畢業(yè)論文穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制(已修改)

　

【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研制摘要近年來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，溫室穴盤育苗技術(shù)快速發(fā)展，為移栽的大面積應(yīng)用創(chuàng)造了條件。但是，由于移栽作業(yè)環(huán)節(jié)多，技術(shù)要求高，用工量約為直播的5～8倍，在溫室生產(chǎn)勞動(dòng)力短缺的情況下，加之傳統(tǒng)的移栽方式為裸根苗移栽，移栽后作物的成活率和生長(zhǎng)狀況等沒有保證，因而實(shí)現(xiàn)溫室穴盤苗移栽機(jī)械化、自動(dòng)化已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本論文首先參閱了與穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)相關(guān)的研究文獻(xiàn)，并結(jié)合機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)對(duì)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的最主要功能部件是末端執(zhí)行器，并且末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)的移栽作業(yè)，對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。對(duì)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)其他功能部件的設(shè)計(jì)參考了生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際情況，充分了解了生產(chǎn)中對(duì)移栽機(jī)功能的需求。在對(duì)整臺(tái)穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的結(jié)構(gòu)有了大致構(gòu)思后，運(yùn)用Creo軟件對(duì)移栽機(jī)各組成裝置進(jìn)行三維建模，并虛擬裝配成移栽機(jī)三維模型。之后，再在Creo軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，確定移栽機(jī)的整個(gè)工作過程是否達(dá)到要求。最后，對(duì)本論文所做的研究工作進(jìn)行總結(jié)，并提出對(duì)課題進(jìn)一步研究的設(shè)想和展望。關(guān)鍵詞:穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)；末端執(zhí)行器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析AbstractIn recent years, with the rapid development of facility agriculture, the greenhouse tray seedling 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 5~8 times of the direct seeding and the labor of greenhouse production is in short supply .And under the condition of the tradition way of naked root transplanting ,the survival rate and growth condition of the cropscan’t be guaranteed. So, the mechanization and automation of the transplanting oftray seedinghas bee an urgent need of the agricultural production.The structure of the automatic seedling transplanter is plex. So, this thesis refers to the research literature about the automatic seedling transplanter first, and then designs the structure of the automatic seedling transplanter, bining with the knowledge of the Machines and Mechanisms as well as The Machine 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 plicated. In order to achieve the aim of having an efficient and accurate transplanting,we must 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 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 transplanter‘s each device. Then，I carry on an kinematics simulation analysis in the softwareCreo to determine whether the whole process 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 錄摘要Abstract第一章緒論 1 1 1 1 1 1 1第二章移栽機(jī)研究前期工作 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 穴盤苗與穴盤苗物理特性研究 1 1 1 1 1第三章穴盤苗移栽機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 1 1 1 1 1 1 1第四章末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1第五章移栽機(jī)各系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì) 1 1 1 1 1 1 1第六章總結(jié)與展望 1 1 1參考文獻(xiàn) 1致謝 1I浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論蔬菜是人類生活中必不可少的農(nóng)副產(chǎn)品。從20世紀(jì)80年代我國(guó)實(shí)施“菜籃子”工程以來，我國(guó)蔬菜的生產(chǎn)及銷售都取得了令人矚目的成就。特別是隨著近年來人民生活水平的提高和我國(guó)加入WTO以后，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)蔬菜的巨大需求更加促進(jìn)了蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。以浙江省為例，2012年通過加快蔬菜生產(chǎn)基地建設(shè)，，％％。蔬菜種植業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家出口創(chuàng)匯和促進(jìn)農(nóng)民增收的重要產(chǎn)業(yè)，也是發(fā)展我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。