单行蔬菜钵体苗自动移栽机的设计—取苗装置设计[三维PROE](毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 本科毕业设计（论文） 题 目 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 09 机械 4 班 姓 名 李宇通 学 号 B09300414 指导教师 俞高红 系 主 任 胡明 学院院长 胡旭东 二 O 一三 年 五 月 十六 日 浙江理工大学本科毕业设计 1 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）： 年 月 日 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 2 目录 Abstract . 7 第 1 章 绪论 . 10 1.1 前言 . 10 1.2 国内外蔬菜钵苗取苗机构的发展概述 . 12 1.2.1 我国蔬菜钵苗移栽机械化发展概况 . 12 1.2.2 我国蔬菜钵苗移栽机存在的问题 . 13 1.2.3 我国蔬菜钵苗移栽机存在问题解决途径分析 . 14 1.2.4 国外蔬菜钵苗自动移栽机的发展和研究成果 . 15 1.2.5 蔬菜钵苗移栽机发展方向 . 15 1.3 国内取苗机构存在的主要问题和发展方向 . 16 1.3.1 国内取苗机构发展存在的主要问题 . 16 1.3.2 国内蔬菜取苗机构的发展方向 . 17 1.4 本文的研究目标 . 18 1.5 本文的主要工作及内容安排 . 18 1.6 本章小结 . 18 第 2 章 蔬菜钵苗取苗机构的运动学分析 . 19 2.1 取苗爪工作要求的实现 . 19 2.2 蔬菜钵苗取苗机械手的机构组成与工作原理 . 20 2.3 椭圆齿轮传动的运动分析 . 22 2.3.1 椭圆齿轮的啮合特性及优点 . 22 2.3.2 椭圆齿轮的角位移、角速度和传动比分析 . 23 2.4 蔬菜钵苗取苗机械手运动学模型的建立 . 25 2.4.1 运动学分析符合的说明 . 25 2.4.2 蔬菜钵苗取苗机械手位移分析 . 26 2.4.3 机械手上各点位移方程和各构件角位移方程 . 27 2.4.4 机构上各点的速度方程和各构件角速度方程 . 29 2.4.5 机械手上各点的加度方程和各构件角加速度方程 . 31 2.5 本章小结 . 32 第 3 章 蔬菜钵体苗自动移栽机取苗机构的参数优化 . 33 3.1 优化目标与变量 . 33 3.2 辅助分析优化软件 . 33 3.2.1 人机交互简介 . 34 3.2.2 本课题人机交互软件介绍 . 35 3.2.3 椭圆齿轮参数计算 . 35 3.2.4 取苗机构参数优化步骤 . 36 3.2.5 取苗爪尖点的速度分析 . 37 3.3 本章小结 . 39 第 4 章 蔬菜钵苗自动移栽机取苗机构的结构设计 . 40 4.1 蔬菜钵体自动移栽机取苗机构的整体结构设计 . 40 4.2 取苗臂机构设计 . 41 4.3 CAD 软件介绍 . 42 4.3.1 CAD 二维取苗机构零件图 . 43 浙江理工大学本科毕业设计 3 4.4 Proe 软件介绍 . 44 4.4.1 三维 Proe 取苗机构零件图 . 45 4.5 总装配图 . 46 4.6 本章小结 . 47 第 5 章 总 结与展望 . 48 5.1 总结 . 48 5.2 进一步的展望 . 49 致 谢 . 50 参考文献 . 51 附录 . 53 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 4 浙江理工大学本科毕业设计 5 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 6 摘 要 移栽是蔬菜生产过程中的重要环节之一，移栽具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益，可以充分利用光热资源，其经济效益和社会效益均非常可观。目前，国内正在应用的移栽机械多为半自动 移植机，半自动移栽机靠手工送苗，效率低，劳动强度大，而国内自动移栽机的研究刚刚起步，自动移栽机从取苗到植苗都由机械自动完成，效率高。国外虽有一些自动移栽机应用于生产，但还处于不断研究与推广阶段。而取苗机构是制约自动移栽机发展的“瓶颈”，也是制约蔬菜大规模种植的关键问题之一。因此设计一种新型的取苗机构替代手工取苗，已成为我国蔬菜种植业发展的迫切需要。 本文总结吸收了国内外各种取苗机构的优缺点，在实验室已有研究成果的基础上，设计了一种新型蔬菜钵苗取苗机构，该机构可以单独作为取苗机构，实现自动取苗；或通过改 进部分结构参数，可以集栽取功能于一体，即取苗和栽植苗动作都由该套机构完成。