茄科蔬菜移栽机械手的设计与试验研究

发布时间：2020-09-11 11:53

　　我国在20世纪80年代提出建设“菜篮子工程”,经过30年发展,取得了显著成效,截至2016年我国蔬菜种植面积达到22328.3千公顷。随着蔬菜种植面积的不断扩大,我国蔬菜生产机械化程度较低这一问题也愈加突出。蔬菜秧苗移栽仍采用传统的人工或半自动机械完成,现有的蔬菜移栽机多在大田或大型温室使用,而适用于小型温室的移栽机械仍处于研发状态。本文针对温室内茄科类蔬菜移栽实际状况,结合现有的鸭嘴式吊篮移栽机特点,设计了一种与之配套的适用于茄科类蔬菜的移栽机械手,以取苗成功率和投苗准确率为评价指标,取苗角度及旋转角度为试验因素进行验证试验,得到如下结论:(1)根据茄科类蔬菜育苗移栽的农艺要求及秧苗生长特点,通过秧苗钵体与手指材质之间的滑动摩擦角试验,确定移栽机械手手指的结构参数,设计出一种基于舵机驱动的蔬菜移栽机械手,对移栽机械手的关键部件进行设计,确定该机械手的主要结构尺寸。(2)利用UG建立了移栽机械手三维模型,对机械手大臂、小臂与舵机联接部位以及手指取苗机构与滑动机构联接部位进行了有限元静力学分析和机构的运动仿真。仿真结果表明:该样机不存在干涉现象,机械手大臂、小臂以及手指的薄弱部位均满足刚度、强度要求。通过运动仿真分析可知机械手取苗手指之间不存在差动现象,且手指速度与加速度变化平稳,无突变现象,可顺利完成取苗、投苗过程。(3)制作了移栽机械手的物理样机,分别以取苗成功率和投苗准确率为评价指标,取苗角度及旋转角度为试验因素进行验证试验,确定了蔬菜移栽机械手较佳的工作参数,结果表明:移栽机械手取苗角为70°~85°,旋转角为15°~25°时,机械手取苗成功率为83.3%,在此基础上,机械手的投苗成功率为89.3%,满足了茄科蔬菜移栽过程中取、放秧苗要求。本研究设计的蔬菜移栽机械手整体结构满足设计要求,研究结果为茄科蔬菜的机械化移栽提供理论与数据参考。
【学位单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S223.9
【部分图文】：

机械手,机械手指,舵机

1.底座 2.旋转单向舵机 3.旋转底盘 4、6、8、10.双向舵机5.大臂 7.小臂 9.连接板 11.机械手指图 2-1 机械手简图Fig.2-1 Schematic diagram of manipulator设计的蔬菜移栽机械手由底座、单向舵机、旋转底盘、双连接板、机械手指等部分组成，其中底座 1 支撑机械手整控制旋转底盘旋转，进而控制机械手整体的旋转，双向舵、小臂以及机械手指的运动。移栽机械手的工作原理如下控制机械手由取苗位置运动到投苗位置的旋转角度；4、制机械手在夹取蔬菜钵苗以及投放钵苗过程中大臂 5、小机械手夹取不同位置的蔬菜钵苗；双轴舵机 8 控制机械手确保能够在不损伤蔬菜钵苗的情况下，完成蔬菜钵苗的夹控制机械手指 11 的开合大小，在保证机械手能够完成蔬菜

结构图,手指,结构图,蔬菜

图 2-2 手指结构图Fig.2-2 Diagram of the finger structure计为设计出符合生产实际的移栽机械手，则需要求相结合，因此，在机械手设计开始之前。随着蔬菜移栽技术的不断的发展，我国现进行育秧，蔬菜秧苗长至 10~15cm 时即可进尺寸如图 2-3 及表 2-2 所示。

结构图,育秧盘,蔬菜

图 2-2 手指结构图Fig.2-2 Diagram of the finger structure体初步设计 2.1 可知，为设计出符合生产实际的移栽机械手，则需要将机械菜生产农艺要求相结合，因此，在机械手设计开始之前需对茄科求有所了解。随着蔬菜移栽技术的不断的发展，我国现阶段蔬菜化育秧盘进行育秧，蔬菜秧苗长至 10~15cm 时即可进行移栽工育秧盘结构尺寸如图 2-3 及表 2-2 所示。

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