穴盘苗整排取苗机械臂设计与试验

针对现有的取苗装置难以满足新疆辣椒、番茄穴盘苗高速、自动化移栽需求的现状，设计了一种整排取苗机械臂。介绍了自动取投苗系统和整排取苗机械臂的结构和工作原理，分析了取苗作业过程。由整排取苗机械臂工作空间包容目标工作空间得到整排取苗机械臂关节尺寸参数优化的约束条件，以结构尺寸和工作所占空间最小为优化目标，使用遗传算法求出最优关节参数为大臂关节长321mm、中臂关节长678mm、小臂关节长403mm。使用Adams软件建立了整排取苗机械臂虚拟样机模型，对其取苗作业进行运动仿真，结果表明：该装置运动平顺，具有良好的运动特性，能够达到取苗极限位置。搭建样机试验平台，分析样机取苗性能，结果表明：对72孔穴盘的取苗速率为60株/min,取苗成功率为93.06%;对128孔穴盘的取苗速率为90株/min,取苗成功率为88.02%。装置具有较好的适用性，可为自动化取苗装备的研制提供参考。     

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%。     

间歇移动烟苗移栽机成穴机构设计与运动特性分析

为提高烟苗杯罩式井窖移栽技术的作业效率,设计了一种凸轮摆杆式的间歇移动烟苗移栽机成穴机构。通过分析凸轮摆杆式成穴机构的结构和工作原理,基于解析法建立了成穴机构运动数学模型;再利用RecurDyn多体动力学软件建立成穴机构虚拟样机模型,获得了成穴钻头顶点位移、速度及加速度运动特性。结果表明:成穴钻头y方向位移行程约309mm,成穴深度可达209mm,速度和加速度特性均呈周期性波动,且幅度较小,均在合理范围内;由此表明:成穴机构具有稳定良好的成穴运动特性,且几何参数设计满足井窖移栽技术要求,可为后续研制间歇移动式烟苗移栽机提供重要参考依据。     

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。     

烟草钵苗移栽机成穴机构的运动学仿真分析

吊篮式烟草钵苗移栽机成穴机构的作业性能直接影响移栽机的移栽质量。为了探讨成穴机构各杆件相互作用及成穴铲运动规律,针对成穴机构进行简化,建立矢量方程得到成穴机构成穴铲的位移、速度和加速度模型。采用ADAMS软件建立成穴机构的三维运动仿真模型进行仿真分析,对获得成穴铲竖直和水平方向的位移、速度及加速度变化曲线进行分析,满足成穴要求,验证了成穴机构结构设计的合理性,为烟草钵苗移栽机成穴机构的运动轨迹进一步优化及动力学仿真分析提供了理论依据。     

全自动草莓钵苗移栽机构优化设计与试验

为了实现草莓钵苗机械化移栽,根据草莓种植农艺要求,提出了一种Hermite插值非圆齿轮行星轮系全自动草莓钵苗移栽机构,用一套回转机构依次完成取苗、输送、挖穴与栽植4个移栽工序,满足了草莓钵苗移栽所需的轨迹与姿态要求,保证了所取秧苗和所挖穴口的精准配合。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型,并结合设定的优化目标,基于Visual Basic 6. 0设计了计算机辅助分析优化设计软件,通过优化得到了一组满足移栽要求的机构参数。根据优化的参数对机构进行了二维设计、三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。在所搭建的草莓钵苗移栽试验台架上,利用高速摄像技术对物理样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和台架试验轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。并进行了机构的性能试验,结果表明取苗成功率为92%,栽植成功率为85%,平均栽植株距为172. 9 mm,所挖穴口深度、长度和宽度效果良好,满足草莓钵苗移栽要求。     

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。     

曲柄滑块式烟苗移栽机栽插机构运动分析

根据烟苗移栽的农艺要求以及曲柄滑块式栽插机构的结构和工作原理,建立了该机构的Pro/E三维模型.运用Pro/E软件机构仿真技术分析了各主要参数曲柄长度厶、鸭嘴连杆长度L2、齿轮箱中心距L3、齿轮箱和滑轨中心的偏距e、曲柄和齿轮箱安装初始角α与运动轨迹高度、轨迹形状、洞口大小、烟苗垂直度之间的影响关系.通过Pro/E参数分析结果进行了机构优化和仿真,并选取了一组较优的参数:L1=107mm,L2=135mm,L3=70mm,e=10mm,α=3°.针对这组参数,对栽插机构的水平速度、速度、加速度进行了运动学分析,分析结果表明,机械机构的运动学特征能够满足烟苗移栽的农艺要求,机构工作稳定.     

