全自動草莓缽苗移栽機構優化設計與試驗

許春林 呂志軍 辛 亮

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

0 引言

草莓是經濟價值較高的小漿果，具有易繁殖、生長周期短、管理方便等優點[1-2]，其主要的種植方式是將生長在草莓匍匐莖繁殖形成的子株直接移栽到田中[3]。而將子株栽植到帶有營養土的缽盤中進行育秧，不僅能大幅提高移栽子株的成活率，使其根系更發達、苗更壯，而且有利于實現機械化移栽，提高作業效率[4]。

目前，我國已成為世界上最大的草莓生產國，但大多仍采用手工移栽的方式，國內外市場上未見針對草莓的全自動移栽裝備[5]。草莓缽苗與旱田作物秧苗移栽要求相近，移栽機構是旱田移栽的關鍵工作部件。歐美國家全自動移栽機多采用機、電、液一體化技術，由單片機、電磁閥、氣缸和機械手等裝置分別完成取苗、輸送和栽植等動作，價格昂貴，沒有在國內得到推廣[6]；日本井關公司開發的全自動缽苗移栽機，其核心機構由取苗和植苗兩套機構組合而成，分別用滑道傳動完成取苗動作，用鴨嘴式栽植器完成栽植動作，結構復雜、效率低[7-8]。國內移栽機仍處于起步階段，市場上主要是半自動移栽機，勞動強度大，漏苗率高，作業效率低[9-11]。國內科研單位針對蔬菜、花卉等移栽機構也展開了研究，包括應用于溫室等的系列穴盤苗末端執行器的開發[12-13]；俞高紅等[14-15]提出了一種旋轉式穴盤苗取苗機構和行星輪系蔬菜缽苗栽植機構，用回轉體完成取苗動作，通過栽植機構將缽苗植入土中。

為了實現草莓缽苗的取栽一體化全自動移栽，本文提出一種采用一套回轉機構實現草莓缽苗移栽的取苗、輸送、挖穴和栽植4道工序的移栽機構。以Hermite插值法構建新型非圓齒輪[16-18]，利用非圓齒輪傳動分別實現“鷹嘴形”相對運動取苗軌跡[19]和配合凸輪滑道機構的挖穴軌跡；基于理論分析與建模，開發輔助分析優化設計軟件，對全自動草莓缽苗移栽機構進行優化，以得到滿足草莓移栽要求的運動軌跡和姿態。

1 移栽機構設計要求與工作原理

1.1 機構設計要求

草莓缽苗移栽是將匍匐莖子株移植到營養盤中育秧后移栽缽苗的過程，而草莓具有弓背朝向固定方向生長的特性，因此，為了便于草莓后期的移栽、生長、采收和管理，首先要求子株需在缽盤中朝同一方向進行育秧[20]。

育秧后的草莓缽苗如圖1所示，其形態特征為莖葉分散、莖脆嫩易斷、根系發達，易成良好的基質與根系結合體[2-3]。因此，移栽機構采用夾片扎入土缽中夾取的方式從缽盤中取秧，拔取土缽段軌跡長度要足夠長，轉角要小，保證土缽完全脫離缽盤過程不損傷土缽及根須，即滿足夾土缽式的“鷹嘴形”取苗軌跡；然后夾持缽苗運輸到栽植部位，栽植機構配合挖穴機構將缽苗強制推秧至挖好的穴孔內，栽植深度實現上不埋心、下不露根的定植深度原則[1]，栽植后不推倒已栽好的秧苗，回程后完成一次移栽。

圖1 草莓缽盤育苗根系盤根效果圖Fig.1 Root packing effect diagram of strawberry seedlings

為了提高移栽效率，要求采用回轉機構一次性完成全部取苗、輸送、挖穴、栽植4個工序，回轉一周完成兩次移栽，且以上過程均不發生任何干涉。

1.2 機構工作原理

移栽機構是草莓移栽機的核心工作部件，該機構由兩部分組成：非圓齒輪行星輪系傳動與栽植臂部件組成的取苗栽植機構，見圖2a；固定在勻速轉動行星架上的凸輪配合非勻速運動栽植臂部件中桿機構組成的挖穴機構，見圖2b。