该蔬菜钵苗取苗机构结构简单，工作可靠，取苗效率高。本文主要的研究内容如下： 1.根据蔬菜钵苗取苗的技术特点和农艺要求，模拟人工取苗的轨迹、动作和姿态要求，发明蔬菜钵苗取苗机构，满足机械取苗特殊的工作轨迹要求，比现有的蔬菜取苗机构工作效率高，并且工作平稳。 2.论述了该 取苗 机构的工作原理和结构特点，建立 取苗 机构的运动学模型。 浙江理工大学本科毕业设计 7 3.以建立的运动学模型为基础， 基于可视化开发平台 VB6.0，通过其软件分析蔬菜钵苗取苗机构辅助分析与优化软件（软件登记号 ： 2011SR030044）， 介绍了该软件的人机交互界面及功能，基于该软件，解决了该机构运动学多目标优化的难点。 4.根据蔬菜 取苗 农艺要求，提出蔬菜钵苗 取苗 机构参数优化的目标和优化方法，分析各参数变化对 取苗 机构运动特性的影响，利用自主开发软件，采用人机交互的优化方法，优化出 取苗 机构的结构参数，满足蔬菜钵苗 取苗 的工作要求。 5.按照优化得到的结构参数，进行蔬菜钵苗 取苗 机构的总体设计，讨论了设计中应该注意的问题，最后在 ProE、 CAD 下完成装配图和各零件的设计。 6.建立 取苗 机构的三维实体模型， 对其进行虚拟装配。 关键词： 蔬菜钵苗；取苗机构；工作机理；参数优化；试验研究 Optimal and Design of Vegetable Plug Seedling Pick-up Mechanism of Planetary Gear Train with Ellipse Gears and Incomplete Non-circular Gear Abstract Transplanting is an important process of vegetable procreating, which has the function of compensating varying climate and shifting the procreating of plants to an earlier time. It helps the plants to use the source of light and temperature sufficiently, which will make considerable economical and social benefits. At p resent, most transplanting machines are semi-automatic transplanting machines ， they need pick up plug seedling by man ， which have high work intensity and low work efficiency ,and domestic research on automatic transplanting machine is just beginning . Automatic transplanting machine can pick up plug seedling and transplanting plug seedling by themselves ,which have low work intensity and high work efficiency. The overseas have automatic transplanting machine be applied in 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 8 production,but the application and research on automatic transplanting machine is developing.Thus the pick up plug seedling machine is the key issues,which restricted the development of automatic transplanting machine and at same time ,which is also restricted the development of the plants of vegetable . So its a pressing requirement to design a new kind of pick up plug seedling machine. This paper concludes the