葉菜類缽苗移栽機的研制 挑戰(zhàn)杯文本 (1).doc

摘 要葉菜類蔬菜（如菠菜空、心菜）病蟲害比較嚴重，連作會使土壤環(huán)境惡化，土壤中的病蟲害種類和數(shù)量逐漸增多，導致蔬菜生長勢減弱、產(chǎn)量減少、品質(zhì)下降。而大棚栽植蔬菜具有以下的優(yōu)點：1、安全衛(wèi)生。大棚蔬菜有大棚膜使大棚內(nèi)蔬菜與外界隔離，可以減少大棚外病蟲害對棚內(nèi)蔬菜的侵害，有效控制病蟲害的傳播，從而減少蔬菜的農(nóng)藥使用次數(shù)，更有利于實現(xiàn)蔬菜無公害生產(chǎn)。 2、節(jié)省成本。大棚蔬菜由于外面有大棚膜的保護，所以受雨水的影響比較小，肥料不容易流失；同時，大棚膜不透水，棚內(nèi)水分也不易蒸發(fā)，有利于保持棚內(nèi)土壤的含水量。3、適栽品種多。大棚蔬菜可選擇的蔬菜品種比田園蔬菜品種種類更多。一般當?shù)靥飯@能種植的蔬菜品種，大棚都能種植。4、提高產(chǎn)量。大棚膜具有保濕的作用，并且膜內(nèi)濕度還可以調(diào)節(jié)，所以對環(huán)境的敏感度小于田園蔬菜，受環(huán)境的影響也小于田間蔬菜。 5、生產(chǎn)效益高。蔬菜只有達到一定的積溫才能成熟，由于大棚具有保溫的作用，縮短了大棚蔬菜的生育期，可以使蔬菜提早成熟提前上市，從而提高蔬菜價格，增加菜農(nóng)收入，一般畝增經(jīng)濟效益50%以上。我們通過去當?shù)剞r(nóng)科院進行了實地考察，他們對于葉菜類蔬菜的大棚種植需要一定的自動化設備，待在育苗杯的葉菜長出幼苗，就需要把在穴盤中的育苗杯轉(zhuǎn)移到栽植盤中，栽植盤需要放置在有營養(yǎng)液的水池中。我們針對這一需求，提出了這個項目，這個項目要實現(xiàn)的是將葉菜類蔬菜（如菠菜、空心菜）盛有幼苗的育苗杯由小間距穴盤向大間距栽植盤轉(zhuǎn)移。我們把這個項目化解成前端執(zhí)行器，控制器和輸送裝置三部分設計，每一部分設計實現(xiàn)一部分動作，這樣更加簡化每一部分的設計，符合我們本科生所學習的內(nèi)容。目 錄第一章 前 言11.1研究背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.2國外研究現(xiàn)狀41.3常見的幾種移栽機構比較61.3.1鉗夾式移栽機61.3.2鏈夾式移栽機61.3.3吊籃式移栽機81.3.4導苗式移栽機91.3.5輸送帶式移栽機101.3.6撓性圓盤式移栽機10第二章 項目研究前期工作112.1實地考察112.2葉菜栽培的三種主要模式112.2.1 傳統(tǒng)模式112.1.2 水培模式122.1.3 穴培模式132.3葉菜移栽的需求分析142.3.1 水培模式下的移栽142.3.2 傳統(tǒng)模式下的移栽14第三章 方案的設計及優(yōu)化153. 1 末端執(zhí)行器153.1.1三驅(qū)動開合式移缽裝置153.1.2雙驅(qū)剪叉式稀植移缽裝置163.1.3 單驅(qū)彈動式稀植移缽裝置183.1.4 移缽機械手實物193.1.5 手抓實物圖203.2控制器213.3 輸送裝置223.4 整機的工作過程234現(xiàn)有成果展示24 葉菜類缽苗移栽機的研制 第一章 前 言1.1研究背景及意義20世紀20年代，歐洲發(fā)達國家研制并開始使用手工喂苗的秧苗移栽機具，用于蔬菜生產(chǎn)作業(yè)；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽機具的人工動作被移栽機構所取代。