兩機構共同配合運轉并分別在相應時刻完成取苗、輸送、挖穴和栽植4道移栽工序。由于雙臂機構的上、下取苗栽植機構和上、下挖穴機構布置在中心軸的兩側，運動軌跡和姿態相同，所以只對單側移栽機構進行分析。

圖2 草莓缽苗移栽機構結構示意圖Fig.2 Schematics of strawberry potted seedling transplanting mechanism1.動力輸入軸 2.太陽輪 3.中間輪B 4.推秧彈簧 5.中間軸 6.中間輪A 7.行星輪 8.行星架 9.推秧凸輪 10.凸輪軸 11.撥叉拉簧 12.撥叉軸 13.挖穴凸輪 14.推秧撥叉 15.挖穴撥叉 16.連桿A 17.連桿B 18.推秧桿 19.連桿C 20.挖穴鏟拉簧 21.挖穴鏟 22.機架 23.挖穴相對運動軌跡24.“鷹嘴形”相對運動取苗軌跡 25.栽植臂部件 26.地面 27.缽苗 28.秧箱 29.行星軸

為了滿足移栽機構復雜軌跡的設計要求，需提高非圓齒輪節曲線和中心距的調節范圍。因此，本機構非圓齒輪傳動采用二級傳動，太陽輪和中間輪A為一級傳動，中間輪B和行星輪為二級傳動，分別對應的兩個齒輪節曲線參數一致[21-22]。相互嚙合的齒輪均滿足主動輪轉一周從動輪也轉一周，總傳動比為1[23-25]。

取苗栽植機構工作原理：動力輸入軸驅動行星架順時針轉動，在固定于機架的太陽輪的配合下，通過中間輪A和中間軸驅動中間輪B相對行星架做順時針方向的自轉，使行星輪及行星軸驅動栽植臂部件相對行星架做逆時針方向不等速運動，形成滿足移栽要求的夾土缽取苗的“鷹嘴形”相對運動軌跡；栽植臂部件內的推秧凸輪與推秧撥叉作用，在推秧彈簧作用下，使推秧桿直線往復運動，控制秧針在相應位置完成閉合夾苗與張開推秧動作。

挖穴機構工作原理：挖穴凸輪隨行星架做順時針勻速轉動，與栽植臂部件中挖穴撥叉的非勻速運動形成相對運動，從而挖穴撥叉依次通過連桿機構驅動挖穴鏟擺動形成滿足挖穴要求的相對運動作業軌跡。

通過兩套機構不同時刻的配合，實現雙臂機構互不干涉，同時作業過程中的取苗和運輸階段挖穴機構遠離秧箱與栽植臂，防止發生干涉；在栽植缽苗時，挖穴機構在田中進行挖穴，隨后栽植臂部件配合挖穴機構且不發生干涉地控制推秧裝置進行推秧，準確可靠地將缽苗栽植到所挖的穴孔中，完成栽植，回程準備下一次作業，機構旋轉一周完成兩次移栽過程。

