【正文】 s of the direct seeding and the labor of greenhouse production is in short supply .And under the condition of the tradition way of naked root transplanting ,the survival rate and growth condition of the crops can’t be guaranteed. So, the mechanization and automation of the transplanting of tray seeding has bee an urgent need of the agricultural production. The structure of the automatic seedling transplanter is plex. So, this thesis refers to the research literature about the automatic seedling transplanter first, and then designs the structure of the automatic seedling transplanter, bining with the knowledge of the Machines and Mechanisms as well as The Machine Design. By the way of consulting the relevant literature, I know the most important function part of the automatic seedling transplanter is the end effector, and the structure of the end effector is more plicated. In order to achieve the aim of having an efficient and accurate transplanting, we must have an accurate structure design of the automatic seedling transplanter and carry on an kinematics simulation analysis. The design of the other function parts of the automatic seedling transplanter should refer to the actual situation in production practice and I should fully understand the demand of the function of the transplanter in production. Under the condition of having a rough idea of the whole structure, I can use the software Creo to build the 3D model of the transplanter‘ s each device. Then， I carry on an kinematics simulation analysis in the software Creo to determine whether the whole process of transplanting meets the requirement. At last, I should summarize the work done in this article, and put forward ideas and prospects for further research. Key words: automatic seedling transplanter。從 20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)實(shí)施“菜籃 子”工程以來(lái)，我國(guó)蔬菜的生產(chǎn)及銷售都取得了令人矚目的成就 。 穴盤育苗技術(shù)具有省工、省力、節(jié)約能源、便于管理以及保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉生產(chǎn) 。 研究穴盤苗移栽機(jī) ， 對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 ， 降低勞動(dòng)強(qiáng)度 和 促進(jìn)穴盤育苗技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。近年來(lái) ，隨著溫室蔬菜和 花卉生產(chǎn)的快速發(fā)展 ，國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械的研究發(fā)展十分迅速，此外 育苗技術(shù)的發(fā)展以及勞動(dòng) 力成本的上升也推動(dòng)著 國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械的發(fā)展 [3]。它主要利用工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體及 控制器，并安裝能 夠 完成移栽 任務(wù) 的末端執(zhí)行器和 視覺傳感器，以 此 組成一個(gè)移栽機(jī)器人系統(tǒng)。 圖 11 苗圃植物移栽機(jī)器人 1992 年 和 [5] 等人研制的移栽機(jī)器人以四自由度工業(yè)機(jī)器人 ADEPT— SCARA 為本體，帶 有 傳感器的滑移指針（ Sliding Needles with Sensor簡(jiǎn)稱 SNS）夾持器為末端執(zhí)行器。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 目前，工業(yè)機(jī)器人尚局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語(yǔ)言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu) [6]。 1995年日 本研制的 PT6000型移栽機(jī)器人是第一臺(tái) 能夠 識(shí)別有無(wú)缺苗的移栽機(jī)器人，專 門 用于穴盤苗移栽，如 圖 12 所示?？