基于作业速度的移栽机取苗送苗控制系统设计

对目前全自动移栽机取苗送苗效率低、精度低、株距不稳定,高速工作时取苗手与苗盘之间具有干涉等问题,提出了基于作业速度的自动移栽机取苗与送苗装置的控制系统,旨在提高送苗精度、株距精度,以及解决高速工作时取苗手与苗盘之间具有干涉的问题。本文设计了取苗手和苗盘进给的控制方案,提高了取苗送苗精度,解决了传统移栽机取苗和送苗之间的干涉问题,提高了取苗成功率;控制系统与拖拉机的速度相互配合,保证了移栽苗之间株距的稳定。该控制系统的使用极大地促进了番茄、辣椒等新疆特色农作物产业的发展,对兵团机械自动化水平的提高具有重要意义。     

一种新型移栽机苗盘输送机构控制系统设计与验证

送苗装置是移栽机的核心部件。为此,针对现有的苗盘架结构与输送方式,设计了一种控制苗盘横向与纵向进给的控制系统;取苗手结束一次取苗后,控制核心根据取苗手传感器给出的信号控制苗盘按运动顺序横向或纵向移动。控制核心选择Arduino控制板,苗盘横向移动由与步进电机连接的丝杠滑台实现,纵向移动由步进电机带动链轮和链条实现。试验结果显示:苗盘输送系统能够完成穴盘输送作业,位移误差小于5%。     

基于PLC的移栽机苗盘输送控制系统设计与试验

本文针对番茄苗穴盘移栽机取苗机构位置固定的现状,通过控制苗盘的进给送苗以适应取苗机构快速取苗、栽植,实现了苗盘输送的控制,通过对苗盘结构及移栽过程的分析,确定了苗盘输送机构控制流程;通过硬件选型和参数的分析计算,设计了控制系统的硬件结构及软件流程。最后,通过试验验证了该控制系统工作的准确率,达到了前期控制要求,为后期提高控制可靠性提供了技术依据。     

基于Lab VIEW的苗盘输送控制系统设计

针对半自动移栽机移栽效率低的问题,设计开发了自动送盘系统。针对取苗机构位置固定,每次夹取1株钵苗的取苗方式,通过控制苗盘的横向和纵向间歇移动,实现钵苗逐个自动喂入,从而实现自动取苗。系统采用PC机作为上位机,由Lab VIEW构建控制系统操作界面;单片机作为下位机,接受传感器的检测信号和上位机发送的指令信号。试验验证表明:系统可以实时监测苗盘的运动位置和取苗工作状态,实现苗盘运动和机械手取苗的配合。     

TRIZ创新方法在旱地高速移栽技术研究中的应用

结合旱地高速移栽技术研究课题,针对改善移栽机苗盘输送准确度、提高取苗装置取苗稳定性等关键技术难点,基于发明问题解决理论(TRIZ)的思想和方法,提出苗盘精准输送方案和取、投苗装置结构优化方案,并将新方案运用于2ZBJ-4型悬挂式旱地移栽机样机试制且进行了试验。试验表明:苗盘输送准确度高,运行稳定,取、投苗可靠,取苗效率7 000株/h·单元以上,最高超过10 000株/h·单元,移栽机作业效率60~90株/min·行,平均漏栽率低于3%,栽植合格率大于9 2%,性能优良。通过TRIZ理论在旱地高速移栽机技术研究中的运用,验证了创新方法流程在农业科技项目中应用切实可行。     

穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统设计与移栽试验

为实现穴盘苗全自动移栽机取苗、移盘和植苗动作驱动系统的分离,简化移栽机机械传动系统结构,以提高其可靠性和作业质量,基于PLC设计了一套穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统,并进行了实际移栽试验。试验结果表明:在运动协调控制系统的控制下,实现了步进电动机驱动苗盘横向进给运动、伺服电动机驱动取苗机械手纵向往复运动、取苗机械手气动垂直取/放苗动作和气动喂苗动作的控制及其与机械驱动植苗动作的同步配合,穴盘苗全自动移栽机可以实现40株/(min·行)的取/放苗速度,在整机单行移栽39.9株/min的平均移栽速度下,样机完成取/放苗过程并最终将钵苗成功喂入栽植器的喂苗成功率达到96.9%。     