1.3 機構軌跡和姿態分析

保證全自動草莓缽苗移栽機構取苗栽植和挖穴質量的關鍵和難點是移栽和挖穴軌跡與姿態的優化設計，包括取苗栽植機構和挖穴機構各時刻的配合以及雙臂作業整個過程互不干涉等，因此對移栽各關鍵時刻的軌跡和姿態進行分析：通過分析模擬人工取苗、栽植和挖穴動作，可知取苗、挖穴和栽植依次完成，精準配合，并要保證所挖穴口與所取缽苗一一對應。秧針取苗近似直線的進出軌跡是成功的關鍵，因此栽植臂形成的是“鷹嘴形”軌跡，如圖3a所示。機構順時針方向旋轉，秧針在A點開始進入缽土并開始逐漸夾緊，到達B點后完全夾緊土缽，在AB段秧針沿著垂直缽盤方向且近似直線插入缽土中，之后開始取出缽苗，通過C點時處于被夾持狀態的土缽完全脫離缽盤，BC段長度應大于缽土的深度，CD段是秧苗的輸送階段，秧針一直處于夾持缽土的狀態，輸送階段缽土不與秧箱干涉，移栽機構在D點處完成推苗動作，實現缽苗的栽植過程，在DEA段，秧針處于張開狀態，栽植臂準備下一周期的取苗和栽植作業。在FG段，挖穴鏟處于工作階段，能夠滿足穴口深度、長度和寬度要求，在GHF段，挖穴鏟處于非工作階段，挖穴鏟準備下一周期的挖穴作業，此階段主要是避免移栽機構其他部件的干涉。

圖3 移栽機構運動軌跡Fig.3 Motion trajectories of transplanting mechanism1.取苗軌跡 2.挖穴軌跡

移栽機構工作狀態下形成的絕對運動軌跡如圖3b所示。

2 移栽機構運動學模型建立

2.1 基于Hermite插值成型的非圓齒輪節曲線

非圓齒輪節曲線的選擇是非圓齒輪設計的關鍵，相較于偏心、橢圓和卵形等非圓齒輪，本文運用Hermite插值方法成型的非圓齒輪節曲線，可提高非圓齒輪的調節范圍，滿足移栽和挖穴特定、復雜的軌跡要求。Hermite插值多項式不僅要求所插入點上的函數值相等，而且對應的導數也相等，因此成型的曲線過渡更光滑[18]。

Hermite插值多項式為

(1)

(2)

(3)

(4)

式中 (xi,f(xi))——插值點坐標

f′(xi)——插值點導數

αi(x)、λi(x)——Hermite插值基函數

li(x)——Lagrange插值基函數

由Hermite插值多項式可知，在極坐標系中分別給出n+1個滿足要求的插值點的極角φn、極徑rn和導數dn，可以推導出滿足要求的節曲線方程

(5)

通過實際調試可得插值點數n+1=5時，滿足移栽的節曲線要求，n+1<5時節曲線調節范圍不滿足要求，n+1>5時會出現節曲線突變的Runge現象；當首尾插值點重合時，保證節曲線的封閉性。由2n+1=2×4+1=9，可知所求節曲線方程為9次Hermite插值多項式[18]。

2.2 機構運動學分析

以太陽輪的轉動中心O1為坐標原點，水平方向為X軸，垂直方向為Y軸建立坐標系，分別建立取苗栽植機構和挖穴機構運動學理論模型。以單側栽植臂和挖穴機構為研究對象[21]，另一側為行星架轉過180°后的位置。

圖4 取苗栽植機構結構簡圖Fig.4 Structure sketch of seedling-picking and planting mechanism

2.2.1取苗栽植機構運動學分析

取苗栽植機構結構簡圖如圖4所示。規定行星架逆時針轉動角度為正，βj(φ)為齒輪j相對行星架的轉角，φj(φ)為齒輪j的絕對轉角。行星架的初始安裝角為φ0，當行星架順時針轉過φ時，各角度分析如下：

行星架的絕對轉角為

φH(φ)=φ0-φ

(6)

太陽輪相對行星架的轉角和絕對轉角分別為

(7)

中間輪A相對行星架的轉角和絕對轉角為

(8)

式中r1(i)——一級傳動太陽輪節曲線極徑，mm

a1——相互嚙合的一級傳動齒輪(太陽輪和中間輪A)中心距，mm

因為齒輪中間輪B和中間輪A是同軸固定，所以中間輪B相對行星架的轉角和絕對轉角為

(9)

