穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式取苗末端执行器

设计了一种穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式夹钵取苗末端执行器。利用2根气缸机械手指伸出4根夹取针插入苗钵,气缸机械手指闭合夹取针捏紧苗钵来取苗,利用两根气缸机械手指撑开放松夹持苗钵,4根夹取针回缩脱离苗钵来放苗。根据穴盘苗自动取苗力学要求,进行了基于穴盘苗物理力学特性的夹取力设计。试制末端执行器,进行夹钵取苗效能测试。在40 mm/s提取速度下,各试验因素的夹钵脱盘力无显著性差异。取苗效能的正交试验分析发现,苗钵含水率水平高度显著影响根土破坏,入钵角度、深度以及根系等试验因素没有统计学显著性影响。当夹取针入钵角为11°,入钵深度为32 mm,苗数为4株,含水率为55%~60%时,所设计的取苗末端执行器对苗钵的夹取作用达到最小根土破坏程度。     

T型开合槽型辅推机械式取苗末端执行器设计

设计了一种以夹紧取苗、张开推苗为工作模式的单驱动机械多针钳夹式取苗末端执行器,利用一个机械动力控制机械手指开合进行夹钵取苗,并驱动推苗环随动推钵放苗。应用解析法,确定了取苗末端执行器的夹持机构和推苗机构结构参数关系。试制末端执行器,将其安装在凸轮-连杆-滑槽组合式取苗机构上,以番茄穴盘苗为对象,进行对穴夹钵取苗性能测试。当取苗末端执行器对苗钵的夹取深度为30mm、夹取角度为12°、夹持力度为3N时,在40株/min取苗工作频率下,该取苗末端执行器自动取苗平均成功率为92.13%,取苗效果满意。     

穴盘苗斜楔块片状式取苗末端执行器设计

取苗末端执行器,是穴盘苗自动取苗机构的核心工作部件。为此,依据我国穴盘苗生产实际情况,设计了一种斜楔块片状式取苗末端执行器。选择72穴西葫芦穴盘苗作为试验测试对象,通过初步试验对比分析了不同夹持手指的取苗效果,优选出叉子形夹持手指取苗效果最好。同时,进行全因素试验研究叉子形手指取苗特性,得出当手指长度L为130mm、插入深度h为30mm、夹持角度β为12°时,取苗末端执行器的成功率达到9 5%,秧苗伤苗率为5%,兼顾取苗质量又减少了对秧苗的损伤。     

与自动移栽相关的不同蔬菜穴盘苗力学特性

以黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗为研究对象,通过夹苗拉拔试验测试分析穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附特性,采用平板压缩方式研究钵体抗压特性,并对幼苗茎秆和叶子进行拉伸破坏测试。试验表明:在穴盘苗自动移栽过程中,夹取针夹紧钵体的夹取力主要用于克服穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附力作用;在同等的育苗条件下,黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗的夹取力大小依次为辣椒黄瓜茄子;不同穴盘苗钵体的抗压能力相近;与辣椒、茄子穴盘苗相比,黄瓜幼苗更容易拉断,3种穴盘苗叶子拉断破坏强度相近。在设计取苗机构、夹持器和推苗装置时,应考虑必要的避苗措施,以提供更多的空间让出幼苗植株。     

蔬菜移栽机顶夹式取苗装置末端执行器设计与试验

为解决顶夹式取苗出现的顶苗失败、钵体被夹持时受压变形、破损等问题,以顶夹式取苗末端执行部件为研究对象,建立顶苗和夹苗过程力学分析模型,得出影响取苗效果的主要因素包括顶针直径、顶针长度、顶苗速度和夹苗加载距离。通过试验测定钵体相关物理性能参数,在EDEM软件中选用EEPA接触模型建立钵体颗粒模型。利用EDEM仿真模拟顶苗与夹苗过程,采用Box-Behnken设计法和单变量控制法分别进行顶苗和夹苗仿真试验设计,利用Design-Expert软件分析得到优化参数组合为：顶针直径1.9mm、顶针长度18mm、顶苗速度0.3m/s和夹苗加载距离4mm。在频率100株/min下进行取投苗性能验证试验,经过优化的取苗末端执行部件取投苗成功率93.25%,钵体完整度良好,满足叶菜类蔬菜穴盘苗自动旱地移栽取苗要求。     

花卉穴盘苗自动移栽机构改进设计与试验分析

为减少花卉穴盘苗取栽一体式自动移栽机构带苗现象,提高移栽效果,对移栽机构末端执行器进行了改进设计,并结合机构自身特性以及移栽工作要求,重新分析和确定了移栽机构优化目标,应用自主开发的计算机分析和优化软件,通过目标导向法,优选出一组机构参数并试制样机。分析了花卉育苗基质物理特性对移栽的影响,选取3组不同育苗基质及含水率的向日癸穴盘苗进行试验,试验表明:基质成分为纯泥炭的穴盘苗,其钵苗根系生长包络性好,便于取苗,取苗成功率为98%,栽苗成功率为83.9%,带苗率为13.8%。比较机构改进前后的试验结果,移栽效果和带苗现象均得到明显改善。基质成分中随着珍珠岩和沙子比例增加,钵苗根系包络性变差,钵体强度降低,取苗和栽苗成功率下降,而带苗现象增加。试验结果验证了改进设计后机构的有效性以及在不同育苗基质条件下的适应性,为解决移栽机构带苗问题提供参考。     

