嫁接用穴盘砧木苗预切装置试验研究

针对嫁接用砧木冠幅影响嫁接生产率的问题,提出通过砧木苗预切进一步提高生产率,设计了一种嫁接用穴盘砧木苗预切装置,实现对砧木冠幅流水线式整盘快速预切。进行输送带速度与切刀速度匹配试验,确定输送带速度为60m/h。进行砧木苗冠幅切削的切下物运动轨迹特性试验,结果表明:滾板线速度范围在80～95m/h内时,可获得较理想的切削成功率和推苗成功率,成功率均达95%以上;在对标准72穴穴盘砧木苗进行预切时,整机生产率约为111盘/h。     

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.     

自动取苗末端执行器的设计

蔬菜嫁接栽培是克服连茬病害和低温障碍的有效途径。为了实现瓜科嫁接供苗工序的自动化,根据穴盘和嫁接用苗的实际尺寸,设计了一种自动取苗末端执行器,并介绍了其工作原理,阐述了各部分的组成及各部分部件的设计方案。该方案采用气动方式驱动气缸运动到穴盘的穴孔中心位置,通过电机运动带动曲柄滑块机构运动,实现拢苗定位手指的闭合,完成嫁接用苗的拢苗、定位和剪切作业。     

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。     

西瓜直插式嫁接砧木夹持与压苗机构设计与试验

针对西瓜直插式嫁接砧木在生长点去除前定位与处理的损伤问题,以葫芦苗为试验对象,在葫芦苗物理特性分析的基础上,设计一种砧木夹持与压苗机构.砧木夹持与压苗机构通过气囊的膨胀与收缩完成砧木苗的夹取与松开工作,解决传统夹苗机构伤苗现象;采用前后对称的双压辊式压苗机构,解决压苗过程中易造成子叶根部折断的问题.对压苗机构的运动进行...     

茄类蔬菜嫁接机拢苗机构的设计与性能试验

采用贴接法进行机械嫁接时,对接穗与砧木的创口贴合度要求较高。在对比不同拢苗方案的基础上,根据贴接法作业原理以及创面贴合的要求,提出了一种交错拢苗方案,并在现有茄果类蔬菜嫁接机上设计了一种拢苗机构,并进行了拢苗试验。根据试验的目的要求,拟定了多因素正交试验方案,分析了不同夹口间距、竖直拢苗距离、水平拢苗距离对对接成功率的影响程度,建立了各部件位置参数与对接成功率之间的三维关系,为拢苗机构的设计提供了依据。     

温室穴盘钵苗成排取苗移植手部件设计与试验

温室穴盘钵苗成苗后需要从穴盘移植到培养槽孔,但因人工作业效率低,限制了其规模化生产。为实现高效、高质量自动化移栽作业,本文设计一种用于温室穴盘钵苗高速取、放苗移栽作业的爪片插入式成排移植手部件,分析取苗作业过程移植手的受力及取放苗过程移植手的变形,结合ADAMS刚柔耦合仿真试验开展植苗手优化设计,确定爪片尖点拟合曲线及移植手抓取穴盘钵苗的运行轨迹。以移植手取苗深度、基质含水率、升降速度和水平横移速度为试验因素,开展成排移植手部件取、放苗正交试验,并确定最佳参数组合。结果表明,当取苗深度48mm、基质含水率69.9%、升降速度0.24m/s和水平横移速度0.35m/s时,取放苗成功率为97.9%,效率10322株/h,满足高速、高效移栽要求。该研究为温室穴盘钵苗高速移栽部件的国产化开发提供参考。     

基于机器视觉的嫁接苗移栽实时定位研究

针对自动化育苗流程中的嫁接苗移栽环节,提出了一种基于机器视觉的嫁接苗移栽实时定位系统。该系统能根据点云信息定位每次移栽嫁接苗时穴孔的位置,并且在穴盘受迫移动后重新定位穴孔的位置。具体的方法是通过RGB传感器与红外传感器获取工作区域内的点云信息,利用点云信息,首先离线标定传送带平面方程,进而根据实时的位置信息完成穴盘与背景的在线分离;接着从分离出的穴盘点云得到对应的二维掩膜,从掩膜中的单连通区域推算出每个穴孔的位置;针对穴盘移动之后的重定位,使用了基于随机采样一致算法的单应矩阵计算方法,由历史单应矩阵从初次定位的穴孔坐标计算出当前的穴孔位置。实验表明,该定位系统能有效定位穴孔的位置,满足嫁接苗移栽要求。     