送盘机构位移误差检测及控制系统研究

对移栽机苗盘输送控制系统进行了研究,分析了位移误差的产生和修正方法。由于取苗机构位置固定,采用1台三菱PLC控制两台电机的控制方案实现苗盘的横向和纵向输送功能。利用GX Developer仿真软件完成PLC的控制程序设计,控制器通过发出带方向信号的脉冲指令操控两台步进电机带动苗盘横移、纵移,使苗盘的运动与取苗机构有效配合,实现了自动化取苗。同时,采用PLC软件与触摸屏软件联合仿真,实现了运行参数的实时显示。     

顶夹式气动取苗装置设计与试验

针对半自动移栽机采用人工取喂苗、劳动强度大和效率低的问题,设计一种适用于叶菜、茄果类蔬菜的顶出夹取结合的自动取苗装置。该装置的顶苗、取苗、摆动和苗盘横移等动作采用气缸驱动;苗盘纵向输送通过电机驱动,结合激光传感器逐行扫描,消除累计误差,实现精准定位。通过FPGA控制器控制各气缸、电机有序动作,完成取苗过程。选取128穴与200穴苗盘分别进行输送定位、自动取苗试验,得出苗盘输送平均定位误差分别为0.509、0.564 mm,变异系数分别为4.08%、5.20%,满足苗盘输送定位要求;取苗频率可达120株/min以上,达到效率目标。     

自动移栽机整排取苗间隔投苗控制系统设计与试验

针对自动移栽机取苗控制精度、协调配合等问题,结合自主设计的自动移栽机取苗、投苗及分苗系统结构及其工作原理,基于可编程控制器PLC设计了一种整排取苗间隔投苗控制系统。该控制系统采用3个行程开关I1、I2、I3检测翻转取苗状态,实现取苗爪针在插入苗钵过程中逐渐收缩的过程,减少了对钵体内部的损伤;运用光电传感器感应分苗杯位置和数量,以增量式编码器获取分苗杯运动位移,通过两者配合完成苗钵在最佳投苗点投苗;选用72孔和128孔穴盘、20 d苗龄的黄瓜苗进行取苗、投苗栽植试验,检测控制系统性能。试验结果表明:在栽植频率40~70株/min范围内,两种穴盘苗的取苗投苗综合成功率均高于95%,平均值为97.98%,随着栽植频率的增加,取苗投苗综合成功率有所下降,但变化不大,证明设计的控制系统能适用不同规格苗盘、不同栽植频率下的自动移栽,达到高效自动移栽目的。     

蔬菜移栽机气动下压式高速取苗装置设计与试验

目前,蔬菜移栽机取苗机构单行取苗频率为40~90株/min,取苗频率低已成为蔬菜高速移栽（≥90株/min）技术及装备的发展瓶颈。为实现高速取苗作业,设计了一种气动下压式高速取苗装置及配套组合式穴盘,通过“有序供盘、连续送苗、气动下压取苗、自由投苗”等作业工序,可实现120株/min的高速取苗作业。建立了取苗过程钵苗力学模型,对气动取苗机构取苗单体布置形式、取苗气缸工作压力、顶苗器运动轨迹等进行分析和计算,优化顶苗器U型末端结构,设计并构建高速取苗时序控制系统。以60d苗龄辣椒苗为试验对象,在气缸工作压力为0.26MPa、取苗频率为120株/min条件下,以取苗成功率、基质破损率和茎叶损伤率为取苗效果评价指标进行了取苗试验。试验表明：取苗成功率平均值为100%,基质破碎率平均值为22.46%,茎叶损伤率平均值为3.54%,能够满足蔬菜高速移栽的取苗作业要求。     

