【正文】 桿氣缸、對(duì)稱(chēng)鉸接在該固定座上的兩對(duì)曲柄連桿以及將雙桿氣缸的動(dòng)力分別傳遞給兩對(duì)曲柄連桿的推桿。三驅(qū)動(dòng)開(kāi)合式末端執(zhí)行器，其結(jié)構(gòu)主要包括：由動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)合機(jī)構(gòu)、兩個(gè)對(duì)稱(chēng)布置且由開(kāi)合機(jī)構(gòu)帶動(dòng)作開(kāi)合運(yùn)動(dòng)的安裝面板以及布置在每個(gè)安裝面板上且由間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的若干個(gè)托盤(pán)。綜合以上分析可知，整排取苗的方式相對(duì)而言更具有優(yōu)勢(shì)，但其一次要對(duì)準(zhǔn)多個(gè)穴孔，難度相對(duì)較大，而手抓式整排取苗結(jié)構(gòu)卻剛好能彌補(bǔ)該問(wèn)題，故在取苗末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)選擇上，采用的是手抓式的整排取苗結(jié)構(gòu)，以提高移栽作業(yè)效率。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(lái)說(shuō)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(pán)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。手抓式末端執(zhí)行器則是通過(guò)抓板夾取育苗杯來(lái)實(shí)現(xiàn)缽苗和育苗杯的整體移動(dòng)。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。到達(dá)指定高度后，傾斜滑梯輸送帶將穴盤(pán)緩慢輸送到水池之中，完成一整套移栽過(guò)程。當(dāng)水浮穴盤(pán)逐漸接觸到穴盤(pán)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(mǎn)缽苗的水浮穴盤(pán)輸送到輸送帶末端，然后控制電機(jī)停止工作。移栽機(jī)移栽裝置的各部件重復(fù)這樣的周期運(yùn)動(dòng)，將育苗穴盤(pán)中的缽苗運(yùn)送到水浮穴盤(pán)中。接下去，頂部傳送帶、絲桿滑臺(tái)、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(fù)原始狀態(tài)。與此同時(shí)，針形氣缸開(kāi)始帶動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使缽苗向兩邊分散。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(pán)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(guò)鋼絲繩牽動(dòng)手爪做取苗夾持運(yùn)動(dòng)，夾持住育苗穴盤(pán)中的育苗杯。然后主要是移栽裝置在進(jìn)行工作。這時(shí)，水平輸送帶主動(dòng)滾筒的控制電機(jī)開(kāi)始工作，將水浮穴盤(pán)輸送到移栽裝置上，但此時(shí)水浮穴盤(pán)的位置并不是移栽時(shí)所需要的理想位置。首先，兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)滾筒帶動(dòng)其上的兩條豎直布置的輸送帶向下運(yùn)動(dòng)（注：此時(shí)兩條輸送帶之間的擋板組合上已經(jīng)放滿(mǎn)了空的水浮穴盤(pán)），當(dāng)一對(duì)擋板組合運(yùn)動(dòng)至使其上放置的水浮穴盤(pán)底部接觸到水平輸送帶時(shí)，兩臺(tái)控制電機(jī)繼續(xù)工作，使擋板組合繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)一小段距離，然后控制電機(jī)停止工作。下面對(duì)本論文設(shè)計(jì)的穴盤(pán)苗移栽機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。由于傾斜滑梯傳送帶的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在此不做介紹。升降工作臺(tái)的上極限位置應(yīng)使得工作臺(tái)中的輸送帶與移栽裝置中的輸送帶處于同一豎直高度，下極限位置則根據(jù)傾斜滑梯輸送裝置中輸送帶的安裝位置和結(jié)構(gòu)參數(shù)確定。絲桿滑臺(tái)安裝在其中一個(gè)支架上，通過(guò)絲桿的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固連在長(zhǎng)條滑塊上的水平框架上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穴盤(pán)的豎直輸送。