嫁接机作业质量监测试验研究

嫁接作业质量监测是提高茄果类嫁接机作业成功率的重要技术手段。为此,采用机器视觉的方法对嫁接过程中番茄嫁接苗的倾斜角度、弯曲角度、有无接穗等信息进行检测,以此为基础来判断嫁接苗的作业质量,进而为嫁接机嫁接作业和生产质量管理提供信息。试验结果表明：针对嫁接苗倾斜角度、弯曲角度,机器视觉测量相对人工测量的最大角度误差不超过2.15°;针对试验所选180株嫁接苗判断合格与否,与人工判断对比,视觉判断成功率为92.2%,故提出的方法可以对番茄嫁接苗的特征信息进行有效识别。此检测方法还可以调整相关参数,用于其他贴接类嫁接苗的作业质量特征识别应用。     

单人工上苗式半自动蔬菜嫁接机关键机构设计与试验

半自动嫁接机价格低、适用蔬菜种类广,但其生产能力相对低。为简化操作、提高嫁接效率,设计一种单人工补给砧木和接穗苗的贴接式半自动蔬菜嫁接机。嫁接机关键部件包括砧穗木夹持旋转机构、旋转持苗防回转机构、切削机构等;其中,旋转持苗防回转机构采用了双棘轮反向止动,实现单电机驱动双轴间歇反向旋转,保证上苗和夹持工序有序配合;确定了砧穗木上苗位、夹持、切削、嫁接工位的较优布局,可实现单人工同时上砧、穗木苗。对南瓜和丝瓜穴盘苗进行嫁接试验表明:嫁接成功率达到89%,与人工相近;嫁接效率达到846.3株/h,是人工嫁接效率的3.3倍,证明该单人工上苗操作的贴接式嫁接机满足工厂化嫁接作业要求。     

茄果类蔬菜嫁接装置设计与试验

为解决茄果类蔬菜手工嫁接工效低、成活率低及现有设备不适合我国育苗生产模式等问题,基于贴接法嫁接工艺,采用水平上苗固定夹持和水平对接方式,以及直线式滑切原理,开发茄果类蔬菜嫁接机,可实现单人快速作业。试验表明:秧苗切削角度为25°时,在滑切角度为40°、切削速度为0.14m/s、切刀厚度为0.20mm条件下,秧苗切削合格率为100%,满足嫁接技术要求。该机平均生产效率为512株/h,是手工作业的4.5倍;嫁接成功率为98.5%,嫁接苗成活率为99.5%,与手工相比分别提高了3%和8%。其嫁接质量和生产效率显著提高,能够满足工厂化嫁接育苗的生产需求。     

蔬菜嫁接机器人切削装置设计与试验

根据“贴接法”的嫁接机理,采用旋转切削作业方式,设计了蔬菜嫁接机器人的切削装置,包括接穗切削装置和砧木切削装置,实现接穗苗茎部、砧木苗单子叶和生长点的快速切除.试验结果表明:当切削气缸转速ω=120r/min、输入空气压力P=490.3 kPa时,接穗和砧木的削成功率均值达93.2％,接穗和砧木的切口长度为5.8 ～7.3mm,切削效果满足嫁接要求.     

双断根嫁接机自动搬运与回栽装置设计与试验

为提高嫁接流程的自动化程度,设计了一种适用于双断根嫁接机的自动搬运及回栽装置,以解决嫁接后嫁接苗依靠人工搬运、回栽作业的问题。阐述了搬运及回栽装置工作原理,并对关键机构进行了仿真和运动学分析。通过嫁接苗贴接夹紧区域统计和嫁接苗搬运试验,确定搬运机构对嫁接苗的最佳夹持位置;当机构夹持嫁接苗夹子下端搬运,搬运成功率可达94%,平均耗时为2.5 s/株。通过镇压三因素三水平正交试验,确定嫁接苗镇压效果最优条件;当打孔孔径10 mm、打孔深度15 mm、镇压块形状为对分锥面镇压时,嫁接苗回栽试验成功率可达92%,平均耗时为4 s/株,满足目前全自动嫁接机的嫁接速度要求。试验表明,设计的嫁接苗自动搬运及回栽装置与嫁接机配套使用,可提高嫁接流程的自动化程度。     

