單行蔬菜缽體苗自動移栽機(jī)的設(shè)計—取苗裝置設(shè)計[三維PROE](畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械與自動控制學(xué)院 專業(yè)班級 09 機(jī)械 4 班 姓 名 李宇通 學(xué) 號 B09300414 指導(dǎo)教師 俞高紅 系 主 任 胡明 學(xué)院院長 胡旭東 二 O 一三 年 五 月 十六 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 浙 江 理 工 大 學(xué) 機(jī)械與自動控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 2 目錄 Abstract . 7 第 1 章 緒論 . 10 1.1 前言 . 10 1.2 國內(nèi)外蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展概述 . 12 1.2.1 我國蔬菜缽苗移栽機(jī)械化發(fā)展概況 . 12 1.2.2 我國蔬菜缽苗移栽機(jī)存在的問題 . 13 1.2.3 我國蔬菜缽苗移栽機(jī)存在問題解決途徑分析 . 14 1.2.4 國外蔬菜缽苗自動移栽機(jī)的發(fā)展和研究成果 . 15 1.2.5 蔬菜缽苗移栽機(jī)發(fā)展方向 . 15 1.3 國內(nèi)取苗機(jī)構(gòu)存在的主要問題和發(fā)展方向 . 16 1.3.1 國內(nèi)取苗機(jī)構(gòu)發(fā)展存在的主要問題 . 16 1.3.2 國內(nèi)蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向 . 17 1.4 本文的研究目標(biāo) . 18 1.5 本文的主要工作及內(nèi)容安排 . 18 1.6 本章小結(jié) . 18 第 2 章 蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析 . 19 2.1 取苗爪工作要求的實現(xiàn) . 19 2.2 蔬菜缽苗取苗機(jī)械手的機(jī)構(gòu)組成與工作原理 . 20 2.3 橢圓齒輪傳動的運動分析 . 22 2.3.1 橢圓齒輪的嚙合特性及優(yōu)點 . 22 2.3.2 橢圓齒輪的角位移、角速度和傳動比分析 . 23 2.4 蔬菜缽苗取苗機(jī)械手運動學(xué)模型的建立 . 25 2.4.1 運動學(xué)分析符合的說明 . 25 2.4.2 蔬菜缽苗取苗機(jī)械手位移分析 . 26 2.4.3 機(jī)械手上各點位移方程和各構(gòu)件角位移方程 . 27 2.4.4 機(jī)構(gòu)上各點的速度方程和各構(gòu)件角速度方程 . 29 2.4.5 機(jī)械手上各點的加度方程和各構(gòu)件角加速度方程 . 31 2.5 本章小結(jié) . 32 第 3 章 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化 . 33 3.1 優(yōu)化目標(biāo)與變量 . 33 3.2 輔助分析優(yōu)化軟件 . 33 3.2.1 人機(jī)交互簡介 . 34 3.2.2 本課題人機(jī)交互軟件介紹 . 35 3.2.3 橢圓齒輪參數(shù)計算 . 35 3.2.4 取苗機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化步驟 . 36 3.2.5 取苗爪尖點的速度分析 . 37 3.3 本章小結(jié) . 39 第 4 章 蔬菜缽苗自動移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 40 4.1 蔬菜缽體自動移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 40 4.2 取苗臂機(jī)構(gòu)設(shè)計 . 41 4.3 CAD 軟件介紹 . 42 4.3.1 CAD 二維取苗機(jī)構(gòu)零件圖 . 43 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 4.4 Proe 軟件介紹 . 44 4.4.1 三維 Proe 取苗機(jī)構(gòu)零件圖 . 45 4.5 總裝配圖 . 46 4.6 本章小結(jié) . 47 第 5 章 總 結(jié)與展望 . 48 5.1 總結(jié) . 48 5.2 進(jìn)一步的展望 . 49 致 謝 . 50 參考文獻(xiàn) . 51 附錄 . 53 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 4 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 6 摘 要 移栽是蔬菜生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，移栽具有對氣候的補(bǔ)償作用和使作物生育提早的綜合效益，可以充分利用光熱資源，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均非?？捎^。目前，國內(nèi)正在應(yīng)用的移栽機(jī)械多為半自動 移植機(jī)，半自動移栽機(jī)靠手工送苗，效率低，勞動強(qiáng)度大，而國內(nèi)自動移栽機(jī)的研究剛剛起步，自動移栽機(jī)從取苗到植苗都由機(jī)械自動完成，效率高。國外雖有一些自動移栽機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)，但還處于不斷研究與推廣階段。而取苗機(jī)構(gòu)是制約自動移栽機(jī)發(fā)展的“瓶頸”，也是制約蔬菜大規(guī)模種植的關(guān)鍵問題之一。因此設(shè)計一種新型的取苗機(jī)構(gòu)替代手工取苗，已成為我國蔬菜種植業(yè)發(fā)展的迫切需要。 