蔬菜嫁接机器人研制与试验

在中国,蔬菜嫁接仍以人工作业为主,为解决人工嫁接存在的作业效率低、成活率低、质量难以保证等问题,该文基于瓜、茄苗通用的"贴接法"嫁接技术,采用双工位上苗方式设计搬运装置、切削装置、上苗及送夹装置,利用虚拟样机技术构建瓜、茄类蔬菜嫁接机器人。经试验得出:切刀旋转半径为68mm,切刀转速为120r/min时,秧苗切削成功率98%,满足嫁接技术要求;嫁接速度为884株/h,嫁接成功率为95.7%,成活率为96.8%。因此,蔬菜嫁接机器人可有效解决人工嫁接存在的问题,取代人工嫁接作业。     

2JC-350型蔬菜插接式自动嫁接机的研究

为解决中国蔬菜嫁接育苗作业中存在的人工嫁接速度低、嫁接苗成活率不高等问题，该研究采用成活率高、应用广泛、作业简单的插接法开发半自动机械嫁接装置。研究表明砧木与接穗对插接合作业环节是提高嫁接成功率的关键，采用双销定位机构，减小接穗外伸长度可以有效提高嫁接成功率。另外，机械嫁接作业与人工嫁接作业相比具有速度快、嫁接质量稳定等优势。研究开发出的2JC-350型插接式自动嫁接机操作方便、成本低廉、嫁接成功率高于90%，生产能力达350株/h，适合规模化嫁接育苗生产。     

斜插式嫁接机砧木子叶气吸夹结构及作业参数优化试验

针对目前插接式瓜类自动嫁接机作业过程中,砧木夹持采用的压苗机构,普遍存在机构复杂、机构动作耗时影响作业生产率等问题,开发了一种砧木子叶气吸夹。该文以瓜类嫁接生产中常用的黑籽南瓜砧木标准苗和黄瓜接穗标准苗为作业对象,通过砧木子叶展平特性测定和气吸夹结构与作业参数优化试验研究,确定了气吸夹的优化结构与作业参数,并在2JC-600B型斜插嫁接机上进行了带压苗机构砧木夹与砧木子叶气吸夹性能对比试验。结果表明:在气源工作压力0.25 MPa、吸孔直径4 mm、吸孔距生长点距离30 mm时,气吸夹展平子叶成功率可达100%;与压苗机构砧木夹相比,采用气吸夹可减轻操作者熟练程度对嫁接机作业性能的影响,提高子叶展平成功率和嫁接成功率,对于熟练操作者,在满足嫁接作业质量要求的情况下可减少砧木上苗作业时间1 s,使嫁接生产率由514株/h增至600株/h,提高16.7%。该研究结果可为斜插式嫁接机的开发设计提供参考。     

2JC-500型自动嫁接机西瓜苗嫁接效果生产试验

为了解2JC-500型自动嫁接机嫁接西瓜苗的生产效果及其影响因素,进行了西瓜机械嫁接育苗的生产试验,并测定了嫁接用苗形态对嫁接机嫁接效果的影响。试验结果表明,砧木瓠瓜苗子叶展开角小于45°、接穗西瓜苗胚轴弯曲和子叶不对称于胚轴的情况会分别显著地影响砧木机械打孔和砧穗对接的作业质量;当砧木子叶展开角大于45°,接穗西瓜苗胚轴不弯曲且子叶对称于胚轴时,机械嫁接育苗生产中嫁接机的嫁接成功率可大于90%,2JC-500型嫁接机作业生产率可达450株/h。     

茄果类嫁接机砧木上苗装置设计

针对国内外嫁接机性价比偏低的问题,该文以华南农业大学的高速嫁接机2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机为基础,分别在砧木上苗工位和接穗上苗工位增设嫁接用苗输送链和转接手,实现砧木和接穗均单人上苗,成倍提高了嫁接机作业人员的上苗生产率。通过分析传递过程中带土坨砧木的受力情况,确定转接手结构尺寸,并且研制了具有较好拾苗性能的交叉闭合式送苗夹,其拾苗容偏能力可达5 mm。为防止在输送过程中砧木由输送链的苗座内脱出,选用高弹性橡胶贴合在苗座槽口上夹持砧木,以砧木弯曲度、苗座槽口深度及苗座槽口橡胶厚度作为影响因素,考察苗座槽口对嫁接用苗的夹持性能,试验结果表明当苗座槽口深度为8 mm、苗座槽口所用橡胶厚度为3 mm时,苗座可保证95%以上的砧木不脱出苗座,增设上苗装置后,可保证2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机在2 000株/h的生产率条件下,实现1 000株/h的人均嫁接生产率,综合上苗成功率达到92%以上。     

电磁力在蔬菜自动嫁接机上的应用

为进一步提高嫁接作业生产率并简化机构,在瓜科蔬菜插接式嫁接机上采用电磁力作为主要驱动力,进行了嫁接作业用电磁铁性能、电磁铁阻尼器性能及嫁接机作业性能等试验研究。试验结果表明在使用阻尼器的条件下,电磁力插接式嫁接机可实现正常嫁接作业;与凸轮杆件机械传动方式相比,嫁接机的嫁接作业生产率可提高近43%,并且其综合嫁接成功率可以保持在90%以上。但是,电磁力插接式嫁接机连续作业1 h后,电磁铁线圈升温会导致电磁铁的电磁力下降20%左右,应在设计选型时考虑这个因素。     