送苗入土過程實現(xiàn)了機械化；50、60年代，多種不同結構型式的半自動移栽機被研制生產(chǎn)并使用。同時，育苗用土缽制缽機開始出現(xiàn)；至20世紀80年代，半自動移栽機、制缽機已形成完整的系列，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用；到目前為止，歐洲在蔬菜育苗土缽成型及缽上單粒精密播種和自動移栽機械設備等技術上已經(jīng)達到完善。目前，我國移栽機械的研究和應用中還存在許多問題亟待解決: 農(nóng)機研究與我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求相脫節(jié)，無法滿足國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的真正需要; 沒有自行的相關研究體系，大量抄襲、仿制國外先進機型，無法適應國內(nèi)生產(chǎn); 現(xiàn)行使用的機型移栽質(zhì)量不穩(wěn)定，通用性差，自動化程度較低，且機具造價較高，農(nóng)機與農(nóng)藝的融合不緊密1 ，苗盤尺寸、缽的形狀和尺寸沒有統(tǒng)一標準，給提高移栽自動化程度帶來一定困難。傳統(tǒng)的農(nóng)作物移栽主要依靠人工作業(yè)完成，勞動強度大、生產(chǎn)效率低、費工費時，且人工移栽很難保證作業(yè)質(zhì)量。因此，實現(xiàn)蔬菜移栽機械化是擴大蔬菜移栽面積和發(fā)揮蔬菜移栽優(yōu)勢的關鍵所在，對于減輕蔬菜移栽作業(yè)的勞動強度和提高移栽質(zhì)量、效益具有重要意義。隨著時代的發(fā)展，大棚養(yǎng)殖蔬菜普遍率提高，養(yǎng)殖自動化需求越來越高，所以適用于大棚葉菜類移栽機是適應時代和潮流的。通過大棚養(yǎng)殖蔬菜可以大大縮短蔬菜的生長周期，而且大棚蔬菜一年四季都可以養(yǎng)殖，研究大棚葉菜類蔬菜移栽機具有一定的必要性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)的穴盤育苗技術研究時間還不是很長，穴盤苗自動移栽機的研究還剛剛起步，相比國外成熟的技術體系還存在很大的差距。穴盤苗移栽機械分為田間露地移栽機械、溫室內(nèi)移栽的棚室移栽機械以及用于將穴盤秧苗植入花盆的自動移栽機械手。常見的田間露地移栽機機型主要包括: 鉗夾式移栽機、鏈夾式移栽機、撓性圓盤式移栽機、吊杯式移栽機、導苗管式移栽機、輸送帶式移栽機和空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽機。這些機型均應用于缽苗移栽，對于穴盤苗移栽均需要手工取苗、投苗，機械化程度低。目前，國內(nèi)對穴盤苗自動移栽機的研究主要集中在對溫室內(nèi)移栽的棚室移栽機械以及用于將穴盤苗植入花盆的自動移栽機械手的研究，還未涉足到適合大田作業(yè)的、不需手工取苗投苗的穴盤苗全自動移栽機械的研究，僅有少數(shù)農(nóng)業(yè)科研院校對穴盤苗移栽機進行了探索性的研究。1996 年，吉林工業(yè)大學范云翔等研制出一種空氣整根氣吸式秧苗全自動移栽機。該機采用吸力較大的氣缸投苗機構，投苗過程中穴盤苗與運動部件不直接接觸，傷苗率相對比較低。其移行機構由步進電機驅(qū)動，位置精度較高，由單片機來控制，整機可靠性較強。但該設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。2003 年，中國臺灣呂英石等人研制了可調(diào)整式花卉穴盤苗假植機構。