《毕业设计（论文）-穴盘苗自动移栽机的研制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-穴盘苗自动移栽机的研制.doc（52页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、本科毕业设计（论文）题 目 穴盘苗自动移栽机的研制学 院机械与自动控制学院专业班级11机制3班姓 名 学 号2011330300307指导教师教授二O 一五年五月十八日浙 江 理 工 大 学机械与自动控制学院毕业设计诚信声明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）： 2015年 05 月 18 日摘要近年来，随着设施农业的快速发展，温室穴盘育苗技术快速发展，为移栽的大面积应用创造了条件。但是，由于移栽
2、作业环节多，技术要求高，用工量约为直播的58倍，在温室生产劳动力短缺的情况下，加之传统的移栽方式为裸根苗移栽，移栽后作物的成活率和生长状况等没有保证，因而实现温室穴盘苗移栽机械化、自动化已成为设施农业生产的迫切需要。穴盘苗自动移栽机的结构复杂，本论文首先参阅了与穴盘苗自动移栽机相关的研究文献，并结合机械原理、机械设计等知识对穴盘苗自动移栽机的结构进行设计。通过查阅相关文献得知，穴盘苗自动移栽机的最主要功能部件是末端执行器，并且末端执行器的结构较为复杂。为了实现高效精准的移栽作业，对末端执行器进行了准确的结构设计，同时对其进行了运动学仿真分析。对穴盘苗自动移栽机其他功能部件的设计参考了生产实践中
3、的实际情况，充分了解了生产中对移栽机功能的需求。在对整台穴盘苗自动移栽机的结构有了大致构思后，运用Creo软件对移栽机各组成装置进行三维建模，并虚拟装配成移栽机三维模型。之后，再在Creo软件中进行运动学仿真分析，确定移栽机的整个工作过程是否达到要求。最后，对本论文所做的研究工作进行总结，并提出对课题进一步研究的设想和展望。关键词:穴盘苗自动移栽机；末端执行器；结构设计；运动学仿真分析AbstractIn recent years, with the rapid development of facility agriculture, the greenhouse tray seedling
4、technical develops rapidly and creates conditions for the widespread application of transplanting. However, transplanting operation has too many links and requires high technic. Besides, the employment quantity is about 58 times of the direct seeding and the labor of greenhouse production is in shor
5、t supply .And under the condition of the tradition way of naked root transplanting ,the survival rate and growth condition of the cropscant be guaranteed. So, the mechanization and automation of the transplanting oftray seedinghas become an urgent need of the agricultural production.The structure of
6、 the automatic seedling transplanter is complex. So, this thesis refers to the research literature about the automatic seedling transplanter first, and then designs the structure of the automatic seedling transplanter, combining with the knowledge of the Machines and Mechanisms as well as The Machin
7、e Design.By the way of consulting the relevant literature,I know the most important function part of the automatic seedling transplanteris the end effector,and the structure of the end effector is more complicated. In order to achieve the aim of having an efficient and accurate transplanting,we must
8、 have an accurate structure design of the automatic seedling transplanterand carry on an kinematics simulation analysis.The design of the other function parts of the automatic seedling transplanter should refer to the actual situation in production practice and I should fully understandthedemand of
9、the function ofthetransplanter in production.Under the condition of having a rough idea of the whole structure,I can use the softwareCreoto build the 3D model of the transplanters each device. Then，I carry on an kinematics simulation analysis in the softwareCreo to determine whether the whole proces
10、s of transplanting meets the requirement.At last,I should summarize the work done in this article, and put forward ideas and prospects for further research.Key words:automatic seedling transplanter;end effector;structure design;kinematics simulation analysis目 录摘要Abstract第一章绪论11.1本课题研究的背景及意义11.2国内外移栽
11、机研究现状21.2.1国外研究现状21.2.2国内研究现状51.3我国研制穴盘苗移栽机的必要性81.4论文研究的主要内容和方法8第二章移栽机研究前期工作102.1实地考察102.2叶菜栽培的主要模式102.2.1传统农田栽培模式102.2.2水培模式112.2.3穴培模式122.3叶菜移栽的需求分析132.3.1水培模式下的移栽132.3.2传统模式下的移栽132.4移栽方案选择142.5 穴盘苗与穴盘苗物理特性研究142.5.1育苗穴盘的选择142.5.2育苗基质成分152.5.3穴盘育苗方法152.5.4穴盘苗重量的测量16第三章穴盘苗移栽机的总体方案设计183.1盘库装置183.2移栽装
12、置203.2.1机架和输送装置203.2.2移钵装置213.3穴盘入池装置213.4移栽机的工作过程22第四章末端执行器的设计254.1末端执行器结构选择254.2末端执行器结构组成254.2.1三驱动开合式末端执行器264.2.2剪叉式末端执行器274.2.3单驱动弹动限位式末端执行器284.3末端执行器结构设计294.3.1取苗爪结构设计294.3.2剪叉机构结构设计304.3.3模拟刹车拉紧机构结构设计314.4末端执行器运动仿真分析324.4.1插入伺服电动机324.4.2设置分析定义344.4.3进行运动回放35第五章移栽机各系统关键参数设计375.1水浮穴盘定位输送系统设计375.