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。     

蔬菜钵苗移栽机取苗机构人机交互参数优化与试验

针对蔬菜钵苗自动取苗机构多目标优化设计问题,利用可视化人机交互优化方法进行求解.建立了移栽机取苗机构优化数学模型,编制基于Visual Basic的计算机辅助分析与优化软件,分析设计变量对目标和约束的影响,进而优化得到满足取苗要求的结构参数组合.利用ADAMS软件和高速摄像技术对取苗机构运动特性进行了移栽机仿真和台架试验验证.试验结果与理论分析结果基本一致,表明了机构运动学模型及其优化设计理论和方法的正确性和可靠性.通过取苗试验证明该机构能完成取苗作业,且取苗成功率为80％.     

整排穴盘苗移栽机取送苗装置的设计与研究

针对目前新疆半自动移栽效率低、取苗机构轨迹复杂及取苗机构与苗盘运动协调困难等问题,设计了整排夹持式辣椒穴盘苗移栽机取送苗装置;阐述了取送苗装置整体工作原理及工作过程,并对其整体结构及整排夹持部件进行了设计。工作时,步进电机驱动送苗机构完成整排取苗手从取苗位置到放苗位置的往复运动,由接近开关对各关键位置进行标定,气缸驱动整排取苗手完成取放苗动作。在ADAMS中建立取送苗平台仿真模型,分析了不同运动规律下的定位精度,并构建电气控制系统,以PLC为核心,设计触控屏界面,完成控制系统搭建与调试。     

基于ADAMS玉米移栽机顶出机构的设计与仿真

玉米移栽技术是我国粮食增产的重要环节.为了更好地提高玉米钵苗的移栽效率,设计了一种新型玉米移栽连续顶出机构,并对该顶出机构进行运动学分析,推导出顶出机构顶杆速度及加速度表达式.运用Solid-works软件将三维模型导入到ADAMS软件,并对玉米移栽机全自动顶出机构进行仿真及分析,得到顶杆末端位移和速度随时间变化规律曲线,确定了最佳栽植效率和顶出次数.该机构具有一定的稳定性,能够很好地完成预定钵苗的下落和移栽动作.     

旱田钵苗移栽机纵向送苗机构优化设计与试验

针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设计软件,得出满足设计要求的结构参数。建立了机构三维模型,试制了物理样机。根据软件优化结果,运用二次正交旋转中心组合试验方法对棘轮结构进行优化设计,以棘轮驱动面高度x_1、棘轮定位面高度x_2、取苗转速x_3为试验因素,以送苗成功率y为试验指标,进行了参数优化试验,结果表明:x1=2. 32 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min时,送苗成功率达到99. 85%。取x_1=2. 3 mm、x_2=3. 5 mm、x_3=100 r/min进行验证试验,得出送苗成功率为99. 17%,结果满足设计要求。     

膜上移栽钵苗栽植机构运动分析与参数优化

针对吊篮式钵苗移栽机膜上移栽易撕膜的问题,设计了一种鸭嘴式钵苗移栽机.建立了该机栽植机构的运动数学模型,并以此为依据在ADAMS中对栽植机构进行了参数化建模.利用参数化模型,分析了主要参数对机构运动特性的影响.在保证钵苗直立度较高的同时,以产生的穴口尽量小为优化目标,获得了一组最佳参数组合.此组合下,形成的穴口大小约为1.8 mm,鸭嘴栽苗后的运动轨迹垂直度较高,满足膜上移栽钵苗直立度高、不撕膜的农艺要求.     

