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％.     

基于Lab VIEW的苗盘输送控制系统设计

针对半自动移栽机移栽效率低的问题,设计开发了自动送盘系统。针对取苗机构位置固定,每次夹取1株钵苗的取苗方式,通过控制苗盘的横向和纵向间歇移动,实现钵苗逐个自动喂入,从而实现自动取苗。系统采用PC机作为上位机,由Lab VIEW构建控制系统操作界面;单片机作为下位机,接受传感器的检测信号和上位机发送的指令信号。试验验证表明:系统可以实时监测苗盘的运动位置和取苗工作状态,实现苗盘运动和机械手取苗的配合。     

穴盘苗移栽机自动取苗装置的设计

穴盘育苗是我国现代化育苗的主要方式,针对穴盘苗人工移栽或半自动移栽作业效率低、作业劳动强度大、作业质量差等问题,为全自动移栽机设计了一种运行稳定、高效的自动取苗装置,基于齿轮-凸轮-连杆复合机构实现符合农艺要求的取苗工作轨迹。建立了取苗装置的数学模型,推导了凸轮槽的理论廓线方程和实际轨迹方程。采用SolidWorks软件和Adams软件,构建了取苗装置的三维模型和虚拟样机模型,得到了仿真工作轨迹。制作了取苗装置的物理样机,并进行了样机试验,结果表明:实际工作轨迹与理论轨迹、仿真轨迹具有较好的一致性。     

散体物料堆自动上料机的设计与试验

针对现有物料上料设备均靠人工或配套的机械才能完成将堆放在地面的物料向输送系统的投放或喂入,而不具备自动上料现状,研制了一种物料自动上料机。设计了曲柄摆杆式铲料机构,解决了对料堆的自动取料难题,并完成了参数定型和样机开发。以无土栽培基质为对象、上料效率为试验指标开展试验,结果表明:自动上料机在带速0.2~0.5m/s时能够顺利实现将地面基质铲运并抛洒至输送带上,可实现5.2L/s的基质装箱效率。试验验证,该设备也能有效满足谷物、面粉、肥料等农业散体物料堆的上料作业需要,为自动化上料提供了新型的实用装备。     

幼苗盘自动搬运机取放装置设计

针对设施农业中播种、催芽、育苗、嫁接等作业需要大量劳动力搬运幼苗盘问题,设计了幼苗盘自动搬运机取放装置。该装置采用步进电机驱动,抓取手指与一对形状相同的传动链铰链连接,传动链同速同向,抓取手指做平移运动,实现取放幼苗盘。根据Pro/E软件机构模块进行运动仿真和分析,取放装置能够实现取放工作。试验结果表明:当幼苗盘托盘底面与无动力滚筒上表面平齐,端面水平相距30mm时,取放装置能够顺利取放幼苗盘。     

蔬菜钵苗取苗机构运动分析与参数优化

针对目前吊篮式半自动蔬菜移栽机手工喂入效率低的问题,设计了一种具有双曲柄齿轮—五杆式钵苗取苗机构的蔬菜自动移栽机。同时,建立了该机取苗机构的运动数学模型,并对机构的运动学特性进行了分析,得出了取苗机构主要参数对取苗臂尖点轨迹和速度的影响规律;提出了蔬菜移栽自动取苗的设计优化目标,利用MATLAB优化软件,优选出了取苗机构的一组最佳参数组合。在此组合下,取苗机构取苗、拔苗段的运动轨迹几乎是直线且与钵苗的垂直度较高,取投苗点速度较低,满足蔬菜自动移栽机的取苗、喂苗要求。     

谷物脱粒-秸秆粉碎一体机的设计与试验研究

针对新疆南疆地区谷物秸秆利用率低、无法实现谷物脱粒和秸秆粉碎一体化作业等问题,研制了一种谷物脱粒-秸秆粉碎一体机,主要由喂入装置、脱粒装置、粉碎装置和清选装置组成.喂入装置的设计可以防止物料在储料凹腔中发生堵塞,提高了喂入效率.以滚筒转速、脱粒间隙为试验因素,以未脱净率为试验指标进行正交试验,结果表明:影响脱净率的较优...     

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。     

二阶椭圆行星轮系取苗机构参数优化与试验

为了实现蔬菜移栽的自动取苗作业,基于二阶椭圆齿轮行星轮系设计了自动取苗机构,并建立该机构的运动学数学模型和运动仿真模型。通过分析自动移栽的农艺要求,确定了机械取苗过程中取苗爪理想的运动轨迹和取投苗姿态。在理论分析的基础上,借助运动仿真优化了二阶椭圆齿轮行星轮系结构参数,包括椭圆齿轮偏心率、栽植鸭嘴相对于行星架初始安装角、行星架初始安装角、第一中间齿轮与第二中间齿轮夹角,最终得出一组最佳的参数组合。优化后的取苗机构能实现直线取苗和竖直投苗。在此基础上,设计了自动取苗试验台,进行取苗试验。试验结果显示,二阶椭圆行星轮系取苗机构工作效率为80株/min时,取苗成功率平均达到91.3%,达到了预期的设计目标。     

