【導讀】已在參考文獻或注釋中列出。設計說明書與圖紙均由本人獨立完成，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。違反知識產(chǎn)權的情況，本人愿意承擔相應的責任。大面積應用創(chuàng)造了條件。但是，由于移栽作業(yè)環(huán)節(jié)多，技術要求高，用工量約為。機械化、自動化已成為設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。器，并且末端執(zhí)行器的結構較為復雜。為了實現(xiàn)高效精準的移栽作業(yè)，對末端執(zhí)。行器進行了準確的結構設計，同時對其進行了運動學仿真分析。分了解了生產(chǎn)中對移栽機功能的需求。機各組成裝置進行三維建模，并虛擬裝配成移栽機三維模型。軟件中進行運動學仿真分析，確定移栽機的整個工作過程是否達到要求。

　　

【正文】 圖 45 中為向左運動）。與此 同時，針形氣缸開始 帶動剪叉機構運動，使缽苗向兩邊分散。之后，絲桿滑臺在控制電機的控制下，使末端執(zhí)行器整體向下移動一段距離，將缽苗壓入水浮穴盤的穴孔中。接下去 ，頂部傳送帶、絲桿滑臺、各氣缸做反向工作，使末端執(zhí)行器退回到初始位置并回復原始狀態(tài)。 最后 ，下部的傳送帶做單步傳動，使水浮穴盤向左移動一排 ， 完成一排穴盤苗的移栽作業(yè) 。移栽機 移栽裝置的各部件 重復這樣的 周期 運動，將育苗穴盤中的缽苗運送到水浮穴盤中。 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，將水浮穴盤向穴盤中入池裝置傳輸。當水浮穴盤逐漸接觸到 穴盤入池裝置中升降工作臺的水平輸送帶時，升降工作臺的水平輸送帶在控制電機的帶動下工作，并將裝滿缽苗的水浮穴盤輸送到輸送帶末端，然后控制電機停止穴盤苗自動移栽機的研制 24 工作。隨后，絲桿在頂部控制電機的作用下旋轉，帶動整個水平框架向下移動，達到預先設定的指定高度。到達指定高度后，傾斜滑梯輸送帶將穴盤緩慢輸送到水池之 中，完成一整套移栽過程。 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 第四 章 末端執(zhí)行器的設計 末端執(zhí)行器結構選擇 末端執(zhí)行器是穴盤苗移栽機的重要組成部分，其重要功能是實現(xiàn)對穴盤 苗 育苗杯 的夾取與釋放，國內(nèi)外對此研究較多。 根據(jù)夾持部位的不同，末端執(zhí)行器可分為秧針式和手抓式。秧針式末端執(zhí)行器主要是通過把秧針插入育苗杯的缽土中，將缽苗和育苗杯分離，然后再將缽苗移栽至其他育苗處。手抓式末端執(zhí)行器則是通過抓板夾取育苗杯來實現(xiàn)缽苗和育苗杯的整體移動。實踐證明，秧針式末端執(zhí)行器在工作過程中對缽土的質(zhì)量要求較高，需要嚴格控制缽土的含水率，而且 穴盤苗需具有很好的盤根性能 ，而手抓式末端執(zhí)行器則無這些條件要求，因此選擇末端執(zhí)行器的夾持部位為手抓式。 在取苗方式上，單個取苗的末端執(zhí)行器一次只需對準一個育苗杯 ，相對來說對取苗軌跡 的控制較為容易，取苗的成功率較高，但單個取苗效率偏低，且需要穴盤 作橫向和縱向的二維間歇移動，以對取苗機構進行準確供苗，整體結構很復雜。相對 而言，整排取苗的末端執(zhí)行器結構相對簡單，它只需要穴盤 做一維的間歇運動，即可 實現(xiàn)準確的取 苗 ，故可靠性更能得以保證，而且整排取苗方式一次可夾取多株穴盤 苗，取苗效率很高，其能更好的滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對移栽設備的高效要求 [19]。 