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1、穴盘苗叶菜移栽机械装置的研究1前言随着世界人口日益增加，粮食和经济作物等农产品的需求量日渐增加，世界各国对农业生产的发展都给予了极大的重视和关注。中国是世界上的农业大国，农业机械化是我国农业现代化的重要组成部分，我国在基本实现了耕作和收获作业的机械化后，种植机械化正在成为农业机械化的一个重点领域。穴盘育苗移栽技术是从20世纪70年代在欧美等农业发达国家率先发展起来的。穴盘苗自动移栽是一种适合工厂穴盘苗生产的育苗移栽方式，与常规育苗移栽方式相比，成本可降低25%～40%，具有出苗率高，出苗整齐，缓苗快，病虫害少，机械化程度高，省工，省时
2、，节约能源、种子和育苗场地，便于大规模管理，保护和改善农业生态环境等各种优点。该技术代表了育苗移栽技术的发展方向，受到了种植业者的欢迎。由于人工移栽劳动强度大、需要劳动力多、效率低，难以实现大面积、大规模移栽，而生产规模比较小、经济效益低下，不利于穴盘苗移栽技术的推广应用。移栽机械化程度低下，严重影响了农业经济作物的发展。因此，大力发展育苗移栽技术，实现机械化移栽势在必行[1]。2穴盘苗叶菜移栽机械研究现状2.1国外研究现状近20年,国外对移栽机的研究已进入自动化阶段。韩国的KyeongUKKim等提出了一种适合蔬菜移植的拾取装置。这
3、套装置包括一个路径产生器、拾取针和针驱动器。路径产生器是一个5杆机构,由固定滑槽、驱动连杆、连接杆和一个滑杆组成;Kut等1987年研究了基于Puma560机器人的移苗机器。移苗机器人的末端执行部件是一个平行夹类型的手爪。他们研究的目的是测试机器移苗的作业周期,研究一种针对单棵苗进行抓取和栽植的末端执行部件,另外还用计算机模拟的方法对移苗机器人的应用性能进行评估。移苗机器人末端执行手爪是在Unimation510型气动平行爪的基础上进行改进设计的,包括增加开度调节螺母,在每个手爪的内侧固定一个轻质的镀锌板作为“手指”,其抓取只有张开与
4、合拢2种状态,张开与合拢位置的距离是20mm,2个夹片长3mm。当夹取植株时,每个夹片偏转3mm,对基质施加大约为4N的力,以保证能够夹持住基体而又不伤害作物。在苗盘相邻的情况下,在3.3min内能完成36个苗的移植,存活率可达96%(图1);Kc.Ting(丁冠中)等1990年研究了一种带有传感器的滑动针(SNS)作为带手爪的移苗机器人,它是基于SCARA机器人机理的。SNS的基本部件是2根在套中运动、倾斜安装的滑针,安装和调节滑针位置的支撑框架和一个电容型接近传感器等组成。每根针都由一个双动空气气缸驱动，针的角度和位置可根据穴盘和
5、秧苗的不同而进行调节，电容式近程传感器可调节感应距离,保证夹持器夹住而不伤害秧苗。在移栽过程中,针缩进,接近穴孔后,针开始伸展,穿人基质中。幼苗从育苗盘移植到苗盘时,单苗移栽时间为2.60~3.25s。试验结果表明,随着穴盘苗状况不同,移苗成功率为50%～95%。Ryu等人2000年设计了一种由气动系统驱动的夹取装置。该装置末端器由步进电机、气缸、气动卡盘和夹取指组成。其末端执行件由步进电机带动旋转,并根据植株的方位确定针状夹取指的位置,避免抓取时对植株叶片的伤害。气缸可以推动夹取指插入苗盘的基质中,然后通过气动卡盘的开关来实现对秧苗
6、的抓取、保持和释放。但在土壤湿度较低时,这种末端执行件就会显现出它的局限性,为了克服这个局限性,Ryu等人又进行了改进,两个手指成15°角,每个手指各装有一个气缸,增强了灵活性和可靠性。另外,Choi等人2002年开发了一种新的用于蔬菜移栽的末端执行器,由轨迹发生器、夹取指针和指针驱动器等组成,用23天的蔬菜苗做试验,该装置移栽效率30株/min,移栽成功率97%[3]。图1SNS移苗机器人2.2国内研究现状国内的穴盘育苗技术研究时间还不是很长，穴盘苗自动移栽机的研究还刚刚起步，相比国外成熟的技术体系还存在很大的差距。穴盘苗移栽机械分
7、为田间露地移栽机械、温室内移栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘秧苗植入花盆的自动移栽机械手。常见的田间露地移栽机机型主要包括:钳夹式移栽机、链夹式移栽机、挠性圆盘式移栽机、吊杯式移栽机、导苗管式移栽机、输送带式移栽机和空气整根营养钵育苗移栽机。这些机型均应用于钵苗移栽，对于穴盘苗移栽均需要手工取苗、投苗，机械化程度低。目前，国内对穴盘苗自动移栽机的研究主要集中在对温室内移栽的棚室移栽机械以及用于将穴盘苗植入花盆的自动移栽机械手的研究，还未涉足到适合大田作业的、不需手工取苗投苗的穴盘苗全自动移栽机械的研究，仅有少数农业科研院校对穴盘苗移栽机
8、进行了探索性的研究。1996年，吉林工业大学范云翔等研制出一种空气整根气吸式秧苗全自动移栽机。该机采用吸力较大的气缸投苗机构，投苗过程中穴盘苗与运动部件不直接接触，伤苗率相对比较低。其移行机构由步进电机驱动，位置精度较高