刂泼姘蹇梢燥@示出偶然出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案。當(dāng)土壤濕度較低時(shí)，該機(jī)械手移栽就不能很好地完成移栽任務(wù)。 20xx 年韓國(guó) ， 如圖 13 所 示，其移栽機(jī)械手由五桿形成的路徑發(fā)生器、夾取指針和指針驅(qū)動(dòng)器 3 部分構(gòu)成。其工作效率高、可靠性強(qiáng)，已被廣泛 應(yīng) 用于生產(chǎn)實(shí)踐。 圖 14 XT616 型移栽機(jī) 荷蘭飛梭公司生產(chǎn)的 PICOMat PC11/4 自動(dòng)移栽機(jī)的夾苗裝置為指針插入式結(jié)構(gòu)， 1 個(gè)機(jī)械臂上有 4 個(gè)夾苗裝置，移栽速率為 6000 株 /h，是人工移栽速率的 6～ 7 倍。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的穴盤育苗技術(shù)研究時(shí)間還不是很長(zhǎng)，穴盤苗移栽機(jī)的研究還剛剛起步，相比國(guó)外成熟的技術(shù)體系還存在很大的差距。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研究主要集中在對(duì)溫室內(nèi)移栽的棚室移栽機(jī)械以及用于將穴盤苗植入花盆的自動(dòng)移栽機(jī)械手的研究，還未涉足到適合大田作業(yè)的、不需手工取苗和投苗的穴盤苗全自動(dòng)移栽機(jī)械的研究，僅有少數(shù)農(nóng)業(yè)科研院校對(duì)穴盤苗移栽機(jī)進(jìn)行了探索性的研究。但該設(shè)備只適用于水稻秧苗，若用于移栽蔬菜和花卉等幼苗，則易使其莖稈秤斷。 圖 15 氣壓式可調(diào)整花卉秧苗移栽機(jī) 20xx 年，中國(guó)農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)的 孫剛對(duì)生菜自動(dòng)移栽機(jī)進(jìn)行了初步探索，設(shè)計(jì)了一種龍門式的移苗裝置 [10]。同時(shí)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)強(qiáng)麗慧 設(shè)計(jì) 的浮板蔬菜生產(chǎn)自動(dòng)移苗裝置是移苗機(jī)構(gòu)中直接與苗接觸的部分。扎入基質(zhì)中。 由于取苗機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng) 移栽的重要部件之一，主要功能是驅(qū)動(dòng)取苗機(jī)構(gòu)的移栽機(jī)械手按照一定的路徑從穴盤中取出穴苗，并夾帶穴苗至栽植器接苗口處投苗。 20xx 年，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)田素博等人設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 的穴盤苗移栽機(jī)械手控制系統(tǒng) [11]。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理， 并且 性能可靠。研究中，通過(guò) 2 臺(tái) PLC 的合理組合和程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，為移栽機(jī)器人各機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、有序運(yùn)行提供了軟件基礎(chǔ)。此外，大面積作業(yè)穴盤苗全自動(dòng)移栽機(jī)相對(duì)于溫室內(nèi)的穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)，除了要完成取苗以及放苗的移栽作業(yè)過(guò)程以外，還需 要 完成栽植作業(yè)要求。 論文研究的主要內(nèi)容和方法 本 論 文 主要針對(duì)穴盤苗移栽機(jī)的移苗末端執(zhí)行器和移栽輔助裝置兩大組成部分的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究 ，在研究中采用了 理論分析和虛擬樣機(jī)技術(shù)相結(jié)合 的辦法，完成了對(duì)整套機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析，研究的主要內(nèi)容如下： 1 對(duì) 育苗穴盤的類型、育苗基質(zhì)的成分、育苗方法和 缽苗自身的重量等 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行 測(cè)定， 為移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 結(jié)合市場(chǎng)實(shí)際需要和已學(xué)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè) 計(jì)等知識(shí)對(duì)穴盤苗移栽機(jī)內(nèi)部各構(gòu)件尺寸，各標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)的選擇和末端執(zhí)行器 的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。 本論文從葉菜栽培的幾種主要模式出發(fā)，來(lái)闡述不同模式下的移栽裝置需求，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些實(shí)際問(wèn)題。 圖 21 農(nóng)田中的葉菜 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 水培模式 水培模式是在溫室大棚中進(jìn)行 的，通過(guò)底部與四周鏤空的育苗杯將葉菜固定在水浮穴盤中。 如圖 23 所示，水浮穴盤的穴孔分布較疏松，穴盤整體尺寸是 60cm179。傳統(tǒng)移栽都是靠人工實(shí)現(xiàn)，工作效率低 且強(qiáng)度大，在一定程度上降低了經(jīng)濟(jì)效益， 通過(guò) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備 可實(shí)現(xiàn)高效移栽、省時(shí)省力的目的。