merits and demerits of several kinds of transplanting machines from both domestic and abroad. Based on the achieved research result, a new vegetable plug seedling pick-up mechanism of planetary gear train with ellipse gears and incomplete non-circular gear has been designed. This vegetable plug seedling pick-up can be used as seedling fetching mechanism lonely to realize fetching seedlings automatically. Besides, if the mechanism parameters of this mechanism have been optimized properly, the motion of fetching seedlings and transplanting seedlings can both be realized by this mechanism. This vegetable plug seedling pick-up mechanism has simple structure and reliable performance. The main content of this paper is listed as bellow: 1. According to the technological characteristics and agricultural requirements, imitate the requirements of trajectory, motion and attitude of manual pick up plug seedling, invent the vegetable plug seedling pick-up mechanism, which can satisfy the special working trajectory requirements of fetching and pick up plug seedlings automatically. This new vegetable plug seedling pick-up mechanism has higher working efficiency, steadier transmission and less vibration than existing mechanism. 2. The working principle and structural features of this automatic vegetable plug seedling pick-up mechanism has been discussed and the kinematic mathematical model of this mechanism has been established. 3.Based on the established kinematic mathematical model and Visual Basic 6.0, develop the kinematic aided analytical and optimal software of this vegetable plug seedling pick-up mechanism (Register Number: 2011SR030044). Introduce the human-computer interactive interface and functions of this software. By this software, the difficulty of optimization with multiple kinematic objects of this mechanism can be solved. 