温室叶菜种苗双排移植手稀植部件设计与时序优化试验

水培叶菜培育过程中需要将穴盘中的种苗稀植到栽培槽内,传统人工作业劳动强度大、效率低,为此设计了一种温室叶菜双排移植手变间距稀植移栽部件,可实现穴盘内双排自动取苗和栽培槽变间距植苗作业。设计了一种具有二次夹紧功能的取苗移植手,并进行刚柔耦合仿真试验分析,确定最佳取苗深度为48 mm。根据稀植移栽作业工况分析,拟定双排移植手3种稀植取苗策略,优选双排(第1排和第7排)间隔取苗纵向位移最小的运动策略。开展稀植移栽动作时序优化分析,优选交叠动作时序时间点,并进一步开展12种作业时序优化移栽对比试验,试验结果表明移动和横向变间距展开、纵向变间距分离和下降时序并行时动作组合为最优,移栽平均效率为4 836株/h,移栽成功率为95.8%。     

花卉种苗移植机器人的设计与性能试验

移植机器人是未来智能设施园艺育苗机械化生产的发展方向,具有广阔的应用前景。为了提高花卉种苗移植的自动化水平,针对花卉穴盘种苗,并通过穴盘和苗钵输送机构、机械臂、移植机械手的设计,构建了双移植手花卉种苗移植机器人,实现了穴盘苗钵定位、等距进给动作,可完成穴盘苗由穴盘向苗钵的自动化移植作业。性能试验结果表明:双移植手花卉种苗移植机器人作业生产率可达1772株/h,作业成功率达到91.5%。     

草莓集装箱植物工厂设计与应用

集装箱植物工厂具有可移动性强、使用地域广泛、环境可控、高密度种植和周年生产等优点。简要叙述北京市农业机械研究所有限公司设计开发的一种草莓集装箱植物工厂,该植物工厂整体设计形式呈现模块化,重点围绕栽培系统、补光系统、环境调控系统、营养液循环系统及控制系统进行创新设计,并对栽培环境进行测试。该系统在北京市通州区进行运营生产,试验及运营结果表明:草莓集装箱植物工厂可以用于草莓栽培,为集装箱植物工厂种植栽培拓宽思路;该草莓集装箱植物工厂的设计方案合理,系统配置科学,光能利用率高,种植系统安装便捷,可提高资源利用效率,达到草莓的连年生产需求,为农户创造更高价值。      

集装箱植物工厂研制与试验

针对植物工厂投入成本高、内部运行成本高和可移动性差等现状,开发了一种集装箱植物工厂。集装箱植物工厂由模块化栽培设施构成,主要包括栽培系统、补光系统、环境调控系统、营养液系统和控制系统等。生菜栽培试验结果表明,集装箱植物工厂可用于蔬菜生产种植,其产量和品质具有一定的提高。      

植物工厂物流搬运装备关键部件的设计与试验

针对我国立体栽培式植物工厂相关的物流搬运装备方面的研究尚少及现有的装备存在着移动灵活性差、定位精度低等问题,以植物工厂内部栽培板的物流搬运任务为出发点,对植物工厂物流搬运装备的AGV(Automated Guided Vehicle)移动底盘和搬运机械臂等关键部件进行了结构设计,并对搬运机械臂进行了运动学仿真分析。在0.4、1.2、2.0、2.8m4个作业高度下对搬运机械臂进行定位误差试验,结果表明:最大误差值在机械臂整体运动误差所允许的范围之内,且方差分析证明了作业高度对定位误差有显著影响,即随着作业高度的增加,定位精度随之降低。     

植物工厂栽培板自动搬运装置设计及试验

针对植物工厂采用多层栽培架培育果蔬、人工工作难度较大及自动化水平不高的问题,开发了植物工厂栽培板自动搬运物流系统装置。该系统采用一种带吊环的栽培板,导轨和机械手安装位移传感器,通过PLC实时采集位移传感器发出的脉冲信息控制导轨和机械手进行坐标定位,完成叉板和放板动作。对搬运机构进行了定位误差试验,通过F检验证明速度对试验误差有显著影响,同时根据试验结果预测了搬运的最佳速度区间范围。     