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)。穴盤(pán)入池裝置主要包括升降工作臺(tái)和傾斜滑梯輸送帶裝置。末端執(zhí)行器中使用了3個(gè)氣缸，這樣可以使手爪下部的夾持部分準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行夾持運(yùn)動(dòng)。通過(guò)絲桿，可以將步進(jìn)電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣廨S滑塊的直線(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)?；瑝K和帶輪使末端執(zhí)行器得以前后平移。移缽裝置是移栽裝置的主要執(zhí)行部件，主要包括絲桿滑臺(tái)和末端執(zhí)行器。窄型輸送帶間隔一段距離會(huì)設(shè)置擋板，使得水浮穴盤(pán)在輸送帶上定位良好，并且可以提高水浮穴盤(pán)的定位精度，增加末端執(zhí)行器取苗的成功率。滾筒上安裝了兩條窄型輸送帶，用于驅(qū)動(dòng)水浮穴盤(pán)作單步移動(dòng)。在兩根光軸導(dǎo)軌之間有一齒形帶，通過(guò)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(lái)使下部的移缽裝置實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)。 (長(zhǎng)寬高)左右，框架材料為鋁型材。圖32豎直輸送帶截面圖圖33豎直輸送帶三維模型圖34盤(pán)庫(kù)裝置三維模型穴盤(pán)苗自動(dòng)移栽輸送系統(tǒng)主要由水浮穴盤(pán)、輸送帶、光軸導(dǎo)軌及滑塊、齒形帶及齒形帶輪、滾筒、張緊裝置、機(jī)架及控制電機(jī)等幾部分結(jié)構(gòu)組成，完成水浮穴盤(pán)和末端執(zhí)行器的定位輸送要求，共同配合末端執(zhí)行器來(lái)完成對(duì)穴盤(pán)苗的移栽過(guò)程[18]。水浮穴盤(pán)由于受到底部水平輸送帶的支撐，與豎直輸送帶上的擋板組合完全脫離。通過(guò)多對(duì)擋板組合，共可存放大約15個(gè)空的水浮穴盤(pán)，實(shí)現(xiàn)了水浮穴盤(pán)的大量存放要求。在豎直布置的兩條輸送帶上間隔相同距離，布置有多塊長(zhǎng)條擋板。此輸送帶的上表面與移栽裝置的輸送裝置中的水平輸送帶的上表面處于同一平面，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)水浮穴盤(pán)的平穩(wěn)輸送。在機(jī)架中部另一平臺(tái)上也安裝了兩個(gè)輸送滾筒，但滾筒的安裝方式與之前的兩對(duì)滾筒不同，這一對(duì)的滾筒安裝在機(jī)架的前后兩側(cè)。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。盤(pán)庫(kù)裝置的主要部件包括機(jī)架、滾筒、輸送帶及控制電機(jī)。向移栽裝置輸送水浮穴盤(pán)可以通過(guò)滾筒輸送機(jī)來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于水浮穴盤(pán)的大量存放及豎直輸送，國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究尚較少。第三章 穴盤(pán)苗移栽機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的穴盤(pán)苗移栽機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖31所示，主要包括盤(pán)庫(kù)裝置、移栽裝置和穴盤(pán)入池裝置三大組成部分，各部件通過(guò)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)可很好地完成輸送盤(pán)庫(kù)中的水浮穴盤(pán)、穴盤(pán)苗的整排夾取、移送穴盤(pán)苗至水浮穴盤(pán)上方、穴盤(pán)苗間歇投放至水浮穴盤(pán)中、水浮穴盤(pán)間歇輸送至水池等一系列工序，完成整個(gè)移栽過(guò)程。（2） 將每盤(pán)穴盤(pán)苗逐一進(jìn)行測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。3 試驗(yàn)材料：室溫20℃，苗齡50天的含水率為60%的辣椒苗。1 試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量每盤(pán)穴盤(pán)苗的重量。圖2872孔辣椒穴盤(pán)苗缽苗重量和含水率有直接關(guān)系，含水率越高，缽苗越重。幼苗苗齡一般為50天左右，兩葉一心時(shí)即可移栽。當(dāng)大多數(shù)種子的子葉出土的時(shí)候，立即把保溫薄膜揭去，苗全部出齊后，此時(shí)溫度要被控制在白天23℃~27℃左右，夜間13℃~18℃。播種后，將育苗缽放入溫室，再澆一次透水，保持基質(zhì)濕潤(rùn)，并覆膜保溫。