基于“流水线”的茄果类种苗半自动嫁接机研究

阐述了国内外茄果类种苗半自动嫁接机存在的作业生产率过低的问题,针对国内种苗嫁接环境,以茄果类种苗为作业对象,提出了基于"流水线"的半自动嫁接作业模式,选取适合机械化操作的贴接嫁接法,分析了生产节拍、作业工序与作业生产率的关系,最终将夹持、切削、拢苗、对接、上夹和下苗6个工序合理分配至4个工位。进行了整机嫁接作业试验,结果表明基于"流水线"的嫁接生产模式可实现1000株/h的嫁接生产率,有效提高了作业效率。     

蔬菜嫁接苗规模化生产调查与机械化作业情况分析

由于现代种植业集约化、复种指数高和种类单一的发展状况，植物的连作障碍现象愈加突出，而蔬菜育苗嫁接技术是有效解决连作障碍与土传病害的重要措施。随着近年来我国设施蔬菜的迅速发展，人工进行蔬菜嫁接苗生产已越来越难以满足生产的需要。现有嫁接机相比于人工作业可提升嫁接速度，但性价比仍然较低，推广普及困难。目前，国内嫁接作业仍主要依靠人工，效率低、成本高。在此背景下，为了解嫁接苗生产中的生产成本、嫁接方法、嫁接生产率、机械化作业情况等，采用现场生产情况考察的方法，调查了我国3家国内嫁接苗生产企业的生产状况，通过调查分析为嫁接装备的开发、优化升级提供依据与建议。     

卧式蔬菜苗嫁接机设计与试验

为提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动强度和嫁接成本,对人工蔬菜苗嫁接过程中的关键动作及流程进行梳理,分析秧苗—机器互作机理,采用双向切割对接技术,设计一种卧式轻便型蔬菜苗半自动嫁接机。根据嫁接机实际使用要求,利用气动驱动方式实现蔬菜苗的自动夹持、切割和对接动作。基于传感器输入信号以及输出执行元件特点,选用欧姆龙PLC作为嫁接机控制器,并依据嫁接机作业流程编写控制程序。最后对该机器性能进行嫁接测试,结果表明,嫁接机平均作业效率为348株/h,平均嫁接成功率为93.3%,嫁接苗零损伤。该机机构设计合理,工作性能稳定可靠,与市场现有嫁接机相比成本显著降低,因此可为中小型育苗基地和农户嫁接苗生产提供技术支撑,同时可为农业机械化辅助装置的研发和应用提供参考。     

全自动整排蔬菜嫁接机嫁接夹输送机构设计与试验

为了提高蔬菜嫁接机的工作效率,对穴盘苗全自动整排嫁接机加以研究,基于嫁接夹固定嫁接苗的方法,设计了适用于整排苗同时嫁接的嫁接夹输送机构。该机构由嫁接夹自动排序供夹机构、嫁接夹输送台、直线运动机构3部分组成,可在一个工作循环中输送5个嫁接夹以及同时固定一排嫁接苗。整个机构通过振动盘完成嫁接夹的自动定向排序;由气缸驱动实现自动供夹;利用步进电动机驱动的直线机构完成嫁接夹的自动输送;应用气缸和气爪驱动控制嫁接夹的夹口状态,并完成5株嫁接苗的同步固定。对机构进行试验研究,确定了其性能参数,试验结果表明,嫁接夹输送机构一个工作循环用时约12.5 s,供夹成功率达到94.7%,嫁接苗切口固定成功率为92%,可以满足整排嫁接技术的需要。     

断根嫁接苗自动栽植装置设计与试验

为进一步提高断根嫁接苗育苗作业的自动化程度,针对现有的瓜科蔬菜嫁接机嫁接完成后幼苗栽植一直依靠人工作业的现状,设计了断根嫁接苗自动栽植装置,包括移苗机构、插苗机构、插孔机构等关键机构,并对关键部件进行了仿真。仿真结果表明,当插苗运送气缸上升速度与插苗手爪打开速度的比值在0.22~0.55之间时,插苗手爪可以顺畅撤离穴盘,并不会对已栽植好的嫁接幼苗产生影响。并对装置栽植性能进行了试验,试验结果表明,装置的栽植成功率为92%,最长栽植时间为7 s/株,可较为理想地与相应的瓜科断根蔬菜嫁接机配套使用,满足其自动育苗的要求。     

茄果类蔬菜嫁接装置设计与试验

为解决茄果类蔬菜手工嫁接工效低、成活率低及现有设备不适合我国育苗生产模式等问题,基于贴接法嫁接工艺,采用水平上苗固定夹持和水平对接方式,以及直线式滑切原理,开发茄果类蔬菜嫁接机,可实现单人快速作业。试验表明:秧苗切削角度为25°时,在滑切角度为40°、切削速度为0.14m/s、切刀厚度为0.20mm条件下,秧苗切削合格率为100%,满足嫁接技术要求。该机平均生产效率为512株/h,是手工作业的4.5倍;嫁接成功率为98.5%,嫁接苗成活率为99.5%,与手工相比分别提高了3%和8%。其嫁接质量和生产效率显著提高,能够满足工厂化嫁接育苗的生产需求。     

