瓜科全自动嫁接机砧木苗夹持切削机构的设计与试验

传统蔬菜嫁接采用人工嫁接,生产率低、作业质量难以保证,为了解决此问题,设计了一次作业循环可同时嫁接5株秧苗的全自动嫁接机.该机的砧木夹持切削机构是直接接触秧苗的重要执行部件,其设计是研究的重点和难点.为此,介绍了砧木苗夹持切削机构的总体结构和工艺流程,以及关键部件的构成及工作原理,该机构可实现砧木苗夹持、两次断根处理的自动化作业.     

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。     

甜瓜嫁接机嫁接苗接缝视觉识别系统研究

嫁接可以有效地解决甜瓜连作障碍,提高产量,但嫁接作业劳动强度大、生产效率较低。目前,半自动化蔬菜嫁接机器人仍然需要人工对嫁接后的接缝进行质量检测,由于个人的主观性和技术熟练程度的不同,会影响嫁接质量和嫁接效率,从而影响嫁接成活率。因此,在嫁接之后,需要对嫁接苗进行接缝质量的自动识别与检测。为此,确定了嫁接幼苗接缝的成功标准,并利用图像采集技术和分割处理的基本理论与方法,研制嫁接幼苗接缝自动识别、检测的算法,完成了接缝检测软件程序编制。对嫁接幼苗接缝视觉检测识别系统软硬件进行了调试和试验研究,选取了60株甜瓜嫁接幼苗进行接缝图像检测和识别试验。试验结果表明:甜瓜嫁接幼苗接缝检测的成功率为90%,因茎秆折断弯曲造成了嫁接幼苗接缝的检测失败。     

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。     

茄果类蔬菜多工位嫁接作业效率分析

随着人们对蔬菜嫁接苗需求量的增加,蔬菜嫁接苗也朝着生产规模化发展,因此亟需推广应用机械化嫁接作业。但是,现有嫁接机作业生产率不理想,难以替代人工作业。本文针对现有嫁接机生产率不高的问题,基于拆分单点多环节作业的方法,提出链式多工位生产线自动化嫁接作业模式,将夹取、切割、上夹和回栽单个作业环节按照作业流程布置在链式生产线上,实现多点多环节同步作业,以提高自动化嫁接效率。通过对不同机械嫁接作业模式生产率的对比分析,链式多工位生产线自动化嫁接作业模式可明显提高嫁接作业生产率,与现有嫁接机相比,生产率可提高81%～242%,可显著改善现有嫁接机性价比。     

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.     

基于机器视觉的嫁接用苗识别研究

设施农业自动化的实现有赖于对作业对象的正确识别.为此,引进了机器视觉技术,设计了视觉软件程序,快速分选出满足嫁接要求的幼苗,并向控制器输送数据,保证后续机构对苗的分选与移栽的顺利进行.结果表明:在保证拍照位置精度和选取到适当的定位模型的前提下,能够准确地识别并测量出幼苗的茎粗、茎高和子叶与水平方向的偏转角.     

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“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。     

蔬菜嫁接机器人切削装置设计与试验

根据“贴接法”的嫁接机理,采用旋转切削作业方式,设计了蔬菜嫁接机器人的切削装置,包括接穗切削装置和砧木切削装置,实现接穗苗茎部、砧木苗单子叶和生长点的快速切除.试验结果表明:当切削气缸转速ω=120r/min、输入空气压力P=490.3 kPa时,接穗和砧木的削成功率均值达93.2％,接穗和砧木的切口长度为5.8 ～7.3mm,切削效果满足嫁接要求.     

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。     

基于ANSYS的油茶嫁接机砧木切削机构的仿真分析

介绍了ANSYS的应用和分析方法,采用SolidWorks软件对油茶苗木嫁接机的砧木切削机构设计进行了建模,并应用ANSYS程序对砧木切刀的受力状态和使用寿命进行了仿真分析,得出油茶嫁接机砧木切削过程中砧木切刀的应力状态,为切刀材料的选择和切刀结构的优化设计提供了理论依据.     

蔬菜嫁接用砧木苗位置纠偏机构试验研究

茄果类蔬菜砧木苗由于播种偏差和生长差异导致砧木苗中心偏移穴盘中心,可能在自动嫁接作业时对砧木苗造成损伤。为此,设计了一种砧木苗位置纠偏机构,通过1对拢苗手和砧木推板对砧木进行全方位约束,实现对砧木位置的纠偏。为了考察砧木苗位置纠偏机构对嫁接苗体的损伤情况,进行了砧木位置纠偏对嫁接苗体的损伤试验。结果表明：纠偏机构可以实现砧木苗偏移穴盘中心点4mm范围内的纠偏;当砧木苗向前偏移时,砧木苗位置纠偏机构“搂”回偏移的嫁接苗体的损伤率为4.9%;当砧木苗向后偏移时,砧木苗位置纠偏机构“推”出偏移的嫁接苗体的损伤率12.3%;当拢苗手和砧木推板的缓冲材料使用EVA缓冲时,没有嫁接苗体损伤;当拢苗手和砧木推板的缓冲材料使用0.3mm塑料薄膜缓冲时,嫁接苗体的损伤率为4.9%;当拢苗手和砧木推板没有缓冲材料时,嫁接苗体的损伤率为6.17%。     

自动嫁接机运动控制仿真系统设计

为了避免自动嫁接机设计过程中的机械干涉问题,提高对机器设计的预见性,采用先进的视景仿真软件——OpenGVS,并结合面向对象技术,设计开发了蔬菜嫁接机运动控制仿真系统。测试结果表明,所建立的仿真系统能够直观的观察到由于设计失误所造成的静、动态机械干涉,仿真效果逼真,能满足嫁接机运动控制仿真的需要。     

自动化嫁接技术与蔬菜嫁接机

嫁接是设施农业及蔬菜反季节栽培中常用的农业生产技术。蔬菜实施嫁接好处有三点:一是有效克服部分蔬菜因连作重茬导致的生产障碍,增强抗病性,降低农药用量;减少农业公害;二是利用嫁接砧木根系耐寒的特点,提高反季节蔬菜的抗寒     

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。     

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。     

基于PLC自动嫁接机控制系统设计

为提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动强度,研究瓜茄科贴接式自动嫁接机控制系统。根据嫁接机实际使用要求,结合限位传感器输入信号以及输出执行元件特点,采用三菱FX1N系列PLC作为嫁接机控制器;依据嫁接机作业流程以及使用调试要求,采用SFC编程语言编写控制程序,提供单步运行和连续运行两种工作模式选择。测试试验表明,嫁接机作业效率可达653株/h。     

旋转式嫁接机PLC控制系统的建立

介绍了旋转式嫁接机的结构及工作过程,并阐述了控制方案及程序的建立过程.旋转式嫁接机采用FX1N-30MT可编程控制器作为控制核心,驱动步进电机和电磁铁.该系统完全达到了设计规定的性能指标和要求, 且运行可靠.     

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。