本文總結(jié)吸收了國內(nèi)外各種取苗機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點，在實驗室已有研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新型蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以單獨作為取苗機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)自動取苗；或通過改 進(jìn)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以集栽取功能于一體，即取苗和栽植苗動作都由該套機(jī)構(gòu)完成。該蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，取苗效率高。本文主要的研究內(nèi)容如下： 1.根據(jù)蔬菜缽苗取苗的技術(shù)特點和農(nóng)藝要求，模擬人工取苗的軌跡、動作和姿態(tài)要求，發(fā)明蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)，滿足機(jī)械取苗特殊的工作軌跡要求，比現(xiàn)有的蔬菜取苗機(jī)構(gòu)工作效率高，并且工作平穩(wěn)。 2.論述了該 取苗 機(jī)構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，建立 取苗 機(jī)構(gòu)的運動學(xué)模型。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 3.以建立的運動學(xué)模型為基礎(chǔ)， 基于可視化開發(fā)平臺 VB6.0，通過其軟件分析蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)輔助分析與優(yōu)化軟件（軟件登記號 ： 2011SR030044）， 介紹了該軟件的人機(jī)交互界面及功能，基于該軟件，解決了該機(jī)構(gòu)運動學(xué)多目標(biāo)優(yōu)化的難點。 4.根據(jù)蔬菜 取苗 農(nóng)藝要求，提出蔬菜缽苗 取苗 機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)和優(yōu)化方法，分析各參數(shù)變化對 取苗 機(jī)構(gòu)運動特性的影響，利用自主開發(fā)軟件，采用人機(jī)交互的優(yōu)化方法，優(yōu)化出 取苗 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿足蔬菜缽苗 取苗 的工作要求。 5.按照優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行蔬菜缽苗 取苗 機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計，討論了設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，最后在 ProE、 CAD 下完成裝配圖和各零件的設(shè)計。 6.建立 取苗 機(jī)構(gòu)的三維實體模型， 對其進(jìn)行虛擬裝配。 關(guān)鍵詞： 蔬菜缽苗；取苗機(jī)構(gòu)；工作機(jī)理；參數(shù)優(yōu)化；試驗研究 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 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 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. 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 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 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 10 第 1 章 緒論 1.1 前言 據(jù) FAO 統(tǒng)計， 2006 年中國已成為 世界 上 最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜產(chǎn)量 約 占世界總產(chǎn)量的 49.6 1。改革開放以來，我國蔬菜產(chǎn) 量 每年呈持續(xù)增長的勢頭 ，發(fā)展迅猛 。據(jù)中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料顯示，我國蔬菜播種面積在上世紀(jì) 80 年代年均增長近 10%， 90 年代年均增長 14.5%，本世紀(jì)前 7 年平均增長 1.9%，到 2007 年達(dá)到 2.94 億畝，總產(chǎn)量 6.41 億噸。其中，蔬菜 2.6 億畝， 5.65 億噸，人均占有量 427 公斤。蔬菜已經(jīng) 成為我國農(nóng)業(yè) 中 僅次于糧食的第二重要 農(nóng)產(chǎn)品，近年來，浙江省在種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和效益農(nóng)業(yè)的發(fā)展上取得了 顯著成效，蔬菜生產(chǎn)面積、總產(chǎn)量、總產(chǎn)值逐年增加。浙江省已成為長江三角洲地區(qū)重要的蔬菜生產(chǎn)基地，基本培育形成沿杭州灣兩岸及沿海設(shè)施出口蔬菜產(chǎn)業(yè)帶。同時， 蔬菜種植業(yè)也 逐步 成為發(fā)展我國 和我省 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分 2。 