罗马尼亚LED植物工厂设计与应用

人工光植物工厂具有环境可控、高密度种植及周年生产等优点。该文简要叙述了科技部对发展中国家科技援助项目的实施情况，设计开发了一种地下室人工光植物工厂，并在罗马尼亚布加勒斯进行运营生产。结果表明，该工厂设计方案合理，为罗马尼亚当地种植拓宽了思路，是中国设施农业高技术水平在“一带一路”国家实施的典范，为中罗合作提供机遇，对加强许多国家和地区的联系有重要意义。      

植物工厂自动化物流系统的设计

针对当前植物工厂自动化程度低、人工参与易携带病菌造成污染的问题,开发自动化物流系统,对关键部件输送机构、直角坐标机械臂、末端夹持机构、升降机构、双层栽培架和转向机构进行设计,实现移栽和收获工作过程中苗床的自动搬运.种植区域无人化,有效解决由于工人进入栽培室内作业而带来的病菌污染、作业安全隐患和劳动力成本上升等问题,提高...     

小型植物工厂控制系统设计

采用单片机对植物工厂的环境因素及培养架进行控制,以实现对植物自动化培养。根据植物工厂中的温度、湿度以及二氧化碳浓度,设计了一种能够实时测量植物工厂中的环境变量,并且当环境变量超出限定范围时,能够执行降温,除湿以及增加二氧化碳浓度等功能的环境控制系统。同时,还设计了一种能够将培养架高处植物移动至指定位置的培养盆取放控制系统。     

基质块苗蔬菜移栽机试验研究

针对当前我国蔬菜移栽机作业效率慢、省力不省工等问题,引进了一种基质块苗蔬菜移栽机,一次进地作业可完成畦面整平、开沟、移栽、覆土等功能。以旱地栽植机械行业标准JB/T 10291-2013为参考标准,对机器开展了试验研究,结果表明:栽植频率为57株/min·行-1,栽植合格率为95. 3%,栽植株距及栽植深度合格率均满足标准要求。该机器作为引进机型还需为适应我国蔬菜种植农艺要求做进一步优化改进,以达到农机与农艺相融合的目的。     

带式喂入钵苗栽植机研究

介绍带式喂入钵苗栽植机工艺流程和工作原理。对影响生产效率和栽植质量的因素进行了研究 ,确定了喂入和栽植的最佳参数。检测表明 :该机生产率 84株 / (行· m in) ,株距合格率 95 % ,栽直率 90 .5 %     

穴盘移栽指铲式末端执行器苗钵基质抓取仿真与试验

针对针式末端执行器夹持移栽后穴孔内基质残留较多的问题,设计了一种指铲式末端执行器,通过增大指铲与苗钵基质的接触面积,减少穴孔内基质的残留。通过静力学分析找出末端执行器提取苗钵后基质残留的原因:基质间的最大内聚力小于由基质与穴盘间的粘附力和苗钵重力合成的总阻力时,苗钵出现破裂,基质塌陷。基于离散单元法,通过EDEM(Enhanced discrete element method)仿真分析了指铲式末端执行器对土壤基质的抓取过程,发现随着土壤基质内聚力的提高基质残留的现象得到改善;将基质配比和含水率条件作为主要影响因素,通过组合测盘试验测量在不同基质配比和含水率试验条件下的粘附力和内聚力变化,寻找内聚力大于粘附力的基质配比和含水率条件。试验表明,当相对含水率为60%、基质配比为6∶3∶1(泥炭∶蛭石∶珍珠岩)时,内聚压强和粘附压强的差值最大,在该条件下,指铲式末端执行器对劣质苗钵穴孔基质的平均剔净率达到70. 8%,优于其他作业条件,可剔除穴孔内大部分基质。     

基于DEM-MFBD的辣椒移栽机取投苗装置设计与试验

针对现有辣椒移栽机取苗成功率低、损伤率高、稳定性差的问题,设计了一种插夹联动式末端执行器,基于整排取苗、间隔投苗的取投苗作业形式设计了气动控制系统,分析了取投苗装置结构及工作原理,建立了末端执行器运动学、动力学模型,以薄皮椒钵苗为研究对象开展力学特性试验,结合取苗过程边界条件确定了末端执行器主要参数范围;通过ADAMS运动轨迹仿真与FluidSIM-P 3.6气动系统仿真分析,验证了取投苗装置结构设计与气动时序的合理性;通过DEM-MFBD联合仿真对取苗情况进行了可视化分析,为末端执行器关键参数优化提供依据。通过单因素试验明确了各关键因素对取苗成功率与基质损失率的作用规律;设计正交试验,通过方差分析、响应面分析与多目标寻优得出最优参数组合为：取苗针间距12.25 mm、取苗针入土角50.37°、取苗针行程14.21 mm。台架验证试验得出：取苗成功率为97.92%、基质损失率为2.21%,与回归模型预测值误差分别为0.49%、3.8%,无茎秆损伤现象,取投苗效果良好。     

