蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业，限制了机器嫁接生产效率，存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题，设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构，能够实现上苗、切削和对接工位同步作业，以及秧苗柔性夹持与快速搬运，有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法，分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性，得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型，分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律，得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚，夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象，柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%，比弧形夹持手提高4.5个百分点，伤苗率降低3.5个百分点，柔性夹苗效果显著；该机构嫁接平均速度为1052株/h，是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍，嫁接成功率为96.67%，大幅提高了嫁接机器人生产效率，能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

蔬菜嫁接苗规模化生产调查与机械化作业情况分析

由于现代种植业集约化、复种指数高和种类单一的发展状况，植物的连作障碍现象愈加突出，而蔬菜育苗嫁接技术是有效解决连作障碍与土传病害的重要措施。随着近年来我国设施蔬菜的迅速发展，人工进行蔬菜嫁接苗生产已越来越难以满足生产的需要。现有嫁接机相比于人工作业可提升嫁接速度，但性价比仍然较低，推广普及困难。目前，国内嫁接作业仍主要依靠人工，效率低、成本高。在此背景下，为了解嫁接苗生产中的生产成本、嫁接方法、嫁接生产率、机械化作业情况等，采用现场生产情况考察的方法，调查了我国3家国内嫁接苗生产企业的生产状况，通过调查分析为嫁接装备的开发、优化升级提供依据与建议。     

嫁接机作业质量监测试验研究

嫁接作业质量监测是提高茄果类嫁接机作业成功率的重要技术手段。为此,采用机器视觉的方法对嫁接过程中番茄嫁接苗的倾斜角度、弯曲角度、有无接穗等信息进行检测,以此为基础来判断嫁接苗的作业质量,进而为嫁接机嫁接作业和生产质量管理提供信息。试验结果表明：针对嫁接苗倾斜角度、弯曲角度,机器视觉测量相对人工测量的最大角度误差不超过2.15°;针对试验所选180株嫁接苗判断合格与否,与人工判断对比,视觉判断成功率为92.2%,故提出的方法可以对番茄嫁接苗的特征信息进行有效识别。此检测方法还可以调整相关参数,用于其他贴接类嫁接苗的作业质量特征识别应用。     

基于PLC自动嫁接机控制系统设计

为提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动强度,研究瓜茄科贴接式自动嫁接机控制系统。根据嫁接机实际使用要求,结合限位传感器输入信号以及输出执行元件特点,采用三菱FX1N系列PLC作为嫁接机控制器;依据嫁接机作业流程以及使用调试要求,采用SFC编程语言编写控制程序,提供单步运行和连续运行两种工作模式选择。测试试验表明,嫁接机作业效率可达653株/h。     

单人工上苗式半自动蔬菜嫁接机关键机构设计与试验

半自动嫁接机价格低、适用蔬菜种类广,但其生产能力相对低。为简化操作、提高嫁接效率,设计一种单人工补给砧木和接穗苗的贴接式半自动蔬菜嫁接机。嫁接机关键部件包括砧穗木夹持旋转机构、旋转持苗防回转机构、切削机构等;其中,旋转持苗防回转机构采用了双棘轮反向止动,实现单电机驱动双轴间歇反向旋转,保证上苗和夹持工序有序配合;确定了砧穗木上苗位、夹持、切削、嫁接工位的较优布局,可实现单人工同时上砧、穗木苗。对南瓜和丝瓜穴盘苗进行嫁接试验表明:嫁接成功率达到89%,与人工相近;嫁接效率达到846.3株/h,是人工嫁接效率的3.3倍,证明该单人工上苗操作的贴接式嫁接机满足工厂化嫁接作业要求。     

茄果类蔬菜嫁接装置设计与试验

为解决茄果类蔬菜手工嫁接工效低、成活率低及现有设备不适合我国育苗生产模式等问题,基于贴接法嫁接工艺,采用水平上苗固定夹持和水平对接方式,以及直线式滑切原理,开发茄果类蔬菜嫁接机,可实现单人快速作业。试验表明:秧苗切削角度为25°时,在滑切角度为40°、切削速度为0.14m/s、切刀厚度为0.20mm条件下,秧苗切削合格率为100%,满足嫁接技术要求。该机平均生产效率为512株/h,是手工作业的4.5倍;嫁接成功率为98.5%,嫁接苗成活率为99.5%,与手工相比分别提高了3%和8%。其嫁接质量和生产效率显著提高,能够满足工厂化嫁接育苗的生产需求。     

茄科钵苗高速嫁接机结构设计

为实现降低嫁接生产成本，提高作业速度的目的，本文针对生长在营养钵内的茄科砧木设计了一款新型茄科钵苗高速嫁接机，对嫁接机的砧木部分、穗木部分、整体结构以及作业流程进行了详细介绍。通过对作业工位的合理布局，实现了作业流程循环往复的营养钵培育的茄科蔬菜嫁接的流水线作业。     

