植物工厂种植板物流输送系统设计与试验

植物工厂作为目前最高水平的设施农业生产方式,成为近年来研究的重点。多层式立体栽培种植模式最为常见,主要输送方式为人工搬运种植板输送,由于人工搬运效率低、成本高,存在高空作业安全隐患,严重制约了植物工厂作业效率的提高。为此,研发了一种种植板物流输送系统,以立体栽培种植模式为基础,包含地面输送系统、提升车系统及栽培架内无线引导车系统。同时,运用Flexsim软件对该种植板物流输送模式进行仿真,并进行性能试验,结果表明:系统能够实现植物工厂立体栽培模式下种植板的自动化运输作业,作业效率达到500穴盘/h,达到国内领先水平,可为相关植物工厂立体物流输送模式的设计提供理论依据和技术支撑。     

嫁接幼苗正压气流导向方法及参数优化

负压吸附把持手具有对幼苗苗径变化适应性强、减少幼苗把持损伤的优点,但其难以实现对弯曲幼苗的自动吸附把持。针对上述问题,该研究提出了一种利用正压气流对弯曲幼苗进行导向的作业方法。以常见嫁接用黄瓜幼苗为代表进行研究,考察正压气流对纤细幼苗导向效果。首先进行了弯曲应力测定,结果表明,对于长轴平均直径为(1.82±0.07)mm、短轴平均直径为(1.47±0.02)mm的黄瓜幼苗在10 mm长度上矫正5 mm弯曲偏差时所需最大弯曲力平均值为(0.082±0.005)N;针对黄瓜幼苗进行了单管正压气流导向试验并进行高速摄影记录,结果表明,当正压气管内径为4 mm,负压把持手吸嘴口与正压气管口间距为25~30 mm,导向气压为0.3 MPa时,导向成功率为93.3%;为改善导向效果,对黄瓜幼苗进行双管正压气流导向试验,结果表明,在正压气管内径4 mm条件下,当负压把持手吸嘴口与正压气管口间距为20~25mm、导向气压为0.3 MPa时,黄瓜幼苗导向成功率为100%。该研究结果可为基于气力导向方法的幼苗把持作业提供技术参考。     

穴盘苗吹叶补苗机构设计与试验

针对叶片遮挡穴盘苗空穴机械补苗作业时存在损伤待补空穴周围穴盘苗叶片的问题,该研究提出一种使用射流气管吹开遮挡叶片进行机械补苗的吹叶补苗方法。作业时,射流气管内通高压气流,由待补空穴底端渗水孔向上移动,吹开遮挡叶片,到达穴盘苗叶片顶部后,补苗机械手夹持待补苗使基质块底部靠近射流气管顶端,并与射流气管同步下移完成补苗作业。吹叶机构射流气管内径5 mm,顶端封闭,靠近顶端的水平截面均布开设8个直径1.2 mm的射流孔。搭建由吹叶机构与挂接于Denso机械手臂的补苗机械手组成的试验装置,对72穴穴盘培育的红掌、白掌、芥蓝、菜心、白菜和生菜6种不同叶片遮挡程度的穴盘苗进行单穴吹叶补苗性能试验。结果表明,吹叶机构与补苗机械手协同作业的补苗成功率与穴盘苗初始叶片遮挡率(穴盘待补空穴被相邻穴盘苗叶片遮挡的面积与穴孔面积的比值)、遮挡叶片倾角和射流气管压力有关。在射流气管射流孔数为8,射流孔直径1.2 mm条件下,射流气管压力为0.28 MPa时,初始叶片遮挡率59.4%的红掌穴盘苗的补苗成功率可达92%;射流气管压力为0.22 MPa时,初始叶片遮挡率56.2%的白掌穴盘苗的补苗成功率可达94%;射流气管压力为0.22～0.31 MPa时,初始叶片遮挡率35.4%的芥蓝穴盘苗的补苗成功率均可达90%;射流气管压力为0.16～0.31 MPa时,初始叶片遮挡率29.7%～35.8%的菜心、白菜和生菜穴盘苗的补苗成功率均可达90%。研究结果可为叶片遮挡穴盘苗空穴的机械补苗设备开发提供技术参考。     

嫁接用苗力定位气囊把持手设计与试验

针对嫁接用苗个体差异大、把持定位难、把持易损伤等问题,提出了一种力定位气囊把持手的设计方案,以实现嫁接用苗的柔性把持。气囊把持手以硅胶为材料,通过进气后气室的膨胀变形推动夹持翅绕中心旋转,与持苗圆弧一起实现嫁接用苗的夹持。在对气囊把持手完成初步设计的基础上,通过仿真分析确定合适的气室距离和进气压力。为了检验气囊把持手对嫁接用苗的夹持效果,以水平拔出力和垂直拔出力为目标函数,对气囊把持手进行性能试验。试验研究结果表明:当力定位气囊把持手作业压力为0.2MPa时,针对苗径为1.5～3.5mm的嫁接用苗,气囊把持手的垂直拔出力可达到1.0～2.5N,水平拔出力可达到1.0～2.0N。试验结果可为进一步研究上苗定位夹持机构提供参考。     