浙江理工大学本科毕业设计 9 4. According to the agricultural requirements in our country, put forward the parametric optimal objects and methods of the vegetable plug seedling pick-up mechanism. Analyze the influence of parameter vitiation on kinematic characteristics of this vegetable plug seedling pick-up mechanism. Take advantage of the developed software, use the optimization method of human-computer interactive, and obtain the structural parameters which can satisfy the working requirements of automatic vegetable pot seedling transplanting. 5. In accordance with the obtained structural parameters, design the ensemble of the vegetable plug seedling pick-up mechanism； discuss the problems which should be noticed in the process of designing. Finally finish the design of parts and the assembly drawing basing on ProE and CAD. 6. Establish the solid model of all parts of this vegetable plug seedling pick-up mechanism in UG6.0 and then carry out the virtual assemble. Keywords: Vegetable plug seedling； Pick-up mechanism； Work principle； Parameters optimization； Test study 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 10 第 1 章 绪论 1.1 前言 据 FAO 统计， 2006 年中国已成为 世界 上 最大的蔬菜生产国，蔬菜产量 约 占世界总产量的 49.6 1。改革开放以来，我国蔬菜产 量 每年呈持续增长的势头 ，发展迅猛 。据中国农业统计资料显示，我国蔬菜播种面积在上世纪 80 年代年均增长近 10%， 90 年代年均增长 14.5%，本世纪前 7 年平均增长 1.9%，到 2007 年达到 2.94 亿亩，总产量 6.41 亿吨。其中，蔬菜 2.6 亿亩， 5.65 亿吨，人均占有量 427 公斤。蔬菜已经 成为我国农业 中 仅次于粮食的第二重要 农产品，近年来，浙江省在种植业结构调整和效益农业的发展上取得了 显著成效，蔬菜生产面积、总产量、总产值逐年增加。浙江省已成为长江三角洲地区重要的蔬菜生产基地，基本培育形成沿杭州湾两岸及沿海设施出口蔬菜产业带。同时， 蔬菜种植业也 逐步 成为发展我国 和我省 农村经济的重要组成部分 2。 实现蔬菜顺利移栽 是蔬菜生产过程中的重要环节之一， 移栽 具有对气候的补偿作用和 促进 作物生育提早的综合效益， 还 可以充分利用光热资源，其经济效益浙江理工大学本科毕业设计 11 和社会效益均 十分 可观。目前， 我国 约有 60蔬菜是采用育苗移 植 方式种植的3-4， 但是由于我国蔬菜栽植机械的发展滞后，栽植 作业仍以人工为主 ，而钵苗手工栽植需要弯 腰和肢体屈伸。从蔬菜移栽整个工序的劳动强度来看，手工移栽蔬菜是仅次于收获作业的一项劳动强度非常大的农事活动，它占作物从种植到收获所需总劳动量的 20左右。不仅劳动强度大、生产效率低，而且移栽质量低、生产成本高 ，难以实现大面积 移栽 ，从而 限制了 生产规模 的扩大和 生产效益 的提高 ，制约了 我国 蔬菜生产的发展 。由此可见，实现蔬菜移栽机械化已成为我国蔬菜生产的迫切需要 5-7。另一方面，在我国使用的绝大部分蔬菜移栽为半自动移植机，半自动移栽机构需要手工实现分苗和取苗，即手工喂苗，植苗操作则由由植苗器完成 ,每行的移植效率仅 为 30 40株 /分钟。近年来 ,自动蔬菜移栽机的研究在国内外已引起农机专家和相关企业的重视。自动移栽机构一般由取苗机构和植苗机构组成，从分苗、取苗到植苗操作都是由机械自动完成，不仅工作效率高 ,而且大大降低了工人的劳动强度。目前植苗机构现已比较成熟 ,有现成的应用，而取苗机构是制约自动移植机发展的“瓶颈”问题，在国内，研究刚刚起步，在国外也处在不断的研究与发展的阶段。 