穴盤苗移栽機械手結構設計與系統研究

河南省煙草公司鄭州市公司 劉英杰 劉劍君 劉文河南農業大學機電工程學院 趙漢雨 丁攀

穴盤苗移栽機械手結構設計與系統研究

河南省煙草公司鄭州市公司 劉英杰 劉劍君 劉文河南農業大學機電工程學院 趙漢雨 丁攀

當前，我國的旱地作物大多采用直播的方式種植，效率低、周期長、單產低等缺點。育苗移栽技術作為一種栽培種植技術，具有直播難以比擬的優越性，可確保秧苗一次性實現苗全、苗齊、苗壯，具有顯著的節本、增產、增收效果。育苗移栽技術還可充分利用光熱資源，提高作物復種指數，具有對氣候的補償作用和使作物生長提前的綜合效益，是我國未來確保農產品供給安全的重要手段。

穴盤育苗移栽技術率先從歐美發達國家發展起來的。穴盤苗自動移栽是一種適合工廠穴盤苗生產的育苗移栽方式，代表了育苗技術的發展方向。移栽過程要實現機械自動化主要包括有供、取苗和栽植苗的自動化這三個關鍵技術。國內自動移栽技術發展相對落后，對旱地穴盤苗全自動移栽機的研究相對較少，目前的半自動移栽機，受到人工取苗、喂苗速度的限制，單行移栽頻率小于 40 株/min。由于取苗、送苗機構是實現全自動移栽的重要部件。由于農業生產環境的特殊性，應用于工業領域的機械手無法直接滿足農業作業的要求。因此，研制結構合理、性能穩定、高效先進的穴盤苗移栽機械手具有重要的生產價值。

一、機械手結構設計

穴盤苗移栽機械手由自動取苗、送苗兩部分組成，其種苗自動取苗送苗裝置結構如圖1所示。

二、取苗系統

穴盤苗移栽機械手系統由無桿氣缸滑塊位置傳感器、起苗工作臺、橫向移動氣缸、氣動制動裝置、無桿氣缸、直線導軌、垂直方向雙桿氣缸、機械手等組成。圖2為夾取動作的工作過程。工作時，由PLC對相應元件進行控制，實現機械手自動連續取苗過程。PLC控制電磁閥給無桿氣缸通入氣體，使無桿氣缸滑塊上的起苗工作臺從起始位置在直線導軌上運動，通過設定相應的無桿氣缸滑塊位置傳感器，使起苗工作臺帶動機械手在到達要抓取種苗行的位置后，在氣動制動裝置作用下停止；通過PLC控制，機械手由張開狀態到閉合狀態，待機械手夾住種苗以后，對垂直方向雙桿氣缸通氣，使機械手帶動種苗向上提升一定的距離；再對無桿氣缸通氣，使無桿氣缸的滑塊帶動與其相連的起苗工作臺回到起始位置上方，對垂直方向雙桿氣缸放氣，使機械手帶動種苗下落到起始位置；松開機械手，種苗由于自重作用掉入導苗管里，完成該行的一次取苗動作；然后，通過PLC控制橫向移動氣缸，推動垂直方向雙桿氣缸的整體位置沿橫向移動滑桿移動一個穴孔距離，使機械手對應該行的間隔孔穴剩下的種苗，再重復前面的取苗動作，把本行剩下的種苗取走，送入導苗管里。

橫向移動氣缸運動規律如圖3所示：每盤苗第一次抓取苗后橫向移動一個穴孔距離，此后每兩次抓取苗后橫向移動一個穴孔距離。如此往返運動，直到把穴盤中所有行數的種苗全部送入導苗管里。

圖1 穴盤苗移栽機械手結構

圖2 夾取動作的工作過程

三、送苗系統

該系統由導苗管、鏈輪傳動裝置、活門、水平固定板、步進電機等組成。該系統通過PLC控制步進電機轉動，從而帶動鏈輪傳動裝置上的導苗管在水平固定板上滑動，待導苗管轉到水平固定盤上的拱形缺口時，活門在其自身重力、種苗及所帶基質重力的作用下，向下自動打開，種苗由于自重掉入下邊的移栽機吊籃內，吊籃轉動到地面自動打開放下種苗，覆土輪覆土固定種苗，完成種苗移栽操作。

四、結論

該機械手系統順利的實現了取苗和放苗動作，完成了預定的代替人工取苗的目標。

（一）該系統采用無桿氣缸傳動，在以后的后續開發中，可考慮采用絲杠螺母機構，滾珠絲杠機構傳動來代替無桿氣缸傳動，以減少可能由于定位不準而出現的問題。

（二）機械手出現傷苗現象，可以考慮增加傳感裝置，或者在機械手上固定更好的材質，以減少傷苗顯現。

（三）更改機械手的間距，可以應用于多種穴距的種苗移栽。

河南省煙草專賣局（公司）科學研究與技術開發項目（HYKJM201315），河南省科技攻關項目（172102310773377），河南省高等學校重點科研項目（17B416001），河南省科技攻關項目（162102210271），河南省基礎與前沿技術研究項目（142300410229944），國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201510466000011）】