播完后，用細(xì)小的基質(zhì)覆蓋種子，同時(shí)掌握好覆蓋的厚度，覆土過(guò)厚，種子不易出苗；覆土過(guò)淺，澆水時(shí)種子易被沖出。種子經(jīng)催芽后即可進(jìn)行播種，具體方法為[1416]：1 裝盤(pán)首先將基質(zhì)加水?dāng)嚢杈鶆?，使基質(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(mǎn)穴盤(pán)，并用刮板將基質(zhì)壓實(shí)并刮平，保證盤(pán)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)。很多學(xué)者試圖用其他材料代替草木泥炭來(lái)配比基質(zhì)，但育苗效果并不是很好，具有很大的偶然性，不適合大面積的推廣[13]。一般育苗基質(zhì)的配比是草炭：蛭石=2：1或3：1，并且適當(dāng)添加一些珍珠巖。育苗基質(zhì)材料的選擇原則是：具有良好的理化性質(zhì)，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜。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(pán)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(pán)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(pán)為本論文設(shè)計(jì)的穴盤(pán)苗移栽機(jī)的育苗穴盤(pán)。128孔穴盤(pán)的具體規(guī)格為：其上口和下口均為正方形，上口孔徑為30mm30mm，下口孔徑為15mm15mm，孔穴深為48mm，相鄰孔穴中心距為32mm。穴盤(pán)孔數(shù)少，則單個(gè)穴孔容積大，裝的基質(zhì)多，其水分、養(yǎng)分儲(chǔ)存量大，水分調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，透氣性好，有利于穴盤(pán)苗根系發(fā)育，但育苗數(shù)量少，使用穴盤(pán)的成本會(huì)增加。穴盤(pán)類(lèi)型主要包括硬質(zhì)穴盤(pán)和可卷曲的軟質(zhì)穴盤(pán)，軟質(zhì)穴盤(pán)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(pán)，因?yàn)橛操|(zhì)穴盤(pán)使用成本較低。穴盤(pán)育苗技術(shù)是采用草炭、蛭石、珍珠巖等輕質(zhì)材料作為育苗基質(zhì)，使用輕質(zhì)穴盤(pán)作為育苗容器，采用保護(hù)措施等措施，在人工控制的環(huán)境條件下，使用播種機(jī)精量播種，一次性成苗、批量生產(chǎn)的一種快速、優(yōu)質(zhì)、高效、穩(wěn)定的育苗方式。圖26用于移栽到農(nóng)田中的育苗穴盤(pán)圖27 連同基質(zhì)一起提出的待移栽幼苗本論文主要針對(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(pán)苗自動(dòng)移栽機(jī)械，用于將育苗穴盤(pán)中的穴盤(pán)苗移栽至水浮穴盤(pán)之中。傳統(tǒng)模式下，主要是將育苗穴盤(pán)中的幼苗移栽到農(nóng)田中，同樣需要通過(guò)機(jī)械裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，移栽動(dòng)作主要是針插—夾持—移動(dòng)—放置四步。水培模式下，主要是將育苗穴盤(pán)中的幼苗按行移栽到水浮穴盤(pán)中，這需要通過(guò)一定的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)移栽便于在溫室下對(duì)葉菜秧苗進(jìn)行統(tǒng)一管理，而且成苗率高、成本低。圖24穴培模式下的葉菜圖25 育苗穴盤(pán)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(lèi)，一類(lèi)是將育苗穴盤(pán)中的幼苗移栽到水浮穴盤(pán)中，另一類(lèi)是將育苗穴盤(pán)中的幼苗移栽到種植穴盤(pán)或農(nóng)田中。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。如圖25所示，育苗穴盤(pán)的穴孔分布較密，穴盤(pán)整體尺寸是28cm54cm，穴孔按612分布。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)。圖22水培模式下的葉菜圖23水浮穴盤(pán)圖24所示為葉菜的穴培模式，穴培模式就是將葉菜在穴盤(pán)中栽培。要實(shí)現(xiàn)水浮栽培葉菜，首先要將育苗穴盤(pán)中的幼苗移栽到水浮穴盤(pán)中。水培模式是一種新型的漂浮栽培技術(shù)，可使葉菜在特定條件下的光熱條件得到充分利用，避免惡劣天氣的影響，從而提高葉菜的質(zhì)量和產(chǎn)量。水浮穴盤(pán)由泡沫板制成，可漂浮在盛有營(yíng)養(yǎng)液的水池中。