基于“流水线”的茄果类种苗半自动嫁接机研究

阐述了国内外茄果类种苗半自动嫁接机存在的作业生产率过低的问题,针对国内种苗嫁接环境,以茄果类种苗为作业对象,提出了基于"流水线"的半自动嫁接作业模式,选取适合机械化操作的贴接嫁接法,分析了生产节拍、作业工序与作业生产率的关系,最终将夹持、切削、拢苗、对接、上夹和下苗6个工序合理分配至4个工位。进行了整机嫁接作业试验,结果表明基于"流水线"的嫁接生产模式可实现1000株/h的嫁接生产率,有效提高了作业效率。     

蔬菜嫁接机盘状复合凸轮机构设计研究

蔬菜嫁接繁殖既能保持接穗品种的特性,又可利用砧木的有利特性,达到提早开花结果、增强适应性和抗性的目的,是园艺植物的主要无性繁殖方法。为了减轻蔬菜嫁接的劳动强度,设计了一种结构简单、适合我国国情的蔬菜嫁接机。对贴接法蔬菜嫁接机的关键部件—盘状复合凸轮进行了研究,通过计算机辅助分析与模拟,给出了复合凸轮机构的轮郭曲线。     

茄类蔬菜嫁接机拢苗机构的设计与性能试验

采用贴接法进行机械嫁接时,对接穗与砧木的创口贴合度要求较高。在对比不同拢苗方案的基础上,根据贴接法作业原理以及创面贴合的要求,提出了一种交错拢苗方案,并在现有茄果类蔬菜嫁接机上设计了一种拢苗机构,并进行了拢苗试验。根据试验的目的要求,拟定了多因素正交试验方案,分析了不同夹口间距、竖直拢苗距离、水平拢苗距离对对接成功率的影响程度,建立了各部件位置参数与对接成功率之间的三维关系,为拢苗机构的设计提供了依据。     

葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

基于葫芦科营养钵苗的“贴接法”嫁接技术,设计了由穗木夹持搬运机构、穗木切削机构、砧木夹持搬运机构、砧木旋切机构、嫁接夹自动排列输送机构、嫁接钵苗自动排列摆放机构组成的葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人。通过试验得出,该机器人的理论嫁接速度可达440株/h,实际操作嫁接速度达到285株/h,嫁接成功率为92%,与同类型的双人操作营养钵苗嫁接机相比,人均作业效率提高36%。增加了嫁接钵苗的后续自动排列摆放机构,提高了嫁接生产自动化程度。     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

卧式蔬菜苗嫁接机设计与试验

为提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动强度和嫁接成本,对人工蔬菜苗嫁接过程中的关键动作及流程进行梳理,分析秧苗—机器互作机理,采用双向切割对接技术,设计一种卧式轻便型蔬菜苗半自动嫁接机。根据嫁接机实际使用要求,利用气动驱动方式实现蔬菜苗的自动夹持、切割和对接动作。基于传感器输入信号以及输出执行元件特点,选用欧姆龙PLC作为嫁接机控制器,并依据嫁接机作业流程编写控制程序。最后对该机器性能进行嫁接测试,结果表明,嫁接机平均作业效率为348株/h,平均嫁接成功率为93.3%,嫁接苗零损伤。该机机构设计合理,工作性能稳定可靠,与市场现有嫁接机相比成本显著降低,因此可为中小型育苗基地和农户嫁接苗生产提供技术支撑,同时可为农业机械化辅助装置的研发和应用提供参考。     