穴盘苗自动移栽机苗钵夹持力检测系统设计与试验

针对夹持力可调式穴盘苗自动移栽机取苗爪安装空间狭小、检测装备布置不当易伤苗或回带钵苗基质等问题,基于聚偏氟二乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜与软硬件融合信号调理技术,提出了一种穴盘苗自动移栽机苗钵夹持力检测系统,该系统由PVDF压电薄膜、信号调理电路、无线通信模块、信号采集软件系统组成。通过PVDF压电薄膜实时监测取苗爪对苗钵夹持力的变化情况,利用压电效应将夹持力转换为电荷量;通过信号调理电路,完成电荷-电压信号转换、信号放大、工频信号消除,以及削弱地面激励与自动移栽机工作产生的振动噪声;通过无线通信模块将硬件调理后的夹持力信号发送至基于Lab VIEW的信号采集软件系统,并采用卡尔曼滤波器滤除残余的振动噪声,最终实现苗钵夹持力的精确测量、显示、存储、报警等功能,达到减少苗钵损伤率、提高移栽成功率的目的。标定试验结果表明,夹持力检测传感器的平均线性决定系数为0. 991 4,平均灵敏度为1. 002 7,精度为6. 024%,满足移栽作业过程中夹持力测量准确性的要求;室内试验结果表明,苗钵夹持力检测系统具有较好的稳定性和一致性,适用于自动移栽取、投苗过程中苗钵夹持力的精准监测。     

温室穴盘苗自动移栽机设计与试验

针对种苗从高密度穴盘移植到低密度穴盘,或者从穴盘直接移植到花盆的温室穴盘苗移栽生产需要,设计了一种轻简型自动移栽机。利用成熟的直线模组和无杆气缸组合设计出自动移栽机械臂,驱动取苗末端执行器往复于来源盘和目标盘进行取苗、移苗、栽苗操作,采用双排链传动实现穴盘和花盆输送,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法。根据所设计的移栽机工作要求,构建电气控制系统。试制样机,开展试验研究。采用直线位移传感器系统检测分析机器取苗移栽移位性能,结果显示对于128/72孔穴盘苗,移栽效率分别达到1 221株/h和1 025株/h,运用单样本t检验法分析得到实测取苗移位间隔与理论设定穴孔间隔无显著差别,标准差低于0.5,整机工作精度准确。以当地自行培育的种苗为移栽对象,进行温室穴盘苗移栽生产试验,对比分析自动取苗移栽效能,结果显示多种穴盘苗移栽成功率平均达到90.70%,苗钵夹取破碎率低于5%,自动取苗移栽效果较好。     

穴盘苗温室多末端移栽机运动定位装置设计与试验

为了提高穴盘苗温室移栽机械的自动化程度和移栽效率,对温室穴盘苗多末端移栽机运动定位装置进行了设计。基于多末端执行器联合作业的要求,对其分散装置进行力学分析计算,以实现多个末端执行器等间距移动。对系统进行移位检测试验,检测移栽过程中位置精度,结果表明:128穴盘、4孔花盆自动取苗移位平均值分别为32.291 1、206.324 6mm;通过单样本t检验发现,在0.05显著性水平下,实测取苗移位间隔与设计的穴孔间隔无显著性差异,验证了所设计自动取苗移位装置的可靠性。     

蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构优化设计与试验

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6. 0开发可视化辅助分析软件,优化得出满足要求的最佳参数,形成相应的理论轨迹。建立三维模型,对模型进行虚拟仿真设计,得出仿真轨迹。采用3D打印技术进行试验样机制造,运用高速摄影技术提取试验样机实际工作轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。试验测得实际取苗针最大入钵力,运用相似理论原理,推算出试验样机最大入钵力,并得到钵土最佳基质比为0. 4,进行试验样机取苗试验,取苗成功率为96. 87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了机构设计的正确性与可行性。     

基于EDEM-RecurDyn的指夹式取苗爪仿真优化与试验

为了实现自动移栽机高效、高质量取苗,提出整排取苗、同时投苗的工作方式。以指夹式取苗爪为研究对象,阐述了取苗爪的结构组成及工作原理。建立了取苗爪的运动数学模型,结合钵体力学特性及根系分布特点,对组成取苗爪的各构件进行尺寸参数优选,并在RecurDyn中建立其虚拟样机模型。通过试验进行钵体力学性能测量,对试验所得数据进行处理,得出钵体物理特性参数,进而在EDEM中建立钵体颗粒模型。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真取苗爪插入、夹取、提离过程。分析取苗爪插入钵体苗深度、开始夹苗深度对取苗时钵体的影响,仿真优化得到当取苗爪插入钵体深度I_d=34 mm,插入钵体平均速度I_v=280 mm/s,开始夹苗深度C_i=4 mm,夹苗平均速度C_v=250 mm/s时,可以获得较好的钵体完整性。在16、20、24次/min的取苗速率下进行取苗爪取投苗试验,结果表明,所设计的指夹式取苗爪取苗成功率均在96%以上,钵体破碎率小于1%,具有良好的取苗、投苗效果,在取苗作业中可以保持良好的钵体完整性。     