綜合以上分析可知，整排取苗的方式相對而言更具有優(yōu)勢，但其一次要對準多個 穴孔，難度相對較大，而手抓式整排取苗結構卻剛好能彌補該問題，故在取苗末 端執(zhí)行 器結構選擇 上，采用的是手抓 式的整排取苗結構，以提高 移栽 作業(yè)效率。 末端執(zhí)行器結構組成 通過查閱國內(nèi)外相關資料 [20]，對末端執(zhí)行器進行研究，本論文共設計了三種不同結構的末端執(zhí)行器，通過對其結構特點進行分析比較，從中選取一種最適合于穴盤苗移栽的結構。 穴盤苗自動移栽機的研制 26 三驅(qū)動開合式末端執(zhí)行器 三驅(qū)動開合式末端執(zhí)行器，其結構主要包括： 由動力機構驅(qū)動的開合機構、兩個對稱布置且由開合機構帶動作開合運動的安 裝面板以及布置在每個安裝面板上且由間距調(diào)節(jié)機構驅(qū)動的若干個托盤。 每個安裝面板上的若干個托盤，還分別與另一安裝面板上的若干個托盤一一相互對應 ， 組合成若干對用于夾持育苗杯的手抓。 開合機構包括固定在固定座上的雙桿氣缸、對稱鉸接在該固定座上的兩對曲柄連桿以及將雙桿氣缸的動力分別傳遞給兩對曲柄連桿的推桿。 曲柄連桿包括鉸接在固定座上的兩個曲柄連桿，兩個曲柄連桿的一端通過一鉸接軸與推桿的一端鉸接，另一端共同與安裝板相連接。 間距調(diào)節(jié)機構中，上導軌與下導軌相互平行且橫向布置在安裝板上，下導軌通過固定在其兩端的短滑塊可滑動地定位在兩邊的兩個豎直導軌上；每對曲柄連桿上分別固定一長雙桿氣 缸，該氣缸通過其活塞桿驅(qū)使下導軌運動；上導軌與下導軌上還分別可滑動地定位著若干個滑塊，上導軌上的每個滑塊又分別鉸接兩個短連桿，該兩個短連桿的另一端分別與下導軌相鄰的兩個滑塊鉸接；下導軌上的每個滑塊還分別固定有一個托盤。 托盤由相隔一定間距且平行布置的兩個半圓環(huán)組成。 該末端執(zhí)行器的 工作原理是：工作時，開合裝置上的長雙桿氣缸縮回，曲柄連桿帶動兩個安裝面板相互分開使手抓張開，兩個安裝面板上的雙桿氣缸同時縮回，拉動上導軌及上導軌上的滑塊一齊向上移動。在短連桿的帶動下，下導軌的滑塊互相靠近，從而使同一導軌上的托盤互 相靠近。當托盤碰到育苗杯時，開合裝置上的雙桿氣缸伸出，通過曲柄連桿使兩個安裝面板閉合，手抓即合攏夾緊育苗杯，隨后末端執(zhí)行器可攜帶育苗杯在外部機構帶動下移動。育苗杯由手抓運送至指定位置后，兩個安裝面板上的雙桿氣缸同時伸出，拉動上導軌上的滑塊向下移動，在短連桿的帶動下，下導軌的滑塊互相遠離，從而使手抓之間的間距擴大至設定標準。最后，長雙桿氣缸再次縮回，帶動兩個安裝面板相互分開使手抓張開，將夾持住的育苗杯放下。 該末端執(zhí)行器的特點主要有以下幾點： (1)用三個氣缸提供動力； (2)兩排滑塊的平行移動使夾持裝置等變距縮放； (3)頂部氣缸伸出使得對稱的夾片相互閉浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 合，兩側的氣缸伸出 ，驅(qū)動連桿機構變形實現(xiàn)間距擴 大。 圖 41 三驅(qū)動開合式末端執(zhí)行器 剪叉式末端執(zhí)行器 剪 叉式末端執(zhí)行器 ，其結構主要包括：由氣缸驅(qū)動的剪叉機構、剪叉機構末端的夾合托板和模擬剎車拉緊機構。 剪叉機構 包括固定在兩側擋板上的針筒氣缸，對稱組合形成多個菱形形狀的剪叉連桿 。 剪叉連桿 通過三孔軸與長桿連接，長桿中第二根為固定桿，另兩根為活動桿（可上下運動）。該氣缸通過連接件推動最外側的剪叉連桿運動，從而使菱形變形，最終間距擴大。 模擬剎車拉緊機構包括固定座上的雙桿氣缸以及 把氣缸和托板相連的剎車線。