双断根嫁接机自动搬运与回栽装置设计与试验

为提高嫁接流程的自动化程度,设计了一种适用于双断根嫁接机的自动搬运及回栽装置,以解决嫁接后嫁接苗依靠人工搬运、回栽作业的问题。阐述了搬运及回栽装置工作原理,并对关键机构进行了仿真和运动学分析。通过嫁接苗贴接夹紧区域统计和嫁接苗搬运试验,确定搬运机构对嫁接苗的最佳夹持位置;当机构夹持嫁接苗夹子下端搬运,搬运成功率可达94%,平均耗时为2.5 s/株。通过镇压三因素三水平正交试验,确定嫁接苗镇压效果最优条件;当打孔孔径10 mm、打孔深度15 mm、镇压块形状为对分锥面镇压时,嫁接苗回栽试验成功率可达92%,平均耗时为4 s/株,满足目前全自动嫁接机的嫁接速度要求。试验表明,设计的嫁接苗自动搬运及回栽装置与嫁接机配套使用,可提高嫁接流程的自动化程度。     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

嫁接机作业质量监测试验研究

嫁接作业质量监测是提高茄果类嫁接机作业成功率的重要技术手段。为此,采用机器视觉的方法对嫁接过程中番茄嫁接苗的倾斜角度、弯曲角度、有无接穗等信息进行检测,以此为基础来判断嫁接苗的作业质量,进而为嫁接机嫁接作业和生产质量管理提供信息。试验结果表明：针对嫁接苗倾斜角度、弯曲角度,机器视觉测量相对人工测量的最大角度误差不超过2.15°;针对试验所选180株嫁接苗判断合格与否,与人工判断对比,视觉判断成功率为92.2%,故提出的方法可以对番茄嫁接苗的特征信息进行有效识别。此检测方法还可以调整相关参数,用于其他贴接类嫁接苗的作业质量特征识别应用。     

茄科蔬菜多株同步自动嫁接机设计与试验

以茄科蔬菜穴盘苗为作业对象，开展了多株蔬菜同步自动嫁接技术及关键机构研究。提出了基于劈接法的茄科蔬菜六株同步自动嫁接机的整机结构方案，该机可连续实现穴盘苗自动进给、砧穗木的切削与插接、嫁接夹的定向排序与持送上夹等功能。重点设计了嫁接机的砧木平切机构、砧木劈切机构、穗木推切机构、砧木与穗木插接机构、振动排序供夹装置及持送上夹机构等关键机构，确定了各机构的主要结构参数。以辣椒苗为嫁接对象，开展了六株同步嫁接机切削质量正交试验，试验结果表明，提高对苗株的夹持精度和切削速度及较小的茎秆纤维硬度有利于提高切削质量。当切削速度为1.5 m/s时，嫁接期辣椒苗样机性能验证试验结果表明，砧穗木切削合格率98.6%、嫁接合格率97.1%、嫁接成活率96.2%、嫁接效率720株/h,达到了设计要求。     

国内外树苗自动嫁接机的研究现状

嫁接是树苗育苗的一项重要技术,采用树苗自动嫁接机进行树苗嫁接作业可以提高嫁接作业生产率和嫁接苗成活率,并降低嫁接作业难度.因此,简要介绍了常用的几种树苗嫁接方法;阐述了国内外嫁接机的发展现状;分析了典型机型的性能特点以及制约树苗自动嫁接机的因素,指出了树苗自动嫁接机研究的发展方向.     

PLC在滚刷式秧苗去叶装置控制系统中的实现

针对茄科蔬菜自动嫁接机自动夹持秧苗时夹口处叶子干扰夹持导致夹持失败的问题,提出了一种滚刷式秧苗去叶装置,利用旋转的滚刷去除秧苗叶子。介绍了该滚刷式秧苗去叶装置的工作原理、机构组成、控制系统硬件设计和执行机构动作的PLC编程。样机实验结果表明,基于PLC控制的滚刷式秧苗去叶装置作业生产率可达到2 000~2 500株/h,完全满足现有嫁接机对秧苗喂入量的要求。     

蔬菜自动嫁接技术研究现状与发展分析

嫁接在提高作物抗病能力、生长速度、单位产量,减少施肥、施药等方面具有积极作用,是多类蔬菜大规模生产的重要环节,而自动化嫁接能够有效提高嫁接效率和嫁接苗成活率,正在成为蔬菜商业化生产的刚性需求。本文对中国、日本、荷兰、西班牙、意大利等国蔬菜自动嫁接技术的研究现状和发展动态进行了分析;归纳出5项蔬菜自动化嫁接关键技术:幼苗机械化抓取技术,幼苗自动输送技术,砧、穗木切削技术,砧、穗木接合固定技术,自动嫁接系统控制技术,并逐一进行了阐述;最后对目前本领域的研究特点和发展趋势进行了总结和展望,认为蔬菜嫁接自动化程度将进一步提高,单机嫁接规模将进一步扩大,农艺、人工智能、人因工程等间接因素将为自动嫁接机未来的性能提升带来助力。     