式中φ30——行星架拐角所引起的中間輪B的初始安裝角，(°)

行星輪相對行星架的轉角和絕對轉角為

(10)

式中r2(i)——二級傳動中間輪B節曲線極徑，mm

a2——相互嚙合的二級傳動齒輪(中間輪B和行星輪)中心距，mm

在以O1為原點建立的直角坐標系中，各點的坐標分析如下：

太陽輪轉動中心坐標為

(11)

式中H——草莓株距，mm

中間輪A和中間輪B轉動中心坐標為

(12)

行星輪轉動中心坐標為

(13)

栽植臂拐點A1的坐標為

(14)

式中H1——非圓行星輪轉動中心O3到栽植臂拐點A1的距離，mm

S——非圓行星輪轉動中心O3到栽植臂秧針尖點B1的距離，mm

栽植臂秧針尖點B1的坐標為

(15)

其中

γ1=-φ+β4(φ)+δ0

(16)

式中δ0——栽植臂的初始安裝角，(°)

2.2.2挖穴機構運動學分析

(1)挖穴撥叉轉動中心O6的坐標求解

(17)

式中δ1——轉動中心O6的初始安裝角，(°)

圖5 挖穴機構結構簡圖Fig.5 Structure sketch of hole-digging mechanism

挖穴撥叉轉動中心O6的坐標為

(18)

(2)挖穴撥叉兩端點M1和N1的坐標求解

在撥叉拉簧作用下，挖穴凸輪和挖穴撥叉始終接觸，假設挖穴凸輪旋轉運動，挖穴撥叉隨之旋轉，設接觸點為(xA(θ),yA(θ))，有

(19)

其中

tφ(k)=(φ6-k+δ1)π/180-arccos(rt(0)/L1)

(20)

式中tφ(k)——挖穴凸輪絕對旋轉角度，rad

設點A和點O6的距離誤差為

(21)

式中θ、k為循環變量，θ循環嵌套于k循環中，循環次數均為360次，每循環一次k，θ計算360次，在編寫的程序中得出此時滿足下面條件的θ，可知有2個值滿足條件，此時將循環分為0≤k≤z和z

ds(θ)≤ξ

(22)

其中z、ξ為判斷值，本文取ξ=5 mm。

由所判斷出的θ計算出每個k循環下連桿O1M1的角度為

(23)

式中δ3(k)——連桿O1M1與水平方向夾角，rad

所以挖穴撥叉一端點M1的坐標為

(24)

其中

δ3(φ)=δ3(k)

(25)

挖穴撥叉一端點N1的坐標為

(26)

式中L3——O6N1長度

δ5——O6M1與O6N1夾角

(3)連桿各鉸鏈點以及各拐點坐標計算

設秧針A1B1旋轉過程任意時刻的斜率為

(27)

設未加P1Q1與A1B1夾角δ12，連桿P1Q1的斜率和秧針A1B1的斜率相等，即k2(φ)=k1(φ)，且兩直線相距L10，此時利用挖穴凸輪的初始時刻即可計算出未加δ12時連桿P1Q1的直線方程，因為連桿N1P1的長度為L4，所以可推導出加入δ3(φ)和δ12后P1的坐標，此處省略推導過程，得出(xP1(φ),yP1(φ))。由于所設計的ΔQ1S1T1為等腰三角形，且腰長為L4，上述過程中還可求出固定于栽植臂上的T1的坐標。

鉸鏈點Q1坐標為

(28)

其中

γ2=δ3(φ)-δ4(φ)-δ7(φ)

(29)

(30)

(31)

式中δ4(φ)——O6N1與N1P1夾角，rad

δ7(φ)——P1Q1與水平方向夾角，rad

L5——P1Q1長度，mm

根據Q1點、T1點和lQ1S1=lS1T13個已知條件可得鉸鏈點S1坐標(xS1(φ),yS1(φ))，推導過程省略。

挖穴鏟拐點U1坐標為

(32)