马铃薯组培苗生长点识别方法研究

采用马铃薯脱毒组培苗培育优质种薯进行种植有利于马铃薯连年高产量生产.目前,马铃薯组培苗生产面临人工成本高、自动化程度低等问题,亟需开发马铃薯组培苗自动化生产设备.为了引导马铃薯组培苗自动分化设备进行有效地移植分割作业,提出采用图像投影分析方法识别马铃薯组培苗生长点位置,提高马铃薯组培苗后续自动化分割移植的作业质量.对1...     

嫁接用穴盘砧木苗预切装置试验研究

针对嫁接用砧木冠幅影响嫁接生产率的问题,提出通过砧木苗预切进一步提高生产率,设计了一种嫁接用穴盘砧木苗预切装置,实现对砧木冠幅流水线式整盘快速预切。进行输送带速度与切刀速度匹配试验,确定输送带速度为60m/h。进行砧木苗冠幅切削的切下物运动轨迹特性试验,结果表明:滾板线速度范围在80～95m/h内时,可获得较理想的切削成功率和推苗成功率,成功率均达95%以上;在对标准72穴穴盘砧木苗进行预切时,整机生产率约为111盘/h。     

种苗栽培基质在线混合装置设计与试验

针对国内基质混合装置存在结构复杂、维护不便、产能低等问题,提出了一种旋转混合方式的基质在线混合装置。首先对提出的基质在线混合装置进行探究试验,确定基质在线混合装置结构。通过固定混合机构阻挡试验优化基质在线混合装置结构参数,在试验样机上进行了固定混合与转轮机构复式混合试验,测量基质成分均匀性。试验结果表明:在搅拌杆杆间距30mm、下落高度616mm、椰糠含水75%、泥炭含水率低、旋转混合轮转速20Hz、待混合原料厚度60mm时,混合后基质成分均匀程度达到现行基质生产企业采用基质生产方式的最优标准,基质在线混合装置的产能可达批量混合装置的4 5倍。该研究结果可为基质在线混合装置的设计开发提供参考。     

椰糠培育叶菜种苗移植机械手设计与试验

针对椰糠与泥炭相比容重小、孔隙度大、颗粒间黏附性弱,现有移植机械手对椰糠培育种苗移植适应性不佳的问题,该文以椰糠培育芥蓝种苗为移植对象,设计了一种4伸缩针式移植机械手,伸缩针直径2.5 mm、入土角76°。在移植机械手移植过程中,仅依靠基质块的基质散落质量百分比难以说明移植部件对种苗根系的影响,该文提出了一种基质散落质量百分比结合基质散落区域评分的综合评价法。针对50穴盘椰糠培育芥蓝种苗,通过伸缩针拾取试验,在保证椰糠基质块移植过程中保持完整条件下,确定了移植机械手伸缩针间距为36 mm;通过移植作业性能试验表明,叶菜种苗根系状态对移植成功率影响最大,机械手作业移动加速度也有一定影响,对最优组合分析后补做试验,试验结果表明对于正常长势椰糠培育芥蓝种苗根系状态,在根系分布率大于80%、垂直加速度0.3 m/s~2、水平加速度1.5 m/s~2和基质含水率81.01%条件下,芥蓝种苗移植成功率可达100%。该研究可为移植椰糠培育种苗的移植机开发提供技术参考。     

盆栽花卉分级旋向装置开发与试验

随着人们生活水平的提高,对花卉的需求量不断攀升。目前,在盆花规模化生产中大多采用人工分级,存在分级标准不统一、分级效率不高及分级结果不准确等问题。为此,针对花盆口径120mm、底径90mm、高度9 0 mm的盆栽花卉,开发了一套基于机器视觉的盆栽花卉分级旋向装置。该装置可以用单一相机在同一位置获取盆栽花卉多方向的综合信息;通过试验考察了在旋向装置中盆栽花卉前进速度、旋转速度与两条旋向输送带速度的关系。结果表明:当旋转180°获取两幅盆栽花卉图像时,视窗的最小范围在160mm。     

数字化生产植物工厂的构建——以华南农业大学植物工厂为例

设施数字化生产近年来,计算机技术、自动化装备技术、互联网技术及人工智能技术的飞速发展,极大地推动了设施农业生产技术的发展,与大田农业生产相比,设施农业具有生产空间固定、生产环境相对稳定、作业条件人为干预便利的特点,有利于推广使用先进的工业装备技术和计算机技术,这已被以荷兰为代表的设施农业生产先进国家所证明。设施数字化生产中的数字化代表的是利用计算机对设施生产进行自动控制.