假植爪動作的流程: 當假植爪位于原點時之狀態(tài)為假植爪整體上升、夾取爪打開、并且位于穴盤上方; 當要夾取穴盤苗時則假植爪整體往下降至定點后夾取，動作完成后，假植爪往上升移動至生長盤位置上方，假植爪下降將穴盤苗植入生長盤中，然后爪打開并同時上升，再借著氣壓缸回到原點，如此完成單一循環(huán)的假植作業(yè)。氣壓式可調(diào)整花卉秧苗移栽如圖5所示。2005 年，中國農(nóng)大孫剛對生菜自動移栽機進行了初步探索，設計了一種龍門式的移苗裝置。其用氣爪作為執(zhí)行部件，采用運行C /OS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)。該自動移苗機能按照編程的路徑和方式可以完成規(guī)定的移栽，但是還不能克服幼苗的柔韌性等問題，氣爪抓取的精確率和成功率需要進一步的提高。因為只是初步探索，所以在移苗手爪、移苗機構的設計和機構的穩(wěn)定性等方面還需要完善。同時，中國農(nóng)業(yè)大學強麗慧的浮板蔬菜生產(chǎn)自動移苗裝置是移苗機構中直接與苗接觸的部分。由它來具體執(zhí)行拔苗、栽苗作業(yè)。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組成。拔苗時，移苗氣缸伸出，移苗針以30扎入基質(zhì)中。之后，機械臂縮回，并向栽苗位置移動。在此過程中，移苗裝置起到搬運苗的作用。栽苗時，移苗氣缸縮回，移苗針隨之縮回，苗栽入孔穴中。圖1基于PLC 的穴盤苗移栽機機械手示意圖 2007 年，沈陽農(nóng)業(yè)大學田素博等人設計了一種基于PLC 的穴盤苗移栽機械手控制系統(tǒng)。其中，穴盤苗移栽機械手的工作過程:“定位抓取定位投放”，能實現(xiàn)穴苗單線往復移栽。其由氣力驅(qū)動系統(tǒng)、夾持機構、控制系統(tǒng)及秧和花盆輸送裝置4 個工作機構協(xié)同配合實現(xiàn)這一系列連續(xù)動作。其控制系統(tǒng)由PLC、行程開關等組成。結果表明，該控制系統(tǒng)的設計合理，性能可靠。 2009 年，劉凱等人研究了PLC 在穴盤苗移栽機器人控制系統(tǒng)中的應用。所涉及到的穴盤苗移栽機器人由輸送帶、視覺相機、三維運動平臺和機械手組成。研究中，通過2 臺PLC 的合理組合和程序的設計，實現(xiàn)了多電機控制系統(tǒng)的架構，為移栽機器人各機構平穩(wěn)、有序運行提供了軟件基礎。該控制系統(tǒng)整體布局合理、穩(wěn)定性好、程序設計方法簡單易行，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。1.2.2國外研究現(xiàn)狀近20年,國外對移栽機的研究已進入自動化階段。韓國的KyeongUKKim等提出了一種適合蔬菜移植的拾取裝置。這套裝置包括一個路徑產(chǎn)生器、拾取針和針驅(qū)動器。路徑產(chǎn)生器是一個5桿機構,由固定滑槽、驅(qū)動連桿、連接桿和一個滑桿組成;Kut等1987年研究了基于Puma560機器人的移苗機器。移苗機器人的末端執(zhí)行部件是一個平行夾類型的手爪。他們研究的目的是測試機器移苗的作業(yè)周期,研究一種針對單棵苗進行抓取和栽植的末端執(zhí)行部件,另外還用計算機模擬的方法對移苗機器人的應用性能進行評估。移苗機器人末端執(zhí)行手爪是在Unimation 510型氣動平行爪的基礎上進行改進設計的,包括增加開度調(diào)節(jié)螺母,在每個手爪的內(nèi)側(cè)固定一個輕質(zhì)的鍍鋅板作為“手指”,其抓取只有張開與合攏2種狀態(tài),張開與合攏位置的距離是20mm,2個夾片長3mm。