从上世纪末到本世纪初，日本的井关、久保田、洋马、野马等几大主要农机公司都进行了取苗机构的研究和开发 8，也研制出了多种样机，并进行了田间取苗试 验，效果良好，现已在日本国内推广使用。但是这些机器的取苗机构存在结构复杂，设计制造成本较高，且单行移植效率只有 60 70株 /分钟，相对于自动移栽机而言，其取苗效率并不是很高，并且日本的自动移植机都在中国申请了专a) 半自动移栽机 b) 全自动移栽机 图 1.1 半自动移栽机和自动移栽机 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 12 利保护。而我国在自动蔬菜移栽机应用研究方面还处于空白，其研究工作刚刚起步。国内针对取苗机构的研究主要是针对温室棚里的取苗，这样可以用到伺服电机，设计则较为简单，目前针对野外恶劣工作环境的取苗机构的研究还处于实验室阶段。此外，我国在“十二五”农业机械化发展规划中指出，旱地高速移植机械已被列入要重点解决的 技术难题，而由于取苗机构是制约移植机械发展的“瓶颈”问题。本文研究的取苗机构，除可用于蔬菜钵苗取苗外，经改进也可用于油菜、烟草等其他经济作物的取苗。因此 ,开展本文的蔬菜钵苗取苗机构的机理研究，并进行机构创新、理论建模与试验研究，将为今后蔬菜钵苗取苗机构的研发提供重要理论基础和设计依据，不仅具有重要的理论研究意义，而且具有重大的实际应用价值。 1.2 国内外蔬菜钵苗取苗机构的发展概述 1.2.1 我国蔬菜 钵苗 移栽机械化发展概况 我国最早出现的移栽机主要用于移栽棉花和甘薯。栽植机械的研究始于 20世纪 50年代末 60年代初，最早出现的是棉花营养钵育苗移栽和甘薯秧苗栽植机的试验研究。 20世纪 70年代开始研制裸根苗移栽机械，主要用于甜菜移栽。 80年代研制成半自动化蔬菜栽植机，同时也从国外引进了多种适合于移栽蔬菜烟叶甜菜等经济什物的移栽机械，但均因育苗技术落后，配套性能差，以及机具本身性能不稳定和生产率低等原因，都未得到推广使用 9。但随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，推动了移栽机械的研制开发工作。到目前为止，已研究成功了多种类别的移栽机械，部分机型已申请了专利，部分机型投入了小批量生产。 目前，国内常见的移栽机 主要有以下几种形式 10： 1)钳夹式移栽机：这种移栽机结构简单，成本低，株距和栽植深度稳定，最大的优点是移栽平稳，种苗直立度较高，工作效率在较低速的情况下，可以保证不漏苗：在高速的情况下，由于是人工喂苗，工作效率大大下降，漏苗、缺苗率大大增加。这种移栽机的应用较少，有被淘汰的趋势。 2)链夹式移栽机：工作过程与钳夹式基本相同，性能与钳夹式移栽机相似。其优点是移栽稳定，但效率低，易漏苗、缺苗。 3)挠性圆盘式移栽机：这种移栽机是由人工或机械将秧苗放置到两片可以变浙江理工大学本科毕业设计 13 形的挠性圆盘内，秧苗随圆盘转动，当达到垂直状 态时进行栽植。由于不受秧夹数量的限制，它对株距的适应性较好，但圆盘寿命较短，栽植深度不稳定。 4)吊杯式移栽机：具有可以进行膜上打孔移栽的独特优点，而且秧苗在移栽过程中不受任何冲击，特别适合于根系不很发达而且易破的钵苗移栽，缺点是整地较为复杂，喂苗速度不能过高，否则漏栽率将增加，生产率较低。 5)导苗管式移栽机：这种移栽机有一个水平喂苗盘和一个垂直或倾斜的将钵苗送入开沟器的导苗管。秧苗在导苗管中的运动是自由的，不易伤苗。秧苗靠重力落到苗沟中，在调整导苗管倾角和增加扶苗装置的情况下，可以保证较好的秧苗直立度、 株距均匀性和深度稳定性，且作业速度较高。缺点是结构比较复杂。 6)输送带式移栽机：带式移栽机由水平输送带和倾斜输送带组成，两带的运动速度不同，这种栽植机机构简单。但在工作可靠性方面需要进一步改进。 7)空气整根营养钵育苗移栽机：吉林工业大学孙廷琮等应用美国 B K Huan9发明的空气整根育苗技术研究开发了空气整根营养钵育苗移栽系统，在此基础上研制了空气整根钵苗全自动移栽机。该机实现移栽全自动化，大大提高了移栽机作业效率。 1.2.2 我国蔬菜 钵苗 移栽机存在的问题 我国栽植机械的研究开发方面虽然已有四十年的历 史，并随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，在移栽机的研制方面取得了较大的进展，并逐步转向自动移栽机方面的研究，但目前仍然处于起步阶段，研制的移栽机都没有得到大面积推广应用 11。 蔬菜移栽机械研究刚起步，主要体现在以下几方面 12。 1)蔬菜移栽的品种、育苗方式、苗龄、行距、株距、种植密度及深度等方面在我国各地区存在很大的差异，对蔬菜栽植机械的开发提出了挑战。 