流水线式茄科嫁接机砧木切削机构的试验研究

为有效提高茄科蔬菜嫁接机的作业生产率,该文提出了一种流水线式多工位机械嫁接作业方法,针对流水线作业特点,设计了可完成横向与纵向切削的砧木切削机构。试验结果表明,当砧木直径为4mm、扶苗带拉伸率为200%、砧木对位座工作面角度为90°时,扶苗成功率达到95%;当切刀厚度为1.8mm、切刀滞留时间≥0.8s时,砧木切口宽度达到最大;为保证接穗顺利插入砧木的切口中,在嫁接机的对接上夹工位需设置接穗导入装置。与人工作业相比,砧木切削机构作业速度显著提高、作业质量稳定。     

蔬菜嫁接苗高速切割装置设计

针对现有嫁接机存在技术不成熟、价格较高、难以大规模推广应用的问题,提出一种采用高速蔬菜苗切割输送装置配合人工嫁接的新型嫁接模式。蔬菜苗高速切割输送装置包括穴盘输送装置、拨苗装置、切割装置和蔬菜苗输送装置等。根据切割装置结构和工作原理,分析了穴盘输送速度、拨苗轮转速和切割频率之间的关系,并进行了试验研究。试验结果表明:切割装置采用成排连续切割的方式,其蔬菜苗切割效率达到37 000株/h,能够满足嫁接流水线37个人工嫁接工位的用苗需求,达到了30工位的设计要求;刀具切割频率、拨苗轮转速需要匹配穴盘输送速度才能获得最小伤苗率和最优切割成功率。该装置的研制为规模化嫁接苗的生产提供了一种高效率、低成本的人机协同生产方式。     

甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验

为提高嫁接成活率并解决用工短缺的问题,全自动嫁接机的研发已成为当前热点。该文设计了甜瓜贴接嫁接机的关键部件嫁接苗切削装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化试验。论文在研制出切削装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接苗为研究对象,选取切削角度、切削半径和切削高度作为试验因素,以砧穗嫁接贴合百分比为试验指标,进行嫁接苗切削装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定了该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,嫁接苗切削装置的工作参数为切削角度-9°、切削半径39 mm、切削高度30 mm时切削装置切削效果最好,砧穗嫁接贴合百分比为98.2%,可以保证较高的嫁接成活率。切削装置可以成功地完成甜瓜嫁接苗的切削,满足设计要求。该研究为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供了参考。     

盆花包装机开袋机构设计与试验

为进一步提高现有盆花包装机的作业性能,针对现有盆花包装机开袋作业环节中存在负压吸盘吸附包装袋不稳定易脱落的问题,该文设计了增设钩袋装置的开袋机构,确定了负压吸盘、开袋运动装置和钩袋装置的主要结构参数,并对无钩袋开袋机构与有钩袋装置的开袋机构分别进行了开袋作业性能试验。试验结果表明:无钩袋开袋机构为保证作业成功率大于等于90%,开袋速度小于0.30 m/s;有钩袋装置开袋机构为保证作业成功率≥95%,当钩袋爪与吸盘的间距为2 mm、钩袋爪宽为4 mm时,开袋速度可提高到0.41 m/s,据此,可使盆花包装机整机作业生产率提高7.3%,生产率达到1 287盆/h。该研究结果为盆花包装机的开发提供重要技术参考。     

基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验

对于工厂化育秧作业的水稻、蔬菜、花卉等,尤其是超级杂交稻,其机械化秧盘育秧播种的理想目标为2~3粒/穴,且普遍存在空穴和单粒穴的情况,为了保证秧盘育秧成秧率,提高精密播种合格率就显得非常重要。该文基于机器视觉技术,提出了一种智能补种方法,设计并研制了智能补种装置,主要用于超级杂交稻钵体秧盘育秧播种质量检测与补种过程。首先利用CCD摄像头采集秧盘图像,对图像处理与分析后得到空穴和1粒穴位置坐标,再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能。应用LabVIEW图形化编程软件,针对空穴和单粒穴的补种方案,开发出秧盘播种质量在线检测与补种运动控制系统,实现了智能补种任务。由试验结果统计可知,当补种率小于2%时,双补种器能够满足450盘/h的生产需求。     

蔬菜嫁接机嫁接夹振动排序装置工作参数优化试验

为解决蔬菜嫁接夹外形结构复杂导致自动排序困难的问题,该文设计了贴接嫁接机嫁接夹振动排序装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化研究。论文在研制出振动排序装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接夹为研究对象,选取振动电压、筛选挡杆的安装角度和安装长度作为试验因素,以排夹时间变异系数为试验指标,进行嫁接夹振动排序装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,振动排序装置的最优工作参数为振动电压40 V、筛选挡杆的安装角度25.7°、安装长度45.5 mm,此时振动排序装置排夹效果最好,排夹时间变异系数为68.22%,排夹成功率可以保证100%,排夹效率为70个/min。因此,振动排序装置可以成功地完成甜瓜嫁接夹全自动排序及输送,满足设计要求,研究结果为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供重要的参考。     

Hydraulic Core Extraction: Cutting Device for Soil–Root Studies

Abstract

A critical objective of belowground research is to collect and process representative soil samples. Mechanical devices have been developed to quickly take soil cores in the field; however, techniques to rapidly process large‐diameter soil cores are lacking. Our objective was to design and construct a soil extraction–cutting system that could effectively reduce processing time. Soil cores were extracted from large diameter steel core tubes using a custom hydraulic cylinder device that vertically pushes the soil core to a desired depth increment before cutting in a horizontal direction with another hydraulically driven device. As many as eight large cores per hour could be processed with this system. This system has been effectively used in processing soil samples from both agricultural and forestry sites to meet desired experimental goals.