蔬菜移栽机曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置研究

为了实现蔬菜移栽机取投苗的稳定性和高效性,针对夹钵取投苗方式,设计了一种全自动曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置。取投苗装置与送盘装置、导苗装置及分苗装置配合完成自主送盘、取苗、投苗与分苗。用解析法对取投苗装置中的摆杆-导轨及曲柄摇杆进行了结构参数设计,用矢量方程法和ADAMS仿真对取投苗装置的运动过程进行计算分析,并利用高速摄像机拍摄取投苗装置的实际运动轨迹,与仿真结果进行对比,验证了设计的正确性和可行性。以辣椒钵苗为试验对象,选取取投苗速度、苗株高度及基质含水率为试验因素,以取苗成功率、伤苗率、投苗成功率及取栽成功率为评价指标进行正交试验。试验结果表明：在给定因素水平下,整机单行取投苗速度90株/min、苗株高度110mm、基质含水率50%时,取投苗效果最佳,取苗成功率为95.14%,伤苗率为1.39%,投苗成功率93.05%,取栽成功率91.67%。     

蔬菜自动移栽机对置秧盘交替自动取投苗机构研究

针对现有蔬菜自动移栽机茎秆夹持式和钵体顶出式取苗方式的缺点,基于顶出-夹取结合式取苗方式,设计了一种适用于对称布置可弯曲秧盘的交替式取投苗机构。阐述了该机构工作原理、关键点运动轨迹和结构组成。分析了关键因素对秧苗夹持点运动轨迹的影响方式并优选了取值：驱动曲柄转速10r/min,取投苗摇杆长度为 309mm,驱动气缸伸出速度25mm/s,0.8s内完成拔苗,伸出时刻为提前0.4s。该参数组合下秧苗夹持点在拔苗阶段最大横向位移9.6mm,累计横向位移0mm,理论提升高度44mm,满足取投苗作业理论要求。以苗龄45d的辣椒秧苗为作业对象,进行了栽植频率70~120株/(min·行)的取投苗性能试验,试验结果表明,该交替取投苗机构在栽植频率100株/(min·行)时可实现取苗成功率93%,投苗成功率95%,总体成功率88%,满足取投苗作业要求,验证了该取投苗机构的可行性。     

基于PLC的全自动移栽机自动控制系统设计

在农业生产过程中,农业机械的控制系统对机械装备自动化程度和参数调整起着重要的作用。为此,设计了一种基于PLC的全自动移栽机自动控制系统,通过PLC控制移栽机自动移动穴盘、自动取苗、投苗及分苗器与栽植器的有效耦合等工作流程,并详细地介绍了此控制系统设计原理、结构组成及控制流程图。试验结果表明:该系统得到自动取苗成功率平均值为96.0%,自动分苗成功率平均值为97.2%,自动移盘成功率平均值为1 0 0%,自动推空穴盘成功率平均值为9 3.3%,达到了旱地穴盘苗作物的移栽要求。     

辣椒苗夹茎式双排自动取投苗装置设计与试验

为提高设施蔬菜生产机械化率,设计了一种双排夹茎式取投苗装置。利用两个对置移栽臂上的双排夹取爪实现辣椒苗循环取投苗作业,PLC控制系统保证取投苗装置有序平稳运转。夹取爪核心部件由软性材料和弹簧钢片紧贴构成,其精确定位由水平和竖直运动机构实现。分析软性材料厚度、辣椒苗苗龄、夹取爪气缸压力对取苗失败率、运苗失败率和投苗失败率的影响规律,以取投成功率为优化目标进行正交试验,确定双排自动取投苗装置的最佳工作参数。试验结果表明：当软性材料厚度为10mm、辣椒苗苗龄为51d、夹取爪气缸压力为0.40MPa时,平均取投成功率达到94.6%,基本满足蔬菜移栽作业的技术要求。     

