草莓穴盘苗移栽末端执行器设计与试验

穴盘草莓的长苗、大苗株特点和弓背向外的特殊移栽要求,使其自动化移栽存在困难。首先进行了草莓苗坨的单指刺入力和拔苗阻力试验,进而提出并开展了有约束苗坨的双指夹拔破坏试验。试验发现双针取苗指的苗坨刺入阻力与刺入速度、深度、含水率相关,50 mm和100 mm深度的最大刺入阻力分别可达21.47 N和57.09 N。双指的夹茎拔苗阻力可达9.64 N,而当取苗针滑移量为20 mm和40 mm时约束夹拔力分别可达10.85 N和42.5 N,但过大滑移量对精准可靠移栽极为不利。根据草莓穴盘苗的物理特性、苗坨的力学特性,设计了带双爪可同步换向变距的四针式移栽末端执行器。以有效缩减取苗爪宽度和摆动传动角为双重目标进行了多连杆定角斜插式双指四针取苗爪的非线性规划,得到了优化的机构参数。换向变距装置通过微型行程开关与微型电磁吸盘配合,实现了双取苗爪的快速同步换向变距和可靠定位。验证试验表明,在加速度不大于0.20 mm/s2时取出率和取苗成功率分别在93%和90%以上,加速度过大则可能造成取苗针滑脱和苗坨下部断裂,换向变距装置有效解决了弓背朝外问题和相邻两列同时移栽的间距调整问题,栽苗试验中放苗顺利且直立度和深度均达到移栽要求,且移栽后10 d草莓苗完全成活,该末端执行器可满足草莓穴盘苗的移栽作业需要。     

无纺布容器苗自动换钵移盆二次移栽机设计与试验

针对无纺布容器苗在换钵移盆过程中存在的基质填充不完善导致根系过浅裸露,移栽机自动化程度过低导致移栽效率过慢等现象,设计了一种基于无纺布容器苗的全自动二次移栽机。对柔性机械爪的关键部件进行参数设计以及受力分析,结合RecurDyn刚柔耦合仿真对移栽机械臂运动状态进行优化设计,通过运动学分析进行优化。综合考虑影响移栽成功率的关键因素,确定以二次填土作用力率、苗体基质含水率、夹取针间距为试验因素,以60穴香榧幼苗为试验对象,通过正交试验确定最佳工作参数。试验结果表明：当二次填土机构作用力率为83.51%、夹取针间距为19.66mm、苗体基质含水率为33.45%时,移栽成功率为95.29%,与验证性试验的95.33%基本一致,满足高速、高效移栽要求,为林木无纺布容器苗二次移栽领域提供参考。     

蔬菜移栽夹茎式取苗装置设计与试验

针对半自动移栽机作业效率低、作业质量差的问题，设计了一种面向蔬菜移栽机器人的夹茎式自动取苗装置。取苗装置经过整排取苗、等距分苗、精准投苗，可实现高效、高质自动化取投苗作业。建立多级剪叉分苗机构与夹苗装置的运动力学模型，对钵苗下落运动、气动系统进行模型设计及分析计算，搭建取苗试验装置。试验选取穴盘辣椒苗作为研究对象，以钵苗苗龄、基质含水率、取苗频率为试验因素，设计以取苗成功率、基质破碎率为评价指标的单因素试验。根据试验结果，采用Box-Behnken响应曲面分析法设计正交试验，探究了苗龄与基质含水率、苗龄与取苗频率及基质含水率与取苗频率之间的交互作用对取苗效果的影响，优化取苗参数。试验结果表明，当苗龄33 d、钵苗基质含水率46%、取苗频率75株/min时，取苗成功率为97.36%,基质破碎5.07%,可满足大田自动化移栽的取苗及投苗要求。     

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。     

穴盘苗自动移栽机取苗爪工作参数试验研究

为了提高旱地穴盘苗移栽的作业效率,对自动移栽机的关键部件取苗爪进行了研究;同时,对圆盘凸轮机构的两针式取苗爪进行结构与原理分析,确定了工作参数,包括夹持角度、秧针长度、取苗角度。经过多因素试验,完成了对工作参数的优化,结果表明取苗爪的设计满足穴盘苗的移栽要求,取苗成功率达到95%。     

蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置设计与试验

针对目前穴盘蔬菜自动移栽中钵苗离盘转运至导苗筒过程钵体损伤大、机构轨迹复杂及机电气控制成本高等问题,设计了一种由纵向移盘机构、顶苗机构、横向移盘机构、导苗筒、夹苗机构等组成的纯机械传动式蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置。利用功能-动作过程-动作法(F-P-A法)对穴盘苗自动输送过程进行动作分解,确定了符合各环节动作要求的机构形式;运用运动建模、仿真和精度综合分析等方法,并结合农艺与动力学要求,得出横向移盘机构圆柱凸轮最大压力角α_(max)=29.32°,夹苗机构的苗爪翻转凸轮行程hp=29 mm等关键部件参数;基于建立的时序分析模型,利用Visual Studio编写了可视化的蔬菜移栽穴盘苗自动输送装置时序分析程序,通过对各机构动作进行匹配,优选出一组最佳参数:纵移机构初始相位角φ_z=185°,顶苗机构初始相位角φ_d=108°,曲柄长度a=78mm,连杆长度b=112 mm,偏距e=20 mm,苗爪翻转机构初始相位角φ_f=15°,苗爪开合机构初始相位角φ_k=135°。以苗龄期45 d、3种不同含水率的番茄穴盘苗为试验对象,进行自动输送试验。结果表明:穴盘苗基质含水率和取苗速度对装置取苗成功率均有影响,呈负相关,基质损失率则与取苗速度关系不大;该装置能够实现140株/min的取苗速度(取苗成功率超过95%),当基质含水率为符合育苗规范的32.79%时,取苗成功率98.44%、基质损失率36.67%,满足移栽农艺要求且远超人工移栽效率。     

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

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。     

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。     

基于舵机的穴盘苗移栽机取苗机械手的设计与试验

对采用舵机为运动构件的穴盘苗自动移栽取苗机械手的结构、原理及运动姿态进行了理论分析与试验验证。根据移栽机械手的具体要求,运用SolidWorks软件对取苗机械手进行简化建模,确定穴盘取苗机械手的运动轨迹,求得机械手4个舵机的相关工作参数,并运用MatLab软件求得移栽取苗机械手的运动轨迹方程。同时,通过对比辣椒苗的取苗试验参数与SolidWorks软件得到的仿真运动轨迹,验证得出：穴盘辣椒苗实际取苗过程值与理论计算值相接近,实际值偏大于理论值1%,试验取苗的成功率为98%,满足实际的移栽要求。研究结果确定了采用单片机作为控制系统、控制舵机作为取苗机械手运动部件的可行性,为穴盘苗自动移栽机的研发提供了新的理论和试验依据。     

基于PLC的移栽机整排取送苗控制系统的设计

针对目前自动移栽机单个机械手取送苗工作效率低的问题,提出了一种整排取苗式穴盘苗移栽机取送苗方案,旨在提高穴盘苗移栽机的取送苗速度,提高移栽机整体的工作效率。该系统使用FX3U三菱PLC作为核心控制器,通过控制各步进电机和气缸协同工作来完成整排穴盘苗的进给、取苗和送苗。使用SolidWorks三维软件建立整排取送苗机构模型,并使用GX-Works2软件编写程序。该控制系统实现了整排穴盘苗的取送,促进了新疆生产建设兵团穴盘育苗移栽技术的发展,对新疆特色农作物产业的发展具有重大意义。     

气动下压式高速移栽机自动控制系统设计与试验

针对气动下压式高速移栽机有序供盘和高速取苗作业自动控制需求,本文基于Arduino微控制器设计移栽机自动控制系统.该系统包括苗盘位移监测、有序供盘、高速取苗等任务模块,以苗盘位置和苗盘位移为主要控制条件,根据供盘速度-送盘速度、高速取苗间隔-苗盘位移等参数匹配要求确定供盘速度和取苗间隔控制方法,建立有序供盘、高速取苗两...     

