行星轮系取栽一体化蔬菜移栽机构优化设计及试验

为简化蔬菜毯苗移栽机构、提高移栽效率,提出了一种非圆齿轮行星轮系和变形椭圆行星轮系组合的取苗挖穴一体化移栽机构,可完成蔬菜毯苗切块、取苗、送苗、挖穴、投苗的工作过程。首先,根据蔬菜毯苗的农艺要求,选取合适的移栽轨迹,设定精确位姿点,采用运动生成机构综合方法建立取苗机构运动学模型;根据取苗机构的运动轨迹要求,基于求解参数拟合优化,获得输入轴与输出轴转角关系曲线,计算非圆齿轮行星轮系总传动比和非圆齿轮节曲线参数。其次,确定挖穴机构优化目标,获得挖穴机构参数。最后,完成整套机构组合与三维模型装配,并进行仿真和样机试验。结果表明,理论轨迹、仿真轨迹和试验轨迹基本一致,幼苗移栽平均漏栽率为2%,平均倒伏率、伤苗率、埋苗率均为1.5%,均满足农艺要求,验证了机构设计方法的准确性。

基于ROS的蔬菜移栽机器人控制系统设计

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

蔬菜移栽机栽植静轨迹可调式鸭嘴栽植装置设计与试验

蔬菜移栽机在膜上移栽时,只能在较小的范围内调整株距,以保证较小栽植穴口,株距过大会造成栽植器前移撕膜,过小会导致栽植器后移带膜,形成较大穴口,影响幼苗后期生长,为此设计一套栽植静轨迹无级可调的往复式鸭嘴栽植装置。在分析栽植装置结构特点、工作过程及调整构件尺寸参数和安装参数以实现不同株距较小穴口栽植原理的基础上,提出了一套栽植静轨迹无级可调的栽植机构及其栽植方法。通过建立机构的运动学模型,开发了可视化辅助设计软件,分析了各参数对栽植特性的影响,使用逐步逼近法确定了一组满足要求的参数:L_(1)=35 mm、L_(2)=350 mm、L_(3)=70 mm、L_(5)=280 mm、d_(D)=358 mm、Φ4=15°、x_(B)=20 mm,标定了株距每间隔50 mm对应的支点B纵坐标yB的位置。根据机构参数组合设计了鸭嘴栽植装置并建立了三维模型,进行了运动学仿真,验证了鸭嘴栽植装置结构设计的可行性。开展了实验室样机试验,试验结果表明:栽植株距在100~600 mm之间,栽植合格率大于90%,株距变异系数小于6%,穴口长度均小于100 mm,其中株距100 mm时平均穴口长度为52.26 mm,栽植效果良好,可以满足不同株距小穴口的栽植要求。

蔬菜移栽机斜齿轮-非圆齿轮行星轮系取苗机构研究

针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大,而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题,本文设计了一种满足蔬菜移栽取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线,开发取苗机构设计分析软件,分析傅里叶系数对取苗轨迹的影响规律,研究傅里叶系数对传动比曲线及从动轮和秧针速度特性的影响,揭示傅里叶系数对取苗机构运动学参数的影响规律,推导了不同傅里叶系数时取苗机构取苗角和推苗角的变化规律。制造和装配取苗机构,基于虚拟样机、高速摄像技术对取苗机构进行了旋转试验,通过对比取苗轨迹的理论、仿真和试验值一致性验证了取苗机构设计的可行性。对取苗机构进行了台架取苗试验,得出转速40、50、60 r/min时取苗机构的取苗成功率分别为94%、90%和88%,通过取苗试验进一步验证了取苗机构设计的可行性。

