基于甘蓝钵苗力学特性的取苗末端执行器的设计与试验
发布时间：2021-08-02 20:12
我国是蔬菜大国,而甘蓝是我国主要的蔬菜种植作物之一,在我国蔬菜种植面积中位列第三,在全球中位列首位。育苗移栽是当前蔬菜种植的主要方式,但目前针对甘蓝钵苗配套的自动移栽机械的研究较少,而末端执行器是全自动移栽机械的关键部件,对取苗质量有着重要的影响,当前很多学者对末端执行器进行了针对性的研究,但主要针对一种规格穴盘进行应用,不易同时满足多种规格穴盘作业的要求。因此,本文针对现有取苗末端执行器取苗针间距固定、适应性差,难以实现按需调整以适应移栽过程中不同规格穴盘钵苗取苗的问题,设计了一种插入针间距可调的针式取苗末端执行器。并通过查阅文献、甘蓝钵苗生长特性与力学特性分析、机构设计、EDEM单因素仿真试验、正交试验等方法,对取苗末端执行器进行系统研究。主要研究内容与成果如下:（1）对甘蓝钵苗进行了育苗试验,分析了其生长特性,得到不同苗龄下72穴、128穴和200穴规格穴盘钵苗的径粗、株高和根钵形成情况以及苗株倒伏情况,确定了试验用苗为72穴盘幼苗,苗龄40 d;128穴盘幼苗,苗龄30 d;200穴盘幼苗,苗龄20 d,在均已形成根钵的前提下进行取苗试验研究。（2）对甘蓝钵苗的力学特性开展了试...
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘蓝种植
业方式之一[42]。国外很早就开始了取苗机构的研究，1990 年 Ting[36]等人研发了一种取苗器人，其末端执行器主要由双作用气缸与两根取苗针组成，在气缸的作用下取苗针插入钵由电容式感应器判断是否夹取成功。1993 年 Sylvester M.Tesch 公司研制了一种双板四针取苗末端执行器[43]，主要有两个平行板和四根钢针组成，钢针在针孔中滑动利用倾角插入体以完成取苗的动作。1997 年 Lawrance N.Shaw 等人发明了一种钵苗顶出机构，由活塞杆穴盘的底部向上顶苗，大大提高了钵体的脱离效果，不过顶出成功率受钵苗的根系生长特有很大的影响。在取苗末端执行器中最具代表性的机器为 K.H.Ryu等人[44]设计的一种气动式钵苗拾取装，如图 1-2 所示，该装置由步进电机、气缸、气动卡盘和一个夹紧手指组成，夹紧手指为应作物的生长方向，可以根据幼苗的叶片走向进行旋转，以避免损坏叶片，拾取装置下降钵苗上方，气缸向下伸出，同时在空气夹头的作用下，手指能够穿过育苗培养基质，并通空气夹盘的打开和关闭运动来抓住幼苗的根部，将其拉出托盘，以实现钵苗提取的目的。中空气夹头的行程和尺寸分别由所需的换台行程和塞盘单元的尺寸确定，气缸的内径和尺根据所施加的气缸载荷和深度来确定，同时气缸总负载等于空气夹头、夹紧手指、幼苗和着的育苗培养基质的重量，为防止气缸伸缩杆的旋转并引导夹紧手指的运动，在气缸上安限位运动导轨，并且通过电磁阀控制工作气压和空气流量，调节气流的方向来控制气缸的缩和空气夹盘的打开与关闭。并研究了针式、叉式与铲式等手指类型对 72 穴和 128 穴规格