单人工上苗式半自动蔬菜嫁接机关键机构设计与试验

半自动嫁接机价格低、适用蔬菜种类广,但其生产能力相对低。为简化操作、提高嫁接效率,设计一种单人工补给砧木和接穗苗的贴接式半自动蔬菜嫁接机。嫁接机关键部件包括砧穗木夹持旋转机构、旋转持苗防回转机构、切削机构等;其中,旋转持苗防回转机构采用了双棘轮反向止动,实现单电机驱动双轴间歇反向旋转,保证上苗和夹持工序有序配合;确定了砧穗木上苗位、夹持、切削、嫁接工位的较优布局,可实现单人工同时上砧、穗木苗。对南瓜和丝瓜穴盘苗进行嫁接试验表明:嫁接成功率达到89%,与人工相近;嫁接效率达到846.3株/h,是人工嫁接效率的3.3倍,证明该单人工上苗操作的贴接式嫁接机满足工厂化嫁接作业要求。     

茄科钵苗高速嫁接机结构设计

为实现降低嫁接生产成本，提高作业速度的目的，本文针对生长在营养钵内的茄科砧木设计了一款新型茄科钵苗高速嫁接机，对嫁接机的砧木部分、穗木部分、整体结构以及作业流程进行了详细介绍。通过对作业工位的合理布局，实现了作业流程循环往复的营养钵培育的茄科蔬菜嫁接的流水线作业。     

瓜科全自动嫁接机设计与试验

针对目前瓜科作物手工嫁接与单株机械嫁接的自动化程度和作业生产率不高的问题,设计开发了以穴盘上下苗方式作业的瓜科作物全自动嫁接机.该机主要由穴盘输送带、秧苗搬运机构、砧木苗处理系统、接穗苗处理系统、回栽处理系统和嫁接机构组成,一次可完成5株嫁接苗.样机试验结果表明:穴盘输送带和秧苗搬运机构的重复定位精度为±0.023mm和±0.013mm,满足机械嫁接精度±0.1mm的要求.     

利用2JC-500型嫁接机进行西瓜嫁接育苗生产的试验

蔬菜嫁接育苗可以有效地防治土壤传播的病害,并且嫁接后的秧苗抗逆性和产量都得到提高,对蔬菜品质基本没有不良影响。而机械化嫁接育苗在原来的基础上大大提高了作业的生产率,同时作业成功率和成活率也有所提高,实现了蔬菜的稳产高产。为此,研究了在蔬菜工厂化嫁接育苗系统中,利用2JC-500型嫁接机进行西瓜嫁接试验,得出适合机械嫁接的种苗苗龄及培育标准苗的培育方式。试验结果表明：种苗质量对机械嫁接成功率具有很大的影响。     

嫁接苗盘自动叠放装置研究与设计

为了提高嫁接作业的自动化水平,实现嫁接操作的流水线生产,设计了用于嫁接作业后期对载有嫁接苗的苗盘自动叠放的装置。该装置的机构部分包括由滚筒和线性模组构成的推送平台,以及由链条、链轮、机架构成的升降机构,采用PLC进行系统控制。试验表明,该装置运行稳定可靠,升降定位精度±1.0mm,最长动作周期26s,适用于现阶段蔬菜嫁接生产流水线。     

双臂蔬菜嫁接机设计与试

为提高2JSZ600型单臂蔬菜嫁接机的嫁接速度和嫁接苗的成活率,在其基本结构基础上通过增加一组砧、穗木搬运机械手和优化切削机构几何参数,设计出一种双臂蔬菜嫁接机.通过机构分析和试验,确定了关键部件的结构参数.研究发现当切刀的旋转速度为210r/min时,砧、穗木的切削效果均能满足要求.试验结果表明,与单臂嫁接机相比,该机在保持相同嫁接成功率和嫁接苗个体差异适应性水平条件下,嫁接速度达到854株/h、嫁接苗成活率为93.3%,分别提高了42.3%和3.3%.     

多工位种苗嫁接平台关键技术研究

文章阐述了多工位种苗嫁接平台的研究背景及研究内容。通过嫁接平台同时提供多个工位,并进行种苗嫁接,每个工位设有操作平台、任意移动不变角度的切削刀片,由工作人员操作完成种苗的嫁接。多工位种苗嫁接平台设有砧木输送带、接穗输送带、废弃穴盘输送带、废料收集料斗、嫁接苗输送皮带、废料输送皮带、机架、操作平台、控制系统等,保证了接穗与砧木的切削角度完全一致,提高了嫁接种苗的成活率。用户可以根据自己的需要和场地条件自由选择所需的工位数量。