与自动移栽相关的不同蔬菜穴盘苗力学特性

以黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗为研究对象,通过夹苗拉拔试验测试分析穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附特性,采用平板压缩方式研究钵体抗压特性,并对幼苗茎秆和叶子进行拉伸破坏测试。试验表明:在穴盘苗自动移栽过程中,夹取针夹紧钵体的夹取力主要用于克服穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附力作用;在同等的育苗条件下,黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗的夹取力大小依次为辣椒黄瓜茄子;不同穴盘苗钵体的抗压能力相近;与辣椒、茄子穴盘苗相比,黄瓜幼苗更容易拉断,3种穴盘苗叶子拉断破坏强度相近。在设计取苗机构、夹持器和推苗装置时,应考虑必要的避苗措施,以提供更多的空间让出幼苗植株。     

秧苗生长位置分布区域研究与压苗顶头参数优化

根据下压式高速取苗方式的取苗特点及需求,设计一种与下压取苗方式配套使用的底板可抽离的组合式穴盘,并采用常规方法播种育苗,运用靶形分区累加法探究秧苗生长位置分布区域规律,研究开发新型高速压苗顶头,优化下压式取苗顶头结构参数,实现低损伤、高成功率的高速自动化取苗。试验结果表明99.4%的秧苗生长位置集中分布在穴格中心处半径为18 mm的圆形区域内,88.7%的秧苗生长位置集中分布在穴格中心处半径为14 mm的圆形区域内。结合试验结果,利用Matlab对压苗顶头结构参数进行优化,得到直角梯形压苗顶头最优参数为前端宽度6.25 mm、后端宽度31 mm、纵向长度30 mm,综合取苗成功率达98.28%,且对秧苗损伤较小。     

钵苗移栽机器人控制系统设计研究

钵苗移栽是温室穴盘育苗生产中的重要环节。为实现穴盘钵苗智能化移栽作业,设计了一种高速钵苗移栽机器人。该机器人主要由穴盘定位输送系统和平动二自由度钵苗移栽系统构成,基于准确定位抓取、快速移动栽植的作业要求和系统工作原理,以PLC为核心,结合传感器和伺服控制技术对移栽机器人运动控制系统进行了设计。控制系统首先基于穴盘钵苗位置坐标信息,规划出取苗爪移栽路径;然后根据并联机构运动学逆解模型,对并联机构两主动关节伺服驱动电机的转动规律进行控制,并通过系统间的运动协调,实现钵苗从高密度盘到低密度盘或营养钵的连续高速移栽作业。以育苗期28天、钵体含水率为60%左右的黄瓜苗为对象,在移栽动平台最大加速度为45m/s2、移栽频率为45次/min的条件下,进行128孔穴盘到50孔穴盘的连续钵苗移栽运行试验。试验表明,该钵苗移栽机器人控制系统设计合理,系统间运动协调可靠,移栽成功率平均达91.4%,单爪移栽速率可达2 700株/h,满足了自动化移栽作业要求。     

多移植手穴盘苗补苗装置试验研究

针对穴盘育苗过程中出现空穴、坏苗降低穴盘苗品质的问题,提出了通过多移植手依次对穴盘中的空穴补苗,并设计了一种多移植手穴盘苗补苗装置,实现对出苗前有空穴或坏苗的穴盘苗快速补苗,以保证出苗品质。进行整机性能试验,作业对象为不同苗龄的芥蓝穴盘钵苗,结果表明:芥蓝苗龄为16天,主机构移动速度为0.097m/s,能达到较为理想的补苗效果,生产率达到1028穴/h,补苗成功率达到96%。     

2JC-500型自动嫁接机砧木夹持机构

通过对嫁接用砧木苗尺寸参数和力学特性的测定,得出砧木苗压缩形变量的安全范围不超过30%的结论.根据砧木苗的物理参数,使用计算机仿真技术(CATIA P3V5R14软件)对2JC-500型自动嫁接机的砧木夹持和压苗片机构进行设计.夹持方式采用弹性夹持,夹口采用仿形设计、刚性加紧及可更换式,适用于不同砧木的嫁接,提高了砧木的利用率.压苗片机构与砧木夹持机构联动,张角可达40°,便于嫁接操作,压苗效果明显,使砧木苗两子叶保持平整,提高了砧木苗的打孔精度和嫁接成功率.     

基于机器视觉的育苗穴盘定位与检测系统

针对嫁接苗自动移栽机器人,提出了一种基于器视觉的育苗穴盘定位与检测系统.该系统不仅能够确定育苗穴盘在传送带上的位置,而且能够获得各穴孔内的基质深度和三维形状信息.其方法是利用彩色图像与深度图像的注册,从彩色图像中检测穴盘轮廓,结合穴盘规格,实现深度图像中穴盘各穴孔的分割;利用分割后的深度图像对每个穴孔生成三维点云,结合最近邻算法与主成分分析算法计算各点的法向量,基于该法向量实现穴孔侧壁与穴底基质的分割,进而获得基质的深度.试验表明,该系统能够有效定位穴盘并检测基质深度,平均定位误差为3.5 mm,深度检测误差为4.9 mm,满足嫁接苗自动移栽机器人的控制要求.     