双断根嫁接机自动搬运与回栽装置设计与试验

为提高嫁接流程的自动化程度,设计了一种适用于双断根嫁接机的自动搬运及回栽装置,以解决嫁接后嫁接苗依靠人工搬运、回栽作业的问题。阐述了搬运及回栽装置工作原理,并对关键机构进行了仿真和运动学分析。通过嫁接苗贴接夹紧区域统计和嫁接苗搬运试验,确定搬运机构对嫁接苗的最佳夹持位置;当机构夹持嫁接苗夹子下端搬运,搬运成功率可达94%,平均耗时为2.5 s/株。通过镇压三因素三水平正交试验,确定嫁接苗镇压效果最优条件;当打孔孔径10 mm、打孔深度15 mm、镇压块形状为对分锥面镇压时,嫁接苗回栽试验成功率可达92%,平均耗时为4 s/株,满足目前全自动嫁接机的嫁接速度要求。试验表明,设计的嫁接苗自动搬运及回栽装置与嫁接机配套使用,可提高嫁接流程的自动化程度。     

断根嫁接苗自动栽植装置设计与试验

为进一步提高断根嫁接苗育苗作业的自动化程度,针对现有的瓜科蔬菜嫁接机嫁接完成后幼苗栽植一直依靠人工作业的现状,设计了断根嫁接苗自动栽植装置,包括移苗机构、插苗机构、插孔机构等关键机构,并对关键部件进行了仿真。仿真结果表明,当插苗运送气缸上升速度与插苗手爪打开速度的比值在0.22~0.55之间时,插苗手爪可以顺畅撤离穴盘,并不会对已栽植好的嫁接幼苗产生影响。并对装置栽植性能进行了试验,试验结果表明,装置的栽植成功率为92%,最长栽植时间为7 s/株,可较为理想地与相应的瓜科断根蔬菜嫁接机配套使用,满足其自动育苗的要求。     

牵引式小型钵体蔬菜移栽机的设计

针对我国蔬菜移栽行业发展的现状和现有蔬菜移栽机存的投苗率低、伤苗率高及设备庞大等问题,设计开发了牵引式小型钵体蔬菜移栽机。该机型能满足农户的需求,提高作业效率,苗钵通用性强,并且移栽后行距、株距和直立度等性能良好。该小型蔬菜移栽机采用吊篮及鸭嘴装置移栽苗体,人工投苗,实现半自动移栽。该蔬菜移栽机在已经耕整过的土地上作业,无需开沟器,机型小巧灵活,设计结构合理,可实现多种蔬菜的移栽,为我国农作物移栽提供了技术支持。     

葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

基于葫芦科营养钵苗的“贴接法”嫁接技术,设计了由穗木夹持搬运机构、穗木切削机构、砧木夹持搬运机构、砧木旋切机构、嫁接夹自动排列输送机构、嫁接钵苗自动排列摆放机构组成的葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人。通过试验得出,该机器人的理论嫁接速度可达440株/h,实际操作嫁接速度达到285株/h,嫁接成功率为92%,与同类型的双人操作营养钵苗嫁接机相比,人均作业效率提高36%。增加了嫁接钵苗的后续自动排列摆放机构,提高了嫁接生产自动化程度。     

茄科蔬菜嫁接秧苗几何及力学特性试验研究

为了获得蔬菜自动嫁接装备的设计依据,以茄子、番茄和辣椒3种典型茄科蔬菜为研究对象,开展了与自动嫁接作业相关的秧苗几何及物理力学特性试验研究。嫁接苗的株高和苗径测量结果表明,茄子、番茄和辣椒3种茄科蔬菜的砧木和接穗在嫁接期株高平均值均超过100 mm;番茄和茄子的砧木苗径大部分为3.0～4.0 mm、穗木苗径为2.5～3.5 mm;辣椒砧木和穗木平均苗径分别为2.8 mm和2.4 mm。茄科蔬菜嫁接秧苗平均夹持损伤临界压力值为780～930 MPa,砧木和穗木夹持损伤的最小临界压力分别为800 kPa和700 kPa;嫁接秧苗茎秆斜切剪切力低于直切状态下剪切力,降低幅度超过50%。      

双臂蔬菜嫁接机设计与试

为提高2JSZ600型单臂蔬菜嫁接机的嫁接速度和嫁接苗的成活率,在其基本结构基础上通过增加一组砧、穗木搬运机械手和优化切削机构几何参数,设计出一种双臂蔬菜嫁接机.通过机构分析和试验,确定了关键部件的结构参数.研究发现当切刀的旋转速度为210r/min时,砧、穗木的切削效果均能满足要求.试验结果表明,与单臂嫁接机相比,该机在保持相同嫁接成功率和嫁接苗个体差异适应性水平条件下,嫁接速度达到854株/h、嫁接苗成活率为93.3%,分别提高了42.3%和3.3%.     