(33)

式中δ10(φ)——S1T1與水平方向夾角，rad

δ8——S1T1與T1U1的拐角，(°)

L6——T1U1長度，mm

挖穴鏟拐點V1坐標為

(34)

式中δ9——U1V1與T1U1的拐角，(°)

L7——U1V1長度，mm

挖穴鏟尖點W1坐標為

(35)

式中δ13——U1V1與V1W1的拐角，(°)

L8——V1W1長度，mm

各個部件的位移(轉角)對時間求一階導數和二階導數即可得到其速度(角速度)和加速度(角加速度)。

3 計算機輔助分析與優化軟件設計

全自動草莓缽苗移栽機構采用傳統優化方法很難解決多參數、多目標、強耦合性優化難題。因此，本文根據農藝要求、理論分析與目標函數，設計了全自動草莓缽苗移栽機構優化軟件，簡化了設計過程，縮短了研發周期。

3.1 機構優化目標的確定

本文根據移栽機構數學模型、農藝要求及機構特點提出23個優化目標，建立相應目標函數，將幾何目標數值化，同時給出了優化目標的最優范圍。優化目標是判斷優化參數是否滿足要求的重要指標[26]，建立優化目標如下：兩栽植臂作業時互不干涉；兩栽植臂作業時與秧箱不干涉；取苗角介于310°～320°之間；取苗取出段直線長度大于45 mm；推苗角介于260°～280°之間；缽苗移栽角度差介于40°～60°之間；推苗后苗與地面夾角介于70°～110°之間；栽植臂不推倒已栽秧苗；齒輪箱距地面高度大于25 mm；尖嘴的穴口寬度小于5 mm；挖穴和移栽軌跡高度都大于150 mm；挖穴鏟鉸鏈點與秧箱不干涉；挖穴鏟與秧箱不干涉；挖穴鏟與栽植臂后蓋不干涉；絕對運動穴口長度介于85～110 mm之間；穴深介于40～50 mm；挖穴鏟不推秧；絕對運動穴口中心與秧苗的中心偏移量小于20 mm；挖穴鏟不與秧針干涉；鉸鏈點與地面最近的距離大于25 mm；傳動箱不與秧箱干涉；秧針取苗擺角小于5°；非圓齒輪模數大于2.5 mm。

3.2 移栽機構優化軟件設計

全自動草莓缽苗移栽機構優化設計難點在于實現取苗軌跡和實現挖穴軌跡的兩套機構之間的配合。根據所建立的運動學理論模型和數字化優化目標，基于Visual Basic 6.0設計了移栽機構輔助分析優化設計軟件[27]，軟件可對機構的結構尺寸、位置和運動狀態進行實時運動模擬，通過人機交互，以顯示條辨別目標優劣，通過調節參數對移栽機構目標進行優化。通過輔助分析優化設計軟件，最終獲得一組滿足全自動草莓缽苗移栽機構要求的結構參數，如圖6所示。

圖6 移栽機構優化軟件界面Fig.6 Interface of optimization software for transplanting mechanism

3.3 非圓齒輪成型軟件

非圓齒輪輪系包括主動輪非圓齒輪和從動輪非圓齒輪(共軛齒輪)，非圓齒輪由每個輪齒的齒形和輪齒的過渡曲線組成，每一個輪齒的齒形和過渡曲線都不一樣[23]。

由節曲線方程式可推導出非圓齒輪齒形方程式[28]，確定齒形的解析圖見圖7。

圖7 齒形解析圖Fig.7 Analytical diagram for gear profile

右齒形方程為

xR=xg±scosαncosu

(36)

yR=yg±scosαnsinu

(37)

左齒形方程為

xL=xg?scosαncosu

(38)

yL=yg?scosαnsinu

(39)