蔬菜移栽机研究进展

我国是全球最大蔬菜生产基地,蔬菜产量和种植面积均为世界第一。随着“用工难、用工贵”问题的日益突出,迫切需要加强蔬菜移栽装备的引进和开发,以持续提高我国蔬菜生产机械化水平。在综述国内外半自动移栽机与全自动蔬菜移栽机研究现状的基础上,分析各典型移栽机型的工作原理及结构特征;探究我国蔬菜移栽机发展存在问题,并展望了我国蔬菜移栽机的发展方向。毋容置疑,蔬菜幼苗的自动化、智能化移栽是未来的发展趋势,并将在垄形识别、仿形移栽、雷达定位方面应重点开展研究。

全自动蔬菜移栽机发展现状与趋势

详细阐述了国内外全自动蔬菜移栽机械的发展现状和特点,分析了国内外典型全自动蔬菜移栽机的配套技术和苗盘定位、输送技术及取苗技术和控制系统等关键技术要点,并提出了全自动蔬菜钵苗移栽机的发展趋势。

一种小型全自动蔬菜移栽机的设计及试验

针对丘陵地区蔬菜移栽费工费时,劳动强度高的问题,设计了一种小型全自动移栽机,其栽植株距、速度等参数可调,能够满足不同蔬菜的移栽要求。对整机结构及设计原理进行了介绍,对苗盘输送机构、顶苗机构、接取苗机构、送苗分苗机构和栽植机构等关键部件进行了设计,并根据零速栽植原理对五连杆栽植机构进行运动分析及adams仿真,得出栽植机构运动的最佳轨迹。田间试验表明:移栽机的栽植平均合格率为83.6%,栽植漏栽率为4.8%,伤苗率为0,倒伏率为5%,埋苗率为1%,露苗率为5.5%,栽植株距误差率仅为0.04%。工作过程中,移栽机能自动完成喂苗、分苗、栽植等过程,实现了蔬菜移栽自动化,较好地解决了丘陵地区蔬菜移栽的难题。

蔬菜移栽夹茎式取苗装置设计与试验

针对半自动移栽机作业效率低、作业质量差的问题,设计了一种面向蔬菜移栽机器人的夹茎式自动取苗装置。取苗装置经过整排取苗、等距分苗、精准投苗,可实现高效、高质自动化取投苗作业。建立多级剪叉分苗机构与夹苗装置的运动力学模型,对钵苗下落运动、气动系统进行模型设计及分析计算,搭建取苗试验装置。试验选取穴盘辣椒苗作为研究对象,以钵苗苗龄、基质含水率、取苗频率为试验因素,设计以取苗成功率、基质破碎率为评价指标的单因素试验。根据试验结果,采用Box-Behnken响应曲面分析法设计正交试验,探究了苗龄与基质含水率、苗龄与取苗频率及基质含水率与取苗频率之间的交互作用对取苗效果的影响,优化取苗参数。试验结果表明,当苗龄33 d、钵苗基质含水率46%、取苗频率75株/min时,取苗成功率为97.36%,基质破碎5.07%,可满足大田自动化移栽的取苗及投苗要求。

悬杯式蔬菜移栽机的运动分析与性能试验

为了更好地保证钵苗的移栽效果,该文阐述了悬杯式蔬菜移栽机的工作过程,并对其进行了运动分析,确定了钵苗在落苗过程中的速度方程。根据理论结果合理设计地轮、栽植轮、栽苗器等关键部件的结构,并加工出样机,在实验室土槽中以茄子苗为例对样机的主要性能指标进行了试验测试。试验结果表明,该移栽机机栽植质量可靠,株距合格率93.02%、直立度合格率97.79%、栽植深度变异系数0.78%、伤苗率2.19%,能满足实际生产的需要。该理论模型为悬杯式移栽机的后续设计研究提供了参考依据。

蔬菜移栽机放苗机构运动学模型建立与参数分析

推导了蔬菜移栽机放苗七杆机构的位移、速度和加速度方程,用Visual Basic 6.0语言编写了放苗机构的辅助分析和仿真程序。利用该程序分析了主要参数对该机构运动特性的影响。双曲柄机构中曲柄OA的长度对插植嘴的轨迹高度影响很大,而对轨迹的形状影响不大;曲柄CD的长度对插植嘴的轨迹高度和穴口的大小影响很大;两主动曲柄的相位差对插植嘴的轨迹高度和轨迹形状影响都很大。根据参数影响分析结果,利用该程序求得一组较优机构参数,其对应的轨迹和姿态能满足蔬菜移栽的农艺要求。