双排移栽机械手联动式高速移栽装置设计与试验

为了提高自动移栽机移栽效率,设计一种双排移栽机械手联动式高速移栽装置。利用安装在两个移栽臂上的双排移栽机械手交替取苗和栽苗的方法,采用联动控制方式使移栽效率翻倍。通过优化移栽机械臂和移栽机械手结构,并对其关键部件进行参数设计和运动学分析,综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定穴盘苗苗坨含水率、苗龄、爪针限位孔中心距为试验因素,以200穴欧石竹穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,确定双排移栽机械手联动式高速移栽装置的最佳工作参数。试验结果表明：当穴盘苗苗坨含水率为32.6%、苗龄为46d、爪针限位孔中心距为16.7mm时,取苗成功率为94.7%,与软件计算结果94.2%接近,符合花卉、蔬菜移栽作业的技术要求。     

水稻秧盘育秧播种生产线电控式软硬秧盘自动供盘装置

为有效提高水稻秧盘育秧播种生产线的生产率,满足轻简化栽培技术要求,降低农民育秧成本,减轻劳动强度,解决现有自动供盘装置振动冲击大、供盘可靠性不稳定的问题,设计了一种可嵌放软塑秧盘的复合托盘和水稻秧盘育秧播种生产线电控式软、硬秧盘自动供盘装置。该装置以STM32单片机为控制核心,由接近开关检测等待供送的层叠秧盘,控制秧盘供送装置上的舵机实现对层叠秧盘的自动升落与供送。通过理论分析,建立了嵌入式复合托盘受力模型,确定了复合托盘的工作参数;设计了舵机升盘转轴机构、抬升指、输送装置等关键部件。为检测电控式自动供盘装置的工作稳定性,系统地进行了振动特性测试分析;以硬塑秧盘为试验对象,供盘成功率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,结果表明,叠盘偏差范围对供盘成功率有显著影响,减小叠盘偏差能有效提高供盘成功率;通过分析试验结果,采用改进的渐进式导向板,实现对叠盘偏差纠错,并分别进行硬塑秧盘和嵌入式复合托盘嵌放软塑秧盘的试验研究,改进后的装置性能显著提高,硬塑秧盘的供盘成功率达100%。采用嵌入式复合托盘进行软塑秧盘自动供盘试验,软塑秧盘的供盘成功率大于98%,满足水稻秧盘育秧播种生产线自动供盘技术要求。     

基于PLC的全自动移栽机取苗喂苗控制系统设计

针对目前全自动移栽机作业效率低、稳定性低的问题。结合自主设计的全自动移栽机装置,基于可编程控制器PLC设计一种穴盘苗的取喂苗控制系统,并进行田间试验。试验表明,系统通过PLC控制多个气缸与步进电机,能够实现取苗、喂苗的协调配合。在移栽速率为60～120株/min范围内,取喂苗成功率与苗株完整率均大于95%。控制系统能适应不同移栽速率下的自动移栽作业,最终实现高效稳定自动移栽。     

穴盘苗移栽机自动取苗技术研究现状与展望

全自动移栽机可以提高移栽作业的工作效率,降低劳动强度;自动取苗技术作为全自动移栽机研发的关键环节,在促进我国移栽机械的发展方面起着积极的推动作用。通过对比国内外穴盘苗自动取苗技术研究与应用现状,对主要自动取苗技术进行分析归类,总结为移盘固手型、固盘移手型、移盘移手型、移盘顶苗型、移盘吹苗型五种类型,对五种自动取苗技术工作原理分析总结,提出现有自动取苗技术存在的主要问题,给出发展建议。提出我国未来自动取苗技术向着高速、精准的方向发展,移栽机械将向着多功能、一体化的目标研发,为全自动移栽机进一步研究提供参考。