【正文】 烯、聚苯乙烯、聚苯泡沫等材料，通過吹塑或注塑的加工 方法制造而成 的 。穴盤 具 有一 定的規(guī)格標準，長寬尺寸一般為 540mm浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 179。穴盤孔數(shù)少，則單個穴孔容積大，裝的基質多，其水分、養(yǎng)分儲存量大，水分調節(jié)能力強，透氣性好，有利于穴盤苗根系發(fā)育，但育苗數(shù)量少，使用穴盤 的 成本會增加。 8）和 72 孔 （ 12179。 128 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 30mm179。 15mm，孔穴 深為 48mm， 相鄰孔穴中心距為 32mm。 38mm，下口孔徑為 18179。 根據(jù)本論文的設計要求，需要選擇一定規(guī)格的穴盤作為設計和結構尺寸的依據(jù)，不同規(guī)格的穴盤對移栽機的設計和末端執(zhí)行器的運動要求都會產生影響，根據(jù)農科院的實際生產需要，選取 72 孔的國內硬質穴盤為本論文設計的穴盤苗移栽機的育苗穴盤。育苗基質材料的選擇原則是：具有良好的理化性質，來源廣泛，價格便宜。一般育苗基質的配比是草炭：蛭石 =2： 1 或 3： 1，并且適當添加一些珍珠巖。很 多學者試圖用其他材料代替草木泥炭來配比基質，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]。種子經催芽后即可進行播種，具體方法為 [1416]： 穴盤苗自動移栽機的研制 16 1 裝盤 首先將基質加水攪拌均勻，使基質中不得有較大結塊，調節(jié)含水率至 80%左右，將配好的基質填滿穴盤，并用刮板將基質壓實并刮平，保證盤邊的孔穴全部填實，基質的壓實度以用手指輕按基質，孔穴內的基質不會明顯下陷為準。 播完后，用細小的基質覆蓋種子，同時掌握好覆蓋的厚度，覆土過厚，種子不易出苗 ； 覆土過淺，澆水 時種子易被沖出。播種后， 將育苗缽 放入溫室，再澆一次透水，保持基質濕潤，并覆膜保溫。當大多數(shù)種子的子葉出土的時候，立即把保溫薄膜揭去，苗全部出齊后，此時溫度要被控制在白天 23℃ ~27℃左右，夜間 13℃ ~18℃。幼苗苗齡一般為 50 天左 右，兩葉 一心時即可移栽。 圖 28 72 孔辣椒穴盤苗 穴盤苗重量的測量 缽苗重量和含水率有直接關系，含水率越高，缽苗越重。 1 試驗目的：測量每盤穴盤苗的重量。 3 試驗材料： 室溫 20℃，苗齡 50 天的含水率為 60%的辣 椒苗 。 （ 2） 將每盤穴盤苗逐一進行測量，并記錄數(shù)據(jù)。 穴盤苗自動移栽機的研制 18 第三 章 穴盤苗移栽機的總體方案設計 本文設計的穴盤苗移栽機 總體結構 如圖 31 所示， 主要包括 盤庫裝置、移栽裝置和穴盤入池裝置 三大組成部分，各部件通過運動協(xié)調可很好地 完成 輸送盤庫中的水浮穴盤、 穴盤苗的 整排 夾取、 移送穴盤苗至水浮穴盤上方、穴盤苗間歇投放至水浮穴盤中、水浮穴盤 間歇輸送 至水池 等一系列工序，完成整個移栽過程。向移栽裝置輸送水浮穴盤可以通過滾筒輸送機來方便地實現(xiàn)，但對于水浮穴盤的大量存放及豎直輸送，國內外對此研究尚較少。盤庫裝置的主要部件包括機架、滾筒、輸送帶及控制電機。在機架的頂部和中部各安裝了兩個滾筒，共計兩對滾筒，每對滾筒中的兩個滾筒呈垂直布置，并在其上各安裝一條豎直輸送帶。在機架中部另一平臺上也安裝了兩個輸送滾筒，但滾筒的安裝方式與之前的兩對滾筒不同，這一對的滾筒安裝在機架的前后兩側。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，以此來實現(xiàn)水浮穴盤的平穩(wěn)輸送。在豎直布置的兩條輸送帶上間隔相同距離，布置有多塊長條擋板。通過多對擋板組合，共可存放大約15 個空的水浮穴盤，實現(xiàn)了水浮穴盤的大量存放要求。水浮穴盤由于受到底部水平 輸送帶的支撐，與豎直輸送帶上的擋板組合完全脫離。 圖 32 豎直輸送帶截面圖 圖 33 豎直輸送帶三維模型 穴盤苗自動移栽機的研制 20 圖 34 盤庫裝置三維模型 移栽裝置 機架和輸送裝置 穴盤苗自動移栽輸送系統(tǒng)主要由水浮穴 盤 、 輸送帶、 光軸導軌及滑塊、齒形帶及齒形帶輪、滾筒、張緊裝置、機架及控制電機等幾部分結構組成，完成 水浮穴盤和末端執(zhí)行器 的定位輸送 要求 ，共同配合 末端執(zhí)行器來 完成 對穴盤苗的移栽過程 [18]。移栽機的整體框架 尺寸大約在 (長 寬 高 )左右，框架材料為鋁型材。在兩根光軸 導軌之間有一齒形帶，通過安裝在機架上部一端的電機工作，使其轉動，從而可以帶動與其 相 嚙合的 齒形帶輪轉 動，以此來使下部的移缽裝置實現(xiàn)前后 運動。 滾筒上安裝了兩條窄型輸送帶，用于驅動水浮穴盤作單步移動。窄型 輸送帶間隔一段距離會設置擋板，使得水浮穴盤在輸 送帶上定位良好，并且 可以 提高水浮穴盤的定位精度，增加末端執(zhí)行器取浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 21 苗的成功率。 移缽裝置 移缽裝置是移栽裝置的主要執(zhí)行部件， 主要包括絲桿滑臺和末端執(zhí)行器。滑塊和帶輪使末端執(zhí)行器得以前后平移。通過絲桿，可以將步進電機輸出軸的旋轉運動轉變?yōu)楣廨S滑塊的直線 平移運動 。末端執(zhí)行器中使用了 3 個氣缸，這樣可以使手爪下部的夾持部分準確無誤地進行夾持運動。 穴盤入池裝置主要包括升降工作臺和傾斜滑梯輸送帶裝置。升降工作臺的結構主要包括水平框架、兩端支架、絲桿滑臺、滾筒、輸送帶和控制電機。絲桿滑臺安裝在其中一個支架上，通過絲桿的運動，帶動固連在長條滑塊上的水平框架上下移動，實現(xiàn)穴盤的豎直輸送。升降工作臺的上極限位置應使得工作臺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構參數(shù)確定。由于傾斜滑梯傳送帶的結構較為簡單，在此不做介紹。下面對本論文設計的穴盤苗移栽機的工作過程進行簡要介紹。首先，兩臺步進電機驅動兩個主動滾筒旋轉，主動滾筒帶動其上的兩條豎直布置的輸送帶向下運動（注：此時兩條輸送帶之間的擋板組合上已經放滿了空的水浮穴盤），當一對擋板組合運動至使其上放置的水浮穴盤底部接觸到水平 輸送帶時， 兩臺 控制電機繼續(xù)工作，使擋板組合繼續(xù)向下運動一小段距離，然后控制電機停止工作。