可調節式甘藍缽苗取苗末端執行器設計與試驗

韓 豹 申大帥 郭 暢 劉 俏 王 欣 宋春波

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

0 引言

甘藍是我國主要蔬菜品種之一，其播種面積已超過25.3萬hm2，在我國蔬菜種植面積中位列第3位[1]。而我國蔬菜機械化水平較低，嚴重影響著蔬菜種植業的可持續發展[2]。當前，育苗移栽依然是蔬菜產業的主要種植方式，應用于全球約60%的蔬菜種類[3]，但移栽機械的用苗要求與缽苗育苗工藝之間的結合尚不完善。甘藍以穴盤育苗為主要育苗方式，文獻[4-5]針對不同穴盤規格與基質對甘藍育苗的影響進行了研究，但目前針對甘藍缽苗配套的自動移栽機械及其末端執行器的研究報道較少。

取苗末端執行器是育苗移栽機械的關鍵部件，是實現缽苗全自動移栽的重要組成部分[6-7]。美國、日本、荷蘭等國家缽苗移栽裝備較為成熟[8]。文獻[9-12]開發了應用于不同蔬菜及花卉移栽的取苗末端執行器。國內學者近年來也進行了針對性的研究[13-17]。以上取苗末端執行器主要針對某種特定穴盤規格進行應用。當前我國甘藍育苗常用秧盤有72穴、128穴和200穴3種規格，其缽苗栽植主要應用半自動移栽機械完成，即通過人工將缽苗由育秧盤內逐個取出并投放到移栽機栽植器內，然后再由機械完成后續栽植和鎮壓等工作，人工喂苗勞動強度大，作業環境差。為此，本文結合甘藍穴盤苗的結構特點，設計一種插入針間距可調的針式缽苗末端執行器，對甘藍育苗常用的3種規格穴盤所育缽苗開展取苗試驗研究，以期提升甘藍缽苗半自動移栽機技術水平，解決人工喂苗勞動強度大問題。

1 取苗末端執行器總體結構與工作原理

取苗末端執行器的機械結構如圖1所示，該執行器主要由電動推桿、安裝架、調節滑塊、針座、彈簧、取苗針和推板等組成。其中，安裝架可在固定板四角的矩形管中豎直上下移動，根據缽苗的高度調節機構的取苗空間，然后通過緊定螺釘進行限位固定，以適應不同苗高的取苗要求。調節滑塊也可在安裝架下端傾斜部分沿傾斜角度上下移動，通過改變調節滑塊與推板之間距離，對彈簧進行預緊，保證投苗時取苗針在根缽中能夠順利拔出。同時，針座安裝在調節滑塊的卡槽中，并可沿卡槽方向移動，實現對入土寬度的調節，以滿足大、中、小根缽取苗要求。該末端執行器取苗工作原理是通過電動推桿的伸出，帶動推板下壓，彈簧壓縮，軸承在滑軌中滑移，使4根取苗針傾斜插入根缽，在取苗機構的帶動下取出缽苗，電動推桿回縮，取苗針在彈簧的作用下回縮直至脫離根缽，完成取苗放苗的過程。

圖1 甘藍缽苗取苗末端執行器結構圖Fig.1 Structure diagram of end-effector of cabbage seedlings1.電動推桿 2.固定板 3.緊定螺釘 4.推板 5.滑軌 6.轉向軸承 7.彈簧 8.安裝架 9.螺栓 10.調節滑塊 11.針座 12.取苗針 13.擋苗板 14.卡槽

該執行器用于甘藍缽苗的稀植作業，取苗過程如圖2所示，具體操作過程如下：

(1)在一個取苗過程的起始點(圖2a)，為了減少末端執行器對缽苗莖葉的損傷，從缽苗的一側沿垂直穴盤的方向進給，到達取苗高度后，穴盤在進給機構的控制下把缽苗送到取苗點(圖2b)。

