葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

摘要目前在蔬菜种植中，由于营养钵育苗在移栽时对幼苗无损伤，所以有取代传统穴盘育苗的趋势。

为了满足营养钵育苗日益普遍的现状，研制新型嫁接机成为现在的一个热门课题。

本次设计的自动嫁接机针对的是采用营养钵育苗的葫芦科植物，实现了砧木苗在营养钵内无需拔苗即可直接的操作，有助于嫁接以后苗的恢复，在生产中具有较高的使用价值。

本次毕业设计是葫芦科植物自动嫁接机的苗木传输系统及平台。

通过分析原有各种嫁接机，我们决定选取传感器配合带式运输机作为苗木传输系统。

首先对嫁接机及其苗木传输系统和胶带输送机作了简单的概述；接着分析了带式输送机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核。

普通型带式输送机由六个主要部件组成：传动装置，机尾和导回装置，中部机架，拉紧装置以及胶带。

简单的说明了输送机的安装与维护。

最后说明了传感器的选择，平台的设计。

关键词：嫁接机；苗木传输系统；平台；带式输送机；选型设计；主要部件AbstractBecause the bowl seeding has no harm to the stock when transplanted, therefore it is used widely and tends to replace the hole seeding. In order to apply to the current increasing numbers for nutritional bowl seeding of vegetables, the development of new Grafting automatic machine now become a hot topic. The Grafting automatic machine is the cucurbitaceous vegetables which seedling in nutritional bowl.. It solves a difficult problem in vegetables’ grafting., therefore, has high value for use in vegetable production.The graduation project is the transmission system of grafting automatic machine and platform design. After all of the original graft machine, we decided to select the sensor with a belt conveyor as seedlings transmission system. At first, it is introduction about the grafting automatic machine, seedlings transmission system and the belt conveyor. After that the belt conveyor abase on the principle is designed. Then, it is checking computations about main component parts. The ordinary belt conveyor consists of six main parts: Drive Unit, Jib or Delivery End, Tail Ender Return End, Intermediate Structure, Loop Take-Up and Belt. At last, it is explanation about fix and safeguard of the belt conveyor.Keyword: Grafting automatic machine, seedlings transmission system , belt conveyor; Lectotype Design, main parts目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章引言 (1)1.1 课题目的意义 (1)1.2 葫芦科嫁接机的发展现状 (1)1.3 苗木传输系统的研究现状 (3)1.4 带式输送机的概述 (3)1.4.1 带式输送机的应用 (3)1.4.2 带式输送机的分类 (4)1.4.3 各式输送机的特点 (4)1.4.4 带式运输机的发展现状 (5)1.4.5 带式运输机的工作原理 (6)1.4.6 带式运输机的机构和布置形式 (8)1.5 传感器简介 (10)第二章带式输送机设计 (11)2.1带式输送机的设计计算 (11)2.1.1 已知原始数据及工作条件 (11)2.1.2 计算步骤 (12)2.1.2.1 带宽的确定: (12)2.1.2.2输送带宽度的核算 (15)2.1.3 圆周驱动力 (15)2.1.3.1 计算公式 (15)2.1.3.2 主要阻力计算 (16)2.1.3.3 主要特种阻力计算 (18)2.1.3.4 附加特种阻力计算 (18)2.1.3.5 倾斜阻力计算 (18)2.1.4传动功率计算 (18)P）计算 (18)2.1.4.1 传动轴功率（A2.1.4.2 电动机功率计算 (19)2.1.5 输送带张力计算 (20)2.1.5.1 输送带不打滑条件校核 (20)2.1.5.2 输送带下垂度校核 (21)2.1.6传动滚筒最大扭矩计算 (22)2.1.7 拉紧力计算 (23)2.1.8绳芯输送带强度校核计算 (23)2.2 驱动装置的选用与设计 (23)2.2.1 电机的选用 (24)2.2.2 联轴器 (25)2.3 带式输送机部件的选用 (26)2.3.1 输送带 (26)2.3.2 传动滚筒 (26)2.3.3 托辊 (27)2.3.4 制动装置 (28)2.3.5 拉紧装置 (28)2.4其他部件的选用 (29)2.4.1 机架与中间架 (29)2.4.2 电气及安全保护装置 (31)第三章传感器的选择 (33)3.1 传感器的概述 (33)3.1.1定义 (33)3.1.2 分类 (33)3.2 传感器的选择 (34)3.2.1 传感器的类型 (34)3.2.2 传感器水平间距 (34)3.2.3 传感器垂直间距 (34)3.2.4 传感器电源 (34)第四章平台设计 (35)4.1材料选取 (35)4.2 结构示意图 (35)4.3 联接方式 (35)第五章结论和建议 (36)5.1结论 (36)5.2 建议 (36)参考文献 (37)致谢 (39)第一章引言1.1 课题目的意义嫁接就是把两种幼苗安插、结合到一起的作业。