六根剎車線分別通過在外殼上端和氣缸上六個孔的長條，再分別固定在氣缸推桿的六個孔上，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。 夾合托板由上、下兩層組成，上下兩托板通過扭軸結合，塑 膠墊在兩托板之間防止變形，下托板固定一半圓套，套住模擬剎車拉緊機 構的剎車線末端，上托板有 3 孔，分別為了連接 剎車線和固定托板在剪叉機構的直桿（使其能夠左右平移）。 該末端執(zhí)行器的工作原理是：開始時，剪叉機構上的針筒氣缸的長桿伸出，使得夾合托板之間的 夾角變小，從而夾 使 合托板互相靠近。模擬剎車拉緊機構的雙桿氣缸伸出 ，拉緊剎車拉緊機構的鋼線，使得夾合托板的上下兩層互相夾緊育苗杯。當末端執(zhí)行器被輸送至指定位置后 ，剪叉機構上的針筒氣缸的長桿回程，夾合托 板 之間的 夾角變大，從而 使 夾合托板互相遠離。模擬剎車拉緊機構的雙桿氣缸縮回，松開剎車拉緊機構的鋼線，然后使彈簧向外張開，松開育苗杯。 穴盤苗自動移栽機的研制 28 該末端執(zhí)行器的 特點 主要有以下幾點 ：（ 1） 通過兩個互不干擾的氣缸提供動力；（ 2） 針筒 氣缸實現(xiàn) 剪叉機構的 等間距縮放；（ 3） 雙桿氣缸驅(qū)動鋼絲繩牽引夾合托板 ，實現(xiàn)夾持動作。 圖 42 剪叉式末端執(zhí)行器模型 單驅(qū)動彈動限位式末端執(zhí)行器 單驅(qū)動彈動限位式末端執(zhí)行器，其結構主要包括：由電機驅(qū)動的彈簧限位機構、夾合托板 和使得執(zhí)行器進行變距夾持動作的凸輪機構。 單驅(qū)動彈動限位式 末端執(zhí)行器連接部分 包括 ：皮帶輪與最外側滑塊的鋼繩、連接桿、 皮帶。 抓取執(zhí)行部件 包括 ：彈簧限位機構、錐形齒輪、凸輪桿連接的夾合托板。彈簧限位機構動力來源于電機，通過皮帶輪傳送。 皮帶輪與最外 側滑塊通過復合鋼繩相連，此復合鋼繩上有一小段彈性系數(shù)比較大的彈簧。此機構包括兩根 連接桿，滑塊與連接桿相連，其間用彈性系數(shù)不同的彈 簧相連，保證滑塊移動的有序化，在總部件背面固定了突出擋板來精確地 確定滑塊的位置。 夾合托板由上、下兩層組成， 上下兩托板通過扭軸結合，圓錐齒輪上固定著凸輪桿，凸輪機構使手抓進行開 合 運動 。 該末端執(zhí)行器的工作原理是：開始時，電機 工作， 帶動 皮帶輪順時針轉動，使得 復合鋼繩繞在皮帶輪上，又因為彈簧彈性系數(shù)各不相同，滑塊就有次序地開始移動，夾合托板兩兩間距變小，分別到達突出擋板處后停止移動。 此時 ， 電機繼續(xù)工作，復合鋼繩上 的一 小 段 彈簧伸長，皮帶輪又通過皮帶帶動圓錐齒輪，然后凸輪桿轉動，夾合托 板夾緊育苗杯。夾持住育苗杯之后，電機工作，皮帶輪逆浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 時針轉動，夾合托板間 距離變大，滑塊分別到達突出擋板處后停止移動，此時電機繼續(xù)工作，凸輪桿轉動，松開育苗杯。 該末端執(zhí)行器 的特點 主要有以下幾點 ： (1)電機驅(qū)動； (2)錐齒輪傳動，變換動力傳遞方向，從而實現(xiàn)單驅(qū)動； (3)彈簧的彈性 系數(shù) 不同， 彈簧 長度不同，使得各個滑塊 可以 剛好到達限位 置 處。 圖 43 單驅(qū)動彈動限位式末端執(zhí)行器三維模型 通過分析比較， 可以看出剪叉式末端執(zhí)行器具有結構簡單，便于加工制造等優(yōu)點，故選擇剪叉式末端執(zhí)行器應用于本論文設計的穴盤苗自動移栽機中。 末端執(zhí)行器結構設計 取苗爪結構設計 取苗爪結構設計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。