顶芽斜插瓜类嫁接装置关键机构的研究

顶芽斜插法嫁接是瓜类蔬菜嫁接生产中常用的一种方法,其特点是操作简单、不需要夹持固定物、成活率高,也是实现瓜类蔬菜机械化嫁接的一种理想方法。本研究通过对顶芽斜插嫁接法的操作过程及工艺要求进行研究分析,对实现瓜类蔬菜顶芽斜插机械化嫁接的关键机构及参数进行了实验研究,确定了砧木和接穗夹口部位的结构形状尺寸;砧木打孔签为1.80 mm的圆锥形时,插孔形状整齐、清楚、无毛刺;接穗切削角度为20°时,切削面长度适中且具有一定的刚性,插入砧木插孔内的成功率比较高。在上述研究基础上完成了顶芽斜插嫁接机的关键机构的设计,包括砧木和接穗夹持机构、砧木打孔机构、接穗切削机构,这些机构在人工上苗后可以实现砧木的夹持,砧木子叶的展平压平、打孔和接穗的上苗、夹持、切削,及砧木和接穗的插接作业。     

茄科秧苗真叶去除装置的试验研究

夹持是茄科秧苗贴接嫁接时的关键操作,夹持秧苗时夹持口处的真叶妨碍夹持作业。为此,研制了茄科接穗秧苗真叶去除装置,采用PLC来控制,为茄科接穗秧苗真叶去除装置作业性能和其生产应用提供技术指导。同时,对茄科接穗秧苗真叶去除装置作业效率进行了测试与分析,并以滚刷旋转速度、电机正反转和滚刷旋转时间为因素做了正交试验。试验结果表明:电机正反转对茄科接穗秧苗真叶去除装置影响最显著,滚刷旋转速度次之,滚刷旋转时间影响不显著。优化得到合理的作业参数组合是滚刷旋转速度为175r/min,电机1正转、电机2反转,滚刷旋转时间为6 s。该装置的去叶率达到90%。     

茄科蔬菜嫁接秧苗几何及力学特性试验研究

为了获得蔬菜自动嫁接装备的设计依据,以茄子、番茄和辣椒3种典型茄科蔬菜为研究对象,开展了与自动嫁接作业相关的秧苗几何及物理力学特性试验研究。嫁接苗的株高和苗径测量结果表明,茄子、番茄和辣椒3种茄科蔬菜的砧木和接穗在嫁接期株高平均值均超过100 mm;番茄和茄子的砧木苗径大部分为3.0～4.0 mm、穗木苗径为2.5～3.5 mm;辣椒砧木和穗木平均苗径分别为2.8 mm和2.4 mm。茄科蔬菜嫁接秧苗平均夹持损伤临界压力值为780～930 MPa,砧木和穗木夹持损伤的最小临界压力分别为800 kPa和700 kPa;嫁接秧苗茎秆斜切剪切力低于直切状态下剪切力,降低幅度超过50%。      

基于PLC自动嫁接机控制系统设计

为提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动强度,研究瓜茄科贴接式自动嫁接机控制系统。根据嫁接机实际使用要求,结合限位传感器输入信号以及输出执行元件特点,采用三菱FX1N系列PLC作为嫁接机控制器;依据嫁接机作业流程以及使用调试要求,采用SFC编程语言编写控制程序,提供单步运行和连续运行两种工作模式选择。测试试验表明,嫁接机作业效率可达653株/h。     

基于PLC的一种茄科整排自动嫁接机控制系统设计

为满足现代智能农业生产需求,提高蔬菜嫁接作业效率、降低人工劳动力的投入与强度,研究了高效、可靠、安全的茄科劈接式或贴接式自动整排嫁接机的控制系统。采用欧姆龙CP1H系列的PLC作为中央控制单元,以控制电磁阀、继电器、伺服电机、步进电机等执行元件的工作。依据嫁接机作业时的流程工艺和调试安装时的需求,采用CX-programmer专业编程软件,编写T形图控制程序,提供自动运行、单步运行及功能单元独立运行三种模式。试验表明:该茄科整排嫁接机在自动运行模式下,单株程序运行时间5.33s,作业效率可达1 015株/h。     