穴盘苗自动移栽机苗盘输送装置的设计研究

针对国内大田移栽中多数采用半自动移栽,主要由人工完成投苗工作及机械完成栽植工作,存在劳动强度大、效率低、移栽质量差等问题,对自动移栽机的苗盘输送装置进行了设计与研究。同时,设计了横向和纵向进给控制机构,确定了关键部件应该满足的技术参数,并进行了三维实体建模分析,验证设计的合理性。结果表明,该装置可满足移栽机苗盘自动输送的要求。     

基于Delta并联机构钵苗移栽机器人尺度综合与轨迹规划

Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽机器人的可达工作空间;为使其可达工作空间尽可能接近设计工作空间,以机构雅可比矩阵条件数作为惩罚条件,建立起兼顾钵苗移栽机器人整机尺寸与运动学性能的尺度综合目标函数,并应用遗传算法得到机构最优尺寸参数。根据盘到盘钵苗移栽的运动要求,对移栽轨迹进行规划并选取五次多项式作为移栽动平台的运动规律函数。基于机构尺度综合和轨迹规划设计物理样机,并进行盘到盘的钵苗移栽和健壮苗补苗性能试验,结果表明:随着移栽动平台携苗运动最大加速度的提高,钵土破碎率逐渐加大,钵苗移栽合格率逐渐降低,在最大加速度amax为30 m/s2时,钵苗移栽合格率可达95.5%,移栽速率可达2 149株/h,在此加速度下进行健壮苗补苗试验,补苗合格率可达92%,证明了将Delta并联机构用于钵苗移栽机器人的可行性,以及尺度综合和轨迹规划的合理性。     

基于PLC和光电传感控制的穴盘苗自动移栽装置设计

移栽机械化设备作为育苗工厂化生产的重要设备,在提高育苗工作效率上有着重要意义。为了提高穴盘苗移栽的效率和自动化程度,设计了一种基于光电传感器和PLC编程的自动移栽装置,并在PLC控制器中嵌入了模糊控制算法,有效地提高了系统的抗干扰能力和自动化程度。该设备利用光电传感器对穴盘特征参数进行扫描,可以发现空穴盘和无穴盘的情况,并能够对穴盘苗进行定位。设计开发了试验样机,并开发了上位机和下位机控制平台,利用PLC控制器和模糊控制软件框架,实现了移栽设备的自动化移栽。试验表明:采用模糊PLC控制器,穴盘苗准确识别率和移栽成功率平均值为9 8.9%和9 9.5%,作业精度较高,可以满足现代化温室种植的需要。     

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。     

全自动蔬菜移栽机的设计与试验

目前,蔬菜移栽机主要是半自动形式,工作效率相对较低.为此,设计了一种基于单片机控制的全自动的蔬菜移栽机,通过单片机系统实现对蔬菜幼苗的取苗、喂苗与载苗的自动控制,可有效节省人力.根据实际设计需求确定了穴盘实际距离和规格的设计参数:宽28cm,长64cm,穴和穴中部的距离是4cm,穴盘高度是3cm,穴边距是2.5cm,穴...     

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%。     

蔬菜移栽钵苗检测与缺苗补偿系统设计与试验

为解决蔬菜穴盘苗全自动移栽机因穴盘缺苗、取投苗失败等因素导致的漏栽现象,设计了基于多传感器的钵苗检测及缺苗补偿系统(补苗系统)。补苗系统作为独立功能模块,包括补苗装置、钵苗检测单元和控制系统,使用反射型光纤传感器和激光传感器联合检测的方法,对分行苗杯定位和苗杯内钵苗进行识别。利用光纤传感器分别对辣椒、番茄、甘蓝钵苗进行多高度检测试验,以获取光纤传感器最佳检测高度和最佳缺苗判定阈值。设计了自动补苗装置,并对补苗过程进行运动学分析。使用触摸屏、PLC、EM253位置模块等控制元件设计了控制系统,实现整机及补苗系统的控制。对补苗系统进行不同移栽频率下的性能对比试验,试验结果表明：在单行栽植频率分别为60、70、80 株/min时,补苗系统识别成功率分别为98.15%、98.15%、97.69%,移栽机平均漏栽率分别为1.85%、2.31%、2.31%,比未启用补苗系统时漏栽率分别降低了14.59、14.36、15.52个百分点,为进一步提高蔬菜移栽作业品质提供参考。