贴接法自动蔬菜嫁接机器人的设计与试验研究

摘要

随着人们生活水平和品味的不断提高,对蔬菜水果品质的要求也日益增高。蔬菜嫁接技术是克服作物连作障碍,提高抗病性的有效方法,而自动蔬菜嫁接机器人则是替代人工嫁接的有效途径。以西瓜为例,2010年全国产量近6600万吨,自动化嫁接以3倍于人工的速度计算即可为西瓜嫁接环节省去60％以上的劳动力。
　　 本文针对国内外研究现状及市场需求,提出嫁接机器人的功能要求,分析行为动作,围绕定位、夹持、搬运、切削、输送、振动排序和顶夹七大行为设计蔬菜嫁接机器人并进行样机试验研究。主要工作概括如下:
　　 对现有嫁接方法进行比较选取适合机械化操作的贴接作为嫁接方法。测量了500株砧木(葫芦)和接穗(西瓜)的植株高度,苗茎直径,子叶展开角度;测试了砧木和接穗的力学性能,为之后的机械结构设计提供理论依据。
　　 围绕定位、夹持、搬运、切削、输送、振动排序和顶出七大行为进行样机机械结构设计。振动排序机构设计过程中,对夹子在振动工作面的滑移进行理论推导,选取振动角为25°;利用ANSYS软件对振动送夹装置进行模态分析与谐响应分析。送夹速度测试实验验证了分析的正确性。夹持器的设计以前述嫁接苗特性为依据进行简单力学分析,计算出适合夹持的弹簧刚度系数。
　　 采用三菱FX1N-40MT控制整机,系统设计采用GX-Developer软件及SFC语言编程,完成初始化、单步、回原点和自动四段程序。
　　 对贴接法自动蔬菜嫁接机器人进行了相关试验研究,包括局部性能试验和连续嫁接实验。局部性能试验保证各功能分块能够可靠运行以及完成整机的调试。连续嫁接实验借助SPSS软件,分析了样机成功率与嫁接苗各几何因素之间的关系。实验表明,嫁接机器人的嫁接速度为12株/min,平均成功率为92％,即该系统嫁接能力可以达到720株/时。实验同时给出了一组最适宜嫁接的嫁接苗参数:砧木直径为2.5-4.0mm,接穗直径为1.5-3.0mm;砧木和接穗的苗茎挺直;砧木子叶展开角度接近180°。