【正文】 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。 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(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)。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 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。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。 12 分布。 如圖 25 所示，育苗穴盤的穴孔分布較密，穴盤整體尺寸是 28cm179。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) 。 一個(gè)穴盤的尺寸約為 28cm179。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。 8 分布。 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。如 圖22 所示 ， 圖中 左中右水池寬度 的 分別為 180cm、 120cm 和 120cm。 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。同時(shí)，由于傳統(tǒng)栽培方式生產(chǎn)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致了農(nóng)藥危害不易控制、安全性因素不確定等弊端。 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。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(guò)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。 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。 分析已有移栽機(jī)取苗和放苗 時(shí)的缺陷，并結(jié)合已學(xué)知識(shí)及查閱資料，思考最為行之有效的取苗末端執(zhí)行器 的工作原浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 理，設(shè)計(jì)出一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理的穴盤苗 自動(dòng) 移栽機(jī)，并進(jìn)行三維建模。 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)。 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(wèn)題。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。 目前，國(guó)內(nèi)所研制的溫室內(nèi)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)總體上存在著 ： 柔性和可靠性差；定位精度不高，控制性能不穩(wěn)定，智能化程度較低；作業(yè)效率不高，穩(wěn)定性差等問(wèn)題。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)。 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]。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理， 并且 性能可靠。其由氣力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、夾持機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng) 以及秧和花盆輸送裝置 4 個(gè)工作機(jī)構(gòu)協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)這一系列連續(xù)動(dòng)作。 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]。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。 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。在此過(guò)程中，移苗裝置起到搬運(yùn)苗的作用。扎入基質(zhì)中。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。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。該自動(dòng)移栽 機(jī)能 夠 按照編程的路徑和方式完成規(guī)定的移栽，但是還不能 夠克服幼苗具有柔韌性的 問(wèn)題，氣浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 爪抓取的精確率和成功率需要進(jìn)一步的提高。 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]。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(kāi)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(kāi)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)。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。該 移栽 機(jī)采用吸力較大的氣缸投苗機(jī)構(gòu)，投苗過(guò)程中穴盤苗與運(yùn)動(dòng)部件不直接接觸 ，傷苗率相對(duì)比較低。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。常見(jiàn)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)。 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。該機(jī)采用寬輥道輸送結(jié)合氣缸推送作為輸送系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn) 4 盤同時(shí)移栽，移栽速度是同類產(chǎn)品的幾倍。 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。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。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 13 韓國(guó) 研制的移栽機(jī)械手 3 投入生產(chǎn)實(shí)踐的穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī) 實(shí)驗(yàn)室的研究工作為穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī) 的 進(jìn)一步研制開(kāi)發(fā)奠定了重要的基礎(chǔ)。 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。改進(jìn)后的夾取器的 2 個(gè)手指 之間 成 15176。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)。 圖 12 PT6000 型移栽機(jī)器 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制 4 20xx 年韓國(guó) 等人借助笛卡爾坐標(biāo)系開(kāi)發(fā)出一種育苗移栽機(jī)器人，其機(jī)械手由步進(jìn)電機(jī)、氣缸、氣動(dòng)卡盤和夾取指組成?？刂泼姘蹇梢燥@示出偶然出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案。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(wú)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。 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。 2 以獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)為主體的穴盤苗移栽機(jī) 為了智能擴(kuò)張和提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的柔性生產(chǎn)能力，許多專家針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同特性而研制出的穴盤苗移栽機(jī)具有獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由機(jī)械部分和控制部分組成。 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]。在苗盤相鄰的情況下，移栽單個(gè)苗的時(shí)間為 ～ 。 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。 其本體為 Puma 560 機(jī)器人，末端執(zhí)行器為自主設(shè)計(jì)的平行夾持指夾苗機(jī)構(gòu)，可以將種苗從 392 孔穴盤移栽到 36 孔的生長(zhǎng)盤中 。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(jué)傳感器，以 此 組成一個(gè)移栽機(jī)器人系統(tǒng)。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)。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]。日本移栽機(jī)械化程度很高 ，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已廣泛研制和使用全自動(dòng)移栽機(jī)。 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。 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?？捎^。 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) 。 以浙江省為例， 20xx 年通過(guò)加快蔬菜生產(chǎn)基地建設(shè)，全省的蔬菜種植面積達(dá)到 萬(wàn)畝，蔬菜總產(chǎn)量達(dá)到 萬(wàn)噸，蔬菜總產(chǎn)值達(dá)到 億元，同比分別增長(zhǎng)了 ％和 ％。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 。 structure design。 關(guān)鍵詞 :穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)；末端執(zhí)行器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析 Abstract In recent years, with the rapid development of facility agriculture, the greenhouse tray seedling technical develops rapidly and creates conditions for the widespread application of transplanting. However, transplanting operation has too many links and requires high technic. Besides, the employment quantity is about 5~8 times 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. I