自动顶-夹式蔬菜穴盘苗取苗装置设计与试验

为了提高蔬菜穴盘苗移栽机的作业效率,设计了一种钵苗体底部先顶出后夹取式自动取苗装置。根据该装置工作特点及取苗农艺要求,对其关键部件进行设计分析,并建立了运动学模型。以理论模型为基础,采用Visual Studio软件开发了取苗装置动作时序分析程序,完成了参数优化。室内试验表明:针对3种不同基质含水率的番茄穴盘苗,该装置能够实现140株/min的取苗速度,成功率超过95%;基质含水率在32.79%时,取苗成功率较高。     

机械取喂苗装置驱动机构的设计与试验

针对半自动移栽机作业过程中人工取投苗劳动强度大、效率低等问题,设计了一种机械取喂苗装置,并根据机械取喂苗装置的设计要求,对装置关键部件进行分析与计算,确定其主要结构参数.借助SolidWorks软件对其进行运动学仿真分析,仿真结果满足设计要求.试制机械取喂苗装置进行试验,结果表明:当取苗速度为80株/min时,其取苗、...     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。     

基于PLC的全自动移栽机取苗喂苗控制系统设计

针对目前全自动移栽机作业效率低、稳定性低的问题。结合自主设计的全自动移栽机装置,基于可编程控制器PLC设计一种穴盘苗的取喂苗控制系统,并进行田间试验。试验表明,系统通过PLC控制多个气缸与步进电机,能够实现取苗、喂苗的协调配合。在移栽速率为60～120株/min范围内,取喂苗成功率与苗株完整率均大于95%。控制系统能适应不同移栽速率下的自动移栽作业,最终实现高效稳定自动移栽。     

鲜食大豆收获机弹齿滚筒式采摘装置设计与试验

针对鲜食大豆采收劳动强度大,人工采摘效率低,缺少相应收获机械装备等问题,结合鲜食大豆种植模式和采摘期植株物理特性,设计了一种弹齿滚筒式鲜食大豆采摘装置。阐述了弹齿滚筒采摘装置的工作原理,对采摘过程中的豆荚进行运动学分析,并对装置关键部件进行了参数设计和结构优化,确定了影响作业效果的因素。通过单因素预试验确定了关键参数的范围,以前进速度、滚筒转速、割台高度为试验因素,以掉落率、挂枝率、破损率为试验指标进行三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,建立了试验因素与试验指标间的数学模型,并分析了各因素对试验指标的影响。对模型进行粒子群算法优化,预测最优参数组合为：前进速度0.43m/s、滚筒转速245r/min、割台高度4cm,对应的掉落率、挂枝率和破损率的预测值分别为10.6%、4.4%、5.6%。对最优参数组合进行田间验证试验,结果为掉落率11.8%,挂枝率4.0%,破损率6.1%,试验结果与理论预测值的相对误差均不高于10.1%。方差分析表明各评价指标的实际值和预测值之间不具有显著性差异。研究结果可为鲜食大豆采摘装置设计提供参考。     

蔬菜移栽机曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置研究

为了实现蔬菜移栽机取投苗的稳定性和高效性,针对夹钵取投苗方式,设计了一种全自动曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置。取投苗装置与送盘装置、导苗装置及分苗装置配合完成自主送盘、取苗、投苗与分苗。用解析法对取投苗装置中的摆杆-导轨及曲柄摇杆进行了结构参数设计,用矢量方程法和ADAMS仿真对取投苗装置的运动过程进行计算分析,并利用高速摄像机拍摄取投苗装置的实际运动轨迹,与仿真结果进行对比,验证了设计的正确性和可行性。以辣椒钵苗为试验对象,选取取投苗速度、苗株高度及基质含水率为试验因素,以取苗成功率、伤苗率、投苗成功率及取栽成功率为评价指标进行正交试验。试验结果表明：在给定因素水平下,整机单行取投苗速度90株/min、苗株高度110mm、基质含水率50%时,取投苗效果最佳,取苗成功率为95.14%,伤苗率为1.39%,投苗成功率93.05%,取栽成功率91.67%。     

探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构优化设计与试验

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6. 0开发可视化辅助分析软件,优化得出满足要求的最佳参数,形成相应的理论轨迹。建立三维模型,对模型进行虚拟仿真设计,得出仿真轨迹。采用3D打印技术进行试验样机制造,运用高速摄影技术提取试验样机实际工作轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。试验测得实际取苗针最大入钵力,运用相似理论原理,推算出试验样机最大入钵力,并得到钵土最佳基质比为0. 4,进行试验样机取苗试验,取苗成功率为96. 87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了机构设计的正确性与可行性。     

多层鸡笼全自动收蛋装置设计与试验

针对养鸡场鸡蛋拾取强度大、效率低、破损率高和成本高等问题,结合目前我国相关装置的全自动化和机械化程度相对较低的现状,设计研发了一种针对多层式鸡笼的全自动收蛋装置,可实现多层式鸡笼鸡蛋采集、转移和装盒的全自动化。阐述了自动收蛋机的设计思路、整体结构和各部分的工作原理,对蛋槽输出门装置和阶梯式鸡蛋降落装置等关键结构进行试验;利用UG软件建模分析自动收蛋机整体结构尺寸的合理性;通过制作样机进行多指标正交试验。试验结果确定该机关键装置最佳设计参数为小车车速9 cm/s、升降门间距15 cm、阶梯式降落装置水平夹角60°。在最佳设计参数下,多层鸡笼的全自动收蛋一体化装置的收蛋效率2 250个/h,鸡蛋无破损率99.7%,相较于人工拾取鸡蛋效率提高50%。      

蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。