13、1.1输送装置相关参数的确定375.1.2滚筒电机的选型375.2末端执行器定位输送系统设计385.2.1滚珠丝杠的选型计算385.2.2气缸的选型计算39第六章总结与展望406.1总结406.2展望40参考文献42致谢43I浙江理工大学本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1本课题研究的背景及意义蔬菜是人类生活中必不可少的农副产品。从20世纪80年代我国实施“菜篮子”工程以来，我国蔬菜的生产及销售都取得了令人瞩目的成就。特别是随着近年来人民生活水平的提高和我国加入WTO以后，国内外市场对蔬菜的巨大需求更加促进了蔬菜产业的发展1。以浙江省为例，2012年通过加快蔬菜生产基地建设，全省的蔬菜种植面
14、积达到934.91万亩，蔬菜总产量达到1819.8万吨，蔬菜总产值达到341.2亿元，同比分别增长了0.2和1.9。蔬菜种植业已经成为国家出口创汇和促进农民增收的重要产业，也是发展我国农村经济的重要组成部分。穴盘育苗技术具有省工、省力、节约能源、便于管理以及保护农业生态环境等优点,广泛应用于蔬菜、花卉生产。为了保证作物具有适当的空间以促进扎根和生长,需要对作物进行移栽作业。移栽具有对气候的补偿作用并具有使作物生育提早的生态效益，同时其经济效益和社会效益也非常可观。目前温室蔬菜和花卉工厂化生产中移栽作业仍以手工为主，需要的劳动力多、劳动强度大、作业效率低，难以实现大面积移栽，并且温室内高温、高湿
15、、劳动环境差，所以实现穴盘苗移栽作业机械化及自动化已成为我国蔬菜及花卉产业化的关键问题2。研究穴盘苗移栽机，对于提高劳动生产率，降低劳动强度和促进穴盘育苗技术的发展具有重要意义。发达国家的穴盘苗育苗移栽技术起步较早，并且栽植技术和设备的发展很快。日本移栽机械化程度很高，目前在农业生产领域已广泛研制和使用全自动移栽机。荷兰在花卉生产上应用了穴盘苗移栽机，但由于移栽机价格昂贵，所以并没有得到大面积推广。近年来，随着温室蔬菜和花卉生产的快速发展，国内移栽机械的研究发展十分迅速，此外育苗技术的发展以及劳动力成本的上升也推动着国内移栽机械的发展3。1.2国内外移栽机研究现状1.2.1国外研究现状穴盘苗移
16、栽机技术的研究开发始于20 世纪80年代。到目前为止，穴盘苗移栽机的实现方式有两种，一种是依托现有工业机器人为本体的穴盘苗移栽机，另一种是研制独立机电系统的穴盘苗移栽机。1以工业机器人为本体的穴盘苗移栽机以工业机器人为本体的穴盘苗移栽机是最简单的实现移栽作业的种植机械。它主要利用工业机器人的机械本体及控制器，并安装能够完成移栽任务的末端执行器和视觉传感器，以此组成一个移栽机器人系统。1987年美国奥本大学Kutz等人设计的苗圃植物移栽机器人4，如图1-1所示。其本体为Puma 560机器人，末端执行器为自主设计的平行夹持指夹苗机构，可以将种苗从392孔穴盘移栽到36孔的生长盘中。利用电脑辅助设
17、计系统模拟实际作业情况表明：穴盘与生长盘放置的相对位置对作业效率影响较大，穴盘与生长盘并排放置时移栽效率最高。图1-1苗圃植物移栽机器人1992年K.C.Ting和Y.Yang5等人研制的移栽机器人以四自由度工业机器人ADEPTSCARA 为本体，带有传感器的滑移指针（Sliding Needles with Sensor简称SNS）夹持器为末端执行器。其位于顶部的视觉传感器检测穴苗的位置，力觉传感器可避免SNS夹持器夹苗时用力过大而损伤穴苗。在苗盘相邻的情况下，移栽单个苗的时间为2.603.25s。该研究证明了应用移栽机器人实施移栽作业的可行性。目前，工业机器人尚局限于“专用计算机、专用机器