實現(xiàn)蔬菜順利移栽 是蔬菜生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一， 移栽 具有對氣候的補(bǔ)償作用和 促進(jìn) 作物生育提早的綜合效益， 還 可以充分利用光熱資源，其經(jīng)濟(jì)效益浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 和社會效益均 十分 可觀。目前， 我國 約有 60蔬菜是采用育苗移 植 方式種植的3-4， 但是由于我國蔬菜栽植機(jī)械的發(fā)展滯后，栽植 作業(yè)仍以人工為主 ，而缽苗手工栽植需要彎 腰和肢體屈伸。從蔬菜移栽整個工序的勞動強(qiáng)度來看，手工移栽蔬菜是僅次于收獲作業(yè)的一項勞動強(qiáng)度非常大的農(nóng)事活動，它占作物從種植到收獲所需總勞動量的 20左右。不僅勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，而且移栽質(zhì)量低、生產(chǎn)成本高 ，難以實現(xiàn)大面積 移栽 ，從而 限制了 生產(chǎn)規(guī)模 的擴(kuò)大和 生產(chǎn)效益 的提高 ，制約了 我國 蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展 。由此可見，實現(xiàn)蔬菜移栽機(jī)械化已成為我國蔬菜生產(chǎn)的迫切需要 5-7。另一方面，在我國使用的絕大部分蔬菜移栽為半自動移植機(jī)，半自動移栽機(jī)構(gòu)需要手工實現(xiàn)分苗和取苗，即手工喂苗，植苗操作則由由植苗器完成 ,每行的移植效率僅 為 30 40株 /分鐘。近年來 ,自動蔬菜移栽機(jī)的研究在國內(nèi)外已引起農(nóng)機(jī)專家和相關(guān)企業(yè)的重視。自動移栽機(jī)構(gòu)一般由取苗機(jī)構(gòu)和植苗機(jī)構(gòu)組成，從分苗、取苗到植苗操作都是由機(jī)械自動完成，不僅工作效率高 ,而且大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。目前植苗機(jī)構(gòu)現(xiàn)已比較成熟 ,有現(xiàn)成的應(yīng)用，而取苗機(jī)構(gòu)是制約自動移植機(jī)發(fā)展的“瓶頸”問題，在國內(nèi)，研究剛剛起步，在國外也處在不斷的研究與發(fā)展的階段。 從上世紀(jì)末到本世紀(jì)初，日本的井關(guān)、久保田、洋馬、野馬等幾大主要農(nóng)機(jī)公司都進(jìn)行了取苗機(jī)構(gòu)的研究和開發(fā) 8，也研制出了多種樣機(jī)，并進(jìn)行了田間取苗試 驗，效果良好，現(xiàn)已在日本國內(nèi)推廣使用。但是這些機(jī)器的取苗機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造成本較高，且單行移植效率只有 60 70株 /分鐘，相對于自動移栽機(jī)而言，其取苗效率并不是很高，并且日本的自動移植機(jī)都在中國申請了專a) 半自動移栽機(jī) b) 全自動移栽機(jī) 圖 1.1 半自動移栽機(jī)和自動移栽機(jī) 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 12 利保護(hù)。而我國在自動蔬菜移栽機(jī)應(yīng)用研究方面還處于空白，其研究工作剛剛起步。國內(nèi)針對取苗機(jī)構(gòu)的研究主要是針對溫室棚里的取苗，這樣可以用到伺服電機(jī)，設(shè)計則較為簡單，目前針對野外惡劣工作環(huán)境的取苗機(jī)構(gòu)的研究還處于實驗室階段。此外，我國在“十二五”農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展規(guī)劃中指出，旱地高速移植機(jī)械已被列入要重點解決的 技術(shù)難題，而由于取苗機(jī)構(gòu)是制約移植機(jī)械發(fā)展的“瓶頸”問題。本文研究的取苗機(jī)構(gòu)，除可用于蔬菜缽苗取苗外，經(jīng)改進(jìn)也可用于油菜、煙草等其他經(jīng)濟(jì)作物的取苗。因此 ,開展本文的蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的機(jī)理研究，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、理論建模與試驗研究，將為今后蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供重要理論基礎(chǔ)和設(shè)計依據(jù)，不僅具有重要的理論研究意義，而且具有重大的實際應(yīng)用價值。 1.2 國內(nèi)外蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展概述 1.2.1 我國蔬菜 缽苗 移栽機(jī)械化發(fā)展概況 我國最早出現(xiàn)的移栽機(jī)主要用于移栽棉花和甘薯。栽植機(jī)械的研究始于 20世紀(jì) 50年代末 60年代初，最早出現(xiàn)的是棉花營養(yǎng)缽育苗移栽和甘薯秧苗栽植機(jī)的試驗研究。 20世紀(jì) 70年代開始研制裸根苗移栽機(jī)械，主要用于甜菜移栽。 80年代研制成半自動化蔬菜栽植機(jī)，同時也從國外引進(jìn)了多種適合于移栽蔬菜煙葉甜菜等經(jīng)濟(jì)什物的移栽機(jī)械，但均因育苗技術(shù)落后，配套性能差，以及機(jī)具本身性能不穩(wěn)定和生產(chǎn)率低等原因，都未得到推廣使用 9。但隨著育苗技術(shù)的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，推動了移栽機(jī)械的研制開發(fā)工作。到目前為止，已研究成功了多種類別的移栽機(jī)械，部分機(jī)型已申請了專利，部分機(jī)型投入了小批量生產(chǎn)。 