2)蔬菜育苗仍然以育苗床或营养土方式为主，所育秧苗不适合机械化移栽，栽植机械与育苗技术脱节，移栽机与秧苗不配套。 3)蔬菜的温室种植面积逐 步增加，露地种植面积在减小，产均种植规模小，不利于蔬菜栽植机械的发展。 4)日前蔬菜移栽机以半自动为主，采用手工喂苗的方式，栽植频率受限于工人的喂苗能力，一般栽植频率不能超过 40株分，导致移栽机作业效率低。 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 14 5)对不同种类栽植机械与作物钵苗相适应性的研究工作进行得不充分，对栽植机械工作原理以及机械与作物生长要求相适应性研究不足。 6)机器的性能和成本及农民的经济条件限制移栽机的推广。 1.2.3 我国蔬菜 钵苗 移栽机存在问题解决途径分析 设计适合我国蔬菜移栽农艺要求，开提高移栽机自动化程度和机具性能。针对我国 蔬菜移栽机存在的问题，找出解决问题的应对措施。主要做好以下几个方面 13-15。 1)建立育苗移栽技术体系，生产各环节形成一套规范化管理。建立适宜机械化作业的育苗移栽技术体系，涉及到品种选育、土壤肥料、作物栽培、机械设计与制造和自动控制等领域，还将涉及到病虫害防治、塑料工业、太阳能利用、温室技术等方面。使农机和农艺相适应，加强从育苗到移栽整个系统的研究，使育苗和移栽有机地结合。生产的各个环节都建立了一整套的规范化的操作管理制度，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化，使其作物的生产实现了商品化、系列化。 2)制定统一技术标准和评价方法，形成产品标准化、系列化和规格化。我国没有制定统一的技术标准，各种移栽机难以标准化，不利于其发展。应该由国家制定统一的技术标准，形成产品标准化、系列化和规格化。目前没有形成统一的评价方法，如何科学地评价栽植机的性能，是目前亟待解决的一个重要问题。 3)改变单钵输送方式，提高移栽机自动化程度。目前，栽植机械的喂入方式主要以人工喂入为主，工作效益低下。这就需要改变以往以人工喂入单钵的方式，采用成盘钵苗的输送方式，设计专门的切盘机构，在机器上把钵苗盘切成单钵再投钵，提高其工作效率，实现 全自动化。 4)根据某些作物移栽的特殊要求，设计特色机型。某些作物对移栽有特殊的要求，如大葱和韭菜需要较小的株距：有些蔬菜需要较窄的行距。但目前国内缺乏适合这些特殊要求的栽植机，可以为它们单独设计性能卓越的栽植机。 5)农机部门适时引导，国家政策宏观调控。虽然移栽机械使种植方式发生了重大的变化，其可行性和经济性已得到了论证，但是，农民的认识水平毕竟有一定的局限性，对于移栽机械的推广和应用不可能很快地全面接受。所以，农机部门要适时对其进行引导。 浙江理工大学本科毕业设计 15 1.2.4 国外蔬菜钵苗自动移栽机的发展和研究成果 20世纪初期， 欧洲一些国家开始大最种植蔬菜和经济作物，出现了早期的近代秧苗栽植机具。这些机具仍为手动栽植，只是减轻了栽秧者肢体反复屈伸的繁重劳动：到 20世纪 30年代后期，出现了栽植机构或栽核器代替人上直接栽秧，使送秧入沟过程实现了机械化；自 20世纪 50年代开始，欧洲国家开展作物压缩土钵育曲及移栽的生产技术研究，研制出多种不同结构型式的半自动移栽机和制钵机；至 20世纪 70年代，前苏联蔬菜栽植机械化水平为 58，国营农场已达 67；到 20世纪 80年代，半自动移栽机已在曲方国家的农业生产中广泛使用，制钵、育苗和移栽已形成完整的 机械作业系统。到目前为止，作物压缩十钵成型、钵上单粒精密播种和相应的自动化移栽设备在技术上基本达到了完善，亦广泛应用于实际生产。欧洲的几个主要国家 (如法国、德国、荷兰、两班牙、丹麦等 )大部分的蔬菜生产和几乎全部的大地花卉生产都采用育苗移栽生产工艺 16。 从上世纪末到本世纪初，日本的井关、久保田、洋马、野马等几大主要农机公司都进行了取苗机构的研究和开发 17，也研制出了多种样机，并进行了田间取苗试验，效果良好，现已在日本国内推广使用。但是这些机器的取苗机构存在结构复杂，设计制造成本较高，且单行移植效率 只有 60 70 株 /分钟，相对于自动移栽机而言，其取苗效率并不是很高，并且日本的自动移植机都在中国申请了专利保护。 1.2.5 蔬菜 钵苗 移栽机发展方向 蔬菜育苗移栽机械化是一个系统工程，应加强从育苗到移栽整个系统的研究，进一步完善与移栽配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化。制定统一技术标准利评价方法，形成产品标准化、系列化和规格化。研究解决钵苗整钵、断根、装盘和运输等中间环节工作过程的机械化自动化问题，使育苗和移栽有机的结合，研制出多种适合我国蔬菜农艺要求的全自动移栽机，实现我国 蔬菜的育苗工厂化生产和移栽机械化作业的生产模式。