4ZS_2型蔬菜移栽机的研究设计

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1.行走底盘 2.挖掘落土装置 3.输送装置 4.操纵装置 5.集果箱 6.提升机 7.摘果机 8.风机 9.筛选机 图 1 4HZ-2 型自走式花生联合收获机结构简图 Fig．1 Model 4HZ－2 self－propelled peanut combine harvester structure diagram
由于种植制度的不同， 国外多采用两段式收 获 方 法 ， 其 中 美 国 John Deere 公 司 和 Kelley Manufacturing 公司研制生产的花生分段收获机械
收稿日期：2014－12－25 修回日期：2015－2－12
代表了世界最先进水平。 中国花生机械化收获水 平在 30%左右， 花生联合收获机械可以一次性完 成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装袋（箱）多项作 业过程，目前，部分产品已经定型生产，并有两种 联合收获机进入国家农机支持和购置补贴目录。 但从整体上看中国大部分地区花生收获是以人工 收获和机械化挖掘收获为主， 花生联合收获机仅 在局部地区进行了试验示范和推广[4-5]。 为此，我们 在充分认知有关花生收获机械行业技术规范的基 础上，总结了前期研制完成的 4HB-2 型背负式花 生 联合收果机 的成果经验 ，认真研究 了 “4HQL-2 型全喂入花生联合收获机” 等机型的行走系统、 “4HJL-2 型花生捡拾摘果联合收获机” 等机型的 摘果装置， 并进行优化设计和试验分析， 研制了 4HZ-2 型自走式花生联合收获机。
4HZ-2 型 自 走 式 花 生 联 合 收 获 机 采 用 V 带 传动、链传动以及齿轮传动等传动型式，以满足该 机收获作业质量为设计依据， 将动力进行合理分
配， 保证各个部件装置正常运转并具有较高的传 动效率，使行走速度、输送速度、摘果绞龙转速、提 升运料速度之间协调合理。 该机动力从柴油机输 出后，经中间传动轴分为两大部分，一路为底盘行 走系统提供动力， 另一路为收获作业系统提供动 力。 具体传动系统配置见图 2。

文献综述报告移栽团队1 前言目前，我国移栽机械的研究和应用中还存在许多问题亟待解决: 农机研究与我国农业生产需求相脱节，无法满足国内农业生产的真正需要; 没有自行的相关研究体系，大量抄袭、仿制国外先进机型，无法适应国内生产; 现行使用的机型移栽质量不稳定，通用性差，自动化程度较低，且机具造价较高，农机与农艺的融合不紧密[1]，苗盘尺寸、钵的形状和尺寸没有统一标准，给提高移栽自动化程度带来一定困难。

传统的农作物移栽主要依靠人工作业完成，劳动强度大、生产效率低、费工费时，且人工移栽很难保证作业质量。

因此，实现蔬菜移栽机械化是扩大蔬菜移栽面积和发挥蔬菜移栽优势的关键所在，对于减轻蔬菜移栽作业的劳动强度和提高移栽质量、效益具有重要意义[2]。

20世纪20年代，欧洲发达国家研制并开始使用手工喂苗的秧苗移栽机具，用于蔬菜生产作业；30年代末40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽机具的人工动作被移栽机构所取代。

送苗入土过程实现了机械化；50、60年代，多种不同结构型式的半自动移栽机被研制生产并使用。

同时，育苗用土钵制钵机开始出现；至20世纪80年代，半自动移栽机、制钵机已形成完整的系列，并在农业生产中广泛使用；到目前为止，欧洲在蔬菜育苗土钵成型及钵上单粒精密播种和自动移栽机械设备等技术上已经达到完善。

并应用于实际生产中，如法国、德国、荷兰、西班牙、意大利、丹麦等国，大部分的蔬菜生产和几乎全部的大地花卉生产都实现了育苗工厂化和移栽机械化。

日本由于劳动力短缺，移栽机械的使用非常普及，机械化程度很高．广泛研制和使用全自动移栽机，各种移栽机专用性很强，一般只适用于一种农作物。

如甜菜自动移栽机、洋葱自动移栽机。

据文献，日本是第一个在温室中使用纸筒钵育菜苗并进行移栽的国家。

到20世纪80年代，90％的甜菜已经实现了移栽种植。

在美国，蔬菜移栽机械的研究和应用更为普遍，据文献，蔬菜育苗机械化程度已达到70％以上，蔬菜育苗机械化的发展大大提高了相应的移栽机械的发展，由于美国农业人口较少，并且农业人口人均耕地面积较大等原因，移栽技术主要往多行作业、自动化和联合作业等方向发展[3]。

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。

根据气动控制系统结构框图，建立被控对象 的传递函数 [9-10] 为：
（6）
+ -
Step
K
Kp
K
1 s
Ki Integrator
K
du/dt
Kd Derivative
+
703.7
+
s2+0.39s+6.83 Transfer Fcn
+
+ -
1 s Integrator1 du/dt
SNPID S-Function
其中 :
（4） 式中，ηp—比例学习速率；
ηi—积分学习速率； ηd—微分学习速率。 控制系统建模仿真 根据取苗机构工作情况，建立如图 3 所示的 取苗机构运动控制系统结构框图。 图 3 中，采用闭环控制方式，以提高控制的 精度，控制器通过角度传感器和位移传感器所检 测到的信号与输入期望值之间的差值来控制相应 的执行机构实现相应的动作。
末端取苗装置
穴盘传输机构
接近开关 3
旋转电机
定位电机
接近开关 2 接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ开关 1
图 1 取苗装置组成示意图
机构斜面上运动。穴盘运动时，接近开关 2 和 3 用于判断穴盘定位位置。
取苗机构用于取苗，通过双轴气缸调整末端 取苗装置和控制器驱动取苗电机，使取苗机构旋 转相应的角度，共同作用来实现末端取苗装置插 入穴孔，完成取苗位置控制。
单神经元 PID 控制器设计
单神经元 PID 控制器 图 2 所示为单神经元 PID 控制器结构框图。
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温室园艺 2019-01
农业工程技术（温室园艺）
图 2 单神经元 PID 控制系统结构框图
在图 2 中，r(k) 为系统的期望输入，即双轴 气缸活塞杆位移。y(k) 为系统的实际输出值，即 双轴气缸活塞杆实际位移。e(k) 为实际输出误差， 则 e(k)=r(k)-y(k)。 将 输 出 误 差 值 e(k) 通 过 状 态 转换器转换成神经元学习控制所需的输入信号 xi(k)(i=1,2,3)。xi(k) 通 过 相 应 的 学 习 规 则， 生 成 对应的权重系数 wi(k)。在本文中经过学习规则对 比，选用有监督的 Hebb 学习规则，在该学习规 则中 K 为单神经元的比例系数，且 K>0。单神经 元控制器的控制算法及学习算法为 [6]：