18、人语言、专用微处理器”的封闭式结构6。因此，以工业机器人为本体的移栽机具有特定的功能，即只适用于特定的环境，不便于对系统进行扩展和改进，如增加传感器模块等，并且这种封闭式结构对移栽的作业对象和作业空间加以限制，其通用性差、利用率较低，与温室自动化流水线作业设施不易实现配套，且价格昂贵，因而该类型穴盘苗移栽机未能得到推广。2以独立机电系统为主体的穴盘苗移栽机为了智能扩张和提高农业机器人的柔性生产能力，许多专家针对农业生产的不同特性而研制出的穴盘苗移栽机具有独立机电系统，该系统通常由机械部分和控制部分组成。以独立机电系统为主体的穴盘苗移栽机是最常用也是最方便的种植机械，而且随着计算机软件技术的发展
19、，其系统的性能和智能水平将不断提高。1995年日本研制的PT6000型移栽机器人是第一台能够识别有无缺苗的移栽机器人，专门用于穴盘苗移栽，如图1-2所示。这种机器人的部件主要包括机械手、插入式拔苗器、盆状容器传送带、穴盘传送带和漏播分选器。工作时，穴盘输送系统将穴盘苗移动到拔苗器下方，经光电传感器检测，在穴孔内无缺苗时，拔苗器将穴苗抓起，用机械手带动到空的盆状容器所在位置，拔苗器放下秧苗，然后盆状容器输送带将植入穴苗的生长盘移走，空的生长盘输送到位。控制部分采用单触式控制面板和自诊断装置，以保证出现问题时，机器人会自动停机并发出警报。控制面板可以显示出偶然出现的问题和解决方案。这种机器人的智能
20、化程度很高。图1-2 PT6000型移栽机器2001年韩国K.H.Ryu等人借助笛卡尔坐标系开发出一种育苗移栽机器人，其机械手由步进电机、气缸、气动卡盘和夹取指组成。电机的作用是使指针在夹取前旋转至适当的位置，以避免夹苗时损伤叶片；气缸的作用是推动指针插入苗坨；气动卡盘的作用是通过开合运动来实现对穴苗的抓取、保持和释放7。当土壤湿度较低时，该机械手移栽就不能很好地完成移栽任务。为此，K.H.Ryu等人针对这一问题进行了研究改进。改进后的夹取器的2个手指之间成15夹角，每个手指均由1个气缸驱动，其灵活性和可靠性有所提高，但结构相对复杂。2002年韩国W.C.Choi研制出一种蔬菜移栽机，如图1-
21、3所示，其移栽机械手由五杆形成的路径发生器、夹取指针和指针驱动器3部分构成。样机试验证明苗龄、指针插入深度、夹持位置及抓苗速度对移栽成功率均有影响；每分钟抓30株23天苗龄的秧苗，成功率为97%。图1-3 韩国W.C.Choi研制的移栽机械手3投入生产实践的穴盘苗自动移栽机实验室的研究工作为穴盘苗自动移栽机的进一步研制开发奠定了重要的基础。近年来，一些发达国家（如美国、意大利、德国和日本）依靠技术与资金方面的优势，已经成功研制出了多种类型的穴盘苗自动移栽机。其工作效率高、可靠性强，已被广泛应用于生产实践。澳大利亚Transplant Systems公司生产的XT616型移栽机是茶叶穴盘苗专用移
22、栽机系列之一，如图1-4所示。该移栽机体积相对较小，可靠性和灵活性较高，适用于大型育苗生产线和中小育苗户。XT616型移栽机之所以成为一种开放式农业机器人的典型，体现在3个方面：1）采用PLC可编程控制器实现对驱动装置（步进电机、气缸）的控制，只要保留足够的接口，便可控制足够自由度的机械部分或接收传感器信号；通过简单的更改程序，便可调整机械手末端的动作幅度；2）配有多种不同规格的机械手末端执行器，以适应不同规格的穴盘苗移栽，提高了移栽本体的利用率；3）输送平台可折叠，可充分节省空间和成本。图1-4 XT616型移栽机荷兰飞梭公司生产的PIC-O-Mat PC-11/4自动移栽机的夹苗装置为指针