(2)缽苗到達取苗點后，4根取苗針下端針尖處與根缽四角相對，此時缽上植株部分處于機構內部空間的中心位置，不會受到擠壓碰撞。并根據根缽規格對取苗針的入土寬度進行調節，以滿足根缽取苗要求。

(3)電動推桿伸出，帶動推板向下運動，在傾斜滑軌與轉向軸承的作用下，彈簧被壓縮，取苗針從根缽四角處以最大深度傾斜插入根缽內(圖2c)。

(4)取苗末端執行器在取苗裝置的帶動下沿垂直于穴盤方向上移，根缽在取苗針的作用下脫離穴盤，從而將缽苗從穴孔中取出(圖2d)。

(5)末端執行器把取出的缽苗移送到放苗位置(圖2e)，電動推桿向上縮回，帶動推板上升，彈簧復位，取苗針回縮，在擋苗板的反推作用下，取苗針從根缽中拔出，完成投苗過程(圖2f、2g)。

圖2 甘藍缽苗取苗末端執行器取苗投苗過程示意圖Fig.2 Schematics of seedling process of end-effector for cabbage seedlings

2 取苗末端執行器結構設計與參數確定

取苗末端執行器主要用于全自動蔬菜缽苗移栽機自動取苗投苗作業。常見的取苗末端執行器按驅動方式可分為氣動驅動、電機驅動、電磁驅動3種形式[7]。氣動驅動末端執行器結構簡單、便于控制，但控制方式單一，難以實現速度的準確控制和位置的精準定位，且不便于移動；電機驅動末端執行器可以實現位置和速度的精確控制，但控制相對復雜；電磁驅動末端執行器通過給線圈勵磁使鐵心做往復運動，其結構復雜，當前應用較少。本研究采用電機驅動的方式，以保證對取苗速度的準確控制。電機選用永磁直流電機驅動的電動推桿，額定功率30 W，額定推力150 N，行程100 mm，速度60 mm/s，自帶機鎖和限位開關，通過調節外部控制器來滿足行程要求的正負極轉換。

取苗針是末端執行器關鍵的部件。一般有2針、3針、4針，針數越多取苗越穩定[7, 13]，本研究選用4根取苗針。由于在取苗過程中根缽的四角阻力最大，則使取苗針采用向心式從根缽的四角插入，利用傾角取出缽苗。為確定取苗針的直徑，選取1～4 mm不同直徑的取苗針以0.5 mm為間隔分別對72穴、128穴、200穴缽苗進行探究試驗。試驗結果表明，1～2 mm的取苗針直徑較小，取苗針的剛性較差，易彎曲，且與基質接觸受力面積較小，取苗穩定性差；3.5 mm和4 mm的取苗針直徑較大，取苗針在插入根缽過程中缽體容易破裂且增大對根系的損傷。綜上所述，由于不同規格穴盤的缽苗質量與體積不同，72穴缽苗選用直徑3 mm取苗針，128穴和200穴缽苗均選用直徑2.5 mm取苗針。取苗針材料為不銹鋼。

為減小末端執行器的質量，調節滑塊與針座選用尼龍材料，固定板、推板和安裝架均使用鋁合金材料，取苗末端執行器的結構參數如圖3所示。

圖3 取苗末端執行器結構簡圖Fig.3 Schematics of structure of end-effector1.伸縮桿 2.推板 3.滑軌 4.彈簧 5.安裝架 6.針座 7.調節滑塊 8.取苗針 9.甘藍幼苗 10.擋苗板 11.缽體

(1)取苗針插入傾角α

取苗針從根缽四角插入，其在穴孔底面的投影與下口徑邊線的夾角呈45°，為避免插入傾角過小而刺到孔壁，應使α略大于穴孔4條棱線的傾角，即

(1)

式中b——穴孔上口徑邊長

c——穴孔下口徑邊長

h——穴孔高度

經測量72穴、128穴和200穴3種規格穴盤穴孔棱線的傾角均約17.5°，故本文對取苗針插入傾角取18°。

(2)取苗針入土長度Lh

取苗針入土長度取決于伸縮桿伸出長度，即

(2)