提高我国蔬菜种植机械化水平，促进我国蔬菜生产的快速发展，改善人们生活水 平 18。 目前国内外的蔬菜移栽机都是以没有取苗机构的半自动的为主，从已有的取苗机构来看，这些机器的取苗机构要么结构复杂，设计制造成本高，要么工作可蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 16 靠性差，最关键的是，日本的取苗机构在中国都申请了专利保护。目前在我国，蔬菜取苗机构的应用还处于空白，而针对蔬菜取苗机构的研究才刚刚起步，未见系统的理论研究，这将制约我国具有自主知识产权的蔬菜取苗机构的开发。而且，实现蔬菜钵苗顺利并可靠的自动 取苗是一项系统工程，建立适宜的系统化蔬菜钵苗自动取苗技术体系，将涉及多个研究领域，如园艺、植保、农学、机械设计与制造、自动控制等，这就需要进行多学科的联合攻关。从我国国情及农村状况考虑，要形成我国特有的蔬菜钵苗取苗技术体系，需要将农机与农艺、栽植机械与育苗技术相结合，应对蔬菜钵苗栽培工艺的规范化、标准化，深入研究取苗机构工作原理及与蔬菜钵苗相适应性的关系，而不能仅限于仿制国外引进的取苗机械。我们应该积极发展全自动蔬菜移植器械，同时走专用的蔬菜钵苗取苗机械与通用的蔬菜钵苗取苗机械相结合的发展道路，以通用蔬菜钵 苗取苗机械为主，并向标准化、系列化、规格化方向发展，同时机构结构简单、成本低廉、秧苗栽植质量可靠 19。 实现取苗作业机械化已成为我国蔬菜种植迫切需要解决的问题。蔬菜育苗取苗机械化是推广普及蔬菜育苗移栽技术，提高蔬菜产量和季节性供应蔬菜，以及提高蔬菜经济作物经济效益和社会效益的必要途径。通过提高种植技术的机械化水平，达到进一步完善与取苗机械相配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗和取苗有机的结合，就可以降低种植成本，达到增加产量，提高经济效益的目 的 20。因此，从长远看，蔬菜取苗机械具有良好的发展 趋势和广阔的发展前景。 1.3 国内取苗机构存在的主要问题和发展方向 1.3.1 国内取苗机构发展存在的主要问题 1）我国农业机械化水平还不够，取苗机构的研究还未引起相关农机专家的足够重视，制约了我国蔬菜钵苗取苗机构的推广 21。 2）育苗未标准化，即蔬菜钵苗的培育方式在我国不同的省份存在很大的差异，这对蔬菜钵苗取苗机构的开发提出了挑战。 3）取苗机械与育苗技术脱节，取苗机构与所取秧苗不配套，即在我国大部分地区蔬菜的育苗仍然采用育苗床或营养土方式进行，使得所育的秧苗不适合机械化取苗。 浙江理工大学本科毕业设计 17 4）由于露天蔬菜受气候的 限制，一般只能种植特定蔬菜，且户均种植规模小，人们不愿意采用取苗机构用于生产。 5）能实现蔬菜钵苗取苗的机械一般结构复杂，成本高，且功能单一，限制了取苗机构的应用与推广。 6）对取苗机构的工作原理和工作特性研究还不是很充分，还学进一步的研究。 7）农民的经济条件限制了取苗机构的推广。 1.3.2 国内蔬菜取苗机构的发展方向 目前国内外的蔬菜移栽机都是以没有取苗机构的半自动的为主，从已有的取苗机构来看 ，这些机器的取苗机构要么结构复杂，设计制造成本高，要么工作可靠性差，最关键的是，日本的取苗机构在中国都申请了专利 保护。目前在我国，蔬菜取苗机构的应用还处于空白，而针对蔬菜取苗机构的研究才刚刚起步，未见系统的理论研究，这将制约我国具有自主知识产权的蔬菜取苗机构的开发。 而且，实现蔬菜钵苗顺利并可靠的自动取苗是一项系统工程，建立适宜的系统化蔬菜钵苗自动取苗技术体系，将涉及多个研究领域，如园艺、植保、农学、机械设计与制造、自动控制等，这就需要进行多学科的联合攻关。从我国国情及农村状况考虑，要形成我国特有的蔬菜钵苗取苗技术体系，需要将农机与农艺、栽植机械与育苗技术相结合，应对蔬菜钵苗栽培工艺的规范化、标准化，深入研究取苗机构工 作原理及与蔬菜钵苗相适应性的关系，而不能仅限于仿制国外引进的取苗机械。我们应该积极发展全自动蔬菜移植器械，同时走专用的蔬菜钵苗取苗机械与通用的蔬菜钵苗取苗机械相结合的发展道路，以通用蔬菜钵苗取苗机械为主，并向标准化、系列化、规格化方向发展，同时机构结构简单、成本低廉、秧苗栽植质量可靠。 实现取苗作业机械化已成为我国蔬菜种植迫切需要解决的问题。蔬菜育苗取苗机械化是推广普及蔬菜育苗移栽技术，提高蔬菜产量和季节性供应蔬菜，以及提高蔬菜经济作物经济效益和社会效益的必要途径。通过提高种植技术的机械化水平，达到进一步完 善与取苗机械相配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗和取苗有机的结合，就可以降低种植成本，达到增加产量，提高经济效益目的 23。