杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统设计与试验分析
发布时间：2021-07-07 18:37
杜仲具有很高的经济和药用价值,育苗时采用嫁接方法能够提高幼苗的成活率,从而获得具有较高药用价值的品种。但目前缺乏杜仲自动嫁接设备,育苗时多采用人工嫁接方法。针对人工嫁接作业存在劳动强度大以及长期工作时切削速度、嫁接成功率不稳定等问题,基于对杜仲人工嫁接技术的研究,设计了一种杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统,以提高切削速度和嫁接成功率。首先,基于机械设计原理,对杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统的结构组成和工作流程进行了分析。然后,通过对砧木切削方式的分析,基于压切方式设计了矩阵式切削系统的切削机构和夹持机构,其一次可完成4行4列杜仲砧木苗的切削;同时,基于传统PLC（programmable logic controller,可编程逻辑控制器）,对矩阵式切削系统的控制系统进行设计,其具有手动控制和自动控制两种模式。最后,利用设计的杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统进行切削试验,并与人工切削方法进行对比。试验结果表明:杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统运行稳定、可靠,能够实现手动控制和自动控制;在杜仲砧木苗大小合适的前提下,其切削速度可达517株/h,是人工切削速度的1.1倍,平均切削成功率可达92.58%,...
【文章来源】：工程设计学报. 2020,27(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统结构组成
如图2所示，杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统的工作流程为：1）放入杜仲砧木苗盘，触发苗盘放入传感器，同时启动皮带清理机构，以将苗盘送至夹持机构处；2）触发夹持机构传感器，完成夹苗定位，之后皮带清理机构和夹持机构同时启动；3）苗盘到达切削位置后，触发切削机构传感器，按照设定顺序完成切削动作；4）启动皮带清理机构和夹持机构，苗盘到达皮带变坡位置后，触发皮带变坡传感器，夹持机构松开苗盘；5）再次启动皮带清理机构和夹持机构，直至苗盘到达出料口；6）触发出料口传感器，皮带清理机构和夹持机构停止运行，并等待1 s;7）夹持机构启动倒转，回到起始位；8）触发起始位传感器，皮带清理机构停止运行，系统做下一次切削准备。2 杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统关键部件设计
常见的砧木切削方式可分为直切、斜切、旋切和滑切等几种方式[13-14]。图3(a）所示为直切方式，可将砧木切成水平断面，但不满足杜仲的嫁接要求。图3(b）所示为斜切方式，切刀刀刃和砧木呈一定夹角。对砧木进行受力分析发现，沿着砧木方向，由于受到切刀的压力F，切刀刀刃两侧的砧木纤维受到挤压，随着切刀的进入，压力变大，导致刀刃下方的砧木失去向内收缩的恢复力，从而影响砧木的嫁接存活率。图3(c）所示为旋切方式，位于旋转刀柄上的切刀可一次性完成穗木和砧木的切削。由于刀柄作旋转运动，使得穗木和砧木的切面为弧面，若要使切面为平面，则需增大切削半径，但这会造成切削机构体积庞大，成本增加。图3(d）所示为滑切方式，切刀与砧木呈垂直关系，切刀切削砧木时，切刀作垂直于砧木方向和平行于刀柄方向的切削运动，在这种切削方式下，切刀进入砧木后产生的摩擦力较小，从而使砧木切面的形变量较小，但采用滑切方式的切削机构的复杂程度较高和制造成本较大[15-16]。综合上述几种切削方式的优缺点，对直切方式进行改进，即保证切刀所在平面与砧木轴线垂直，与砧木径面呈一定夹角，将这种切削方式称为压切。采用压切方式的切削机构结构简单，可使砧木的切面为斜面类椭圆面，对砧木的损伤较小，符合杜仲的嫁接要求。2.1.2 杜仲砧木苗切削特性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可编程控制器的猪胴体喷淋冷却作业控制系统设计[J]. 陈玉仑,孙晨阳,卢中山,范雷明,李毅念,李春保. 农业工程学报. 2018(03)
[2]国内外蔬菜嫁接机的研究现状[J]. 柏宗春,吕晓兰,陶建平. 农业开发与装备. 2017(03)
[3]蔬菜自动嫁接技术研究现状与发展分析[J]. 张凯良,褚佳,张铁中,尹权,孔艳山,刘展. 农业机械学报. 2017(03)
[4]基于光切法的葡萄硬枝嫁接切削面粗糙度图像检测算法[J]. 李世军,袁全春,徐丽明,邢洁洁,刘文,高振铭,史丽娜. 农业工程学报. 2017(04)
[5]蔬菜嫁接育苗技术[J]. 刘兴艳. 现代农业. 2017(02)
[6]葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人设计与试验[J]. 褚佳,张立博,张铁中,张文波,王粮局,刘展. 农业机械学报. 2017(01)