蔬菜移栽机斜插夹钵式取投苗装置研制

针对目前中国蔬菜穴盘苗全自动移栽作业,取投苗装置复杂、易失败等问题,该文设计了一种斜插夹钵式取投苗装置。通过对取投苗装置原理的分析,运用投影法对装置进行设计,确定了装置各结构参数。为保证装置具有良好的取投苗效果,对苗盘倾斜角度及苗夹入穴参数进行了设计,同时分析其运动过程,对比仿真轨迹曲线和试验实际轨迹曲线,验证了方案的可行性。综合考虑影响取投苗效果的因素,以取投苗成功率作为取投苗效果评价指标,选取弹簧刚度系数、主动杆转速、苗盘倾斜角度为试验因素,进行正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,当弹簧刚度系数为500 N/m,主动杆转速为12 r/min,苗盘倾斜角度为45°时,取投苗效果最佳,此时基质破碎率为3.13%,钵苗脱落率为2.43%,取投苗成功率为94.44%,装置的可靠性较高。研究结果可为全自动化移栽研究提供参考。

挠性圆盘式蔬菜移栽机运动仿真分析

针对长期以来传统挠性圆盘是移栽机设计过程中存在的工作效率低、研制成本高、生产周期长以及零部件在动态装配过程中无法进行干涉检验等缺点,应用Pro/E和ADAMS软件,对挠性圆盘式移栽机单机进行三维实体建模和虚拟装配,采用脚本仿真的方法实现移栽机投苗仿真全过程。结果表明:该方法提高了挠性圆盘移栽机设计效率,通过代替实体样机试验减少研发成本,并为挠性圆盘式移栽机的机构参数化设计、优化设计和试验研究奠定了基础。

悬杯式蔬菜移栽机的设计

针对吊篮式移栽机在钵苗过高时容易碰苗的问题,设计了悬杯式蔬菜移栽机,阐述了整机的结构及工作原理,并对关键部件进行了具体的结构设计。通过采用水平向后张开的悬杯结构,降低了落苗过程中的伤苗率,提高了整机的栽植质量。

蔬菜移栽机开沟器的有限元分析——基于Pro/E和ANSYS

应用基于特征的参数化造型软件Pro/E完成了蔬菜移栽开沟器的三维造型,通过接口传递数据,基于ANSYS软件建立了蔬菜移栽机开沟器在工作过程中的扰动和应力云图,从动力学和能耗方面,直观分析了能耗、应力分布与开沟器形状的关系,优化了开沟器的工作参数。通过圆弧型和直线尖角型开沟器对土壤扰动与应力云图的分析表明,直线尖角型结构优于圆弧型结构。

传送带式蔬菜移栽机的设计与研究

为解决当前我国蔬菜移栽机存在的结构复杂、配件繁多、操作麻烦且投苗率低及伤苗率高的问题,设计研究了传送带式蔬菜移栽机。该机结构简单、使用方便、工作效率高且对秧苗损伤小,使用时由拖拉机牵引,人工投苗,可实现半自动化移栽。通过更换从动链轮可对株距进行调节,通过调整传送带支架及固定架的数量及其在底盘上的位置可实现移栽行数、行距的改变,从而满足不同地区不同蔬菜的移栽农艺的要求。