其幾何約束條件為

(3)

式中Dp——伸縮桿伸出長度

ε——取苗針入土之前針尖與穴盤表面的初始距離，取10 mm

(3)伸縮桿行程[Dp]

伸縮桿的行程需滿足取苗針在作業過程中的最大伸縮長度，即

(4)

其中穴孔高度h為最大穴盤規格72穴盤尺寸，取45 mm。故伸縮桿行程取100 mm。

(4)調節滑塊卡槽長度D1

卡槽長度決定了取苗針間距調節范圍，需同時滿足3種規格穴盤的穴孔尺寸與插入邊距。

(5)

式中δ——取苗針插入點到穴孔上邊線的距離

Δb——不同穴盤規格之間最大與最小上口徑邊長之差，為15 mm

η——安裝架沿垂直方向調節安裝位置時所造成沿卡槽方向位置變化的極限誤差

(5)滑軌長度D2

伸縮桿下壓位移通過轉向軸承可分解為沿滑軌方向位移和沿取苗針方向位移，故

Lp=Dpsinα

(6)

D2≥Lp+D1+η

(7)

式中Lp——實際取苗過程中轉向軸承沿滑軌運動位移

(6)取苗針長度Lz

取苗針長度需同時滿足彈簧自由長度、針座長度、針座到擋苗板的長度與取苗針入土長度，即

(8)

為了減輕調節滑塊與針座對甘藍幼苗莖葉的碰撞損傷，針座與擋苗板之間的垂直高度應高于甘藍幼苗莖葉，即

D4≥Zh-ε

(9)

式中H0——彈簧自由長度，取140 mm

D3——針座長度

D4——針座與擋苗板之間的垂直高度

Zh——甘藍缽苗株高

(7)取苗末端執行器內部空間高度H

內部空間高度H取決于取苗針的安放高度、伸縮桿實際工作長度以及甘藍缽苗株高，即

H=Lzcosα+D2sinα+D5

(10)

式中D5——滑軌末端高度

(8)推板寬度B

推板的寬度決定了取苗末端執行器內部空間的大小，需同時滿足取苗針、調節滑塊及針座的正常工作需求和取苗作業空間要求，故

B=Lb+2Lzsinαcos45°+εtanαcos45°

(11)

式中Lb——取苗針入土寬度

為了解取苗針對甘藍缽苗取苗時的受力情況，對缽苗剛要脫離穴盤的瞬間進行受力分析，如圖3b所示。G為根缽自身重力，FN為根缽對單根取苗針的正壓力，FN在空間上產生3個方向分力，其中2個水平方向分力為F1和F2，1個垂直方向分力為F3，F1和F2分別作用于相鄰取苗針之間，將根缽向中心擠壓，F3將根缽向上提升。Ff為取苗針與根缽之間的摩擦力，主要是由根缽與取苗針在提取瞬間的相對滑移趨勢所引起的，其大小由根缽與取苗針之間的粘附力和摩擦因數所決定，由于根缽與取苗針實際接觸受力面積很小，可以忽略不計[14]。F為取苗針對根缽產生的瞬間沖擊合力，由缽苗的質量與取苗加速度所決定。f為穴孔壁對根缽的粘附力，其通常受穴盤與基質材料、接觸面積、根缽含水率等因素影響[16]。當取苗針插入點到穴孔上邊線的距離δ較大時，4根取苗針包裹下的受力基質區域的體積較小，應力集中較大。

3 試驗材料與分析

在育苗過程中不同的穴盤規格與苗齡對甘藍幼苗的生長和生理狀況有很大的影響[5]，進而影響取苗效果。本文所用甘藍品種為京豐一號，3種育苗穴盤分別為72穴、128穴、200穴，穴盤外形尺寸均為540 mm×280 mm，穴孔橫截面呈正方形，尺寸如表1所示。育苗選用無土栽培育苗基質，主要成分為草炭、蛭石、珍珠巖、腐熟中藥渣、腐熟蘑菇渣、酒渣等，其中草炭、蛭石、珍珠巖的配比為6∶3∶1，N、P、K總質量比大于等于12 g/kg，有機質質量分數大于等于40%，硅質量比大于等于0.3 g/kg。