东北农业大学工学硕士学位论文的穴盘幼苗提取成功率的影响，得出铲式手指对 72 穴、128 穴幼苗的提取效果最佳，分别为96%和 98%，其他类型手指的提取成功率均不足 90%。Luan 等人在实验室条件下使用气动式钵苗拾取装置分别对黄瓜和番茄幼苗进行取苗移栽试验，并通过穴盘钵苗输送机构对幼苗连续供应，根据试验结果得出该类型钵苗提取装置的作业效率为 40 株/min[45]。K.H.Ryu 等人设计的气动式钵苗拾取装置受钵苗物理特性有很大的影响，当钵苗含水率低于 48%时，提取成功率不足 80%，为解决此问题设计了一种两气缸夹持式取苗末端执行器，如图 1-3 所示，该装置主要由两个气缸与夹紧手指组成，取苗手指固定在气缸伸缩杆上，当末端执行器下移到达取苗点时，气缸使夹紧手指沿倾斜角度 15°插入钵体底部，同时通过滑动两个手指抓住幼苗，取苗末端执行器上移，完成钵苗的提取。同时对低、中、高三种含水率范围的 72 穴规格钵苗进行取苗试验研究，得出中等含水率水平的钵苗提取效果最佳，并且对不同苗龄下的黄瓜和番茄钵苗进行提取试验，得出大苗龄的钵苗移栽成功率最高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]花椰菜在中国的传播及其影响[J]. 杜伟利,丁晓蕾. 青岛农业大学学报(社会科学版). 2019(01)
[2]盐城地区结球甘蓝育苗技术[J]. 唐海瑛,于利,李建斌,王神云,王红. 现代农业科技. 2018(17)
[3]槲皮素药理作用研究进展[J]. 马纳,李亚静,范吉平. 辽宁中医药大学学报. 2018(08)
[4]夏季紫甘蓝穴盘育苗技术[J]. 胡晶晶,郝良改. 上海蔬菜. 2018(03)
[5]子叶期钵苗补苗末端执行器设计与试验[J]. 梁喜凤,肖玺泽,朱宇豪,王永维,武传宇. 农业工程学报. 2018(09)
[6]甘蓝工厂化穴盘育苗技术[J]. 张丽娟. 吉林农业. 2018(08)
[7]试论甘蓝种植机械化技术模式[J]. 高俊龙. 农民致富之友. 2017(23)
[8]设施蔬菜收获机拉拔力学性能EDEM仿真与试验[J]. 高国华,谢海峰,王天宝. 农业工程学报. 2017(23)
[9]嫁接机钢针顶起穴盘苗过程EDEM模拟验证及参数优化[J]. 高国华,王凯,孙晓娜. 农业工程学报. 2017(21)
[10]花色苷生物学功能的研究进展[J]. 梁敏,包怡红. 天然产物研究与开发. 2017(10)
博士论文
[1]温室钵苗移栽机的优化设计及移栽过程力学分析[D]. 蒋卓华.浙江大学 2017
硕士论文
[1]茄科蔬菜移栽机械手的设计与试验研究[D]. 付强.黑龙江八一农垦大学 2018
[2]基于苗钵—根系综合分析的取苗末端执行器设计及育苗工艺优化[D]. 徐静云.江苏大学 2017
本文编号：3318201
【文章来源】：东北农业大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
甘蓝种植
业方式之一[42]。国外很早就开始了取苗机构的研究，1990 年 Ting[36]等人研发了一种取苗器人，其末端执行器主要由双作用气缸与两根取苗针组成，在气缸的作用下取苗针插入钵由电容式感应器判断是否夹取成功。1993 年 Sylvester M.Tesch 公司研制了一种双板四针取苗末端执行器[43]，主要有两个平行板和四根钢针组成，钢针在针孔中滑动利用倾角插入体以完成取苗的动作。1997 年 Lawrance N.Shaw 等人发明了一种钵苗顶出机构，由活塞杆穴盘的底部向上顶苗，大大提高了钵体的脱离效果，不过顶出成功率受钵苗的根系生长特有很大的影响。在取苗末端执行器中最具代表性的机器为 K.H.Ryu等人[44]设计的一种气动式钵苗拾取装，如图 1-2 所示，该装置由步进电机、气缸、气动卡盘和一个夹紧手指组成，夹紧手指为应作物的生长方向，可以根据幼苗的叶片走向进行旋转，以避免损坏叶片，拾取装置下降钵苗上方，气缸向下伸出，同时在空气夹头的作用下，手指能够穿过育苗培养基质，并通空气夹盘的打开和关闭运动来抓住幼苗的根部，将其拉出托盘，以实现钵苗提取的目的。