目前，國內(nèi)常見的移栽機(jī) 主要有以下幾種形式 10： 1)鉗夾式移栽機(jī)：這種移栽機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，株距和栽植深度穩(wěn)定，最大的優(yōu)點是移栽平穩(wěn)，種苗直立度較高，工作效率在較低速的情況下，可以保證不漏苗：在高速的情況下，由于是人工喂苗，工作效率大大下降，漏苗、缺苗率大大增加。這種移栽機(jī)的應(yīng)用較少，有被淘汰的趨勢。 2)鏈夾式移栽機(jī)：工作過程與鉗夾式基本相同，性能與鉗夾式移栽機(jī)相似。其優(yōu)點是移栽穩(wěn)定，但效率低，易漏苗、缺苗。 3)撓性圓盤式移栽機(jī)：這種移栽機(jī)是由人工或機(jī)械將秧苗放置到兩片可以變浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 形的撓性圓盤內(nèi)，秧苗隨圓盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)達(dá)到垂直狀 態(tài)時進(jìn)行栽植。由于不受秧夾數(shù)量的限制，它對株距的適應(yīng)性較好，但圓盤壽命較短，栽植深度不穩(wěn)定。 4)吊杯式移栽機(jī)：具有可以進(jìn)行膜上打孔移栽的獨特優(yōu)點，而且秧苗在移栽過程中不受任何沖擊，特別適合于根系不很發(fā)達(dá)而且易破的缽苗移栽，缺點是整地較為復(fù)雜，喂苗速度不能過高，否則漏栽率將增加，生產(chǎn)率較低。 5)導(dǎo)苗管式移栽機(jī)：這種移栽機(jī)有一個水平喂苗盤和一個垂直或傾斜的將缽苗送入開溝器的導(dǎo)苗管。秧苗在導(dǎo)苗管中的運動是自由的，不易傷苗。秧苗靠重力落到苗溝中，在調(diào)整導(dǎo)苗管傾角和增加扶苗裝置的情況下，可以保證較好的秧苗直立度、 株距均勻性和深度穩(wěn)定性，且作業(yè)速度較高。缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 6)輸送帶式移栽機(jī)：帶式移栽機(jī)由水平輸送帶和傾斜輸送帶組成，兩帶的運動速度不同，這種栽植機(jī)機(jī)構(gòu)簡單。但在工作可靠性方面需要進(jìn)一步改進(jìn)。 7)空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽機(jī)：吉林工業(yè)大學(xué)孫廷琮等應(yīng)用美國 B K Huan9發(fā)明的空氣整根育苗技術(shù)研究開發(fā)了空氣整根營養(yǎng)缽育苗移栽系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上研制了空氣整根缽苗全自動移栽機(jī)。該機(jī)實現(xiàn)移栽全自動化，大大提高了移栽機(jī)作業(yè)效率。 1.2.2 我國蔬菜 缽苗 移栽機(jī)存在的問題 我國栽植機(jī)械的研究開發(fā)方面雖然已有四十年的歷 史，并隨著育苗技術(shù)的發(fā)展，以及勞動力成本的上升，在移栽機(jī)的研制方面取得了較大的進(jìn)展，并逐步轉(zhuǎn)向自動移栽機(jī)方面的研究，但目前仍然處于起步階段，研制的移栽機(jī)都沒有得到大面積推廣應(yīng)用 11。 蔬菜移栽機(jī)械研究剛起步，主要體現(xiàn)在以下幾方面 12。 1)蔬菜移栽的品種、育苗方式、苗齡、行距、株距、種植密度及深度等方面在我國各地區(qū)存在很大的差異，對蔬菜栽植機(jī)械的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。 2)蔬菜育苗仍然以育苗床或營養(yǎng)土方式為主，所育秧苗不適合機(jī)械化移栽，栽植機(jī)械與育苗技術(shù)脫節(jié)，移栽機(jī)與秧苗不配套。 3)蔬菜的溫室種植面積逐 步增加，露地種植面積在減小，產(chǎn)均種植規(guī)模小，不利于蔬菜栽植機(jī)械的發(fā)展。 4)日前蔬菜移栽機(jī)以半自動為主，采用手工喂苗的方式，栽植頻率受限于工人的喂苗能力，一般栽植頻率不能超過 40株分，導(dǎo)致移栽機(jī)作業(yè)效率低。 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 14 5)對不同種類栽植機(jī)械與作物缽苗相適應(yīng)性的研究工作進(jìn)行得不充分，對栽植機(jī)械工作原理以及機(jī)械與作物生長要求相適應(yīng)性研究不足。 6)機(jī)器的性能和成本及農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)條件限制移栽機(jī)的推廣。 1.2.3 我國蔬菜 缽苗 移栽機(jī)存在問題解決途徑分析 設(shè)計適合我國蔬菜移栽農(nóng)藝要求，開提高移栽機(jī)自動化程度和機(jī)具性能。針對我國 蔬菜移栽機(jī)存在的問題，找出解決問題的應(yīng)對措施。主要做好以下幾個方面 13-15。 1)建立育苗移栽技術(shù)體系，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)形成一套規(guī)范化管理。建立適宜機(jī)械化作業(yè)的育苗移栽技術(shù)體系，涉及到品種選育、土壤肥料、作物栽培、機(jī)械設(shè)計與制造和自動控制等領(lǐng)域，還將涉及到病蟲害防治、塑料工業(yè)、太陽能利用、溫室技術(shù)等方面。使農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝相適應(yīng)，加強(qiáng)從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究，使育苗和移栽有機(jī)地結(jié)合。生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都建立了一整套的規(guī)范化的操作管理制度，使育苗過程實現(xiàn)機(jī)械化、工廠化和設(shè)施化，使其作物的生產(chǎn)實現(xiàn)了商品化、系列化。 