河南省煙草公司鄭州市公司 劉英杰 劉劍君 劉文河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 趙漢雨 丁攀

穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)研究

河南省煙草公司鄭州市公司 劉英杰 劉劍君 劉文河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 趙漢雨 丁攀

當(dāng)前，我國(guó)的旱地作物大多采用直播的方式種植，效率低、周期長(zhǎng)、單產(chǎn)低等缺點(diǎn)。育苗移栽技術(shù)作為一種栽培種植技術(shù)，具有直播難以比擬的優(yōu)越性，可確保秧苗一次性實(shí)現(xiàn)苗全、苗齊、苗壯，具有顯著的節(jié)本、增產(chǎn)、增收效果。育苗移栽技術(shù)還可充分利用光熱資源，提高作物復(fù)種指數(shù)，具有對(duì)氣候的補(bǔ)償作用和使作物生長(zhǎng)提前的綜合效益，是我國(guó)未來(lái)確保農(nóng)產(chǎn)品供給安全的重要手段。

穴盤(pán)育苗移栽技術(shù)率先從歐美發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展起來(lái)的。穴盤(pán)苗自動(dòng)移栽是一種適合工廠穴盤(pán)苗生產(chǎn)的育苗移栽方式，代表了育苗技術(shù)的發(fā)展方向。移栽過(guò)程要實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化主要包括有供、取苗和栽植苗的自動(dòng)化這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)自動(dòng)移栽技術(shù)發(fā)展相對(duì)落后，對(duì)旱地穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽機(jī)的研究相對(duì)較少，目前的半自動(dòng)移栽機(jī)，受到人工取苗、喂苗速度的限制，單行移栽頻率小于 40 株/min。由于取苗、送苗機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)移栽的重要部件。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械手無(wú)法直接滿足農(nóng)業(yè)作業(yè)的要求。因此，研制結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、高效先進(jìn)的穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手具有重要的生產(chǎn)價(jià)值。

一、機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手由自動(dòng)取苗、送苗兩部分組成，其種苗自動(dòng)取苗送苗裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、取苗系統(tǒng)

穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手系統(tǒng)由無(wú)桿氣缸滑塊位置傳感器、起苗工作臺(tái)、橫向移動(dòng)氣缸、氣動(dòng)制動(dòng)裝置、無(wú)桿氣缸、直線導(dǎo)軌、垂直方向雙桿氣缸、機(jī)械手等組成。圖2為夾取動(dòng)作的工作過(guò)程。工作時(shí)，由PLC對(duì)相應(yīng)元件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手自動(dòng)連續(xù)取苗過(guò)程。PLC控制電磁閥給無(wú)桿氣缸通入氣體，使無(wú)桿氣缸滑塊上的起苗工作臺(tái)從起始位置在直線導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的無(wú)桿氣缸滑塊位置傳感器，使起苗工作臺(tái)帶動(dòng)機(jī)械手在到達(dá)要抓取種苗行的位置后，在氣動(dòng)制動(dòng)裝置作用下停止；通過(guò)PLC控制，機(jī)械手由張開(kāi)狀態(tài)到閉合狀態(tài)，待機(jī)械手夾住種苗以后，對(duì)垂直方向雙桿氣缸通氣，使機(jī)械手帶動(dòng)種苗向上提升一定的距離；再對(duì)無(wú)桿氣缸通氣，使無(wú)桿氣缸的滑塊帶動(dòng)與其相連的起苗工作臺(tái)回到起始位置上方，對(duì)垂直方向雙桿氣缸放氣，使機(jī)械手帶動(dòng)種苗下落到起始位置；松開(kāi)機(jī)械手，種苗由于自重作用掉入導(dǎo)苗管里，完成該行的一次取苗動(dòng)作；然后，通過(guò)PLC控制橫向移動(dòng)氣缸，推動(dòng)垂直方向雙桿氣缸的整體位置沿橫向移動(dòng)滑桿移動(dòng)一個(gè)穴孔距離，使機(jī)械手對(duì)應(yīng)該行的間隔孔穴剩下的種苗，再重復(fù)前面的取苗動(dòng)作，把本行剩下的種苗取走，送入導(dǎo)苗管里。

橫向移動(dòng)氣缸運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖3所示：每盤(pán)苗第一次抓取苗后橫向移動(dòng)一個(gè)穴孔距離，此后每?jī)纱巫ト∶绾髾M向移動(dòng)一個(gè)穴孔距離。如此往返運(yùn)動(dòng)，直到把穴盤(pán)中所有行數(shù)的種苗全部送入導(dǎo)苗管里。

圖1 穴盤(pán)苗移栽機(jī)械手結(jié)構(gòu)

圖2 夾取動(dòng)作的工作過(guò)程

三、送苗系統(tǒng)

該系統(tǒng)由導(dǎo)苗管、鏈輪傳動(dòng)裝置、活門(mén)、水平固定板、步進(jìn)電機(jī)等組成。該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)裝置上的導(dǎo)苗管在水平固定板上滑動(dòng)，待導(dǎo)苗管轉(zhuǎn)到水平固定盤(pán)上的拱形缺口時(shí)，活門(mén)在其自身重力、種苗及所帶基質(zhì)重力的作用下，向下自動(dòng)打開(kāi)，種苗由于自重掉入下邊的移栽機(jī)吊籃內(nèi)，吊籃轉(zhuǎn)動(dòng)到地面自動(dòng)打開(kāi)放下種苗，覆土輪覆土固定種苗，完成種苗移栽操作。

四、結(jié)論

該機(jī)械手系統(tǒng)順利的實(shí)現(xiàn)了取苗和放苗動(dòng)作，完成了預(yù)定的代替人工取苗的目標(biāo)。

（一）該系統(tǒng)采用無(wú)桿氣缸傳動(dòng)，在以后的后續(xù)開(kāi)發(fā)中，可考慮采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)傳動(dòng)來(lái)代替無(wú)桿氣缸傳動(dòng)，以減少可能由于定位不準(zhǔn)而出現(xiàn)的問(wèn)題。

（二）機(jī)械手出現(xiàn)傷苗現(xiàn)象，可以考慮增加傳感裝置，或者在機(jī)械手上固定更好的材質(zhì)，以減少傷苗顯現(xiàn)。

（三）更改機(jī)械手的間距，可以應(yīng)用于多種穴距的種苗移栽。

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