這時，水平 輸送帶 主動滾筒的控制電機開始工作，將水浮穴盤輸送到移栽裝置上，但此時水浮穴盤的位置并不是移栽時所需要的理想位置。 然后主要是移栽裝置在進行工作。接著，頂部的同步帶在控制電機的作用下工作，使末端執(zhí)行器 向水浮穴盤位置移 動，待取苗爪的上 下夾合托板完全包絡育苗杯，雙桿氣缸伸出，通過鋼絲繩牽動手爪做取苗夾持運動，夾持住育苗穴盤中的育苗杯 。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。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)。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。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。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。 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。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。 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。 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。 穴盤苗自動移栽機的研制 26 三驅動開合式末端執(zhí)行器 三驅動開合式末端執(zhí)行器，其結構主要包括： 由動力機構驅動的開合機構、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節(jié)機構驅動的若干個托盤。 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。 間距調節(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。 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。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。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。 圖 41 三驅動開合式末端執(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）。 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。 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）。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。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。 圖 42 剪叉式末端執(zhí)行器模型 單驅動彈動限位式末端執(zhí)行器 單驅動彈動限位式末端執(zhí)行器，其結構主要包括：由電機驅動的彈簧限位機構、夾合托板 和使得執(zhí)行器進行變距夾持動作的凸輪機構。 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。 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。 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 。 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。 該末端執(zhí)行器 的特點 主要有以下幾點 ： (1)電機驅動； (2)錐齒輪傳動，變換動力傳遞方向，從而實現(xiàn)單驅動； (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。 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。 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。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。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。 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。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。長條形的長度為 160mm，寬度為 16mm，半圓形的半徑為 8mm。剪叉連桿的厚度為 4mm。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)。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。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。 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。 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)。 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。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。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。 圖 48 模擬剎