當夾取植株時,每個夾片偏轉(zhuǎn)3mm,對基質(zhì)施加大約為4N的力,以保證能夠夾持住基體而又不傷害作物。在苗盤相鄰的情況下,在3.3min內(nèi)能完成36個苗的移植,存活率可達96%Kc.Ting(丁冠中)等1990年研究了一種帶有傳感器的滑動針(SNS)作為帶手爪的移苗機器人,它是基于SCARA機器人機理的。SNS的基本部件是2根在套中運動、傾斜安裝的滑針,安裝和調(diào)節(jié)滑針位置的支撐框架和一個電容型接近傳感器等組成。每根針都由一個雙動空氣氣缸驅(qū)動，針的角度和位置可根據(jù)穴盤和秧苗的不同而進行調(diào)節(jié)，電容式近程傳感器可調(diào)節(jié)感應距離,保證夾持器夾住而不傷害秧苗。在移栽過程中,針縮進,接近穴孔后,針開始伸展,穿人基質(zhì)中。幼苗從育苗盤移植到苗盤時,單苗移栽時間為2.603.25s。試驗結果表明,隨著穴盤苗狀況不同,移苗成功率為50%95%。Ryu等人2000年設計了一種由氣動系統(tǒng)驅(qū)動的夾取裝置。該裝置末端器由步進電機、氣缸、氣動卡盤和夾取指組成。其末端執(zhí)行件由步進電機帶動旋轉(zhuǎn),并根據(jù)植株的方位確定針狀夾取指的位置,避免抓取時對植株葉片的傷害。氣缸可以推動夾取指插入苗盤的基質(zhì)中,然后通過氣動卡盤的開關來實現(xiàn)對秧苗的抓取、保持和釋放。但在土壤濕度較低時,這種末端執(zhí)行件就會顯現(xiàn)出它的局限性,為了克服這個局限性,Ryu等人又進行了改進,兩個手指成15角,每個手指各裝有一個氣缸,增強了靈活性和可靠性。Choi等人2002年開發(fā)了一種新的用于蔬菜移栽的末端執(zhí)行器,由軌跡發(fā)生器、夾取指針和指針驅(qū)動器等組成,用23天的蔬菜苗做試驗,該裝置移栽效率30株/min,移栽成功率97%。1.3常見的幾種移栽機構比較1.3.1鉗夾式移栽機主要工作部件有：鉗夾式在栽植部件，開溝器，覆土鎮(zhèn)壓輪，傳動機構及機架等。圖2鉗夾式移栽機結構1.橫向輸送器 2.鉗夾 3.機架 4.栽植盤 5.覆土鎮(zhèn)壓輪 6.開溝器 工作原理：人工將秧苗放在轉(zhuǎn)動的鉗夾上，隨栽植盤轉(zhuǎn)動，到達苗溝時，鉗夾在滑道開關控制下打開，在自身重力下落入苗溝，然后鎮(zhèn)壓輪覆土，完成栽植。優(yōu)缺點：栽植機結構簡單，株距和栽植深度穩(wěn)定，成本低，適合裸苗和缽苗。但株距調(diào)整困難，鉗夾易傷苗，栽植速度低，零速栽植與喂苗不好控制，應用較少。法國生產(chǎn)的額UT-2型移栽機，吉林農(nóng)業(yè)大學研制的2ZT型移栽機，黑龍江八五二耕作機械廠研制的2YZ型移栽機，黑龍江農(nóng)墾科學院研制的2Z-2型移栽機都是這種類型。1.3.2鏈夾式移栽機除轉(zhuǎn)動方式外，工作原理和鉗夾式移栽機相同。主要工作部件：鏈夾式栽植器，開溝器，壓密覆土輪，傳動仿形輪，傳動裝置和機架。圖3 鏈夾式植苗機構1開溝器2機架3滑道4秧夾5環(huán)形鏈6鉗夾7地輪8傳動鏈9鎮(zhèn)壓輪工作原理：秧夾安裝在鏈條上，人工將秧苗放在臉夾上，；鏈夾轉(zhuǎn)入滑道，秧苗被夾持并隨鏈夾轉(zhuǎn)動。秧苗達到與地面垂直時，鏈夾脫離滑到并打開，秧苗落入溝內(nèi)，然后覆土、鎮(zhèn)壓。工作過程和性能與鉗夾式相似。優(yōu)缺點：鏈夾式移植株距準確，移植后秧苗的直立度較好，喂苗送苗穩(wěn)定可靠。