【正文】 從而使同一導(dǎo)軌上的托盤互 相靠近。該氣缸通過連接件推動(dòng)最外側(cè)的剪叉連桿運(yùn)動(dòng)，從而使菱形變形，最終間距擴(kuò)大。 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 28 該末端執(zhí)行器的 特點(diǎn) 主要有以下幾點(diǎn) ：（ 1） 通過兩個(gè)互不干擾的氣缸提供動(dòng)力；（ 2） 針筒 氣缸實(shí)現(xiàn) 剪叉機(jī)構(gòu)的 等間距縮放；（ 3） 雙桿氣缸驅(qū)動(dòng)鋼絲繩牽引夾合托板 ，實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作。 該末端執(zhí)行器的工作原理是：開始時(shí)，電機(jī) 工作， 帶動(dòng) 皮帶輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得 復(fù)合鋼繩繞在皮帶輪上，又因?yàn)閺椈蓮椥韵禂?shù)各不相同，滑塊就有次序地開始移動(dòng)，夾合托板兩兩間距變小，分別到達(dá)突出擋板處后停止移動(dòng)。此外，取苗爪夾合托板的左右兩沿的長(zhǎng)度不宜過短，應(yīng)能夠完全支撐育苗杯的邊沿。剪叉連桿的形狀為中間長(zhǎng)條形，兩頭半圓形。設(shè)連桿交叉角度為 θ，連桿長(zhǎng)度為 L1=160mm，水平間距為L(zhǎng)2=100mm，則根據(jù)余弦公式 222 1 1 1 1L 2 = 2 c o s2 2 2 2L L L L ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?可得θ=176。在 T 型長(zhǎng)條拉線擋板上開有寬度約 30mm的細(xì)長(zhǎng)槽，鋼線可以在細(xì)長(zhǎng)槽中進(jìn)行滑動(dòng)，并且可以 隨 T 型長(zhǎng)條擋板進(jìn)行上下移動(dòng)。在雙桿氣缸的側(cè)面固定了一塊 L 型長(zhǎng)條拉線擋板。剪叉機(jī)構(gòu)收縮和伸浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 開極限位置的平面示意圖 如圖 46 和圖 47 所示。在長(zhǎng)條形區(qū)域的中間部位開有一直徑 8mm 的圓孔，在半圓形區(qū)域的圓心處開有直徑 10mm 的圓孔。左右兩沿的長(zhǎng)度為 30mm。夾持住育苗杯之后，電機(jī)工作，皮帶輪逆浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，夾合托板間 距離變大，滑塊分別到達(dá)突出擋板處后停止移動(dòng)，此時(shí)電機(jī)繼續(xù)工作，凸輪桿轉(zhuǎn)動(dòng)，松開育苗杯。 單驅(qū)動(dòng)彈動(dòng)限位式 末端執(zhí)行器連接部分 包括 ：皮帶輪與最外側(cè)滑塊的鋼繩、連接桿、 皮帶。六根剎車線分別通過在外殼上端和氣缸上六個(gè)孔的長(zhǎng)條，再分別固定在氣缸推桿的六個(gè)孔上，最后連在夾合托板 上 ，短彈簧固定在夾合托板內(nèi)的剎車線上。育苗杯由手抓運(yùn)送至指定位置后，兩個(gè)安裝面板上的雙桿氣缸同時(shí)伸出，拉動(dòng)上導(dǎo)軌上的滑塊向下移動(dòng)，在短連桿的帶動(dòng)下，下導(dǎo)軌的滑塊互相遠(yuǎn)離，從而使手抓之間的間距擴(kuò)大至設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。 每個(gè)安裝面板上的若干個(gè)托盤，還分別與另一安裝面板上的若干個(gè)托盤一一相互對(duì)應(yīng) ， 組合成若干對(duì)用于夾持育苗杯的手抓。秧針式末端執(zhí)行器主要是通過把秧針插入育苗杯的缽?fù)林?，將缽苗和育苗杯分離，然后再將缽苗移栽至其他育苗處。 最后 ，下部的傳送帶做單步傳動(dòng)，使水浮穴盤向左移動(dòng)一排 ， 完成一排穴盤苗的移栽作業(yè) 。這時(shí)，移栽裝置中的水平輸送帶在控制電機(jī)的控制下開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將由盤庫裝置輸送而來的水浮穴盤輸送至指定的理想位置，然后水平輸送帶的控制電機(jī)停止工作。傾斜滑梯輸送裝置由具有較小傾角的傾斜支架、滾筒、輸送帶和控制電機(jī)等部件組成，用于將由升降工作臺(tái)的水平輸送帶 輸送而來的穴盤傳輸至水池中。 