式中 (xg，yg)——節曲線與齒形法線交點坐標，mm

u——節曲線上點(xg，yg)的切線正方向與X軸正方向的夾角，rad

s——由節曲線上點(xg，yg)到節曲線與齒形交點的節曲線弧長，mm

αn——刀具齒形角(一般為20°)，(°)

式中正負號取決于u所在象限；上面的符號適用于節曲線上齒形線上的點；下面的符號適用于節曲線下齒形線上的點。

非圓齒輪的過渡曲線形成原理是：插齒刀和被切非圓齒輪在P點開始嚙合時，刀尖E點軌跡的連線形成過渡曲線[28]，插齒刀切齒時過渡曲線的原理如圖8。

圖8 過渡曲線解析圖Fig.8 Analytical diagram of transition curve

右過渡曲線方程為

x′R=xg+dcos(u+λ2+π/2)

(40)

y′R=yg+dsin(u+λ2+π/2)

(41)

左過渡曲線方程為

x′L=xg+dcos(u-λ2+π/2)

(42)

y′L=yg+dsin(u-λ2+π/2)

(43)

式中d——插齒刀節曲線上l點到插齒刀尖點E的距離，mm

λ2——插齒刀節曲線上l點和插齒刀圓心O8的連線與插齒刀節曲線上l點和插齒刀尖點連線的夾角，rad

插齒刀節曲線上點l和非圓節曲線上點l′到嚙合點P點的曲線距離相等。由以上理論可在Visual Basic 6.0軟件中編寫齒形成型程序和過渡曲線成型程序。利用程序導出所需的齒形CAD文件和過渡曲線CAD文件。將所有的齒形線和過渡曲線合并和修剪，從而得到最終的非圓齒輪齒廓線，如圖9所示。

圖9 主動輪齒廓形成過程Fig.9 Formation process of tooth profile for driving gear

用相同原理成型共軛非圓齒輪，在NX 10.0三維軟件中拉伸出實體。將非圓齒輪導入ADAMS動力學仿真軟件中，進行運動仿真，驗證非圓齒輪成型軟件編寫的正確性。

4 虛擬樣機仿真與物理樣機試驗

4.1 虛擬樣機仿真驗證與物理樣機加工

根據優化的參數對移栽機構進行結構設計，利用NX 10.0軟件完成三維建模與裝配，并將裝配體導入ADAMS 2010軟件中，進行虛擬樣機仿真，得出全自動草莓缽苗移栽機構的秧針尖點和挖穴鏟尖點的運動軌跡，如圖10所示。仿真軌跡與理論軌跡基本一致，初步驗證了移栽機構理論設計的正確性。

圖10 虛擬樣機仿真軌跡Fig.10 Simulation trajectory of virtual prototype

為縮短物理樣機的研制時間、降低復雜零件的加工成本、加快樣機研制速度，應用工業級3D打印技術完成主要零部件的實體成型，為后期模具開發奠定了良好的基礎。為了保證機構的可靠性，部分零部件采用金屬材質加工。

4.2 高速攝像試驗驗證

將裝配好的物理樣機安裝在試驗臺架上[29]，利用高速攝像試驗驗證其性能及軌跡和姿態。設定機構轉速為40 r/min，利用Phantom V5.1高速攝像機完成移栽機構運動軌跡的拍攝。通過高速攝像機及分析軟件獲得了全自動草莓缽苗移栽機構在開始進入土缽、完全夾緊土缽、土缽完全離開缽盤、開始挖穴、栽植推秧瞬間和栽植完成等實際工作關鍵位置與時刻的軌跡與姿態圖像，如圖11所示。通過分析圖像可知，取苗、挖穴和栽植均滿足設計要求，且效果良好；同時通過后期數據處理，得到物理樣機秧針尖點與挖穴鏟尖點運轉過程中的相對運動軌跡，如圖12所示。