但是生產(chǎn)率低，易傷苗，而且喂苗區(qū)苗夾數(shù)少，并呈上下排列，移植速度偏高時易出現(xiàn)漏載現(xiàn)象。這種栽植機現(xiàn)在應用較少，并有淘汰趨勢?，F(xiàn)有機型：意大利切克基馬格利公司生產(chǎn)的奧特瑪栽機；意大利生產(chǎn)的NADRI玉米缽苗移栽機；荷蘭米啟根公司生產(chǎn)的MT栽植機；安微徐州農(nóng)機研究所研制2ZY-2型油菜移栽機；唐山農(nóng)機研究所研制的2ZB-2型移栽機；黑龍江農(nóng)墾科學院研制的2Z-2型多用缽苗移栽機。1.3.3吊籃式移栽機吊籃式移栽機對育出的缽苗形狀適應范圍較廣，更適合柔嫩秧苗、大缽秧苗及缽體易碎秧苗的移栽。對于這樣一個農(nóng)業(yè)大國，研發(fā)適合我國國情的吊藍式移栽機具有現(xiàn)實意義。圖4 吊籃式移栽機結構簡圖1.偏心環(huán)2.吊環(huán)3.導軌4.覆土器5.開溝器籃式移栽機是一種適合于缽體尺寸較大的缽苗 移栽機械（如圖4所示），它具有可以進行膜上打孔移栽的獨特優(yōu)點，且缽苗在移栽過程中不受任何沖擊。缺點是結構相對復雜，喂苗速度不能過高，否則會出現(xiàn)漏栽率增加、生產(chǎn)率不高等問題。該機采用單組組合式結構，每個組合單體可獨立完成栽植作用。作業(yè)時， 由人工將棉花苗放在秧盤上，然后在把棉花苗放在移栽器上；地輪傳動通過軸帶動移栽輪轉(zhuǎn)動，使得棉花苗在移植器內(nèi)隨著移栽輪轉(zhuǎn)動；當移栽輪轉(zhuǎn)到一定位置時，移植器在凸輪的作用下打開，同時把土壤分開，棉花苗垂直下落在土穴里；然后通過鎮(zhèn)壓輪將土面壓實，以保持水分。吊籃式移栽機可以實現(xiàn)膜上移栽， 對缽苗有一定的扶持力，從而可以使其保持一定的直立度，并且將開溝與移栽合為一體，實現(xiàn)了整體缽苗從喂入到栽植的一體工作。吊籃式栽植器無需開溝器，減少了動力損耗，同時也降低了傷苗率。1.3.4導苗式移栽機導苗式移栽機的漏苗率低，喂苗的勞動強度小，生產(chǎn)效率高，適應性好，即可以移栽缽苗，業(yè)可以移栽根苗。缺點是結構比較復雜，制造成本偏高。圖5導苗管式移栽機單組結構1苗架 2.喂入機 3.平機架大梁 4.四桿仿形機構 5.開溝器 6.柵條式扶苗器 7.覆土填壓輪 8.導苗管該類移栽機主要分為推落苗式、指帶落苗式、直落苗式三種。工作時，由人工或機械將秧苗投至喂入器的喂入筒內(nèi)，當喂苗嘴轉(zhuǎn)動至導苗管喂入口時，喂苗嘴張開，秧苗靠重力落入苗溝中，然后進行覆土、鎮(zhèn)壓、完成栽植過程。該類移栽機械的特點：栽植秧苗的穴行距和栽植深度均勻一致，保證較好的直立度，且作業(yè)速度較高，移栽的頻率可達60 株/min，栽植頻率由喂入頻率確定，不易傷苗，但調(diào)整比較復雜，受拖拉機前進速度影響明顯。1.3.5輸送帶式移栽機由開溝器、秧苗輸送機構、覆土鎮(zhèn)壓輪、傳動裝置和機架等主要部件組成，秧苗輸送機構由一條水平輸送帶和一條傾斜輸送帶組成，兩條輸送帶的運動速度不同。機具作業(yè)時。秧苗在水平輸送帶上直立前進，在水平輸送帶末端翻倒在傾斜輸送帶上，當秧苗運動到傾斜帶的末端時。缽苗翻轉(zhuǎn)直立落到苗溝中，然后覆土鎮(zhèn)壓，完成作業(yè)。這種移栽機機構簡單，移栽效率高，但是移栽的可靠性差，栽植質(zhì)量低5。1.3.6撓性圓盤式移栽機結構簡單實用，成本低，但圓盤壽命較短，株距和移栽深度不穩(wěn)定。