圖 35 移栽裝置三維模型 穴盤入池裝置 以往移栽機(jī)移栽完成之后大多由人工將裝滿缽苗的穴盤放入水池中，但實(shí)踐證明人工操作效率不高，而且易損傷缽苗，故本論文設(shè)計(jì)了 一種穴盤入穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 22 池裝置，以達(dá)到將穴盤自動(dòng)輸送入水池的目的 。 而育苗穴盤的放置位置則較高，放在輸送帶之上的一個(gè)平臺(tái)上，位置則固定不動(dòng) 。機(jī)架和輸送 裝置是 移栽裝置的主體部分，實(shí)現(xiàn)對(duì) 水浮穴盤的 輸送和定位以及移缽裝置的前后移動(dòng)。三對(duì)滾筒的控制電機(jī)均安裝在機(jī)架底 部的支承平板上，通過帶輪連接皮帶來帶動(dòng)滾筒工作。通過搜集相關(guān)資料 [17]，本論文中設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易盤庫裝置，用于實(shí)現(xiàn)水浮穴盤的存放及輸送。 2 實(shí)驗(yàn)儀器：選用型號(hào)為 ACS— 30，最大稱量 30kg，最小稱量 20kg，分度值 10g 的電子計(jì)價(jià)秤 。 3 苗期管理 在出苗前，封閉溫室以提高室內(nèi)的溫度，促進(jìn)種子盡快出齊苗。同時(shí)針對(duì)其他的各種類型的基質(zhì)的配比，各地研究人員也進(jìn)行了很多的研究。 72 孔 穴盤 的 具體規(guī)格為：其上口和下口均 為正方形，上口孔徑 為 38mm179。 280mm， 按穴孔數(shù)一般可分為 36 穴、 50 穴、 72 穴、 128 穴、 200 穴等幾種。 傳統(tǒng)模式下的移栽 傳統(tǒng) 模式下，主要是將育苗穴盤中的幼苗移栽到農(nóng)田中，同樣需要通過機(jī)械裝置來 實(shí)現(xiàn)，移栽動(dòng)作主要是針插 — 夾持 — 移動(dòng) — 放置四步。黑色塑料育苗杯具有白天吸熱，夜晚保溫護(hù)根、保肥作用，干旱 時(shí)節(jié)還具有保水作用。 一個(gè)穴盤的尺寸約為 28cm179。如 圖22 所示 ， 圖中 左中右水池寬度 的 分別為 180cm、 120cm 和 120cm。運(yùn)用動(dòng)力學(xué) 仿真軟件對(duì)移 栽機(jī)三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，觀察整個(gè)工作過程是否科學(xué)合理，末端執(zhí)行器 的運(yùn)動(dòng)是否精確，以及運(yùn)動(dòng)中是否會(huì)與移栽機(jī)其他部件發(fā)生干涉。 我國(guó)研制穴盤苗移栽機(jī)的必要性 發(fā)展穴盤苗自動(dòng)移栽技術(shù)，研制適合我國(guó)國(guó)情的穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)，已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化和產(chǎn)業(yè)化急需解決的問題。 圖 16 基于 PLC 的穴盤苗移栽機(jī)機(jī)械手示意圖 20xx 年，劉凱等人研究了 PLC 在穴盤苗移栽機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [12]。因此，一部分高校對(duì)穴盤秧苗移栽機(jī)的取苗機(jī)構(gòu)這一關(guān)鍵部件進(jìn)行了專門研究。移苗裝置由移苗氣缸、移苗針、可調(diào)角度連接件和移苗針固定架等 構(gòu)件 組成。假植爪運(yùn)動(dòng) 的流程 為：當(dāng)假植爪位于原點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)為假植爪整體上升、夾取爪打開并且位于穴盤上方 ； 當(dāng)要夾取 穴盤苗時(shí)則假植爪整體往下降至定點(diǎn)后夾取，動(dòng)作完成后，假植爪往上 移動(dòng)至生長(zhǎng)盤位置上方，假植爪下降將穴盤苗植入生長(zhǎng)盤中，然后 假植爪打開并同時(shí)上升，再借著氣壓缸回到原點(diǎn)，以 此完成單一 循環(huán)的假植作業(yè)。常見的田間露地移栽機(jī)機(jī)型主要包括 ： 鉗夾式移栽機(jī)、鏈夾式移栽機(jī)、撓性圓盤式移栽機(jī)、吊杯式移栽機(jī)、導(dǎo)苗管式移栽機(jī)、輸送帶式移栽機(jī)及 空氣整穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 6 根營(yíng)養(yǎng)缽育苗移栽機(jī)。