如果在農(nóng)田中實(shí)現(xiàn)機(jī)器按行移栽，則可使行列之間排列整齊，葉菜株距約10cm，行距約15cm，并根據(jù)機(jī)器需要在一定范圍內(nèi)可調(diào)。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)。第二章移栽機(jī)研究前期工作畢業(yè)設(shè)計(jì)前期階段，我前去浙江省農(nóng)科院參觀(guān)了溫室葉菜的栽培技術(shù)，通過(guò)參觀(guān)學(xué)習(xí)，了解到目前葉菜的培養(yǎng)模式主要有三種，即傳統(tǒng)農(nóng)田栽培模式、水培模式和穴培模式，并認(rèn)識(shí)到人工移栽、采收的效率低下等問(wèn)題。4穴盤(pán)苗移栽機(jī)工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。3進(jìn)行理論分析計(jì)算。2穴盤(pán)苗移栽機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。雖然我國(guó)穴盤(pán)苗自動(dòng)移栽機(jī)研制工作起步比較晚，但在積極借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合，同時(shí)多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，必將使這項(xiàng)研究工作開(kāi)展得更好。因此，如何借鑒并優(yōu)化現(xiàn)有的各種應(yīng)用于缽苗移栽的田間露地移栽機(jī)的栽植部件，實(shí)現(xiàn)大田秧苗全自動(dòng)移栽機(jī)取放投的全程作業(yè)要求，也是需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此，對(duì)于田間露地穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽，除了要解決以上溫室內(nèi)穴盤(pán)苗自動(dòng)移栽機(jī)所存在的一些問(wèn)題之外，還要考慮大面積作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變性，在兼顧效率和成本的前提條件下，去完善整個(gè)移栽系統(tǒng)的作業(yè)可靠性和穩(wěn)定性。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。所涉及到的穴盤(pán)苗移栽機(jī)器人由輸送帶、視覺(jué)相機(jī)、三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手組成?；赑LC的穴盤(pán)苗移栽機(jī)機(jī)械手示意圖如圖16所示。其控制系統(tǒng)由PLC、行程開(kāi)關(guān)等組成。其中，穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手的工作過(guò)程：“定位—抓取—定位—投放”，能實(shí)現(xiàn)穴盤(pán)苗單線(xiàn)往復(fù)移栽。此外，還有部分人專(zhuān)門(mén)針對(duì)穴盤(pán)苗移栽機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，做出了一定程度的改進(jìn)和優(yōu)化。其作為取苗和投苗的直接設(shè)備，是區(qū)分全自動(dòng)移栽和半自動(dòng)移栽的關(guān)鍵。栽苗時(shí)，移苗氣缸縮回，移苗針隨之縮回，苗栽入孔穴中。之后，機(jī)械臂縮回，并向栽苗位置移動(dòng)。拔苗時(shí)，移苗氣缸伸出，移苗針以30176。由它來(lái)具體執(zhí)行拔苗、栽苗作業(yè)。因?yàn)橹皇浅醪教剿鳎栽谝泼缡肿?、移苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性等方面還需要完善。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]。氣壓式可調(diào)整花卉秧苗移栽機(jī)如圖15所示。2003年，中國(guó)臺(tái)灣呂英石等人研制出了可調(diào)整式花卉穴盤(pán)苗假植機(jī)構(gòu)[9]。其移行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，位置精度較高，由單片機(jī)來(lái)控制，整機(jī)可靠性較強(qiáng)。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]。這些機(jī)型均應(yīng)用于缽苗移栽，對(duì)于穴盤(pán)苗移栽均需要手工取苗、投苗，機(jī)械化程度還較低。穴盤(pán)苗移栽機(jī)械分為田間露地移栽機(jī)械、溫室內(nèi)移栽的棚室移栽機(jī)械以及用于將穴盤(pán)秧苗植入花盆的自動(dòng)移栽機(jī)械手?！?kW的汽油機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，～ km/h，具有很高的移栽質(zhì)量和移栽效率。美國(guó)RAPID公司生產(chǎn)的RTW系列穴盤(pán)苗移