植器在工作過程中，將夾持爪的上端記為a點，轉筒15記為b點，夾持爪的下端記為c點。那么當凸輪16的凸起部與觸頭接觸的時候，凸起部擠壓觸頭，進而依次通過抵觸桿17和固定板13帶動兩個夾持爪繞著轉筒15轉動，使兩個夾持爪的上端之間距離增大而下端之間距離減小，即兩個夾持爪的a點之間的距離增加，而兩個夾持爪的c點之間的距離減少。因為兩個a點之間是通過彈簧6連接的，因此當兩個a點之間距離增加的時候，彈簧6會拉伸，而且是兩端同時拉伸，記兩端的形變量均為δx，則彈簧6總的形變量為2δx。2δx的具體的計算方法如下。

當兩個夾持爪都處于靜止狀態的時候，光敏電阻10通過透光孔501和某一個遮光區接收到來自光纖光源8的光照，從而形成電阻值的變化，使光敏電阻10上的電壓值發生變化，由采集電路采集到這個電壓值并通過a/d轉換裝置將電壓值的模擬量轉換為數字量輸送給處理器，處理器可根據電壓值反推出光敏電阻10上的光照強度，進而由光敏電阻10上的光照強度和光纖光源8的光照強度計算出該遮光區的透光率，從而找到該遮光區的位置。隨著彈簧6的拉伸，內套筒5和外套筒4的重合部分會減小，使光敏電阻10經過透光孔501和另外一個遮光區接受到光纖光源8的照射，采用同樣的方式可以確定此時對應的遮光區的位置。與初始狀態下對應的遮光區的位置進行比對，可以計算出光敏電阻10的位移量l，位移量l同時也是彈簧6的形變量，即l=2δx，進而可以知道δx=l/2。

在得到彈簧6的形變量之后，根據彈簧6的力學特性，可以計算出彈簧6拉伸后產生的拉力值。然后因為a點、b點和c點形成杠桿結構，所以根據杠桿原理，可以求出c點處產生的向內的擠壓力，即夾持爪的夾持力。

特別需要注意的是，在選擇彈簧6的時候，需要2δx的形變量仍然處在彈簧6力學特性的線性區內，此時可由胡克定律快速計算出彈簧6的拉力值。

當凸輪16上的凸起部隨著凸輪16的轉動不再與觸頭相接觸的時候，兩個夾持爪在彈簧6的作用下復位，而兩個夾持爪的下端之間距離增大，完成放苗。