23、插入式结构，1个机械臂上有4个夹苗装置，移栽速率为6000株/h，是人工移栽速率的67倍。美国RAPID公司生产的RTW系列穴盘苗移栽机的移栽手具有体积小、自由度大的特点，对低于或高于标准移栽高度的穴盘苗也能成功移栽。该机采用宽辊道输送结合气缸推送作为输送系统，可实现4盘同时移栽，移栽速度是同类产品的几倍。国外大多数穴盘苗移栽机是以2.944.41 kW的汽油机作为动力系统，其工作速度为0.600.72 km/h，具有很高的移栽质量和移栽效率。1.2.2国内研究现状国内的穴盘育苗技术研究时间还不是很长，穴盘苗移栽机的研究还刚刚起步，相比国外成熟的技术体系还存在很大的差距。穴盘苗移栽机械分为田间
24、露地移栽机械、温室内移栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘秧苗植入花盆的自动移栽机械手。常见的田间露地移栽机机型主要包括：钳夹式移栽机、链夹式移栽机、挠性圆盘式移栽机、吊杯式移栽机、导苗管式移栽机、输送带式移栽机及空气整根营养钵育苗移栽机。这些机型均应用于钵苗移栽，对于穴盘苗移栽均需要手工取苗、投苗，机械化程度还较低。目前，国内对穴盘苗自动移栽机的研究主要集中在对温室内移栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘苗植入花盆的自动移栽机械手的研究，还未涉足到适合大田作业的、不需手工取苗和投苗的穴盘苗全自动移栽机械的研究，仅有少数农业科研院校对穴盘苗移栽机进行了探索性的研究。1996年，吉林工业大学的范云翔等人研制
25、出了一种空气整根气吸式秧苗全自动移栽机8。该移栽机采用吸力较大的气缸投苗机构，投苗过程中穴盘苗与运动部件不直接接触，伤苗率相对比较低。其移行机构由步进电机驱动，位置精度较高，由单片机来控制，整机可靠性较强。但该设备只适用于水稻秧苗，若用于移栽蔬菜和花卉等幼苗，则易使其茎秆秤断。2003年，中国台湾吕英石等人研制出了可调整式花卉穴盘苗假植机构9。假植爪运动的流程为：当假植爪位于原点时的状态为假植爪整体上升、夹取爪打开并且位于穴盘上方；当要夹取穴盘苗时则假植爪整体往下降至定点后夹取，动作完成后，假植爪往上移动至生长盘位置上方，假植爪下降将穴盘苗植入生长盘中，然后假植爪打开并同时上升，再借着气压缸回
26、到原点，以此完成单一循环的假植作业。气压式可调整花卉秧苗移栽机如图1-5所示。图1-5气压式可调整花卉秧苗移栽机2005 年，中国农业大学的孙刚对生菜自动移栽机进行了初步探索，设计了一种龙门式的移苗装置10。其用气爪作为执行部件，采用运行C /OS嵌入式操作系统的16位微控制器作为核心的控制系统11。该自动移栽机能够按照编程的路径和方式完成规定的移栽，但是还不能够克服幼苗具有柔韧性的问题，气爪抓取的精确率和成功率需要进一步的提高。因为只是初步探索，所以在移苗手爪、移苗机构的设计和机构的稳定性等方面还需要完善。同时，中国农业大学强丽慧设计的浮板蔬菜生产自动移苗装置是移苗机构中直接与苗接触的部分。
27、由它来具体执行拔苗、栽苗作业。移苗装置由移苗气缸、移苗针、可调角度连接件和移苗针固定架等构件组成。拔苗时，移苗气缸伸出，移苗针以30扎入基质中。之后，机械臂缩回，并向栽苗位置移动。在此过程中，移苗装置起到搬运苗的作用。栽苗时，移苗气缸缩回，移苗针随之缩回，苗栽入孔穴中。由于取苗机构是实现全自动移栽的重要部件之一，主要功能是驱动取苗机构的移栽机械手按照一定的路径从穴盘中取出穴苗，并夹带穴苗至栽植器接苗口处投苗。其作为取苗和投苗的直接设备，是区分全自动移栽和半自动移栽的关键。因此，一部分高校对穴盘秧苗移栽机的取苗机构这一关键部件进行了专门研究。此外，还有部分人专门针对穴盘苗移栽机的控制系统进行了研