茄果蔬菜六株同步嫁接双向夹持定位装置设计

针对茄果蔬菜多株同步嫁接装备的结构要求，在对典型茄科嫁接苗几何参数和力学参数测定的基础上，设计了一种用于六株蔬菜同步嫁接机的双向夹持定位装置。装置由横向夹指机构与纵向夹指机构组成，由气动装置驱动夹指从横、纵两个方向实现对苗株的精准夹持定位。同时，确定了苗株夹指斜面张角为40°,并根据番茄和辣椒苗径参数和临界压力试验参数，确定了番茄和辣椒苗夹指口直径。采用自行研制的2JS-6型一组六株蔬菜自动嫁接机开展了夹持定位性能试验，结果表明：番茄和辣椒苗株的夹持合格率≥96%、夹持损伤率≤3%,均满足了设计要求。由于番茄与辣椒苗株几何形态和力学特性差异，番茄苗株的夹持合格率要低于辣椒的夹持合格率，且辣椒苗株的夹持损伤率低于番茄苗株。     

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题,设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理,完成了关键部件的结构设计,计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力,对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析,建立力学方程并求解。结果表明,夹持油茶枝时最大压力为2826N,振动对树枝产生的径向力约为57.5N、法向力约为78.2N,夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性,对横梁架进行了静力学分析,经计算其弯曲变形为0.0005mm,远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验,结果表明,最佳作业参数组合为：采摘装置的采摘时间10s、电机输出频率35Hz、采摘头的振幅5cm及采摘爪的夹持位置（夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离）10~20cm,此时油茶果采净率为95.2%,花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验,对枝条的损伤基本符合采摘要求。     

番茄钵苗茎秆力学特性试验研究

研究番茄钵苗茎秆力学特性及其变化规律可为番茄钵苗移栽机夹茎式自动取苗机构的设计提供重要依据。为此,利用DF-9000型动静态电子万能材料试验机对适栽期番茄钵苗茎秆进行拉伸、弯曲试验,利用TA.XT plus型质构仪对适栽期番茄钵苗茎秆进行了压缩性能试验,获得其在试验条件下的应力-应变曲线,并进行分析。试验结果表明:相同加载速度下,平均抗拉断力大小随夹持茎秆位置的升高而减小;相同取样部位条件下,随着加载速度的增大,所用的弯曲载荷力增大;相同加载速度下,番茄钵苗茎秆最大压缩力随取样高度的增加而减小,茎秆根部最大压缩力值最大;相同取样部位在一定压缩位移条件下,随着加载速度的增大,压缩载荷随之增大。研究结果可为番茄钵苗夹茎式自动取苗机构设计提供重要的理论依据。     

西瓜直插式嫁接砧木夹持与压苗机构设计与试验

针对西瓜直插式嫁接砧木在生长点去除前定位与处理的损伤问题,以葫芦苗为试验对象,在葫芦苗物理特性分析的基础上,设计一种砧木夹持与压苗机构。砧木夹持与压苗机构通过气囊的膨胀与收缩完成砧木苗的夹取与松开工作,解决传统夹苗机构伤苗现象;采用前后对称的双压辊式压苗机构,解决压苗过程中易造成子叶根部折断的问题。对压苗机构的运动进行静力学分析,并运用ADAMS运动学仿真软件对压苗机构进行分析,结果表明:气缸速度为40~60 mm/s时,后压辊位移曲线较平稳,无明显波动。通过对150株葫芦苗进行砧木夹持与压苗试验,验证可知夹持损伤率和压苗损伤率均为0%,砧木夹持与压苗机构结构合理。该研究可为蔬菜嫁接机的设计提供参考。