基于“流水线”的茄果类种苗半自动嫁接机研究

阐述了国内外茄果类种苗半自动嫁接机存在的作业生产率过低的问题,针对国内种苗嫁接环境,以茄果类种苗为作业对象,提出了基于"流水线"的半自动嫁接作业模式,选取适合机械化操作的贴接嫁接法,分析了生产节拍、作业工序与作业生产率的关系,最终将夹持、切削、拢苗、对接、上夹和下苗6个工序合理分配至4个工位。进行了整机嫁接作业试验,结果表明基于"流水线"的嫁接生产模式可实现1000株/h的嫁接生产率,有效提高了作业效率。     

西瓜直插式嫁接砧木夹持与压苗机构设计与试验

针对西瓜直插式嫁接砧木在生长点去除前定位与处理的损伤问题,以葫芦苗为试验对象,在葫芦苗物理特性分析的基础上,设计一种砧木夹持与压苗机构。砧木夹持与压苗机构通过气囊的膨胀与收缩完成砧木苗的夹取与松开工作,解决传统夹苗机构伤苗现象;采用前后对称的双压辊式压苗机构,解决压苗过程中易造成子叶根部折断的问题。对压苗机构的运动进行静力学分析,并运用ADAMS运动学仿真软件对压苗机构进行分析,结果表明:气缸速度为40~60 mm/s时,后压辊位移曲线较平稳,无明显波动。通过对150株葫芦苗进行砧木夹持与压苗试验,验证可知夹持损伤率和压苗损伤率均为0%,砧木夹持与压苗机构结构合理。该研究可为蔬菜嫁接机的设计提供参考。     

基于PLC的自动蔬菜穴盘钵机制钵和输送装置研究

钵苗移栽技术是一项现代农业增产技术,在国内外得到了广泛应用。在钵苗移栽作业过程中,大部分采用的是人工作业的方式,这种作业方式作业效率低,并且对苗的损害较大。为了提高钵苗移栽的自动化程度,设计了一种新的基于PLC的蔬菜钵苗移栽机自动制钵和输送装置。该装置采用PLC控制系统,利用伺服电机和步进电机可以实现高精度秧苗的推出和准确定位,降低了秧苗的损失。利用带传动和齿轮传动实现了转筒和栽植器的同步。最后,在实验大棚对穴盘钵苗自动输送装置的效果进行了测试,为了验证试验机的效果,将人工实验结果和试验机测试结果进行了对比。结果表明:采用基于PLC控制系统蔬菜穴盘钵苗机的移栽作业和人工方式相比,蔬菜苗损失率有所下降,成功投苗率提升,从而验证了装置的可靠性。     

蔬菜穴盘育苗播种机研究现状及发展趋势

蔬菜穴盘育苗播种机是蔬菜育苗机械化生产的关键设备,能够实现蔬菜育苗的自动化生产,大大降低蔬菜育苗的劳动强度,提高生产效率。阐述了国内外蔬菜穴盘育苗播种机的研究现状,对蔬菜穴盘育苗播种机进行分类,并分析了各类蔬菜穴盘育苗播种机的工作原理及特点,指出我国蔬菜穴盘育苗播种机存在的问题,并探讨了蔬菜穴盘育苗播种机的发展趋势,旨在为蔬菜穴盘育苗播种机的设计改进提供方向。      

全自动整排蔬菜嫁接机嫁接夹输送机构设计与试验

为了提高蔬菜嫁接机的工作效率,对穴盘苗全自动整排嫁接机加以研究,基于嫁接夹固定嫁接苗的方法,设计了适用于整排苗同时嫁接的嫁接夹输送机构。该机构由嫁接夹自动排序供夹机构、嫁接夹输送台、直线运动机构3部分组成,可在一个工作循环中输送5个嫁接夹以及同时固定一排嫁接苗。整个机构通过振动盘完成嫁接夹的自动定向排序;由气缸驱动实现自动供夹;利用步进电动机驱动的直线机构完成嫁接夹的自动输送;应用气缸和气爪驱动控制嫁接夹的夹口状态,并完成5株嫁接苗的同步固定。对机构进行试验研究,确定了其性能参数,试验结果表明,嫁接夹输送机构一个工作循环用时约12.5 s,供夹成功率达到94.7%,嫁接苗切口固定成功率为92%,可以满足整排嫁接技术的需要。