28、究，做出了一定程度的改进和优化。2007 年，沈阳农业大学田素博等人设计了一种基于PLC的穴盘苗移栽机械手控制系统11。其中，穴盘苗移栽机械手的工作过程：“定位抓取定位投放”，能实现穴盘苗单线往复移栽。其由气力驱动系统、夹持机构、控制系统以及秧和花盆输送装置4个工作机构协同配合实现这一系列连续动作。其控制系统由PLC、行程开关等组成。结果表明，该控制系统的设计合理，并且性能可靠。基于PLC的穴盘苗移栽机机械手示意图如图1-6所示。图1-6基于PLC的穴盘苗移栽机机械手示意图2009 年，刘凯等人研究了PLC 在穴盘苗移栽机器人控制系统中的应用12。所涉及到的穴盘苗移栽机器人由输送带、视觉相机、
29、三维运动平台和机械手组成。研究中，通过2台PLC的合理组合和程序的设计，实现了多电机控制系统的架构，为移栽机器人各机构平稳、有序运行提供了软件基础。该控制系统整体布局合理、稳定性好、程序设计方法简单易行，提高了控制系统的柔性和可靠性，较好地兼顾了精度和成本。目前，国内所研制的温室内穴盘苗自动移栽机总体上存在着：柔性和可靠性差；定位精度不高，控制性能不稳定，智能化程度较低；作业效率不高，稳定性差等问题。因此，对于田间露地穴盘苗全自动移栽，除了要解决以上温室内穴盘苗自动移栽机所存在的一些问题之外，还要考虑大面积作业环境的复杂多变性，在兼顾效率和成本的前提条件下，去完善整个移栽系统的作业可靠性和稳定
30、性。此外，大面积作业穴盘苗全自动移栽机相对于温室内的穴盘苗自动移栽机，除了要完成取苗以及放苗的移栽作业过程以外，还需要完成栽植作业要求。因此，如何借鉴并优化现有的各种应用于钵苗移栽的田间露地移栽机的栽植部件，实现大田秧苗全自动移栽机取放投的全程作业要求，也是需要考虑的关键问题之一。1.3我国研制穴盘苗移栽机的必要性发展穴盘苗自动移栽技术，研制适合我国国情的穴盘苗自动移栽机，已成为我国农业生产智能化和产业化急需解决的问题。虽然我国穴盘苗自动移栽机研制工作起步比较晚，但在积极借鉴国外先进技术及经验的基础上，与我国生产实际结合，同时多学科联合攻关，必将使这项研究工作开展得更好。1.4论文研究的主要内
31、容和方法本论文主要针对穴盘苗移栽机的移苗末端执行器和移栽辅助装置两大组成部分的关键技术进行了研究，在研究中采用了理论分析和虚拟样机技术相结合的办法，完成了对整套机构的设计和分析，研究的主要内容如下：1 对育苗穴盘的类型、育苗基质的成分、育苗方法和钵苗自身的重量等相关参数进行测定，为移栽机的结构设计提供依据。2穴盘苗移栽机的工作原理与结构设计。分析已有移栽机取苗和放苗时的缺陷，并结合已学知识及查阅资料，思考最为行之有效的取苗末端执行器的工作原理，设计出一台结构合理的穴盘苗自动移栽机，并进行三维建模。3进行理论分析计算。结合市场实际需要和已学机械原理、机械设计等知识对穴盘苗移栽机内部各构件尺寸，各
32、标准件型号的选择和末端执行器的运动参数进行分析和设计计算。4穴盘苗移栽机工作过程的运动学仿真分析。运用动力学仿真软件对移栽机三维模型进行运动学仿真，观察整个工作过程是否科学合理，末端执行器的运动是否精确，以及运动中是否会与移栽机其他部件发生干涉。第二章移栽机研究前期工作2.1实地考察毕业设计前期阶段，我前去浙江省农科院参观了温室叶菜的栽培技术，通过参观学习，了解到目前叶菜的培养模式主要有三种，即传统农田栽培模式、水培模式和穴培模式，并认识到人工移栽、采收的效率低下等问题。本论文从叶菜栽培的几种主要模式出发，来阐述不同模式下的移栽装置需求，以解决农业生产中的一些实际问题。2.2叶菜栽培的主要模式