因此，从长远看，蔬菜取苗机械具有良好的发展趋势和广阔的发展前景。 蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 18 1.4 本文的研究目标 针对目前半自动移栽机构需人工取苗、工作效率低等缺点，以及日韩等发达国家的取苗机构的复杂结构、高制造成本和效率不高、以及在我国申请了专利保护等问题。本文展开一种结构简单、效率更高的蔬菜钵苗取苗机构的工作原理与创新设计方法的研究，通过深入研究蔬菜机械化取苗的工作机理，模拟人工移取蔬菜钵苗的动作、轨 迹和姿态要求，对取苗机构进行机构创新，发明旋转式取苗机构，能够实现自动抓取和释放蔬菜钵苗，并进行理论分析、建模、参数优化和动态仿真，确定一组最优的结构参数进行取苗机构的结构设计，设计出的取苗机构能够很好的满足机械化取苗的工作要求，又能使机构简单高效。最后构建蔬菜取苗机构的测试试验平台，进行取苗机构的高速摄像试验。通过取苗试验完善取苗臂的结构设计，测试了取苗机构的运动学特性。 1.5 本文的主要工作及内容安排 在对本领域国内外研究现状分析的基础上，本文开展了如下的研究工作： 第一章阐述了单行蔬菜钵体苗自动移栽机 的蔬菜钵苗 取苗 机构的工作原理及特点，给出了单行蔬菜钵体苗自动移栽机的蔬菜钵苗 取苗 机构的运动学模型。 第二章详细论述了单行蔬菜钵体苗自动移栽机参数优化。以第二章建立的理论模型为基础，在 VB6.0 环境 下开发了用于机构分析和参数优化的软件。 第三章研究了单行蔬菜钵体苗自动移栽机的蔬菜钵苗 取苗 机构的结构实现与制造，按照优化出的参数进行取苗机构的机构设计，对设计所必须考虑的问题作了阐述。 第四章阐述了蔬菜钵苗取苗机构 CAD、 Proe 系统的开发应用环境、系统总体结构和特点，实现取苗机构的实体建模制图。 第五章是全文的总 结及展望。 1.6 本章小结 1）分析了进行蔬菜钵苗取苗机构研究的重要意义。 2）概述了国内外蔬菜取苗机构的发展现况及及存在问题，阐述了国内蔬菜取苗机构存在的主要问题和发展方向。 浙江理工大学本科毕业设计 19 3）给出了本论文主要工作及内容安排。 第 2 章 蔬菜钵苗取苗机构的运动学分析 对于蔬菜移栽机的 设计， 要 根据 实际 的使用要求对 其 的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行 构思 、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。 其 设计是 机械工程 的重要组成部分，是 机械生产的第一步，是决定 机械性能 的最主要的因素。设计的努力目标是：在各种限定的条件 (如材料、加工能力、理论知识和计算手段等 )下设计出最好的机械，即做出 优化设计 。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少 环境污染 。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况 权衡 轻重， 统筹兼顾 ，使设计的机械有最优的综合 技术经济效果 。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论 和 价值工程 、 系统分析 等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累 ,以及 计算机 的推广应用 ,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。 从实际出发根据一些限定条件进行运动学设计和分析。 2.1 取苗爪工作要求的实现 自动移栽机要求取苗机构模拟人手从钵苗盘中把钵苗取出，然后在某个位蔬菜钵体苗自动移栽机 取苗装置设计 20 置释放，使钵苗落入植苗器中，以便植苗器栽植，接着取苗机构重复上述动作。通过分析现有取苗机构的轨迹特点，为了顺利从钵苗盘中夹取钵苗，取苗片进入钵苗盘的轨迹段和退出钵苗盘的轨迹段的夹角不能太大，并且进入和退出钵苗盘的取苗轨迹要尽量的靠近。当取 苗机构的处于取苗阶段时，取苗片进入钵苗盘前完全张开，当到钵苗盘底部时，取苗片完全夹紧钵苗，然后钵苗随着取苗片一起往钵苗盘外运动，实现取苗；取苗结束后，取苗机构处于持苗阶段，即取苗片夹持钵苗运动；持苗一段时间后，取苗机构进入放苗阶段，即取苗片完全张开，推庙爪将钵苗推出，钵苗落入植苗器中，实现放苗动作；放苗结束后，取苗片一直保持张开状态，直至下一次取苗开始。 通过对蔬菜钵苗取苗机械的技术特点和农艺要求的分析，要满足模拟人工取苗的轨迹、动作和姿态要求，设计合理的非匀速传动机构是实现蔬菜钵苗取苗机械手自动取苗的核心 技术。要实现非匀速传动的机构很多，但要考虑取苗机械手尺寸大小，并同时满