基于三菱触摸屏的整排穴盘苗输送控制系统设计

针对目前半自动移栽机作业效率低及控制系统性能不稳定等问题,提出一种整排穴盘苗输送方案,并设计开发了控制系统。采用苗盘位置固定,每次夹取一排钵苗的方式,通过控制取苗机械手的横向和纵向位移,实现钵苗的整排输送。系统采用三菱触摸屏作为上位机,三菱FX_(3U)系列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输送。使用SolidWorks三维软件建立整排穴盘苗输送机构模型,对结构和工作原理进行分析,确定控制需求及电气控制系统。利用GX Works2软件应用SFC语言完成PLC梯形图程序编写,使用GT Designer3软件完成三菱触摸屏界面的绘制和PLC控制程序与界面的连接,完成控制系统的搭建与调试。试验结果表明:实时操作触摸屏可以控制系统的运行,监测机械手运动情况,实现整排穴盘苗的输送。     

伸缩片式番茄移栽机取苗器设计

穴苗移栽是农业种植的重要环节,移栽机的出现为移栽作业提供了方便。为了提升穴苗移栽机的取苗效率,适应移栽机整排取苗的要求,开发了一款伸缩片式取苗器,通过分析其工作原理并对取苗器关键部件进行计算,采用MatLab GUI仿真程序对取苗器的关键部件进行运动距离验证,形成满足取苗条件的取苗器末端运动轨迹。最后,通过三维打印完成样机试制,采用连续摄影完成对实物的轨迹验证,并进行不同含水率下的取苗试验。结果表明:当取苗器伸缩片长度为55mm、苗针安装角度为79°、基质含水率为56.5%时,取苗效率达到80.47%;基质含水率为68.8%时,基质破损率最小为1.25%。     

移栽机整排取送苗控制系统的设计与试验

针对目前全自动移栽机取送苗机构运动轨迹复杂、伤苗率高和工作效率低等问题,设计一种全自动移栽机整排取送苗控制系统。控制系统采用PLC作为控制核心控制步进电机和气缸驱动取苗机构完成整排穴盘苗的夹持、取送和苗盘的更换。根据装置工作要求,构建电气控制系统。通过台架试验,进行单因素试验验证,得到夹苗气缸的行程和压力分别为0.7 mm、0.6 MPa。在不同取送频率下对控制系统的定位精度以及整机的工作性能进行试验,试验结果表明:当取送频率为8次/min时取送效果最佳,此时取苗成功率为94.8%,送苗成功率为95.3%,综合损伤率为3.9%,说明该控制系统稳定可靠,定位精度高,满足穴盘苗整排取送的控制要求,可为穴盘苗的整排取送的实现提供参考。     

番茄穴盘苗移栽机自动取苗机构的研制

为解决新疆穴盘苗移栽机的取苗机构自动化程度不高的问题,建立穴盘苗移栽机取苗机构的虚拟样机,并使用ADAMS对其进行运动仿真分析。同时,以取苗成功率为性能指标,以基质含水率、抗压力、摩擦角和翻转比为影响因素,进行正交试验。经过仿真分析,设定顶杆的顶出速度范围为1.5~2.3m/s,取苗效果理想。最终确定基质含水率为35,%的穴盘苗,基质抗压力为6N、摩擦角为35°时取苗成功率最高。该研究旨在为自动取苗机构的进一步设计、优化和研制提供理论依据。     

悬杯式移栽机栽植系统的优化设计与运动仿真

针对钵苗在栽植过程中保持直立的农艺要求,将悬杯式移栽机栽植机构的工作原理作为栽植系统的优化设计基础,对机构进行优化设计。通过分析得到了机构的运动方程以及相关参数,并以零速投苗为目标函数,建立了栽植系统的优化数学模型,利用Matlab软件对影响零速投苗的因素进行了优化计算。在Solidworks软件环境下,对移栽机栽植系统进行运动仿真分析,表明优化后的栽植机构工作参数符合需求。     

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。