33、2.2.1传统农田栽培模式图2-1所示为传统模式下人工栽培的叶菜，传统农田栽培模式的叶菜往往具有分布不均、生长周期长、收采不便等缺点。同时，由于传统栽培方式生产周期长，导致了农药危害不易控制、安全性因素不确定等弊端。如果在农田中实现机器按行移栽，则可使行列之间排列整齐，叶菜株距约10cm，行距约15cm，并根据机器需要在一定范围内可调。图2-1农田中的叶菜2.2.2水培模式水培模式是在温室大棚中进行的，通过底部与四周镂空的育苗杯将叶菜固定在水浮穴盘中。水浮穴盘由泡沫板制成，可漂浮在盛有营养液的水池中。如图2-2所示，图中左中右水池宽度的分别为180cm、120cm和120cm。水培模式是一种新
34、型的漂浮栽培技术，可使叶菜在特定条件下的光热条件得到充分利用，避免恶劣天气的影响，从而提高叶菜的质量和产量。如图2-3所示，水浮穴盘的穴孔分布较疏松，穴盘整体尺寸是60cm80cm，穴孔按68分布。要实现水浮栽培叶菜，首先要将育苗穴盘中的幼苗移栽到水浮穴盘中。传统移栽都是靠人工实现，工作效率低且强度大，在一定程度上降低了经济效益，通过现代农业机械设备可实现高效移栽、省时省力的目的。图2-2水培模式下的叶菜图2-3水浮穴盘2.2.3穴培模式图2-4所示为叶菜的穴培模式，穴培模式就是将叶菜在穴盘中栽培。一个穴盘的尺寸约为28cm54cm，图中所示为两两并排的穴盘，其总宽度约为115cm。穴培同样是
35、在温室大棚中进行的，并且便于对幼苗进行管理和搬运。穴培模式的另一显著优点就是便于采收，由于叶菜排列较整齐，通过采收装置比较容易实现自动或半自动采收。如图2-5所示，育苗穴盘的穴孔分布较密，穴盘整体尺寸是28cm54cm，穴孔按612分布。幼苗是在育苗杯中培育的，而育苗杯（营养钵）置于育苗穴盘的穴孔中。黑色塑料育苗杯具有白天吸热，夜晚保温护根、保肥作用，干旱时节还具有保水作用。用育苗杯育苗便于集中培育和移栽，可以显著提高经济效益。图2-4穴培模式下的叶菜图2-5 育苗穴盘2.3叶菜移栽的需求分析根据叶菜培养模式的不同，我们需要的移栽装置也略有差异，农科院要实现的移栽主要有两类，一类是将育苗穴盘中
36、的幼苗移栽到水浮穴盘中，另一类是将育苗穴盘中的幼苗移栽到种植穴盘或农田中。叶菜移栽是生产过程中的一个重要环节，有利于弥补光照不足和生长温度不宜等缺点，实现光热资源的充分利用。同时，通过移栽便于在温室下对叶菜秧苗进行统一管理，而且成苗率高、成本低。但是传统情形下，幼苗的移栽都是靠人工完成的，人工移栽工作强度大、效率低，所以如果能通过一种移栽装置来自动完成移栽，那么可以有效地节省劳动力，同时提高移栽效率，从而获得良好的经济效益。2.3.1水培模式下的移栽水培模式下，主要是将育苗穴盘中的幼苗按行移栽到水浮穴盘中，这需要通过一定的机械装置实现。移栽动作主要包括抓取移动分散放置四个步骤。2.3.2传统模
37、式下的移栽传统模式下，主要是将育苗穴盘中的幼苗移栽到农田中，同样需要通过机械装置来实现，移栽动作主要是针插夹持移动放置四步。图2-6所示是用于移栽到农田中的育苗穴盘，图2-7所示是连同基质一起提出的待移栽幼苗。图2-6用于移栽到农田中的育苗穴盘图2-7 连同基质一起提出的待移栽幼苗2.4移栽方案选择本论文主要针对研究较少的水培模式下的移栽作业，力图研究设计一台穴盘苗自动移栽机械，用于将育苗穴盘中的穴盘苗移栽至水浮穴盘之中。2.5 穴盘苗与穴盘苗物理特性研究2.5.1育苗穴盘的选择穴盘育苗是一个新的行业，是20世纪70年代在国际上发展起来的一项新型的育苗技术，是现代蔬菜工厂化育苗体系中的关键技术