撓性圓盤式移栽機有兩片可以變形的撓性圓盤來夾持秧苗，由于不受苗夾數(shù)量的限制，它對穴距的適應性較好，輸送帶將人工喂入的秧苗喂入到栽植器中，然后隨圓盤轉(zhuǎn)動，當達到垂直狀態(tài)時進行栽植，適用于裸苗及紙筒移栽，對于像白蔥等長莖作物的栽植效果更佳6。第二章 項目研究前期工作2.1實地考察13年10月17日，我們?nèi)フ憬r(nóng)科院參觀了溫室葉菜的栽培技術，通過參觀學習，了解到目前葉菜的培養(yǎng)模式主要有三種，傳統(tǒng)農(nóng)田栽培模式、水培模式和穴培模式，并認識到人工移栽、收采的效率低下等問題。本文從葉菜栽培的幾種主要模式出發(fā)，來闡述不同模式下的移栽裝置需求，以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些實際問題。2.2葉菜栽培的三種主要模式 2.2.1 傳統(tǒng)模式 圖6所示為傳統(tǒng)模式下人工栽培的葉菜，往往具有分布不均、生長周期長、收采不便等缺點。同時，由于傳統(tǒng)栽培方式生產(chǎn)周期長，導致了農(nóng)藥危害不易控制、安全性因素不確定等弊端。如果在農(nóng)田中實現(xiàn)機器按行移栽，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)機器需要在一定范圍內(nèi)可調(diào)。 圖6農(nóng)田中的葉菜2.1.2 水培模式 水培模式是在溫室大棚中進行的，是通過底部與四周鏤空的苗杯將葉菜固定在水浮穴盤中，水浮穴盤是由泡沫板制成，可漂浮在盛有營養(yǎng)液的水池中。如圖2 所示，左中右水池寬度分別為180cm，120cm，120cm。水培模式是一種新型的漂浮栽培技術，可使葉菜在特定條件下的光熱條件得到充分利用，避開惡劣天氣影響，從而提高葉菜的質(zhì)量和產(chǎn)量。 如圖8所示，育苗穴盤的穴孔分布較密，穴盤整體尺寸是2855cm，穴孔按612分布。幼苗是在苗杯中培育的，而育苗杯（營養(yǎng)缽）置于育苗穴盤的穴孔中。黑色塑料育苗杯具有白天吸熱、夜晚保溫護根、保肥作用，干旱時節(jié)具有保水作用；用育苗杯育苗便于集中培育和移栽，顯著提高經(jīng)濟效益。如圖9所示，水浮穴盤的穴孔分布較疏松，穴盤整體尺寸是6080cm，穴孔按68分布。要實現(xiàn)水浮栽培葉菜，首先要將育苗穴盤中的幼苗移栽到水浮穴盤中。傳統(tǒng)移栽都是靠人工實現(xiàn)，工作效率低強度大，在一定程度上降低了經(jīng)濟效益。通過機械裝置可實現(xiàn)高效移栽、省時省力的目的。圖7水培模式下的葉菜 圖8 育苗穴盤和育苗杯 圖9 水浮穴盤2.1.3 穴培模式 圖10為葉菜的穴培模式，穴培就是將葉菜在穴盤中栽培，一個穴盤的尺寸約為5528cm，圖中所示為兩兩并排的穴盤，其總寬約115cm。穴培同樣是在溫室大棚中進行的，便于管理、移動。穴盤模式的另一顯著優(yōu)點就是便于采收，由于葉菜排列較整齊，通過采收裝置比較容易實現(xiàn)自動或半自動采收。圖10 穴培模式下的葉菜2.3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。傳統(tǒng)情形下，幼苗的移栽都是靠人工完成的，人工移栽工作強度大，效率低，如果能通過一種移栽裝置來自動完成移栽，那么可以大大的節(jié)省勞動力，同時提高移栽效率，從而獲得更大的經(jīng)濟效益。葉菜移栽，是生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，有利于彌補光照不足等缺點，實現(xiàn)光熱資源的充分利用。