温室剔补苗自动移栽机关键部件设计与试验研究

摘要

随着农村产业经济结构的调整，温室农业正逐步趋向集约化和现代化发展，与此同时，我国农村劳动力的转移和短缺这种现状，正与温室穴盘苗剔补移栽作业需要大量人力的现状产生矛盾，因此实现温室设施农业移栽作业的智能自动化具有重要意义。本文根据国内外温室移栽机的研究发展现状，结合我国本土化的育苗农艺，设计了一台集图像识别和处理，穴盘运输，穴盘苗剔补移栽的全自动移栽机，该机配备的图像识别系统可识别穴盘幼苗优劣并与下位机通讯，下位机移栽系统可按收处理结果进行剔补移栽，结合传感器等电控元件，整机可循环移栽生产，配备的末端执行器可同时用于剔除劣苗和补移栽健康苗，末端执行器自身可调节特性可适应作业多规格穴盘。通过剔补苗试验和整机试验，对温室剔补苗自动移栽整机性能进行了研究，本文的研究工作和结论包括以下方面: (1)结合国内外移栽末端执行器设计经验，试制关键机构指铲式末端执行器，通过EDEM仿真分析发现基质间内聚力a大于穴盘粘附力c时，剔净效果显著较优，利用万能材料试验机和组合测盘法对不同含水率和基质配比下的基质间内聚力a及穴盘粘附力c进行测量，分析测量数据知基质含水率对结果具有显著影响，推断出苗坨含水率为60％，其草木灰、蛭石、珍珠岩基质配比为6∶3∶1为达到理论最大剔净率的作业条件。 (2)对移栽平台进行合理设计，基于ADAMS对移栽平台伺服系统的梯形和S形加减速模型分析，得出最优加减速模型为S形加减速，最优加减速时间为0.75s时，伺服系统频繁启停带来的振动影响将减弱。随后，对移栽平台剔补苗为一体作业特性下的工作路径进行规划和比较，得出最优作业路径为周循环路径。对控制进行优化，使移栽平台门形轨迹趋于弧形，提高移栽性能。 (3)结合温室穴盘苗剔补生产流程，对整机控制方式进行设计，对机器视觉系统和控制系统各部分进行配置，通过以太网等通讯方式串联整机，使整机机械系统，控制系统和人工相协调，随后，对整机模拟完整的生产性试验，测试整机性能。 (4)综上，通过剔补苗试验，验证了在基质配比为6∶3∶1，不同含水率的组别下，60％含水率组可获较高的平均劣苗剔净率为70.8％，剔除成功率为100％，平均补苗成功率为94.14％，为本机移栽作业环境条件提供参考。通过整机试验，测得平均苗株生产效率可达到1098.2株/h，平均苗盘生产效率可达89.2盘/h。整机成本和效率优于人工作业，性能可观，可满足温室农场工厂化作业要求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3主要研究目的

1．4主要研究内容

1．5本章小结

2．1作业对象研究

2．2育苗穴盘规格

2．2．1苗坨物理特性分析

2．2．2剔补苗作业技术分析

2．3针式末端执行器的试制及试验

2．3．1针式末端执行器的试制及工作原理

2．3．2预试验及结果分析

2．4指铲式末端执行器设计及试验

2．4．1指铲式末端执行器的试制及工作原理

2．4．2预试验及结果分析

2．5基于EDEM软件的取苗仿真

2．5．1颗粒间接触模型

2．5．2 EDEM软件仿真过程

2．5．3不同作用力下仿真结果分析

2．6基质内聚力和穴盘粘附力的测量

2．6．1基质内聚力和穴盘粘附力影响因素分析

2．6．2组合测盘及测试方法设计

2．6．3基于万能试验机的测试过程

2．6．4试验准备

2．6．5内聚力和粘附力的测量结果及分析

2．6．6结果分析与讨论

2．7本章小结

第3章移栽平台的控制优化

3．1基于ADAMS的移栽平台加速度选定

3．1．1 ADAMS仿真模型建立

3．1．2等加减速和S形加速度函数仿真

3．1．3结果分析

3．1．4移栽平台及轨迹优化

3．1．5三轴联动工作原理

3．1．6移栽平台换向选定

3．2移栽区域路径分析

3．2．1全循环路径分析

3．2．2周循环路径分析

3．2．3基于MATLAB的路径计算及讨论

3．3本章小结

第4章移栽机的基本组成及生产控制策略设计

4．1移栽机的基本组成

4．2移栽机控制系统构成

4．3剔补苗一体生产控制策略分析

4．3．1温室生产要求分析

4．3．2移栽机控制策略设计

4．4本章小结

第5章剔补苗及整机试验

5．1劣苗剔除试验

5．1．1试验目的

5．1．2试验准备

5．1．3试验结果及分析

5．1．4结果讨论

5．2补苗移栽试验

5．2．1试验目的

5．2．2试验准备

5．2．3试验结果及分析

5．2．4结果讨论

5．3整机试验

5．3．1试验目的

5．3．2试验准备

5．3．3试验结果及分析

5．3．4结果讨论

5．4本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

附录