38、之一，也是目前国内外专业育苗公司采用的最专业、最重要的育苗手段。穴盘育苗技术是采用草炭、蛭石、珍珠岩等轻质材料作为育苗基质，使用轻质穴盘作为育苗容器，采用保护措施等措施，在人工控制的环境条件下，使用播种机精量播种，一次性成苗、批量生产的一种快速、优质、高效、稳定的育苗方式。对于育苗穴盘，一般是用聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯泡沫等材料，通过吹塑或注塑的加工方法制造而成的。穴盘类型主要包括硬质穴盘和可卷曲的软质穴盘，软质穴盘一般在日本的自动移栽机上使用，国内一般使用硬质穴盘，因为硬质穴盘使用成本较低。穴盘具有一定的规格标准，长宽尺寸一般为540mm280mm，按穴孔数一般可分为36穴、50穴、
39、72穴、128穴、200穴等几种。穴盘孔数少，则单个穴孔容积大，装的基质多，其水分、养分储存量大，水分调节能力强，透气性好，有利于穴盘苗根系发育，但育苗数量少，使用穴盘的成本会增加。孔穴多、容积小的穴盘单盘育苗数量多，但苗叶易出现缠绕现象，不利于机械自动取苗，故目前自动取苗领域的研究多采用128孔（168）和72孔（126）标准塑料穴盘。128孔穴盘的具体规格为：其上口和下口均为正方形，上口孔径为30mm30mm，下口孔径为15mm15mm，孔穴深为48mm，相邻孔穴中心距为32mm。72孔穴盘的具体规格为：其上口和下口均为正方形，上口孔径为38mm38mm，下口孔径为1818mm，孔穴深为4
40、0mm，相邻孔穴中心距为42.6mm。根据本论文的设计要求，需要选择一定规格的穴盘作为设计和结构尺寸的依据，不同规格的穴盘对移栽机的设计和末端执行器的运动要求都会产生影响，根据农科院的实际生产需要，选取72孔的国内硬质穴盘为本论文设计的穴盘苗移栽机的育苗穴盘。2.5.2育苗基质成分育苗基质是幼苗根系赖以生存的物质基础，是培育壮苗的关键因素，其功能应与土壤相似，并可以满足幼苗快速生长发育所需的最佳环境条件，基质的好坏直接影响幼苗品质。育苗基质材料的选择原则是：具有良好的理化性质，来源广泛，价格便宜。目前，穴盘育苗基质的主要材料是草炭，多数是草炭和蛭石或珍珠岩的混合物，蛭石可以透气吸水，珍珠岩可以
41、改造土壤，调节土壤板结，防止农作物倒伏，控制肥效和肥度。一般育苗基质的配比是草炭：蛭石=2：1或3：1，并且适当添加一些珍珠岩。同时针对其他的各种类型的基质的配比，各地研究人员也进行了很多的研究。很多学者试图用其他材料代替草木泥炭来配比基质，但育苗效果并不是很好，具有很大的偶然性，不适合大面积的推广13。2.5.3穴盘育苗方法本论文选用“腾飞金椒”辣椒种子进行育苗。种子经催芽后即可进行播种，具体方法为14-16：1 装盘首先将基质加水搅拌均匀，使基质中不得有较大结块，调节含水率至80%左右，将配好的基质填满穴盘，并用刮板将基质压实并刮平，保证盘边的孔穴全部填实，基质的压实度以用手指轻按基质，孔
42、穴内的基质不会明显下陷为准。2播种播种前，在每个穴孔的中央用筷子粗细的木棒压下510mm深的孔，然后把已经催芽的种子芽根向下放到孔中，每穴播一粒。播完后，用细小的基质覆盖种子，同时掌握好覆盖的厚度，覆土过厚，种子不易出苗；覆土过浅，浇水时种子易被冲出。覆土厚度应以与穴孔口相齐为佳。播种后，将育苗钵放入温室，再浇一次透水，保持基质湿润，并覆膜保温。 3苗期管理在出苗前，封闭温室以提高室内的温度，促进种子尽快出齐苗。当大多数种子的子叶出土的时候，立即把保温薄膜揭去，苗全部出齐后，此时温度要被控制在白天2327左右，夜间1318。这期间对幼苗真叶生长最重要的因素就是水分，浇水时要遵循“干湿交替”的原
