茄科蔬菜移栽机械手的设计与试验研究

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作者：

付强

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摘要：

我国在20世纪80年代提出建设"菜篮子工程",经过30年发展,取得了显著成效,截至2016年我国蔬菜种植面积达到22328.3千公顷。随着蔬菜种植面积的不断扩大,我国蔬菜生产机械化程度较低这一问题也愈加突出。蔬菜秧苗移栽仍采用传统的人工或半自动机械完成,现有的蔬菜移栽机多在大田或大型温室使用,而适用于小型温室的移栽机械仍处于研发状态。本文针对温室内茄科类蔬菜移栽实际状况,结合现有的鸭嘴式吊篮移栽机特点,设计了一种与之配套的适用于茄科类蔬菜的移栽机械手,以取苗成功率和投苗准确率为评价指标,取苗角度及旋转角度为试验因素进行验证试验,得到如下结论:(1)根据茄科类蔬菜育苗移栽的农艺要求及秧苗生长特点,通过秧苗钵体与手指材质之间的滑动摩擦角试验,确定移栽机械手手指的结构参数,设计出一种基于舵机驱动的蔬菜移栽机械手,对移栽机械手的关键部件进行设计,确定该机械手的主要结构尺寸。(2)利用UG建立了移栽机械手三维模型,对机械手大臂、小臂与舵机联接部位以及手指取苗机构与滑动机构联接部位进行了有限元静力学分析和机构的运动仿真。仿真结果表明:该样机不存在干涉现象,机械手大臂、小臂以及手指的薄弱部位均满足刚度、强度要求。通过运动仿真分析可知机械手取苗手指之间不存在差动现象,且手指速度与加速度变化平稳,无突变现象,可顺利完成取苗、投苗过程。(3)制作了移栽机械手的物理样机,分别以取苗成功率和投苗准确率为评价指标,取苗角度及旋转角度为试验因素进行验证试验,确定了蔬菜移栽机械手较佳的工作参数,结果表明:移栽机械手取苗角为70°~85°,旋转角为15°~25°时,机械手取苗成功率为83.3%,在此基础上,机械手的投苗成功率为89.3%,满足了茄科蔬菜移栽过程中取、放秧苗要求。本研究设计的蔬菜移栽机械手整体结构满足设计要求,研究结果为茄科蔬菜的机械化移栽提供理论与数据参考。

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关键词：

茄科蔬菜 移栽机械手 静力学分析 试验