2)制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評價方法，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)格化。我國沒有制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各種移栽機(jī)難以標(biāo)準(zhǔn)化，不利于其發(fā)展。應(yīng)該由國家制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)格化。目前沒有形成統(tǒng)一的評價方法，如何科學(xué)地評價栽植機(jī)的性能，是目前亟待解決的一個重要問題。 3)改變單缽輸送方式，提高移栽機(jī)自動化程度。目前，栽植機(jī)械的喂入方式主要以人工喂入為主，工作效益低下。這就需要改變以往以人工喂入單缽的方式，采用成盤缽苗的輸送方式，設(shè)計專門的切盤機(jī)構(gòu)，在機(jī)器上把缽苗盤切成單缽再投缽，提高其工作效率，實現(xiàn) 全自動化。 4)根據(jù)某些作物移栽的特殊要求，設(shè)計特色機(jī)型。某些作物對移栽有特殊的要求，如大蔥和韭菜需要較小的株距：有些蔬菜需要較窄的行距。但目前國內(nèi)缺乏適合這些特殊要求的栽植機(jī)，可以為它們單獨設(shè)計性能卓越的栽植機(jī)。 5)農(nóng)機(jī)部門適時引導(dǎo)，國家政策宏觀調(diào)控。雖然移栽機(jī)械使種植方式發(fā)生了重大的變化，其可行性和經(jīng)濟(jì)性已得到了論證，但是，農(nóng)民的認(rèn)識水平畢竟有一定的局限性，對于移栽機(jī)械的推廣和應(yīng)用不可能很快地全面接受。所以，農(nóng)機(jī)部門要適時對其進(jìn)行引導(dǎo)。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 1.2.4 國外蔬菜缽苗自動移栽機(jī)的發(fā)展和研究成果 20世紀(jì)初期， 歐洲一些國家開始大最種植蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物，出現(xiàn)了早期的近代秧苗栽植機(jī)具。這些機(jī)具仍為手動栽植，只是減輕了栽秧者肢體反復(fù)屈伸的繁重勞動：到 20世紀(jì) 30年代后期，出現(xiàn)了栽植機(jī)構(gòu)或栽核器代替人上直接栽秧，使送秧入溝過程實現(xiàn)了機(jī)械化；自 20世紀(jì) 50年代開始，歐洲國家開展作物壓縮土缽育曲及移栽的生產(chǎn)技術(shù)研究，研制出多種不同結(jié)構(gòu)型式的半自動移栽機(jī)和制缽機(jī)；至 20世紀(jì) 70年代，前蘇聯(lián)蔬菜栽植機(jī)械化水平為 58，國營農(nóng)場已達(dá) 67；到 20世紀(jì) 80年代，半自動移栽機(jī)已在曲方國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，制缽、育苗和移栽已形成完整的 機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)。到目前為止，作物壓縮十缽成型、缽上單粒精密播種和相應(yīng)的自動化移栽設(shè)備在技術(shù)上基本達(dá)到了完善，亦廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)。歐洲的幾個主要國家 (如法國、德國、荷蘭、兩班牙、丹麥等 )大部分的蔬菜生產(chǎn)和幾乎全部的大地花卉生產(chǎn)都采用育苗移栽生產(chǎn)工藝 16。 從上世紀(jì)末到本世紀(jì)初，日本的井關(guān)、久保田、洋馬、野馬等幾大主要農(nóng)機(jī)公司都進(jìn)行了取苗機(jī)構(gòu)的研究和開發(fā) 17，也研制出了多種樣機(jī)，并進(jìn)行了田間取苗試驗，效果良好，現(xiàn)已在日本國內(nèi)推廣使用。但是這些機(jī)器的取苗機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造成本較高，且單行移植效率 只有 60 70 株 /分鐘，相對于自動移栽機(jī)而言，其取苗效率并不是很高，并且日本的自動移植機(jī)都在中國申請了專利保護(hù)。 1.2.5 蔬菜 缽苗 移栽機(jī)發(fā)展方向 蔬菜育苗移栽機(jī)械化是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)加強(qiáng)從育苗到移栽整個系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步完善與移栽配套的育苗設(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗過程實現(xiàn)機(jī)械化、工廠化和設(shè)施化。制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)利評價方法，形成產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和規(guī)格化。研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運輸?shù)戎虚g環(huán)節(jié)工作過程的機(jī)械化自動化問題，使育苗和移栽有機(jī)的結(jié)合，研制出多種適合我國蔬菜農(nóng)藝要求的全自動移栽機(jī)，實現(xiàn)我國 蔬菜的育苗工廠化生產(chǎn)和移栽機(jī)械化作業(yè)的生產(chǎn)模式。提高我國蔬菜種植機(jī)械化水平，促進(jìn)我國蔬菜生產(chǎn)的快速發(fā)展，改善人們生活水 平 18。 