油菜基质块苗移栽机双向递进式送苗装置设计与试验

针对油菜移栽机以半自动化为主,缺乏与基质块苗取苗机构相匹配送苗装置的问题,设计了一种油菜基质块苗移栽机双向递进式送苗装置.阐述了送苗装置工作过程,测定了油菜载苗基质块力学特性,确定了送苗过程中载苗基质块稳定输送的工作参数,构建了送苗过程中横向递进送苗阶段和纵向连续送苗阶段运动学模型.以苗框底高、上导杆高度、纵向送苗速度...     

旱地钵苗自动移栽机设计与试验

针对目前国内半自动移栽机移栽效率低、综合经济效益不明显等问题,设计了一种旱地钵苗自动移栽机。该移栽机取苗部件利用齿轮五杆组合机构驱动取苗爪完成取苗动作,取苗爪采用插入基质单株取苗方式进行取苗;供苗部件采用不完全齿轮和螺旋凸轮轴组合的结构形式实现横向间歇进给供苗,利用棘轮棘爪机构保证纵向停顿供苗;栽植部件选用行星齿轮箱和鸭嘴式栽植器完成钵苗定植。试验表明:该旱地钵苗自动移栽机运转良好,工作性能可靠,作业效率为71.7株/(min·行)时,取苗成功率97.1%,漏栽率4.4%,满足预期设计要求,可为后期自动移栽机的设计与研究提供参考。     

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。     

凸轮-六杆式导苗机构设计及仿真

为了提高导苗管式移栽机作业质量,简化核心部件结构,通过AHP-模糊综合评价法优化提出了凸轮-六杆式导苗机构,根据导苗管式移栽机作业农艺要求,并结合导苗机构作业时序设计规定,确定了导苗机构的关键结构与运动参数。当株距δ=225mm、作业效率ξ=80株/(min·行)时,ωc=8.3 8 rad/s,υm=0.3 0 m/s,φc 0∈(-15°,72°),φg 0=3 5 0°,l1=2 4 mm,l2=6 0 mm,l3∈(285,295)mm,l4=1 8 0 mm,l5=1 0 5 mm,l6=4 5 mm,l7=3 5 5 mm,l9=2 9 0 mm。在该设计参数下,对凸轮-六杆式导苗机构进行了虚拟样机分析,结果表明:钵苗从导苗管滑道斜抛落入开沟器底部能够保持直立姿态,验证了结构分析和设计的正确性。     

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。     

油菜耕整移栽联合作业机液压仿形系统设计与试验

油菜栽植深度一致性是评价移栽质量的重要指标,其直接影响秧苗缓苗和根系再生,以及油菜产量。为了提高油菜耕整移栽联合作业机栽植深度一致性,设计了基于仿形轮高度感应与液压联动的仿形系统。开展了±25mm起伏高度的模拟路面仿形轮和栽植器在不同前进速度下轨迹与相位试验,结果显示前进速度分别为0.3、0.6、0.9、1.2m/s时,仿形轮和栽植器的轨迹变化趋势与路面一致,相位均有延迟,幅值分别下降5.8%、15.2%、17.7%、33.8%和14.9%、21.5%、41.5%、54.6%,相位差分别为0.0267、0.0119、0.0225、0.0366s和0.182、0.1264、0.1278、0.1489s。以前进速度、栽植单元质量、地面起伏高度差为影响因素,以栽植深度合格率为试验指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合设计试验。试验结果表明因素影响强弱次序为：栽植单元质量、地面起伏高度差、前进速度,经寻优得最优参数为：栽植单元质量30kg,地面起伏高度差20mm,前进速度1m/s,此参数组合下栽植深度合格率为90.27%,优于标准值,表明液压仿形系统可以有效控制栽深,提高栽深一致性。