圖11 移栽機構關鍵位置Fig.11 Key positions of transplanting mechanism

圖12 高速攝影驗證試驗Fig.12 High-speed photography verification test

將物理樣機所得實際軌跡與優化設計軟件所得理論軌跡和虛擬仿真軌跡對比可知，結果基本保持一致，驗證了移栽機構設計的可行性與合理性。由于物理樣機試驗中的機器振動原因，軌跡會受到影響，但這些因素造成的誤差均在合理范圍內。

4.3 物理樣機臺架試驗

圖13 取苗、挖穴和栽植試驗Fig.13 Test of picking seedling, digging holes and planting

為了進一步驗證所研制的全自動草莓缽苗移栽機構的實際工作情況，對其進行物理樣機臺架性能試驗研究[30-31]，如圖13所示。在東北農業大學工程學院兼光型植物工廠實驗室進行育苗，缽苗滿足移栽要求后，在東北農業大學農業機械化實驗中心進行性能驗證試驗。

試驗穴盤尺寸需滿足草莓育苗期間的空間要求，故采用5×10穴的塑料軟質穴盤，缽盤長480 mm、寬255 mm，穴口上口徑45 mm×45 mm、下口徑20 mm×20 mm、缽深40 mm，每穴間距50 mm，穴缽底部的圓孔直徑為10 mm。試驗選用草莓品種為“牛奶”草莓，栽植株距150～200 mm(本文株距取175 mm)，行距為200～300 mm，苗齡為33 d，平均苗高120 mm，每穴一株。將育秧基質與黑土按質量比1∶1混合[32]。

考慮3D打印材料的強度，試驗時移栽機構順時針旋轉，轉速為40 r/min，土槽向左直線運動，速度為0.23 m/s，共對2盤缽苗共100穴進行取苗、挖穴和栽植試驗。試驗過程中，機構運轉平穩。成功將缽苗完全從缽盤中取出的秧苗共有92株，取苗成功率為92%；對挖穴試驗中穴口的深度、長度、寬度和栽植株距進行測量記錄，選取5組每組5次試驗數據的平均值，如表1所示，形成穴口的平均深度、長度和寬度分別為46.4、106.8、55.8 mm，平均栽植株距為172.9 mm；成功栽入穴中的缽苗共85株，栽入成功率為85%；以上試驗數據均符合草莓移栽機構設計要求[33]，進行的相關性能試驗驗證了移栽機構的可行性與實用性。

分析未取出秧苗的主要原因包括：取苗過程連帶出相互連根的鄰苗從而導致的空穴、穴盤內缽苗未出苗和生長不佳導致秧苗幼小盤根不理想等；而未栽入穴口的原因主要是移栽過程機器的振動使土缽基質松散，或缽苗本身盤根不佳，導致移栽過程中滑落或推秧不準確等。以上問題可通過后期對育秧或機構等完善來提升整體性能。

表1 試驗結果Tab.1 Results of test mm

5 結論

(1)提出了一種全自動草莓缽苗移栽機構，結構簡單、成本低，可一次性完成取苗、輸送、挖穴和移栽一系列移栽工序。

(2)建立了機構運動學理論模型，并基于Visual Basic 6.0設計了針對全自動草莓缽苗移栽機構的輔助分析優化設計軟件和非圓齒輪成型軟件，最終得到一組滿足草莓缽苗移栽要求的結構參數。

(3)進行了虛擬仿真驗證與物理樣機的研制，開展了高速攝像臺架驗證試驗，得出了理論軌跡、虛擬仿真軌跡和臺架實際軌跡基本一致的結論，驗證了機構設計的正確性。

(4)完成了試驗所需草莓缽苗的培育工作，在試驗臺架上進行了取苗、挖穴和移栽試驗，結果表明取苗成功率為92%，栽植成功率為85%，平均栽植株距為172.9 mm，所挖穴口深度、長度和寬度效果良好，均滿足農藝要求，試驗結果證明了所設計移栽機構性能的實用性。