本科毕业设计（论文）通过答辩目录Abstract (3)第1章绪论 (6)1.1前言 (6)1.2国内外蔬菜钵苗取苗机构的发展概述 (8)1.2.1我国蔬菜钵苗移栽机械化发展概况 (8)1.2.2我国蔬菜钵苗移栽机存在的问题 (9)1.2.3我国蔬菜钵苗移栽机存在问题解决途径分析 (9)1.2.4国外蔬菜钵苗自动移栽机的发展和研究成果 (10)1.2.5蔬菜钵苗移栽机发展方向 (11)1.3国内取苗机构存在的主要问题和发展方向 (12)1.3.1国内取苗机构发展存在的主要问题 (12)1.3.2国内蔬菜取苗机构的发展方向 (12)1.4本文的研究目标 (13)1.5本文的主要工作及内容安排 (14)1.6本章小结 (14)第2章蔬菜钵苗取苗机构的运动学分析 (15)2.1取苗爪工作要求的实现 (15)2.2蔬菜钵苗取苗机械手的机构组成与工作原理 (16)2.3 椭圆齿轮传动的运动分析 (18)2.3.1 椭圆齿轮的啮合特性及优点 (18)2.3.2 椭圆齿轮的角位移、角速度和传动比分析 (19)2.4蔬菜钵苗取苗机械手运动学模型的建立 (21)2.4.1运动学分析符合的说明 (21)2.4.2蔬菜钵苗取苗机械手位移分析 (22)2.4.3机械手上各点位移方程和各构件角位移方程 (23)2.4.4 机构上各点的速度方程和各构件角速度方程 (25)2.4.5 机械手上各点的加度方程和各构件角加速度方程 (26)2.5本章小结 (28)第3章蔬菜钵体苗自动移栽机取苗机构的参数优化 (29)3.1优化目标与变量 (29)3.2辅助分析优化软件 (29)3.2.1人机交互简介 (30)3.2.2本课题人机交互软件介绍 (31)3.2.3椭圆齿轮参数计算 (31)3.2.4取苗机构参数优化步骤 (32)3.2.5取苗爪尖点的速度分析 (33)3.3本章小结 (35)第4章蔬菜钵苗自动移栽机取苗机构的结构设计 (36)4.1蔬菜钵体自动移栽机取苗机构的整体结构设计 (36)4.2取苗臂机构设计 (37)4.3 CAD软件介绍 (38)4.3.1 CAD二维取苗机构零件图 (39)浙江理工大学本科毕业设计4.4 Proe软件介绍 (40)4.4.1 三维Proe取苗机构零件图 (41)4.5总装配图 (42)4.6 本章小结 (43)第5章总结与展望 (44)5.1 总结 (44)5.2 进一步的展望 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (49)蔬菜钵体苗自动移栽机——取苗装置设计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。

专利名称：一种营养钵茄苗自动嫁接装置及嫁接方法专利类型：发明专利
发明人：孙群,赵颖,张来刚,张翠华,赵栋杰
申请号：CN201410635853.2
申请日：20141112
公开号：CN104303858A
公开日：
20150128
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种营养钵茄苗自动嫁接装置及嫁接方法，包括机架，其特征是：所述机架上设置有砧木机械手组件和砧木切削组件，所述砧木机械手组件和砧木切削组件的一侧设置有传送带组件，所述传送带组件的另一侧设置有接穗机械手组件和接穗切削组件,在所述传送带的后方是自动推夹组件和自动顺夹组件。

本发明具有结构简单、成本低的优点，能够实现茄苗嫁接的自动化，提高嫁接效率。

申请人：聊城大学
地址：252000 山东省聊城市湖南路1号聊城大学机械与汽车工程学院
国籍：CN
代理机构：济南智圆行方专利代理事务所(普通合伙企业)
代理人：杜文娟
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嫁接机器人嫁接机器人技术，是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术，它可在极短的时间内，把蔬菜苗茎杆直径为几毫米的砧木、穗木的切口嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高；同时由于砧、穗木接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失，从而又可大大提高嫁接成活率。