該移栽機(jī)體積相對(duì)較小，可靠性和靈活性較高，適用于大型育苗生產(chǎn)線和中小育苗戶。改進(jìn)后的夾取器的 2 個(gè)手指 之間 成 15176。工作時(shí)，穴盤輸送系統(tǒng)將穴盤苗移動(dòng)到 拔苗器下方，經(jīng)光電傳感器檢測(cè)，在穴孔內(nèi)無缺苗時(shí)，拔苗器將穴苗抓起，用機(jī)械手帶動(dòng)到空的盆狀容器所在位置，拔苗器放下秧苗，然后盆狀容器輸送帶將植入穴苗的生長(zhǎng)盤移走，空的生長(zhǎng)盤輸送到位。在苗盤相鄰的情況下，移栽單個(gè)苗的時(shí)間為 ～ 。到目前為止，穴盤苗移栽機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是依托現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人為本體的穴盤苗 移栽機(jī)，另一種是研制獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)的穴盤苗移栽機(jī)。 移栽具有對(duì)氣候的補(bǔ)償作用并具有使作物生育提早的生態(tài)效益，同時(shí)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也非常可觀。 structure design。 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的最主要功能部件是末端執(zhí)行器 ，并且末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)說明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。 在對(duì)整臺(tái)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)有了大致構(gòu)思后，運(yùn)用 Creo 軟件對(duì)移栽機(jī)各組成裝置進(jìn)行三維建模，并虛擬裝配成移栽機(jī)三維模型。特別是隨著近年來人民生活水平的提高和我國(guó)加入 WTO 以后，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng) 對(duì)蔬菜 的巨大需求更加促進(jìn) 了蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 [1]。發(fā)達(dá)國(guó)家的穴盤苗育苗移栽技術(shù)起步較早 ，并且 栽植技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展很快。 1987 年美國(guó)奧本大學(xué) Kutz 等人設(shè)計(jì)的苗圃植物移栽機(jī)器人 [4]，如 圖 11 所示。因此，以工業(yè)機(jī)器人為本體的移栽機(jī)具有特定的功能，即只適用于特定的環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，如增加傳 感器模塊等，并且這種封閉式結(jié)構(gòu)對(duì)移栽的作業(yè)對(duì)象和作業(yè)空間加以限制，其通用性差、利用率較低，與溫室自動(dòng)化流水線作業(yè)設(shè)施不易實(shí)現(xiàn)配套，且價(jià)格昂貴，因而該類型穴盤苗移栽機(jī)未能得到推廣。這種機(jī)器人的智能化程度很高。樣機(jī)試驗(yàn)證 明苗齡、指針插入深度、夾持位置及 抓苗速度對(duì)移栽成功率均有影響；每分鐘抓30 株 23 天 苗齡的 秧 苗，成功率為 97%。 美國(guó) RAPID 公司生產(chǎn)的 RTW 系列穴 盤 苗移栽機(jī)的移栽手具有體積小、自由度大的特點(diǎn)，對(duì)低于或高于標(biāo)準(zhǔn)移栽高度的穴盤苗也能成功移栽。 1996 年，吉林工業(yè)大學(xué) 的 范云翔等 人 研制出 了 一種空氣整根氣吸式秧苗全自動(dòng)移栽機(jī) [8]。其用氣爪作為執(zhí)行部件，采用運(yùn)行 μC /OS－ Ⅱ 嵌入式操作系統(tǒng)的 16 位微控制器作為核心的控制系統(tǒng) [11]。之后，機(jī)械臂縮回，并向栽苗位置移動(dòng)。