蔬菜移栽机曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置研究

为了实现蔬菜移栽机取投苗的稳定性和高效性,针对夹钵取投苗方式,设计了一种全自动曲柄摇杆-导轨组合式取投苗装置。取投苗装置与送盘装置、导苗装置及分苗装置配合完成自主送盘、取苗、投苗与分苗。用解析法对取投苗装置中的摆杆-导轨及曲柄摇杆进行了结构参数设计,用矢量方程法和ADAMS仿真对取投苗装置的运动过程进行计算分析,并利用高速摄像机拍摄取投苗装置的实际运动轨迹,与仿真结果进行对比,验证了设计的正确性和可行性。以辣椒钵苗为试验对象,选取取投苗速度、苗株高度及基质含水率为试验因素,以取苗成功率、伤苗率、投苗成功率及取栽成功率为评价指标进行正交试验。试验结果表明:在给定因素水平下,整机单行取投苗速度90株/min、苗株高度110 mm、基质含水率50%时,取投苗效果最佳,取苗成功率为95.14%,伤苗率为1.39%,投苗成功率93.05%,取栽成功率91.67%。

旱地蔬菜移栽机移栽机构设计与试验

旱地蔬菜栽培技术仍然以传统的人力为主,存在存活率低、栽培效率低、工作量大且复杂等缺点。为此,提出了一种旱地蔬菜移栽机装置。首先,确定了旱地蔬菜移栽机的基本结构,确定以链传动为传动方式;采用悬杯形式进行移栽,悬杯通过凸轮连接悬杯圆盘进行转动,从而达到移栽效果。对移栽机构进行三维建模,模型导入Creo软件进行机构运动仿真,设定不同的λ值与之对应的悬杯圆盘转速,确定秧苗移栽的距离在200~400mm左右,验证了结构的合理性。根据设计参数制作了试验样机进行田间试验,结果表明:秧苗间距和移栽深度达到试验设定的规格,5组试验的秧苗直立程度良好,为其后秧苗的生长创造了有利的条件。

2ZBX-4型吊杯式蔬菜移栽机的研究与设计

针对我国当前蔬菜移栽机存在的栽植质量差的问题,设计了2ZBX-4型吊杯式蔬菜移栽机,阐述了该机工作原理并分析了工作过程。使用时由拖拉机牵引,人工投苗,可实现半自动化移栽,通过更换从动链轮可对株距进行调节。对2ZBX-4型吊杯式蔬菜移栽机进行了田间试验,结果表明:栽植株距和移栽深度稳定,可以进行多种蔬菜的移栽,损伤率、漏栽率低,直立度好,工作效率高,能满足不同地区、不同蔬菜的移栽农艺要求。

小型蔬菜移栽机械手的设计与试验

为避免蔬菜人工移栽存在的株距、行距和深浅度不均等问题,根据国家标准GB/T 5262-2008及蔬菜移栽农艺要求,设计了一种能够与吊篮-鸭嘴式移栽机结合的移栽机械手。根据现有的蔬菜育苗钵盘外形尺寸及茄科蔬菜的育苗农艺要求,并结合吊篮-鸭嘴式移栽机的结构,确定了移栽机械手的设计方案,设计了移栽机械手的整体结构及尺寸,并对移栽机械手关键部件进行有限元分析。结果表明:机械手指最大变形量为0.106mm,所受最大应力为6 5.5 MPa;大臂最大变形量为4.7 1 4×1 0^(-6)mm,所受最大应力为0.0 2 1 MPa;小臂最大变形量为9.476×10^(-6)mm,所受最大应力为0.0 2 2 6 MPa。试验结果表明:所设计的小型蔬菜移栽机械手能够在一定程度上解放劳动力,降低温室大棚内蔬菜移栽工作的劳动强度,可为以后全自动蔬菜移栽机的发展提供数据与理论参考。

蔬菜移栽机的覆土镇压器设计

旱地移栽时需要秧苗稳定并牢固的压紧在泥土内,通过覆土镇压器进行覆土和压实,覆土镇压器的研究非常重要。通过受力分析,进行压强及应力计算,确定了主要工作部件的结构和性能参数,满足农艺要求,为小型蔬菜移栽机的设计提供一定的技术支持。