2ZSJ-4型挠性圆盘高速移栽机力学特性试验

根据挠性圆盘高速移栽机工作原理,选用西兰花、白菜花、辣椒3种蔬菜钵苗为试验对象,针对成排顶苗、垂直基质块夹持输送、圆盘茎秆夹持输送环节设计了力学特性试验,为顶苗杆顶出力、纵向输送带安装间距、栽植圆盘安装参数提供设计依据。采用质构仪分别进行钵体顶苗力试验、钵体柔性压缩试验、茎秆压缩特性试验,结果表明,西兰花、白菜花、辣椒的平均顶出力分别为10.8、13.57、9.97 N,取最大值13.57 N作为设计依据,每排顶出10棵苗,综合考虑导轨摩擦力等影响,选择顶出力约196 N的气缸规格。当夹板间距20 mm时,西兰花、白菜花、辣椒钵体基质平均损失率分别为6.13%、6.39%、11.82%,对栽后钵苗生长影响较小,确定输送带硬橡胶层间距为20 mm。西兰花、白菜花、辣椒钵苗茎秆U段的屈服强度分别为0.933、0.931、0.928 MPa,选取最小值0.928 MPa作为设计依据,以保证对不同钵苗茎秆都能适应。      

基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器设计与试验

穴盘苗疏植移栽是设施农业育苗的关键步骤,可为幼苗提供优良的生长环境,实现增产增收。针对疏植移栽环节中,可调株距设备自动化程度低,人工作业效率低下,易损苗伤苗等问题,本文设计了一种基于圆柱凸轮的株距可调式取苗末端执行器,可实现不同株距之间的疏植移栽作业。首先,对末端执行器整体结构进行设计,确定其工作原理;其次,通过理论分析确定圆柱凸轮与取苗手指各关键参数,并分析其作业状态下受力情况;然后,利用EDEM与Recur Dyn建立苗钵根土复合模型,进行耦合仿真单因素模拟试验,确定后续正交试验因素范围;最后,搭建了穴盘幼苗疏植移栽试验平台,以取苗针夹角、入土角、取苗针间距和变距速度为试验因素,以苗钵最大形变量和移栽成功率为试验指标,进行正交试验。在最优参数组合为取苗针夹角10°、入土角4°、取苗针间距8 mm、变距速度5 mm/s下,选取128穴至72穴与72穴至50穴两种疏植移栽要求进行验证试验,移栽后128穴钵体形变量平均值为(1.13±0.68) mm, 72穴钵体形变量平均值为(1.51±0.64) mm。总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,满足不同穴盘规格疏植作业...     

复合基质对制钵及幼苗生长影响的试验研究

以用于机械化移栽所需的秧苗培育为出发点，在满足幼苗生长和培育优质苗的基础上，通过二元二次通用旋转组合设计试验方法，对以草炭、蛭石、壤土组成的不同配比复合基质的物理特性、制钵育苗机械Perfect300制钵机械性、复合基质的经济性3个方而进行了综合研究。研究结果表明：复合基质加入适量壤土所育幼苗符合生产要求，适合机械化制钵的作业过程，所得到的钵体机械强度满足移栽技术工艺。研究结果为机械化育苗复合基质的选配提供了理论依据。     

穴盘苗自动移栽机研发与应用

针对当前人工移栽成本高、效率低和劳动强度大等问题,设计开发了一种穴盘苗自动移栽机。该移栽机主要由移栽机构、坏苗识别系统和控制系统等部分组成,与工厂化穴盘种苗生产工艺相适应,实现了幼苗由密穴盘移栽到疏穴盘或营养钵中的机械化操作,改善了操作人员的劳动条件,提高了作业效率。      

一种蔬菜苗移栽机自动取投苗装置夹取轨迹优化

为降低取投苗装置对穴盘苗钵体的损伤,通过构建运动学模型,对一种单自由度蔬菜苗移栽机自动取投苗装置的夹取轨迹进行分析。针对装置取苗指插入姿态不理想和摆动幅度较大的问题,连杆长度与行星轮系中的轴间距相等,实现装置往返取苗轨迹曲线的重合;改变凸轮槽参数使其取苗段轨迹与凸轮轴心轨迹斜率相等实现取苗指姿态及轨迹在重合状态下插入取苗;优化支架与取苗指结构参数使取苗指姿态与其尖点轨迹重合,减小了插入方向的截面积。对推苗杆有效推苗的问题,采用阶梯型廓线提供苗钵初速度。针对取苗指挤压苗钵的问题,优化轴向凸轮廓线得到组合规律凸轮轮廓曲线,使取苗指在插入过程中取苗指姿态与其尖点轨迹在末端夹角缩小至0.117°。     

番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明：探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。