43、则，即一次浇透，待基质转干后再浇第二次水，定值前适当降低室温35，维持45天左右，以进行炼苗，增强幼苗抗逆性，提高定植后的成活率。幼苗苗龄一般为50天左右，两叶一心时即可移栽。苗龄50天的72孔辣椒穴盘苗如图2-8所示。图2-872孔辣椒穴盘苗2.5.4穴盘苗重量的测量钵苗重量和含水率有直接关系，含水率越高，钵苗越重。选取含水率60%，育苗时间为50天的辣椒钵苗进行测量。1 试验目的：测量每盘穴盘苗的重量。2 实验仪器：选用型号为ACS30，最大称量30kg，最小称量20kg，分度值10g的电子计价秤。3 试验材料：室温20，苗龄50天的含水率为60%的辣椒苗。4 试验步骤：（1） 插上电源，
44、将电子计价秤清零。（2） 将每盘穴盘苗逐一进行测量，并记录数据。5 试验结果：表2-172孔穴盘苗重量数据表盘数质量（kg）11.68821.59631.81041.70651.648盘数质量（kg）61.75471.69281.64691.742101.678得出穴盘苗重量的平均值为1.696kg。第三章 穴盘苗移栽机的总体方案设计本文设计的穴盘苗移栽机总体结构如图3-1所示，主要包括盘库装置、移栽装置和穴盘入池装置三大组成部分，各部件通过运动协调可很好地完成输送盘库中的水浮穴盘、穴盘苗的整排夹取、移送穴盘苗至水浮穴盘上方、穴盘苗间歇投放至水浮穴盘中、水浮穴盘间歇输送至水池等一系列工序，完成
45、整个移栽过程。图3-1穴盘苗移栽机三维模型3.1盘库装置盘库装置主要用于空的水浮穴盘的存放，以及向移栽装置输送水浮穴盘。向移栽装置输送水浮穴盘可以通过滚筒输送机来方便地实现，但对于水浮穴盘的大量存放及竖直输送，国内外对此研究尚较少。通过搜集相关资料17，本论文中设计了一种简易盘库装置，用于实现水浮穴盘的存放及输送。盘库装置的主要部件包括机架、滚筒、输送带及控制电机。机架使用铝型材进行搭建，整体框架尺寸大约在1.3m0.9m1.7m(长宽高)左右。在机架的顶部和中部各安装了两个滚筒，共计两对滚筒，每对滚筒中的两个滚筒呈垂直布置，并在其上各安装一条竖直输送带。竖直输送带上间隔大约80mm安装一块长
46、条挡板，用于支承水浮穴盘。在机架中部另一平台上也安装了两个输送滚筒，但滚筒的安装方式与之前的两对滚筒不同，这一对的滚筒安装在机架的前后两侧。滚筒上安装了一条宽度为510mm的输送带，由于整体结构限制，宽度比水浮穴盘的宽度略窄。此输送带的上表面与移栽装置的输送装置中的水平输送带的上表面处于同一平面，以此来实现水浮穴盘的平稳输送。三对滚筒的控制电机均安装在机架底部的支承平板上，通过带轮连接皮带来带动滚筒工作。在竖直布置的两条输送带上间隔相同距离，布置有多块长条挡板。通过控制电机的精确控制，使得两条输送带运转速度相同，转向相反，同时使传送带上的挡板一一对应，可以形成多对挡板组合，每对挡板组合之间均可
47、放置一个空的水浮穴盘。通过多对挡板组合，共可存放大约15个空的水浮穴盘，实现了水浮穴盘的大量存放要求。当一对挡板组合运动至使其上放置的水浮穴盘底部接触到水平输送带的上表面时，控制电机继续工作，使挡板组合继续向下运动一小段距离，然后控制电机停止工作。水浮穴盘由于受到底部水平输送带的支撑，与竖直输送带上的挡板组合完全脱离。这时，水平输送带的控制电机开始工作，将水浮穴盘输送到移栽装置上。图3-2竖直输送带截面图图3-3竖直输送带三维模型图3-4盘库装置三维模型3.2移栽装置3.2.1机架和输送装置穴盘苗自动移栽输送系统主要由水浮穴盘、输送带、光轴导轨及滑块、齿形带及齿形带轮、滚筒、张紧装置、机架及控制电机等几部分结构组成，完成水浮穴盘和末端执行器的定位输送要求，共同配合末端执行器来完成对穴盘苗的移栽过程18。机架和输送装置是移栽装置的主体部分，实现对水浮穴盘