硬质穴盘苗自动取苗装置设计

自动取苗装置是移栽机的核心部件。针对硬质穴盘苗设计了一种利用顶苗爪将穴盘苗顶出,并由接苗板上的夹片夹持住穴盘苗基质,随后带动穴盘苗转动90°到放苗位置的机构;穴盘可以进行水平位置和纵向位置移动,从而实现穴盘中的苗按规则取出;整个装置的运动顺序由PLC进行控制,依靠气缸作为执行元件驱动。初步试验显示,自动取苗装置能够完成硬质穴盘苗的取苗作业,取苗速度达72株/min。      

整瓶马铃薯组培苗剪切机构设计与试验

针对在马铃薯组培苗繁育过程中存在的人工作业效率低和污染严重等问题,设计了一种基于整瓶移植的马铃薯组培苗剪切机构,用于将取苗机构取出的整瓶马铃薯组培苗聚拢、剪切并导入分散于子培养瓶中,进入下一代快繁培养,实现马铃薯组培苗拢苗、切苗过程的低污染、高效率和高质量的机械化作业。通过分析计算确定了拢苗爪片、切刀和集苗漏斗的关键结构参数。分别以拢苗角速度和切苗角速度为试验因素进行了拢苗效果和切苗效果的单因素试验,确定了最佳的拢苗角速度为3.16 rad/s,切苗角速度为10.26 rad/s。在该工作参数下,对设计的组培苗剪切机构进行了验证试验,试验结果表明:拢苗合格率99.13%、拢苗损伤率0.79%、切苗成功率100%、切苗损失率1.37%、集苗成功率97.53%,完成一瓶马铃薯组培苗剪切所需的时间为48.67s,各项试验指标均达到设计要求。     

穴盘倒置式取苗装置的取苗特性试验研究

基于穴盘倒置式自动取苗装置,在对番茄穴盘苗的质量、苗高、茎秆直径、冠形尺寸和含水率等基本参数测试分析的基础上,进行了番茄穴盘苗不同含水率下脱离穴盘时的拉出力试验和分苗过程中沿倾斜滑轨滑落试验及挡苗杆位置配置和输送带的位置确定等试验。同时,探讨了番茄穴盘秧苗取苗机理,为自动取苗分苗装置机构的设计提供了理论依据。     

瓜类砧木子叶压苗块气流场特性分析与试验

为解决现有嫁接机子叶定位机构缺乏柔性仿形设计,人工压苗容易造成叶柄劈裂或子叶破损,影响嫁接苗成活。首先测定瓜类嫁接常用砧木——白籽南瓜苗的外部形态几何参数和子叶压缩特性,子叶破裂点压力为1 616 Pa。设计一种正压气流压苗的砧木上苗定位机构,利用取点拟合法获得白籽南瓜苗子叶展开曲线轨迹方程,用于压苗块和定位块作业面的仿形设计。利用CFD构建压苗块气流场仿真模型,分析进口流速、吹气距离对子叶压苗特性的影响,以吹气孔直径A和深度B、进口流速C为影响因素,进行三因素三水平正交仿真试验,分析得出压苗块压力出口的平均压力影响显著性次序为R_A>R_C>R_B,压苗块影响因素最优组合为A_1B_2C_2。子叶压苗试验结果表明,压苗块吹气孔直径1 mm、孔深2 mm、进口流速20 m/s、吹气距离30 mm工况条件下,子叶压苗成功率为98.67%,无伤苗现象,表明砧木上苗定位机构设计可行,作业参数选择合理,压苗块和吸附块作业面仿形设计对子叶具有柔性保护作用。     

新型组培苗移栽手爪的设计

移栽机械手爪是温室穴盘移栽机的核心部件,其结构的好坏直接影响穴苗抓取效果。本文从新型机构设计角度入手,使用凸轮机构作为角度变化装置,实现在抓取穴苗过程中的抱抓动作,根据标准的128穴盘格的尺寸提出了移栽手爪的参数设定和整体结构设计,从而提高了抓取的可靠性、降低了穴苗的损伤率。并且利用Solidworks建立机构模型,对其工作原理和功能进行分析,为今后设计市场需求的经济适用的穴盘苗自动移栽机提供参考。     

番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明：探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。