穴培同樣是在溫室大棚中進(jìn)行的， 并且 便于 對(duì)幼苗進(jìn)行管理和搬運(yùn) 。 12 分布。 圖 24 穴培模式下的葉菜 圖 25 育苗穴盤 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 葉菜移栽的需求分析 根據(jù)葉菜培養(yǎng)模式的不同，我們需要的移栽裝置也略有差異，農(nóng)科院要實(shí)現(xiàn)的移栽主要有兩類，一類是將育苗穴盤中的幼苗移栽到水浮穴盤中，另一類是將育苗穴盤中的幼苗移栽到種植穴盤或農(nóng)田 中。 水培模式下的移栽 水培模式下，主要是將育苗穴盤中的幼苗按 行移栽到水浮穴盤中，這需要通過(guò)一定的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)。 圖 26 用于移栽到農(nóng)田中的育苗穴盤 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 14 圖 27 連同基質(zhì)一起 提出 的待移栽幼苗 移栽方案選擇 本論文主要針對(duì) 研究較少的 水培模式下的移栽作業(yè)，力圖研究設(shè)計(jì)一臺(tái)穴盤苗 自動(dòng) 移栽機(jī)械，用于將育苗穴盤中的穴盤苗移栽至水浮穴盤之中。穴盤 類型主要 包括硬質(zhì)穴盤和可卷曲的軟 質(zhì) 穴盤，軟 質(zhì) 穴盤一般在日本的自動(dòng)移栽機(jī)上使用，國(guó)內(nèi)一般使用硬質(zhì)穴盤，因?yàn)橛操|(zhì)穴盤 使用成本較低 ?？籽ǘ?、容積小的穴盤單盤育苗數(shù)量多，但苗葉易出現(xiàn)纏繞現(xiàn)象，不利于機(jī)械自動(dòng)取苗，故目前自動(dòng)取苗領(lǐng)域的研究多采用 128 孔（ 16179。 30mm， 下 口孔徑 為 15mm179。 18mm， 孔穴深為 40mm，相鄰孔穴中心距為 。目前，穴盤育苗基質(zhì)的主要材料是草炭，多數(shù)是草炭和蛭石或珍珠巖的混合物，蛭石可以透氣吸水，珍珠巖可以改造土壤，調(diào)節(jié)土壤板結(jié)，防止農(nóng)作物倒伏，控制肥效和肥度。 穴盤育苗方法 本 論 文選用“ 騰飛金椒 ”辣椒種子進(jìn)行育苗。覆土厚度應(yīng) 以與穴孔口相齊為佳。這期間對(duì)幼苗真葉生長(zhǎng)最重要的因素就是水分，澆水時(shí)要遵循“干濕交替”的原則，即一次澆透，待基質(zhì)轉(zhuǎn)干后再澆第二次水，定值前適當(dāng)降低室溫 3℃ ~5℃，維持 4~5 天左右，以進(jìn)行煉苗，增強(qiáng)幼苗抗逆性，提高定植后的成活率。選取含水率 60%，浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 育苗時(shí)間為 50 天的辣椒缽苗進(jìn)行測(cè)量。 4 試驗(yàn)步驟： （ 1） 插上電源，將電子計(jì)價(jià)秤清零。 圖 31 穴盤苗移栽機(jī)三維模型 盤庫(kù)裝置 盤庫(kù)裝置主要用于空的水浮穴盤的存放，以及向移栽裝置輸送水浮穴盤。機(jī)架使用鋁型材進(jìn)行搭建，整體框架尺寸大約在 (長(zhǎng) 寬 高 )左右 。滾筒上安裝了一條寬度浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 為 510mm 的輸送帶，由于整體結(jié)構(gòu)限制，寬度比水浮穴盤的寬度略窄。通過(guò)控制電機(jī)的精確控制，使得兩條輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度相同，轉(zhuǎn)向相反，同時(shí)使傳送帶上的擋板一一對(duì)應(yīng)，可以形成多對(duì)擋板組合，每對(duì)擋板組合之間均可放置一個(gè)空的水浮穴盤。這時(shí)，水平輸送帶的控制電機(jī)開始工作，將水浮穴盤輸送到移栽裝置上。機(jī)架上部有兩根光軸導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有導(dǎo)軌滑塊，滑塊下可以連接移缽裝置。水浮穴盤放在輸送帶之上且限制在前后兩塊擋板之間，隨著輸送帶的運(yùn)轉(zhuǎn) 而移動(dòng)。絲桿滑臺(tái)上部安裝有一塊支撐平板，平板上安裝了 4 個(gè)光軸滑塊以及 3 個(gè)齒形帶輪 ，以此來(lái)連接在機(jī)架上的光軸導(dǎo)軌之上 。而末端執(zhí)行器通過(guò)連接板連接在左右兩塊光軸滑塊之上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)手 爪的上下平移運(yùn)動(dòng)?？紤]到輸送裝置中傳送帶距地面的距離僅有 米之多，如果直接采用傾斜滑梯裝置將輸送裝置中傳送帶上的穴盤送入水池，會(huì)使穴盤在輸送過(guò)程中傾角過(guò)大，有可能會(huì)使育苗杯中的缽?fù)翞⒙涑鰜?lái)，造成不便，故考慮設(shè)置升降工作臺(tái)。同時(shí)在水平框架靠近主動(dòng)滾筒的一端設(shè)置了一個(gè)電機(jī)平臺(tái)，用于安裝帶動(dòng)滾筒工作的步進(jìn)電機(jī)。 圖 36 升降工作臺(tái)三維模型 移栽機(jī)的工作過(guò)程 本 論 文設(shè)計(jì)的穴盤苗移栽機(jī)主要包括盤庫(kù)裝置、移栽裝置和穴盤入池裝置三大組成部分， 為了順利地完成移栽作業(yè)，需要對(duì)各裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，以使各裝置之間的運(yùn)動(dòng)流程銜接正常。水浮穴盤由于受到底部 水平 傳 輸 送帶的支 撐，與寬輸送帶擋板完全脫離。 首先， 連接絲桿的控制電機(jī)開始工作，帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，從而 末端執(zhí)行器通過(guò)絲桿 滑臺(tái)上升至上極限位置，并且此時(shí)取苗爪呈張開狀（雙桿氣缸未伸出）。之后，絲桿滑臺(tái)在控制電機(jī)的控制下，使末端執(zhí)行器整體向下移動(dòng)一段距離，將缽苗壓入水浮穴盤的穴孔中。 待一塊水浮穴盤中已經(jīng)裝滿了缽苗后，移栽 裝置中的水平輸送帶繼續(xù)傳動(dòng)，將水浮穴盤向穴盤中入池裝置傳輸。