目前國內(nèi)外的蔬菜移栽機(jī)都是以沒有取苗機(jī)構(gòu)的半自動的為主，從已有的取苗機(jī)構(gòu)來看，這些機(jī)器的取苗機(jī)構(gòu)要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造成本高，要么工作可蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 16 靠性差，最關(guān)鍵的是，日本的取苗機(jī)構(gòu)在中國都申請了專利保護(hù)。目前在我國，蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的應(yīng)用還處于空白，而針對蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的研究才剛剛起步，未見系統(tǒng)的理論研究，這將制約我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的開發(fā)。而且，實現(xiàn)蔬菜缽苗順利并可靠的自動 取苗是一項系統(tǒng)工程，建立適宜的系統(tǒng)化蔬菜缽苗自動取苗技術(shù)體系，將涉及多個研究領(lǐng)域，如園藝、植保、農(nóng)學(xué)、機(jī)械設(shè)計與制造、自動控制等，這就需要進(jìn)行多學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān)。從我國國情及農(nóng)村狀況考慮，要形成我國特有的蔬菜缽苗取苗技術(shù)體系，需要將農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、栽植機(jī)械與育苗技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)對蔬菜缽苗栽培工藝的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，深入研究取苗機(jī)構(gòu)工作原理及與蔬菜缽苗相適應(yīng)性的關(guān)系，而不能僅限于仿制國外引進(jìn)的取苗機(jī)械。我們應(yīng)該積極發(fā)展全自動蔬菜移植器械，同時走專用的蔬菜缽苗取苗機(jī)械與通用的蔬菜缽苗取苗機(jī)械相結(jié)合的發(fā)展道路，以通用蔬菜缽 苗取苗機(jī)械為主，并向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化方向發(fā)展，同時機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、秧苗栽植質(zhì)量可靠 19。 實現(xiàn)取苗作業(yè)機(jī)械化已成為我國蔬菜種植迫切需要解決的問題。蔬菜育苗取苗機(jī)械化是推廣普及蔬菜育苗移栽技術(shù)，提高蔬菜產(chǎn)量和季節(jié)性供應(yīng)蔬菜，以及提高蔬菜經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的必要途徑。通過提高種植技術(shù)的機(jī)械化水平，達(dá)到進(jìn)一步完善與取苗機(jī)械相配套的育苗設(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗和取苗有機(jī)的結(jié)合，就可以降低種植成本，達(dá)到增加產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益的目 的 20。因此，從長遠(yuǎn)看，蔬菜取苗機(jī)械具有良好的發(fā)展 趨勢和廣闊的發(fā)展前景。 1.3 國內(nèi)取苗機(jī)構(gòu)存在的主要問題和發(fā)展方向 1.3.1 國內(nèi)取苗機(jī)構(gòu)發(fā)展存在的主要問題 1）我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平還不夠，取苗機(jī)構(gòu)的研究還未引起相關(guān)農(nóng)機(jī)專家的足夠重視，制約了我國蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的推廣 21。 2）育苗未標(biāo)準(zhǔn)化，即蔬菜缽苗的培育方式在我國不同的省份存在很大的差異，這對蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。 3）取苗機(jī)械與育苗技術(shù)脫節(jié)，取苗機(jī)構(gòu)與所取秧苗不配套，即在我國大部分地區(qū)蔬菜的育苗仍然采用育苗床或營養(yǎng)土方式進(jìn)行，使得所育的秧苗不適合機(jī)械化取苗。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 4）由于露天蔬菜受氣候的 限制，一般只能種植特定蔬菜，且戶均種植規(guī)模小，人們不愿意采用取苗機(jī)構(gòu)用于生產(chǎn)。 5）能實現(xiàn)蔬菜缽苗取苗的機(jī)械一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且功能單一，限制了取苗機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與推廣。 6）對取苗機(jī)構(gòu)的工作原理和工作特性研究還不是很充分，還學(xué)進(jìn)一步的研究。 7）農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)條件限制了取苗機(jī)構(gòu)的推廣。 1.3.2 國內(nèi)蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向 目前國內(nèi)外的蔬菜移栽機(jī)都是以沒有取苗機(jī)構(gòu)的半自動的為主，從已有的取苗機(jī)構(gòu)來看 ，這些機(jī)器的取苗機(jī)構(gòu)要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計制造成本高，要么工作可靠性差，最關(guān)鍵的是，日本的取苗機(jī)構(gòu)在中國都申請了專利 保護(hù)。