其中，穴盤苗移栽機(jī)械手的工作過程：“定位 — 抓取 — 定位 — 投放”，能實(shí)現(xiàn)穴 盤 苗單線 往復(fù)移栽。該控制系統(tǒng)整體布局合理、穩(wěn)定性好、程序設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單易行，提高了控制系統(tǒng)的柔性和可靠性，較好地兼顧了精度和成本。 2 穴盤苗移栽機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 葉菜栽培的主要模式 傳統(tǒng)農(nóng)田栽培模式 圖 21 所 示為傳統(tǒng)模式下人工栽培的葉菜， 傳統(tǒng)農(nóng)田栽培模式的葉菜 往往具有分布不均、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、收采不便等缺點(diǎn)。 80cm，穴孔按 6179。 穴培 模式的另一顯著優(yōu)點(diǎn)就是便于采收，由于葉菜排列較整齊，通過采收裝置比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)采收。 葉菜移栽是生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，有利于彌補(bǔ)光照不足和生長(zhǎng)溫度不宜等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光熱資源的充分利用。 穴盤苗與穴盤苗物理特性研究 育苗穴盤的選擇 穴盤育苗是一個(gè)新的行業(yè)，是 20 世紀(jì) 70 年代在國(guó)際上發(fā)展起來的一項(xiàng)新型的 育苗技術(shù)，是現(xiàn)代蔬菜工廠化育苗體系中的關(guān)鍵技術(shù)之一， 也是目前國(guó)內(nèi)外專業(yè)育苗公司采用的最專業(yè)、最重要的育苗手段。 8）和 72 孔 （ 12179。 根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)要求，需要選擇一定規(guī)格的穴盤作為設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)尺寸的依據(jù)，不同規(guī)格的穴盤對(duì)移栽機(jī)的設(shè)計(jì)和末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)要求都會(huì)產(chǎn)生影響，根據(jù)農(nóng)科院的實(shí)際生產(chǎn)需要，選取 72 孔的國(guó)內(nèi)硬質(zhì)穴盤為本論文設(shè)計(jì)的穴盤苗移栽機(jī)的育苗穴盤。種子經(jīng)催芽后即可進(jìn)行播種，具體方法為 [1416]： 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 16 1 裝盤 首先將基質(zhì)加水?dāng)嚢杈鶆颍够|(zhì)中不得有較大結(jié)塊，調(diào)節(jié)含水率至 80%左右，將配好的基質(zhì)填滿穴盤，并用刮板將基質(zhì)壓實(shí)并刮平，保證盤邊的孔穴全部填實(shí)，基質(zhì)的壓實(shí)度以用手指輕按基質(zhì)，孔穴內(nèi)的基質(zhì)不會(huì)明顯下陷為準(zhǔn)。幼苗苗齡一般為 50 天左 右，兩葉 一心時(shí)即可移栽。 （ 2） 將每盤穴盤苗逐一進(jìn)行測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。在機(jī)架的頂部和中部各安裝了兩個(gè)滾筒，共計(jì)兩對(duì)滾筒，每對(duì)滾筒中的兩個(gè)滾筒呈垂直布置，并在其上各安裝一條豎直輸送帶。通過多對(duì)擋板組合，共可存放大約15 個(gè)空的水浮穴盤，實(shí)現(xiàn)了水浮穴盤的大量存放要求。在兩根光軸 導(dǎo)軌之間有一齒形帶，通過安裝在機(jī)架上部一端的電機(jī)工作，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以帶動(dòng)與其 相 嚙合的 齒形帶輪轉(zhuǎn) 動(dòng)，以此來使下部的移缽裝置實(shí)現(xiàn)前后 運(yùn)動(dòng)?；瑝K和帶輪使末端執(zhí)行器得以前后平移。升降工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)主要包括水平框架、兩端支架、絲桿滑臺(tái)、滾筒、輸送帶和控制電機(jī)。