同時，通過移栽便于在溫室下進行統(tǒng)一管理，成苗率高，成本低。所以，設計一種簡單可靠的移栽裝置具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。2.3.1 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，這需要通過一定的機械裝置實現(xiàn)。移栽動作主要為抓取-移動-分散-放置四步。2.3.2 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，同樣通過機械裝置可實現(xiàn)，移栽動作主要是針插-夾持-移動-放置四步。圖10是用于移栽到農(nóng)田中的育苗穴盤，圖12是連同基質(zhì)一起提出的待移栽幼苗。圖11用于移栽到農(nóng)田中的育苗穴盤 圖12 連同基質(zhì)一起的待移栽幼苗第三章 方案的設計以及優(yōu)化我們通過多次討論以及借鑒國內(nèi)外的一些移栽機，把本項目分解成三個部分：末端執(zhí)行器，定位裝置和輸送裝置。3. 1 末端執(zhí)行器末端執(zhí)行器我們討論了很多種方案，而且一一畫出了三維圖，最后做出了兩個手抓，一個末端執(zhí)行器。接下來我就通過圖片來給大家展示我們所做的過程。3.1.1三驅(qū)動開合式移缽裝置圖13 三驅(qū)動開合式移缽裝置三維示意圖本末端執(zhí)行器，其特征在于：該執(zhí)行器包括由動力機構驅(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。特點：(1)本裝置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合，兩側(cè)的氣缸伸出驅(qū)動連桿機構變形實現(xiàn)間距放大。 本裝置的優(yōu)缺點：優(yōu)點為可靠性高；缺點為因密集穴盤中苗距較小，實際操作可能傷苗。3.1.2雙驅(qū)剪叉式稀植移缽裝置圖14剪叉式移缽機械手剪叉式移缽機械手，其特征在于：所述裝置包括由氣缸驅(qū)動的剪叉機構、在剪叉機構末端的夾合托板和模擬剎車拉緊機構使得執(zhí)行器進行夾持動作。所述剪叉機構包括固定在兩側(cè)擋板上的針筒氣缸，對稱組合形成多個菱形狀的連接板，連接板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(cè)的剪叉連桿運動，從而使菱形變形，最終間距擴大。所述模擬剎車拉緊機構包括固定座上的雙桿氣缸、把氣缸和托板項鏈的剎車線，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，短彈簧固定在夾合托板內(nèi)的剎車線上。所述夾合托板由上、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，套住模擬剎車拉緊結構的剎車線末端，上托板有3孔，分別為了連接剎車線和固定托班在剪叉機構的直桿（使其能夠左右平移）。 本設計的工作原理是：開始時，剪叉機構上的針筒氣缸的長桿伸出，使著連接板兩兩夾角變小，從而夾合托班互相靠近，這樣夾合托班的距離就變小。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，使得夾合托班的上下兩層互相夾緊住育苗杯；整個機構轉(zhuǎn)移之后，剪叉機構上的針筒氣缸的長桿回程，連接板兩兩夾角變大，從而夾合托班互相遠離，這樣夾合托班的距離就變大。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。