中空气夹头的行程和尺寸分别由所需的换台行程和塞盘单元的尺寸确定，气缸的内径和尺根据所施加的气缸载荷和深度来确定，同时气缸总负载等于空气夹头、夹紧手指、幼苗和着的育苗培养基质的重量，为防止气缸伸缩杆的旋转并引导夹紧手指的运动，在气缸上安限位运动导轨，并且通过电磁阀控制工作气压和空气流量，调节气流的方向来控制气缸的缩和空气夹盘的打开与关闭。并研究了针式、叉式与铲式等手指类型对 72 穴和 128 穴规格
东北农业大学工学硕士学位论文的穴盘幼苗提取成功率的影响，得出铲式手指对 72 穴、128 穴幼苗的提取效果最佳，分别为96%和 98%，其他类型手指的提取成功率均不足 90%。Luan 等人在实验室条件下使用气动式钵苗拾取装置分别对黄瓜和番茄幼苗进行取苗移栽试验，并通过穴盘钵苗输送机构对幼苗连续供应，根据试验结果得出该类型钵苗提取装置的作业效率为 40 株/min[45]。K.H.Ryu 等人设计的气动式钵苗拾取装置受钵苗物理特性有很大的影响，当钵苗含水率低于 48%时，提取成功率不足 80%，为解决此问题设计了一种两气缸夹持式取苗末端执行器，如图 1-3 所示，该装置主要由两个气缸与夹紧手指组成，取苗手指固定在气缸伸缩杆上，当末端执行器下移到达取苗点时，气缸使夹紧手指沿倾斜角度 15°插入钵体底部，同时通过滑动两个手指抓住幼苗，取苗末端执行器上移，完成钵苗的提取。同时对低、中、高三种含水率范围的 72 穴规格钵苗进行取苗试验研究，得出中等含水率水平的钵苗提取效果最佳，并且对不同苗龄下的黄瓜和番茄钵苗进行提取试验，得出大苗龄的钵苗移栽成功率最高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]花椰菜在中国的传播及其影响[J]. 杜伟利,丁晓蕾. 青岛农业大学学报(社会科学版). 2019(01)
[2]盐城地区结球甘蓝育苗技术[J]. 唐海瑛,于利,李建斌,王神云,王红. 现代农业科技. 2018(17)
[3]槲皮素药理作用研究进展[J]. 马纳,李亚静,范吉平. 辽宁中医药大学学报. 2018(08)
[4]夏季紫甘蓝穴盘育苗技术[J]. 胡晶晶,郝良改. 上海蔬菜. 2018(03)
[5]子叶期钵苗补苗末端执行器设计与试验[J]. 梁喜凤,肖玺泽,朱宇豪,王永维,武传宇. 农业工程学报. 2018(09)
[6]甘蓝工厂化穴盘育苗技术[J]. 张丽娟. 吉林农业. 2018(08)
[7]试论甘蓝种植机械化技术模式[J]. 高俊龙. 农民致富之友. 2017(23)
[8]设施蔬菜收获机拉拔力学性能EDEM仿真与试验[J]. 高国华,谢海峰,王天宝. 农业工程学报. 2017(23)
[9]嫁接机钢针顶起穴盘苗过程EDEM模拟验证及参数优化[J]. 高国华,王凯,孙晓娜. 农业工程学报. 2017(21)
[10]花色苷生物学功能的研究进展[J]. 梁敏,包怡红. 天然产物研究与开发. 2017(10)
博士论文
[1]温室钵苗移栽机的优化设计及移栽过程力学分析[D]. 蒋卓华.浙江大学 2017
硕士论文
[1]茄科蔬菜移栽机械手的设计与试验研究[D]. 付强.黑龙江八一农垦大学 2018
[2]基于苗钵—根系综合分析的取苗末端执行器设计及育苗工艺优化[D]. 徐静云.江苏大学 2017
本文编号：3318201
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