因此，嫁接机器人技术被称为嫁接育苗的一场革命。

日本西瓜的100%，黄瓜的90%，茄子的96%都靠嫁接栽培，每年大约嫁接十多亿棵。

从1986年起日本开始了对嫁接机器人的研究,以日本“生物系特定产业技术研究推进机构”为主，一些大的农业机械制造商参加了研究开发，其成果已开始在一些农协的育苗中心使用。

由于看到了蔬菜嫁接自动化及嫁接机器人技术在农业生产上的广阔前景，日本一些实力雄厚的厂家如YANMA、MITSUBISHI等也竟相研究开发自己的嫁接机器人，嫁接对象涉及西瓜、黄瓜、西红柿等。

总体来讲，日本研制开发的嫁接机器人有较高的自动化水平，但是，机器体积庞大，结构复杂，价格昂贵。

90年代初，韩国也开始了对自动化嫁接技术进行研究，但其研究开发的技术，只是完成部分嫁接作业的机械操作，自动化水平较低，速度慢，而且对砧、穗木苗的粗细程度有较严格的要求。

在蔬菜嫁接育苗配套技术方面，日本、韩国已生产出专门用于嫁接苗的育苗营养钵盘。

在欧洲，农业发达国家如意大利、法国等，蔬菜的嫁接育苗相当普遍，大规模的工厂化育苗中心全年向用户提供嫁接苗。

由于这些国家尚未有自己的嫁接机器人，所以嫁接作业，一部分仍采用手工嫁接，一部分采用日本的嫁接机器人进行作业。

1997年，我国设施栽培面积达到120万公顷，成为世界上最大的设施栽培国家。

特别是以日光温室为代表的具有中国特色的保护地蔬菜栽培和塑料大棚的发展尤为迅速，目前已突破1000万亩。

它缓解了蔬菜淡季的供需矛盾，同时也成为我国农民致富的重要途径。

但由于蔬菜的生物特性和生长环境特性，连茬病害和低温障碍一直是严重影响设施蔬菜生产的主要问题。

蔬菜穴盘苗钵体力学分析与移栽机器人设计研究我国穴盘苗移栽处于人工取苗半自动栽苗水平,研发结构简单、功能精良并适于当地育苗生产的取苗装置是实现穴盘苗全自动移栽的关键。

目前,国内尚无法设计出能够实际生产应用的自动移栽机,主要原因是机构设计中取苗爪与钵体互作规律不清,穴盘苗的生物力学特性数据短缺,机构设计与育苗工艺不相结合,严重制约着自动移栽机的发展。

针对这些制约因素,本研究主要完成以下工作：(1)研究了穴盘苗脱盘力学规律和钵体抗压力学行为。

研究发现穴盘苗脱盘过程是钵土与幼苗根系相互牵动摆脱孔穴粘附的过程,对穴盘苗的夹取作用主要用于克服钵体与穴孔之间建立的粘附力,当使用128穴盘育苗移栽时,沿垂直穴孔方向取出穴盘苗的夹取力约为1.94N。

钵体的抗压力与变形呈非线性变化规律,抗压力随着压缩变形的增大先缓慢增大再显著增大。

在平板压缩过程中,钵体无明显的屈服破坏点,其压缩破坏特征是从钵体盘根稀疏的区域开始,逐渐扩大破碎度。

在弹塑性方面,随着压缩变形的增大,滞后损失Ep、抗压峰值力Fmax均增大,弹性度rε减小,并且穴盘苗钵体压缩加载变形越大,其塑变能力越强,具有一定的可塑性,可以使用夹取针夹持钵体而不破坏其整体性。

利用Burgers模型能有效表征穴盘苗钵体的压缩蠕变特性,利用二单元Maxwell模型能有效描述穴盘苗钵体的力松弛特性,获得了对应的粘弹性参数,并分析了压缩加载蠕变和力松弛规律。

对于穴盘苗自动移栽而言,其流变学特性影响微弱,可以不加考虑。

通过试验测试方法对比分析了多种穴盘苗的力学特性,研究发现不同蔬菜穴盘苗处理间的脱盘力无显著性差异,不同穴盘苗钵体的抗压力与变形关系均遵从非线性曲线,都没有明显的线弹性。

(2)基于对穴盘苗脱盘力、夹取针插入钵体拉拔的摩阻特性以及钵体抗压力分析,建立了穴盘苗的脱盘力FL、钵体抗压力F、压缩加载的面积AY与夹取针的插入角度α、夹持变形角△α、夹持钵体的面积AJ、钵体夹持变形量x之间的数学关系。