目前在我國，蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的應(yīng)用還處于空白，而針對蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的研究才剛剛起步，未見系統(tǒng)的理論研究，這將制約我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的開發(fā)。 而且，實現(xiàn)蔬菜缽苗順利并可靠的自動取苗是一項系統(tǒng)工程，建立適宜的系統(tǒng)化蔬菜缽苗自動取苗技術(shù)體系，將涉及多個研究領(lǐng)域，如園藝、植保、農(nóng)學(xué)、機(jī)械設(shè)計與制造、自動控制等，這就需要進(jìn)行多學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān)。從我國國情及農(nóng)村狀況考慮，要形成我國特有的蔬菜缽苗取苗技術(shù)體系，需要將農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、栽植機(jī)械與育苗技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)對蔬菜缽苗栽培工藝的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，深入研究取苗機(jī)構(gòu)工 作原理及與蔬菜缽苗相適應(yīng)性的關(guān)系，而不能僅限于仿制國外引進(jìn)的取苗機(jī)械。我們應(yīng)該積極發(fā)展全自動蔬菜移植器械，同時走專用的蔬菜缽苗取苗機(jī)械與通用的蔬菜缽苗取苗機(jī)械相結(jié)合的發(fā)展道路，以通用蔬菜缽苗取苗機(jī)械為主，并向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化方向發(fā)展，同時機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、秧苗栽植質(zhì)量可靠。 實現(xiàn)取苗作業(yè)機(jī)械化已成為我國蔬菜種植迫切需要解決的問題。蔬菜育苗取苗機(jī)械化是推廣普及蔬菜育苗移栽技術(shù)，提高蔬菜產(chǎn)量和季節(jié)性供應(yīng)蔬菜，以及提高蔬菜經(jīng)濟(jì)作物經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的必要途徑。通過提高種植技術(shù)的機(jī)械化水平，達(dá)到進(jìn)一步完 善與取苗機(jī)械相配套的育苗設(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗和取苗有機(jī)的結(jié)合，就可以降低種植成本，達(dá)到增加產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益目的 23。因此，從長遠(yuǎn)看，蔬菜取苗機(jī)械具有良好的發(fā)展趨勢和廣闊的發(fā)展前景。 蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 18 1.4 本文的研究目標(biāo) 針對目前半自動移栽機(jī)構(gòu)需人工取苗、工作效率低等缺點，以及日韓等發(fā)達(dá)國家的取苗機(jī)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高制造成本和效率不高、以及在我國申請了專利保護(hù)等問題。本文展開一種結(jié)構(gòu)簡單、效率更高的蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的工作原理與創(chuàng)新設(shè)計方法的研究，通過深入研究蔬菜機(jī)械化取苗的工作機(jī)理，模擬人工移取蔬菜缽苗的動作、軌 跡和姿態(tài)要求，對取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新，發(fā)明旋轉(zhuǎn)式取苗機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動抓取和釋放蔬菜缽苗，并進(jìn)行理論分析、建模、參數(shù)優(yōu)化和動態(tài)仿真，確定一組最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行取苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計出的取苗機(jī)構(gòu)能夠很好的滿足機(jī)械化取苗的工作要求，又能使機(jī)構(gòu)簡單高效。最后構(gòu)建蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的測試試驗平臺，進(jìn)行取苗機(jī)構(gòu)的高速攝像試驗。通過取苗試驗完善取苗臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計，測試了取苗機(jī)構(gòu)的運動學(xué)特性。 1.5 本文的主要工作及內(nèi)容安排 在對本領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，本文開展了如下的研究工作： 第一章闡述了單行蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 的蔬菜缽苗 取苗 機(jī)構(gòu)的工作原理及特點，給出了單行蔬菜缽體苗自動移栽機(jī)的蔬菜缽苗 取苗 機(jī)構(gòu)的運動學(xué)模型。 