，育苗杯口部直徑 30mm，底部直徑 20mm，邊沿直徑 40mm，邊沿厚度 4mm，高度 60mm。 由此可知，夾合托板閉合時上下托板的距離應等于 4mm，夾合托板張開時兩托板間的角度不應大于 15176。此外，取苗爪夾合托板的左右兩沿的長度不宜過短，應能夠完全支撐育苗杯的邊沿。由以上分析，可對取苗爪的結構尺寸進行初步的設計，設定取苗爪張開時上下兩托板間的角度為 10176。，左右兩沿的長度為 30mm。根據(jù)設計的大概尺寸，并參考移栽機取苗爪設計的相關文獻 [21]，利用三維建模軟件繪制取苗爪的三維模型 如圖44 所示。 穴盤苗自動移栽機的研制 30 圖 44 取苗爪三維模型 剪叉機構結構設計 剪叉機構包括固定在兩側擋板上的針筒氣缸，對稱組合形成多個菱形形狀的剪叉連桿 。 對于剪叉機構的結構設計，主要是要進行針對于剪叉連桿的尺寸參數(shù)設計。剪叉機構中總共具有 20 塊剪叉連桿，一組 4 塊，共有 5 組。每組剪叉機構中的剪叉連桿，前后重疊布置，使得每一面的 2 塊剪叉連桿交叉布置。剪叉連桿的形狀為中間長條形，兩頭半圓形。長條形的長度為 160mm，寬度為 16mm，半圓形的半徑為 8mm。在長條形區(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。剪叉連桿的厚度為 4mm。剪叉連 桿的三維模 型如圖 55 所示 。剪叉機構需要依靠針筒氣缸的推動，來實現(xiàn)剪叉連桿的伸縮運動，以此來帶動取苗爪進行伸縮運動，完成移栽作業(yè)。為了實現(xiàn)取苗爪與穴盤中的缽苗的精準對位，需要對剪叉機構伸開和縮回的極限程度進行設計計算。由于水浮穴盤中一排穴孔中相鄰兩穴孔的間距為 100mm，故剪叉機構伸開時所達到的極限位置為一組交叉布置的剪叉連桿中兩連桿頭部的圓孔水平間距為 100mm 處。設連桿交叉角度為 θ，連桿長度為 L1=160mm，水平間距為L2=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。同理，由育苗穴盤中一排穴孔中相鄰兩穴孔的間距為 45mm，可計算出剪叉機構收縮時達到極限位置的連桿交叉角度 θ 為 176。剪叉機構收縮和伸浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 開極限位置的平面示意圖 如圖 46 和圖 47 所示。 圖 45 剪叉連桿三維模型 圖 46 剪叉機構收縮極限位置平面示意圖 圖 47 剪叉機構伸開極限位置平面示意圖 模擬剎車拉緊機構結構設計 模擬剎車拉緊機構包括固定座上的雙桿氣缸以及把氣缸和托板相連的剎車線。六根剎車線分別通過在外殼上端和氣缸上六個孔的長條，再分別固定在氣缸推桿的六個孔上，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。 模擬剎車拉緊機構的作用主要是控制夾合托板的開合運動，以此來夾取和松開育苗杯，完成移栽作業(yè)。模擬剎車拉緊機構的動力由固定在末端執(zhí)行器上部的雙桿穴盤苗自動移栽機的研制 32 氣缸來提供。 T 型長條拉線擋板固定在雙桿氣缸的推桿上，可以隨氣缸推桿做來回往復運動。在 T 型長條拉線擋板上開有寬度約 30mm的細長槽，鋼線可以在細長槽中進行滑動，并且可以 隨 T 型長條擋板進行上下移動。當鋼線隨長條擋板進行上下移動時，夾合托板也就實現(xiàn)了夾合運動功能。在雙桿氣缸的側面固定了一塊 L 型長條拉線擋板。擋板上同樣加工有一細長槽，尺寸及布局與 T 型長條拉線擋板上的細長槽一致，使得兩細長槽僅僅是空間垂直高度不同，其他參數(shù)均相同。鋼線穿過兩擋板上的細長槽，通過拉線管套及連接桿與夾持爪下抓板相連。 圖 48 模擬剎