穴盘苗整排自动取苗机构控制系统设计研究.pdf

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1、TheDesignandResearchontheFull-row-pincette-typePicking-upMechanismandControlSystemofPotted-seedlingAutomaticTransplanterADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByMaRui(AgriculturalElectrificationandAutomation)DissertationSuper

2、visor:Prof.CaoWinbinMay,2018摘要随着新疆地区番茄、辣椒种植面积的不断增大，对穴盘苗自动移栽机的需求日益增大。穴盘苗自动取苗技术是实现全自动移栽的关键，研发一种高效低损的自动取苗机构对降低劳动强度和解放生产力具有重要意义。本文设计了一种穴盘苗整排自动取苗机构，对其结构及控制系统进行研究。主要包括以下几个部分：（1）针对整排自动取苗机构的工作要求，提出穴盘苗移栽机整排式取苗机构的总体设计方案并阐述工作原理。分别对整排式取苗手、取苗定位机构、供苗机构和分苗机构进行了设计。以MATLAB与人机交互优化界面相结合的方式优化取苗末端执行器各杆件参数。建立三维模型，导入AD

3、AMS验证其夹苗轨迹，运动符合预期，仿真分析与理论分析基本一致。以一阶函数运动规律驱动取苗手升降运动，在人机交互优化界面下分析取苗轨迹。（2）对取苗定位运动与整排式取苗手夹苗运动进行控制需求分析，并分别进行控制方案设计。取苗定位运动过程中累计误差对机构定位精度影响较大。其中升降运动控制采用开环控制下的外部定位控制方案，水平运动控制采用带有位置标定的闭环控制方案。水平定位控制与升降定位控制同时选择了增加外部定位环节的方式，对往复运动过程进行多次标定，降低了累计误差的影响。（3）针对整排取苗机构水平运动定位控制提出了自适应的模糊PID控制方案。构建水平运动闭环控制系统数学模型，分析制定模糊控

4、制规则，设计自适应模糊控制器。在MATLAB中调用simulink控制箱完成整排自动取苗机构水平定位控制系统的PID控制模型与模糊PID控制模型，以标准阶跃信号下的PID控制输出响应与自适应模糊PID控制输出相应对比可得，自适应模糊PID控制模型使得整排自动取苗机构在水平定位控制中稳定性更强，为该取苗机构适应于复杂多变的大田移栽作业环境进行高效作业提供了理论指导。（4）以PLC作为控制器，进行了各部分器件选型、PLC引脚分配，硬件连线。在GXworks2集成开发环境下，采用顺序功能图编写各程序块梯形图。在GTworks3界面设计环境下对整排自动取苗机构控制系统的人机交互界面进行设计。整体

5、系统设计可靠。搭建整排自动取苗机构试验台并进行台架试验，整排式取苗机械手能够按照预定流程完成取苗动作，定位较为准确，提高了取苗效率，机构整体运行稳定。关键词：穴盘苗；整排取苗；模糊控制；移栽机·IAbstractWithplantingareaoftomatoesandchiliesinXinjianggrowing,thedemandforplugseedlingsautomatictransplanterisincreasing.TheplasticfilmmulchingtransplantingworkinXinjiangbasicallyreliesonmanualoperat

6、ion,somesemi-automaticmachinesincluded,thatlaborisshortintransplantingperiod.Thepicking-uptechnologyforplugseedlingisthekeytoautomatictransplanter,anditisofgreatsignificancetodevelopanefficientandlowdamageautomaticpicking-upseedlingmechanismforreducinglaborintensityandemancipatingtheproductivefor

7、ces.Atpresent,theresearchontheautomatictransplanterforplugseedlinginChinaismostlyintheexperimentalstageandthereisstillalargegapcomparedwithdevelopedcountriesespeciallyindrylandtransplantation.Inthispaper,anautomaticpic