[7]甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验[J]. 田素博,宋传程,董嵩,王瑞丽. 农业工程学报. 2016(22)
[8]蔬菜嫁接机器人嫁接苗特征参数的视觉测量方法[J]. 张雷,贺虎,武传宇. 农业工程学报. 2015(09)
[9]杜仲穴盘育苗基质的研究[J]. 张美德,艾伦强,何银生,刘海华,廖璐婧. 湖北农业科学. 2014(24)
[10]葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验[J]. 褚佳,张铁中. 农业机械学报. 2014(S1)
硕士论文
[1]基于Plug-in的苗木嫁接机切削机构的研究[D]. 罗军.湖南农业大学 2011
本文编号：3270156
【文章来源】：工程设计学报. 2020,27(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统结构组成
如图2所示，杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统的工作流程为：1）放入杜仲砧木苗盘，触发苗盘放入传感器，同时启动皮带清理机构，以将苗盘送至夹持机构处；2）触发夹持机构传感器，完成夹苗定位，之后皮带清理机构和夹持机构同时启动；3）苗盘到达切削位置后，触发切削机构传感器，按照设定顺序完成切削动作；4）启动皮带清理机构和夹持机构，苗盘到达皮带变坡位置后，触发皮带变坡传感器，夹持机构松开苗盘；5）再次启动皮带清理机构和夹持机构，直至苗盘到达出料口；6）触发出料口传感器，皮带清理机构和夹持机构停止运行，并等待1 s;7）夹持机构启动倒转，回到起始位；8）触发起始位传感器，皮带清理机构停止运行，系统做下一次切削准备。2 杜仲嫁接机器人矩阵式切削系统关键部件设计
常见的砧木切削方式可分为直切、斜切、旋切和滑切等几种方式[13-14]。图3(a）所示为直切方式，可将砧木切成水平断面，但不满足杜仲的嫁接要求。图3(b）所示为斜切方式，切刀刀刃和砧木呈一定夹角。对砧木进行受力分析发现，沿着砧木方向，由于受到切刀的压力F，切刀刀刃两侧的砧木纤维受到挤压，随着切刀的进入，压力变大，导致刀刃下方的砧木失去向内收缩的恢复力，从而影响砧木的嫁接存活率。图3(c）所示为旋切方式，位于旋转刀柄上的切刀可一次性完成穗木和砧木的切削。由于刀柄作旋转运动，使得穗木和砧木的切面为弧面，若要使切面为平面，则需增大切削半径，但这会造成切削机构体积庞大，成本增加。图3(d）所示为滑切方式，切刀与砧木呈垂直关系，切刀切削砧木时，切刀作垂直于砧木方向和平行于刀柄方向的切削运动，在这种切削方式下，切刀进入砧木后产生的摩擦力较小，从而使砧木切面的形变量较小，但采用滑切方式的切削机构的复杂程度较高和制造成本较大[15-16]。综合上述几种切削方式的优缺点，对直切方式进行改进，即保证切刀所在平面与砧木轴线垂直，与砧木径面呈一定夹角，将这种切削方式称为压切。采用压切方式的切削机构结构简单，可使砧木的切面为斜面类椭圆面，对砧木的损伤较小，符合杜仲的嫁接要求。2.1.2 杜仲砧木苗切削特性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于可编程控制器的猪胴体喷淋冷却作业控制系统设计[J]. 陈玉仑,孙晨阳,卢中山,范雷明,李毅念,李春保. 农业工程学报. 2018(03)
[2]国内外蔬菜嫁接机的研究现状[J]. 柏宗春,吕晓兰,陶建平. 农业开发与装备. 2017(03)
[3]蔬菜自动嫁接技术研究现状与发展分析[J]. 张凯良,褚佳,张铁中,尹权,孔艳山,刘展. 农业机械学报. 2017(03)
[4]基于光切法的葡萄硬枝嫁接切削面粗糙度图像检测算法[J]. 李世军,袁全春,徐丽明,邢洁洁,刘文,高振铭,史丽娜. 农业工程学报. 2017(04)
[5]蔬菜嫁接育苗技术[J]. 刘兴艳. 现代农业. 2017(02)
[6]葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人设计与试验[J]. 褚佳,张立博,张铁中,张文波,王粮局,刘展. 农业机械学报. 2017(01)
[7]甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验[J]. 田素博,宋传程,董嵩,王瑞丽. 农业工程学报. 2016(22)
[8]蔬菜嫁接机器人嫁接苗特征参数的视觉测量方法[J]. 张雷,贺虎,武传宇. 农业工程学报. 2015(09)
[9]杜仲穴盘育苗基质的研究[J]. 张美德,艾伦强,何银生,刘海华,廖璐婧. 湖北农业科学. 2014(24)
[10]葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验[J]. 褚佳,张铁中. 农业机械学报. 2014(S1)
硕士论文
[1]基于Plug-in的苗木嫁接机切削机构的研究[D]. 罗军.湖南农业大学 2011
本文编号：3270156
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