特點：（1） 通過兩個互不干擾的氣缸提供動力；（2）大氣缸實現(xiàn)等間距縮放；（3）小氣缸驅(qū)動鋼絲繩牽引常開夾爪，實現(xiàn)夾持動作。3.1.3 單驅(qū)彈動式稀植移缽裝置圖15單驅(qū)動彈動限位式移缽機械手 單驅(qū)動彈動限位式移缽機械手特征在于：所述裝置包括由電機驅(qū)動的彈簧限位機構、夾合托班和使得執(zhí)行器進行變距夾持動作的凸輪機構。所述單驅(qū)動彈動限位式移缽機械手連接部分：包括皮帶輪與最外側(cè)滑塊的鋼繩，連接桿，皮帶。所述的抓取執(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(cè)滑塊通過復合鋼繩相連，此復合鋼繩上一小段彈性系數(shù)比較大的彈簧，此機構包括了兩條連接桿，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的確定滑塊的位置。 所述夾合托板由上、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，凸輪機構使得手爪進行張合。本實用新型的工作原理是：開始時，電機開始工作，皮帶輪順時針轉(zhuǎn)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，滑塊就有次序的開始移動，夾合托班兩兩距離變小，分別到達突出擋板處后停止移動，此時電機繼續(xù)工作，復合鋼繩上小彈簧伸長，皮帶輪又通過皮帶帶動圓錐齒輪，然后凸輪桿轉(zhuǎn)動，夾合托板夾緊育苗杯。夾持杯子之后，電機工作，皮帶輪逆時針轉(zhuǎn)動，夾合托班兩兩距離變大，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(zhuǎn)動，松開育苗杯。特點：(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k不同 ，長度l不同，使得各個滑塊剛好到達限位處。3.1.4 移缽機械手實物末端執(zhí)行器是由氣缸提供動能，手抓通過兩個滑塊固定在橫向的長桿上；每個手抓是由兩片1/4夾片組成，通過小彈簧夾緊育苗杯。氣缸橫向放置，一端固定在手抓上，一端固定在一邊上的型材上，氣缸伸出縮回實現(xiàn)手抓變距。 圖16 移栽機實物側(cè)視圖3.1.5 手抓實物圖圖17扭簧手抓三維分解圖 圖18 扭簧手抓夾持育苗杯狀態(tài)圖 如圖可知，此手抓主要的部件為扭簧，它通過扭簧進行張開，實際用于轉(zhuǎn)移育苗杯還需要在上下托板上打孔，用氣缸把上托班壓制閉合。采用這個手抓的優(yōu)點為夾持穩(wěn)定，適合于速度較快的機器。 圖19自適應夾持爪分解圖 圖20自適應夾持爪夾持俯視圖 自適應夾持爪，自適應夾持爪利用彈簧的彈力和螺釘?shù)南尬槐３謯A爪常閉，每片夾爪的內(nèi)壁都有圓角平滑過渡，當夾爪接觸栽植杯的時候，爪子的內(nèi)壁會在栽植杯的擠壓作用下自動打開，當栽植杯進入爪子所圍城的一個弧形區(qū)域內(nèi)，爪子又在彈力作用下閉合，當栽植杯被移動到指定位置和時，機械手回退，爪子在栽植杯的擠壓作用下再次自動打開，最終完成一個取缽與放缽的動作。 這兩個手抓加工簡單，適合用實際加工操作，創(chuàng)新性高，所以我們選擇加工這兩個手抓，自適應手爪我們已經(jīng)加工進整個機器中，下面我會展示我們的機器。3.2控制器 圖21移缽裝置三維圖 圖22控制器實物圖移缽裝置是整個機器的主要執(zhí)行部件。主要包括絲桿滑臺和末端執(zhí)行器。絲桿滑臺上部安裝有一塊