第二章詳細(xì)論述了單行蔬菜缽體苗自動移栽機(jī)參數(shù)優(yōu)化。以第二章建立的理論模型為基礎(chǔ)，在 VB6.0 環(huán)境 下開發(fā)了用于機(jī)構(gòu)分析和參數(shù)優(yōu)化的軟件。 第三章研究了單行蔬菜缽體苗自動移栽機(jī)的蔬菜缽苗 取苗 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與制造，按照優(yōu)化出的參數(shù)進(jìn)行取苗機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計，對設(shè)計所必須考慮的問題作了闡述。 第四章闡述了蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu) CAD、 Proe 系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用環(huán)境、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和特點，實現(xiàn)取苗機(jī)構(gòu)的實體建模制圖。 第五章是全文的總 結(jié)及展望。 1.6 本章小結(jié) 1）分析了進(jìn)行蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)研究的重要意義。 2）概述了國內(nèi)外蔬菜取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)況及及存在問題，闡述了國內(nèi)蔬菜取苗機(jī)構(gòu)存在的主要問題和發(fā)展方向。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 3）給出了本論文主要工作及內(nèi)容安排。 第 2 章 蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析 對于蔬菜移栽機(jī)的 設(shè)計， 要 根據(jù) 實際 的使用要求對 其 的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行 構(gòu)思 、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。 其 設(shè)計是 機(jī)械工程 的重要組成部分，是 機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定 機(jī)械性能 的最主要的因素。設(shè)計的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件 (如材料、加工能力、理論知識和計算手段等 )下設(shè)計出最好的機(jī)械，即做出 優(yōu)化設(shè)計 。優(yōu)化設(shè)計需要綜合地考慮許多要求，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 環(huán)境污染 。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。設(shè)計者的任務(wù)是按具體情況 權(quán)衡 輕重， 統(tǒng)籌兼顧 ，使設(shè)計的機(jī)械有最優(yōu)的綜合 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 。過去，設(shè)計的優(yōu)化主要依靠設(shè)計者的知識、經(jīng)驗和遠(yuǎn)見。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論 和 價值工程 、 系統(tǒng)分析 等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累 ,以及 計算機(jī) 的推廣應(yīng)用 ,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計算。 從實際出發(fā)根據(jù)一些限定條件進(jìn)行運動學(xué)設(shè)計和分析。 2.1 取苗爪工作要求的實現(xiàn) 自動移栽機(jī)要求取苗機(jī)構(gòu)模擬人手從缽苗盤中把缽苗取出，然后在某個位蔬菜缽體苗自動移栽機(jī) 取苗裝置設(shè)計 20 置釋放，使缽苗落入植苗器中，以便植苗器栽植，接著取苗機(jī)構(gòu)重復(fù)上述動作。通過分析現(xiàn)有取苗機(jī)構(gòu)的軌跡特點，為了順利從缽苗盤中夾取缽苗，取苗片進(jìn)入缽苗盤的軌跡段和退出缽苗盤的軌跡段的夾角不能太大，并且進(jìn)入和退出缽苗盤的取苗軌跡要盡量的靠近。當(dāng)取 苗機(jī)構(gòu)的處于取苗階段時，取苗片進(jìn)入缽苗盤前完全張開，當(dāng)?shù)嚼徝绫P底部時，取苗片完全夾緊缽苗，然后缽苗隨著取苗片一起往缽苗盤外運動，實現(xiàn)取苗；取苗結(jié)束后，取苗機(jī)構(gòu)處于持苗階段，即取苗片夾持缽苗運動；持苗一段時間后，取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)入放苗階段，即取苗片完全張開，推廟爪將缽苗推出，缽苗落入植苗器中，實現(xiàn)放苗動作；放苗結(jié)束后，取苗片一直保持張開狀態(tài)，直至下一次取苗開始。 通過對蔬菜缽苗取苗機(jī)械的技術(shù)特點和農(nóng)藝要求的分析，要滿足模擬人工取苗的軌跡、動作和姿態(tài)要求，設(shè)計合理的非勻速傳動機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)蔬菜缽苗取苗機(jī)械手自動取苗的核心 技術(shù)。要實現(xiàn)非勻速傳動的機(jī)構(gòu)很多，但要考慮取苗機(jī)械手尺寸大小，并同時滿