【摘要】：移栽能提早作物的生長(zhǎng)進(jìn)程、提高單產(chǎn),還能避免幼苗期的大風(fēng)、雨害、低溫等不利天氣。目前,受栽植裝備發(fā)展水平的影響和適應(yīng)性限制,移栽基本以手工和半自動(dòng)移栽為主。手工移栽勞動(dòng)強(qiáng)度較大,不利于新疆大面積的移栽作業(yè);半自動(dòng)移栽的作業(yè)效率和勞動(dòng)強(qiáng)度都有了一定的改善,但人工喂苗速度低,輔助人員數(shù)量較多,機(jī)械化效益不明顯；全自動(dòng)移栽機(jī)能夠很好的解決當(dāng)前作業(yè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題,被國(guó)內(nèi)外同行普遍認(rèn)為是未來(lái)移栽的發(fā)展方向,故本研究開(kāi)展移栽機(jī)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn),推動(dòng)國(guó)內(nèi)自動(dòng)移栽技術(shù)向前發(fā)展。(1)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)移栽形式的發(fā)展現(xiàn)狀分析和研究?jī)?nèi)容介紹。闡述了課題研究背景和意義,總結(jié)現(xiàn)有溫室內(nèi)移栽和大田移栽的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)和原理,提出我國(guó)移栽機(jī)發(fā)展要解決穴盤(pán)苗自動(dòng)化取、喂的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外幾種典型自動(dòng)取苗形式,結(jié)合我國(guó)常用的半自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定了自動(dòng)取喂苗系統(tǒng)的研究目標(biāo)和具體實(shí)施方案。(2)辣椒穴盤(pán)苗特性測(cè)定。對(duì)穴盤(pán)苗的形式、特點(diǎn)進(jìn)行介紹,總結(jié)了國(guó)內(nèi)常用的穴盤(pán)苗規(guī)格。通過(guò)對(duì)隨機(jī)選取的辣椒穴盤(pán)苗形態(tài)特性測(cè)定,得出適宜移栽期的穴盤(pán)苗的高度在150-200mm之間,莖稈直徑在1.56-2.06mm之間,高度與莖稈直徑變化正相關(guān),穴盤(pán)苗葉片長(zhǎng)度以中部最長(zhǎng),根部略短,稍部最短。掉落特性試驗(yàn)表明,隨著穴盤(pán)苗掉落高度的增加,穴盤(pán)苗基質(zhì)損失更加明顯,且第二次掉落時(shí)的基質(zhì)損失率會(huì)略高于第一次。掉落形態(tài)試驗(yàn)顯示,當(dāng)穴盤(pán)苗掉落高度超過(guò)400mm,穴盤(pán)苗的基質(zhì)將發(fā)生明顯的擠壓變形,且莖稈受到中擊后也會(huì)發(fā)生彎曲變化,掉落高度200mm、300mm時(shí),基質(zhì)形狀變化不明顯,莖稈也無(wú)明顯彎曲現(xiàn)象。(3)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作步驟和基本要求。確定了自動(dòng)取喂系統(tǒng)基本要求,提出設(shè)計(jì)自動(dòng)取喂系統(tǒng)的工作假說(shuō),即穴盤(pán)苗機(jī)械化可取和取喂系統(tǒng)功能可分解。明確了各模塊的功能和工作步驟,將穴盤(pán)苗移栽自動(dòng)取喂系統(tǒng)劃分為穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置、取苗機(jī)械手、喂苗裝置進(jìn)行分別設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。(4)穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。為有效分苗,確定了間隔取苗的基本方案,并規(guī)劃穴盤(pán)以“幾”字型移位。設(shè)計(jì)了穴盤(pán)步進(jìn)移位裝置,包含有穴盤(pán)橫向移位、穴盤(pán)縱向移位機(jī)構(gòu)、壓盤(pán)機(jī)構(gòu)。確定了以雙桿氣缸TN25X40驅(qū)動(dòng)的橫向移位機(jī)構(gòu)和以可調(diào)氣缸SDAJ32 × 60-40驅(qū)動(dòng)的縱向移位機(jī)構(gòu),經(jīng)核算,氣缸驅(qū)動(dòng)力能夠滿足要求。對(duì)穴盤(pán)步進(jìn)移位機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能檢驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)影響因素試驗(yàn),以工作氣壓、穴盤(pán)姿態(tài)、穴盤(pán)載荷為影響因素,以穴盤(pán)橫向移位在左、右兩側(cè)偏差為橫向移位試驗(yàn)指標(biāo),以縱向每步的運(yùn)動(dòng)距離為縱向試驗(yàn)指標(biāo),采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排試驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果采用方差分析,得出工作氣壓對(duì)穴盤(pán)橫向移位和縱向移位的影響極顯著,而穴盤(pán)姿態(tài)和載荷對(duì)移位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性無(wú)顯著影響。(5)翻轉(zhuǎn)式取苗機(jī)械手的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。對(duì)比分析現(xiàn)有取苗方式,決定采用扎取方式進(jìn)行取苗,經(jīng)簡(jiǎn)易取苗器驗(yàn)證,取苗方式可行。借助微機(jī)萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了柔性滑針扎入基質(zhì)所需的扎取力均小于2N,滑針在導(dǎo)管內(nèi)的摩擦力小于1N�；谌∶缙髟�,設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)取出8株穴盤(pán)苗的組合取苗機(jī)械手,計(jì)算得驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的扎苗氣缸所需推力為72N,選定了扎苗驅(qū)動(dòng)的氣缸,校核氣缸驅(qū)動(dòng)力滿足扎苗作業(yè)要求。以取苗機(jī)械手為核心,設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)擺位式機(jī)械手機(jī)構(gòu),確定了擺位機(jī)械手的動(dòng)作順序,計(jì)算得出擺位取苗機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)自由度為3,并給出機(jī)械手取苗運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保持的角度限制范圍與擺臂長(zhǎng)度、擺臂夾角之間的關(guān)系。借助ADMAS軟件對(duì)擺臂機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真,驗(yàn)證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)路徑。以工作氣壓、排氣控制、導(dǎo)向桿定位為試驗(yàn)因素,采用正交試驗(yàn)方法對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)位置偏移量進(jìn)行測(cè)定和分析,得出導(dǎo)桿定位裝置對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)影響顯著。(6)柔性鏈輸送喂入裝置設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。對(duì)主動(dòng)和被動(dòng)兩種活門(mén)開(kāi)啟方式進(jìn)行對(duì)比,確定采用較簡(jiǎn)單的被動(dòng)活門(mén)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)。借助高速攝像技術(shù),觀察穴盤(pán)苗落入到苗筒后的姿態(tài),得出以45度單側(cè)活門(mén)作為苗筒活門(mén)開(kāi)啟形式。設(shè)計(jì)了柔性鏈輸送喂入裝置,對(duì)異形鏈和擺動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行了選型,由擺動(dòng)馬達(dá)和棘輪棘爪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇驅(qū)動(dòng),校核擺動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力滿足驅(qū)動(dòng)要求。在氣壓為0.4Mpa、0.45Mpa、0.5Mpa、0.55Mpa、0.6Mpa下對(duì)柔性鏈輸送喂入系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)偏差進(jìn)行試驗(yàn),得出氣壓大小對(duì)運(yùn)動(dòng)影響明顯。借助LMS多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和加速度傳感器,對(duì)柔性鏈輸送喂入系統(tǒng)的振動(dòng)加速度進(jìn)行了測(cè)定,得出苗筒隨著輸送鏈移動(dòng)過(guò)程中,在轉(zhuǎn)彎處的加速度較大,直線移位時(shí)較小,且距離主動(dòng)鏈輪緊邊附近的苗筒加速度比松邊加速度大。(7)穴盤(pán)苗移栽自動(dòng)取喂系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制和性能試驗(yàn)。完成了穴盤(pán)苗自動(dòng)取喂系統(tǒng)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì),確定氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成,通過(guò)計(jì)算得出自動(dòng)取喂系統(tǒng)的耗氣總量為60.56L/min。對(duì)PLC硬件、傳感器、磁性開(kāi)關(guān)等控制元件進(jìn)行選型,規(guī)劃系統(tǒng)的控制程序流程,編排自動(dòng)取喂系統(tǒng)的控制時(shí)序。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定,穴盤(pán)苗移栽自動(dòng)取喂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)動(dòng)作和功能,系統(tǒng)取喂速度達(dá)到了70株/min設(shè)計(jì)目標(biāo),取苗基質(zhì)損失率小于10%,自動(dòng)取喂系統(tǒng)室內(nèi)試驗(yàn)取苗總成功率達(dá)98.92%。
【圖文】：

