溫室穴盤苗移栽機的設計及試驗研究.pdf

1、移栽具有對氣候的補償作用和使作物生育提早的綜合效益，可充分利用光熱資源，其經(jīng)濟效益和社會效益均十分可觀。但是，由于移栽的作業(yè)環(huán)節(jié)多，技術要求高，用工量為直播的5～8倍，在溫室生產(chǎn)勞動力短缺的情況下，加之傳統(tǒng)的人工移栽后作物的成活率和生長狀況等沒有保證，因而限制了其大面積應用。移栽機械自動化的目的不僅在于減少勞動力，更重要的是降低操作難度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，保證作業(yè)質(zhì)量。
　　 本文設計了一種適用于穴盤苗移栽的移栽機及其控制系統(tǒng)，并對

2、移栽機構進行了運動仿真分析和試驗研究，研究結果將為溫室穴盤苗移栽機的進一步性能優(yōu)化提供依據(jù)。
　　 本文的主要研究內(nèi)容及相關結論如下：
　　 (1)根據(jù)本研究的實際要求，選取結構最為簡單的直角坐標機器人作為移栽機設計的原型。機械結構部分主要包括：橫向軸，縱向軸，移栽機械手，穴盤輸送系統(tǒng)等部分。整機有4個自由度，其中機械手有水平、垂直、抓緊和放松3個自由度，還有1個自由度由穴盤輸送系統(tǒng)的進給實現(xiàn)。移栽機的傳動方式采用絲杠傳

3、動，而驅動方式采用步進電機驅動。
　　 (2)機械手的末端執(zhí)行器最初采用了結構緊湊、重量輕的滑槽凸輪式夾持機構和斜楔杠桿式夾持機構。前者手指末端之間的距離范圍為36～72mm，通過試驗得出該方案的移栽成功率低于10％;而采用斜楔杠桿式夾持機構作為末端執(zhí)行器的最終方案，其夾持機構手指末端之間的距離范圍為12～30mm，移栽平均成功率達到76.11％。
　　 (3)采用平面內(nèi)規(guī)劃機械手運動軌跡的方法，并利用ADAMS軟件來完

4、成移栽機的運動學仿真。利用ADAMS軟件進行運動仿真試驗，能夠減少反復試驗調(diào)整結構參數(shù)和控制參數(shù)的時間。從仿真實時得到的各關節(jié)運動性能曲線中可以看出移栽機械手能夠按照規(guī)劃的路徑到達規(guī)劃點，運動過程平穩(wěn)。采用規(guī)劃的運行方式，機械手運行所用的時間比傳統(tǒng)方式所用時間縮短了0.362s，工作效率提高了15.33％左右。
　　 (4)基于軌跡規(guī)劃的方案，結合實際硬件的情況，進行基于PLC的溫室穴盤苗移栽機控制系統(tǒng)的設計，以期達到軟硬件的最

5、佳匹配，提高移栽機的工作效率。利用HOLLYSYS公司PLC（型號：LM3108）設計了移栽機的控制系統(tǒng)，通過試驗證明控制方案是正確可行的。
　　 (5)進行整機裝配調(diào)試，通過試驗驗證整個機構、控制系統(tǒng)設計合理。通過正交試驗分析得出移栽機最佳工作條件為秧苗高度40mm;抓取深度50mm;手指間末端垂直距離為20mm，即夾緊力為3.877N左右。試驗證明，夾緊力對移栽成功率造成的影響最大，其次為抓取深度，秧苗高度對移栽成功率造成的