下面對(duì)本論文設(shè)計(jì)的穴盤苗移栽機(jī)的工作過程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。接著，頂部的同步帶在控制電機(jī)的作用下工作，使末端執(zhí)行器 向水浮穴盤位置移 動(dòng)，待取苗爪的上 下夾合托板完全包絡(luò)育苗杯，雙桿氣缸伸出，通過鋼絲繩牽動(dòng)手爪做取苗夾持運(yùn)動(dòng)，夾持住育苗穴盤中的育苗杯 。當(dāng)水浮穴盤逐漸接觸到 穴盤入池裝置中升降工作臺(tái)的水平輸送帶時(shí)，升降工作臺(tái)的水平輸送帶在控制電機(jī)的帶動(dòng)下工作，并將裝滿缽苗的水浮穴盤輸送到輸送帶末端，然后控制電機(jī)停止穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 24 工作。 在取苗方式上，單個(gè)取苗的末端執(zhí)行器一次只需對(duì)準(zhǔn)一個(gè)育苗杯 ，相對(duì)來說對(duì)取苗軌跡 的控制較為容易，取苗的成功率較高，但單個(gè)取苗效率偏低，且需要穴盤 作橫向和縱向的二維間歇移動(dòng)，以對(duì)取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確供苗，整體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。 間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，上導(dǎo)軌與下導(dǎo)軌相互平行且橫向布置在安裝板上，下導(dǎo)軌通過固定在其兩端的短滑塊可滑動(dòng)地定位在兩邊的兩個(gè)豎直導(dǎo)軌上；每對(duì)曲柄連桿上分別固定一長(zhǎng)雙桿氣 缸，該氣缸通過其活塞桿驅(qū)使下導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；上導(dǎo)軌與下導(dǎo)軌上還分別可滑動(dòng)地定位著若干個(gè)滑塊，上導(dǎo)軌上的每個(gè)滑塊又分別鉸接兩個(gè)短連桿，該兩個(gè)短連桿的另一端分別與下導(dǎo)軌相鄰的兩個(gè)滑塊鉸接；下導(dǎo)軌上的每個(gè)滑塊還分別固定有一個(gè)托盤。 圖 41 三驅(qū)動(dòng)開合式末端執(zhí)行器 剪叉式末端執(zhí)行器 剪 叉式末端執(zhí)行器 ，其結(jié)構(gòu)主要包括：由氣缸驅(qū)動(dòng)的剪叉機(jī)構(gòu)、剪叉機(jī)構(gòu)末端的夾合托板和模擬剎車?yán)o機(jī)構(gòu)。模擬剎車?yán)o機(jī)構(gòu)的雙桿氣缸伸出 ，拉緊剎車?yán)o機(jī)構(gòu)的鋼線，使得夾合托板的上下兩層互相夾緊育苗杯。 皮帶輪與最外 側(cè)滑塊通過復(fù)合鋼繩相連，此復(fù)合鋼繩上有一小段彈性系數(shù)比較大的彈簧。 末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 取苗爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 取苗爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮其開合的大小與穴盤的穴孔大小相匹配，由第 三章第一節(jié)知，育苗穴盤的上口孔徑尺寸為 38mm38mm，下口孔徑尺寸為18mm18mm，穴孔傾斜錐度為 31176。 對(duì)于剪叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是要進(jìn)行針對(duì)于剪叉連桿的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)。剪叉機(jī)構(gòu)需要依靠針筒氣缸的推動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)剪叉連桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，以此來帶動(dòng)取苗爪進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，完成移栽作業(yè)。 模擬剎車?yán)o機(jī)構(gòu)的作用主要是控制夾合托板的開合運(yùn)動(dòng)，以此來夾取和松開育苗杯，完成移栽作業(yè)。 圖 48 模擬剎