程控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置控制，配有多種不同規(guī)格的機(jī)械手末端執(zhí)巧器，適應(yīng)不同規(guī)格逡逑Ｉ咧題ｉ逡逑圖１－２邋ＸＴ６１６型移栽機(jī)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＸＴ６１６邋ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ逡逑的穴盤(pán)苗移栽，提高了移栽系統(tǒng)的利用率、輸送平臺(tái)可折疊，可充分節(jié)省空間及成本，逡逑３逡逑

、邐Ｊ逡逑圖１－１邋ＳＮＳ夾取器逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋ＳＮＳ邋Ｐｉｃｋｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑１９９５年日本生產(chǎn)的ＰＴ６０００型移栽機(jī)器人是第一臺(tái)對(duì)有無(wú)缺苗現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別的移逡逑栽機(jī)器人，工作時(shí)，穴盤(pán)苗依靠苗盤(pán)輸送系統(tǒng)移動(dòng)至夾取位置，經(jīng)光電傳感器檢測(cè)，逡逑若穴孔內(nèi)有穴盤(pán)苗，穴盤(pán)苗被夾取裝置抓起，并隨著機(jī)械手移動(dòng)到指定的放苗位置，逡逑穴盤(pán)苗被夾取裝置釋放，隨后輸送帶將穴苗盤(pán)移走Ｕ＂。其控制部分采用自診斷裝置，逡逑智能化程度在當(dāng)時(shí)已經(jīng)相當(dāng)高。逡逑韓國(guó)Ｒｙｕ設(shè)計(jì)了一種由氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的取苗機(jī)構(gòu)，該裝置的取苗機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)卡盤(pán)、逡逑夾取指、步進(jìn)電機(jī)和氣缸組成。氣缸可Ｌ：Ａ推動(dòng)夾取指扎入基質(zhì)中，然后通過(guò)氣動(dòng)卡盤(pán)逡逑實(shí)現(xiàn)對(duì)穴盤(pán)苗的夾取、保持和投放。２００２年韓國(guó)Ｃｈｏｉ等人開(kāi)發(fā)了一種新的用于蔬菜逡逑移栽的取苗裝置。該取苗裝置是由夾取指針、軌跡發(fā)生器和指針驅(qū)動(dòng)器紐成。使用番逡逑茄苗做實(shí)驗(yàn)，該裝置每分鐘能移栽３０個(gè)番茄苗，，移栽成功率高達(dá)９７％ｎ＇ｗ？。逡逑澳大利亞Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ公司生產(chǎn)的ＸＴ６１６型移栽機(jī)（圖＾２），采用可編逡逑程控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置控制
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：S223.9

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本文編號(hào)：2707373