穴盤育苗技術(shù)具有省工、省力、節(jié)約能源、便于管理以及保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉生產(chǎn)。為了保證作物具有適當(dāng)?shù)目臻g以促進(jìn)扎根和生長(zhǎng),需要對(duì)作物進(jìn)行移栽作業(yè)。移栽具有對(duì)氣候的補(bǔ)償作用并具有使作物生育提早的生態(tài)效益，同時(shí)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也非常可觀。目前溫室蔬菜和花卉工廠化生產(chǎn)中移栽作業(yè)仍以手工為主，需要的勞動(dòng)力多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，難以實(shí)現(xiàn)大面積移栽，并且溫室內(nèi)高溫、高濕、勞動(dòng)環(huán)境差，所以實(shí)現(xiàn)穴盤苗移栽作業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化已成為我國(guó)蔬菜及花卉產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵問題[2]。研究穴盤苗移栽機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和促進(jìn)穴盤育苗技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。發(fā)達(dá)國(guó)家的穴盤苗育苗移栽技術(shù)起步較早，并且栽植技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展很快。日本移栽機(jī)械化程度很高，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域已廣泛研制和使用全自動(dòng)移栽機(jī)。荷蘭在花卉生產(chǎn)上應(yīng)用了穴盤苗移栽機(jī)，但由于移栽機(jī)價(jià)格昂貴，所以并沒有得到大面積推廣。近年來，隨著溫室蔬菜和花卉生產(chǎn)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械的研究發(fā)展十分迅速，此外育苗技術(shù)的發(fā)展以及勞動(dòng)力成本的上升也推動(dòng)著國(guó)內(nèi)移栽機(jī)械的發(fā)展[3]。穴盤苗移栽機(jī)技術(shù)的研究開發(fā)始于20 世紀(jì)80年代。到目前為止，穴盤苗移栽機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是依托現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人為本體的穴盤苗移栽機(jī)，另一種是研制獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)的穴盤苗移栽機(jī)。1以工業(yè)機(jī)器人為本體的穴盤苗移栽機(jī)以工業(yè)機(jī)器人為本體的穴盤苗移栽機(jī)是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)移栽作業(yè)的種植機(jī)械。它主要利用工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體及控制器，并安裝能夠完成移栽任務(wù)的末端執(zhí)行器和視覺傳感器，以此組成一個(gè)移栽機(jī)器人系統(tǒng)。1987年美國(guó)奧本大學(xué)Kutz等人設(shè)計(jì)的苗圃植物移栽機(jī)器人[4]，如圖11所示。其本體為Puma 560機(jī)器人，末端執(zhí)行器為自主設(shè)計(jì)的平行夾持指夾苗機(jī)構(gòu)，可以將種苗從392孔穴盤移栽到36孔的生長(zhǎng)盤中。利用電腦輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)模擬實(shí)際作業(yè)情況表明：穴盤與生長(zhǎng)盤放置的相對(duì)位置對(duì)作業(yè)效率影響較大，穴盤與生長(zhǎng)盤并排放置時(shí)移栽效率最高。圖11苗圃植物移栽機(jī)器人[5]等人研制的移栽機(jī)器人以四自由度工業(yè)機(jī)器人ADEPT—SCARA 為本體，帶有傳感器的滑移指針（Sliding Needles with Sensor簡(jiǎn)稱SNS）夾持器為末端執(zhí)行器。其位于頂部的視覺傳感器檢測(cè)穴苗的位置，力覺傳感器可避免SNS夾持器夾苗時(shí)用力過大而損傷穴苗。在苗盤相鄰的情況下，～。該研究證明了應(yīng)用移栽機(jī)器人實(shí)施移栽作業(yè)的可行性。目前，工業(yè)機(jī)器人尚局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu)[6]。因此，以工業(yè)機(jī)器人為本體的移栽機(jī)具有特定的功能，即只適用于特定的環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，如增加傳感器模塊等，并且這種封閉式結(jié)構(gòu)對(duì)移栽的作業(yè)對(duì)象和作業(yè)空間加以限制，其通用性差、利用率較低，與溫室自動(dòng)化流水線作業(yè)設(shè)施不易實(shí)現(xiàn)配套，且價(jià)格昂貴，因而該類型穴盤苗移栽機(jī)未能得到推廣。2以獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)為主體的穴盤苗移栽機(jī)為了智能擴(kuò)張和提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的柔性生產(chǎn)能力，許多專家針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同特性而研制出的穴盤苗移栽機(jī)具有獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由機(jī)械部分和控制部分組成。以獨(dú)立機(jī)電系統(tǒng)為主體的穴盤苗移栽機(jī)是最常用也是最方便的種植機(jī)械，而且隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，其系統(tǒng)的性能和智能水平將不斷提高。1995年日本研制的PT6000型移栽機(jī)器人是第一臺(tái)能夠識(shí)別有無缺苗的移栽機(jī)器人，專門用于穴盤苗移栽，如圖12所示。這種機(jī)器人的部件主要包括機(jī)械手、插入式拔苗器、盆狀容器傳送帶、穴盤傳送帶和漏播分選器。工作時(shí)，穴盤輸送系統(tǒng)將穴盤苗移動(dòng)到拔苗器下方，經(jīng)光電傳感器檢測(cè)，在穴孔內(nèi)無缺苗時(shí)，拔苗器將穴苗抓起，用機(jī)械手帶動(dòng)到空的盆狀容器所在位置，拔苗器放下秧苗，然后盆狀容器輸送帶將植入穴苗的生長(zhǎng)盤移走，空的生長(zhǎng)盤輸送到位。控制部分采用單觸式控制面板和自診斷裝置，以保證出現(xiàn)問題時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出警報(bào)。控制面板可以顯示出偶然出現(xiàn)的問題和解決方案。這種機(jī)器人的智能化程度很高。圖12 PT6000型移栽機(jī)器，其機(jī)械手由步進(jìn)電機(jī)、氣缸、氣動(dòng)卡盤和夾取指組成。電機(jī)的作用是使指針在夾取前旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)?shù)奈恢茫员苊鈯A苗時(shí)損傷葉片；氣缸的作用是推動(dòng)指針插入苗坨；氣動(dòng)