表1 3種穴盤規格穴孔尺寸Tab.1 Hole size of three types of plugs

為觀察甘藍種苗的大苗、中苗、小苗的幾何參數，分別用72穴、128穴、200穴塑料穴盤進行育苗，并在苗齡20、30、40 d時分別抽取3盤隨機取樣研究，甘藍穴盤育苗如圖4a所示。根缽是一種根系-基質結合體，缽苗的根系對缽體有聚攏作用，其覆蓋程度對取苗效果有較大影響[13,16]，本文通過根缽側面根系覆蓋面積與側面總面積的比值計算根系覆蓋率[13]，覆蓋率超過80%以上定義為根缽形成，如圖4b所示。

如圖5所示，各個穴盤規格的幼苗隨著苗齡的增長，株高、莖粗均增大，根缽也是逐漸形成。對于20 d小苗，200穴盤幼苗與其他穴盤幼苗相比，株高相差不大，莖粗較小，形成根缽；對于30 d中苗，128穴盤與200穴盤幼苗均形成根缽，在株高與莖粗上差異不大，但與72穴盤幼苗差異較大；對于40 d大苗，各穴盤幼苗均已形成根缽，72穴盤幼苗在株高與莖粗上遠大于其他穴盤幼苗。由此可知，穴孔規格對幼苗生長有明顯的限制作用，對根缽的形成程度也有很大的影響，大穴孔小苗齡不易形成根缽，小穴孔大苗齡根缽形成較好，但易出現盤外盤根現象而影響取苗效果[18]，且株高、莖粗較小。綜上，本文選用試驗用苗為72穴盤幼苗，苗齡40 d；128穴盤幼苗，苗齡30 d；200穴盤幼苗，苗齡20 d，在均已形成根缽的前提下進行取苗試驗研究。

圖4 甘藍缽苗Fig.4 Cabbage seedlings

圖5 甘藍幼苗生長趨勢Fig.5 Growth trend of cabbage seedlings

4 試驗指標與因素的確定

4.1 試驗指標

甘藍缽苗取苗試驗從根缽完整率和取苗失敗率兩方面考察取苗效果[16,19]。

取苗針在提取出甘藍根缽的過程中，會出現部分基質從根缽上脫落現象，脫落質量過多對甘藍缽苗栽植效果和栽植成活率均有較大影響[16]，結合前期試驗和參考文獻[20]，根缽完整率小于50%時就會嚴重降低缽苗栽植的直立度與栽植成活率。故將從穴盤中取出的甘藍缽苗的根缽完整率小于50%視為取苗失敗。其計算公式為

(12)

式中Rs——根缽完整率，%

mr——取出根缽的質量，g

md——遺留和脫落的根缽質量，g

取苗結束后，剪去甘藍幼苗，把遺留在穴孔和脫落在外的根缽收集后使用JD1000-2型電子天平進行稱量。

取苗針在提取出甘藍缽苗的過程中，將缽苗未被取出、中途掉落以及取出后的缽苗根缽完整率小于50%均視為取苗失敗，取苗失敗率Sf計算公式為

(13)

式中Ynf——缽苗未取出、中途掉落和根缽完整率小于50%的缽苗數量，個

Yni——主莖折斷數，個

Ynt——取苗穴孔總數，個

Ynh——空穴數，個

對于甘藍缽苗來說，苗葉的損傷或者單個苗葉折斷脫落對于甘藍的生長發育不會有明顯的影響，而主莖的折斷代表著甘藍生長發育的停止[19]，因此把主莖折斷數Yni作為取苗失敗的一個統計量。空穴數Ynh是指穴盤中未生長甘藍幼苗的穴孔數量，其與育苗過程中出苗率相關，與末端執行器作業性能無關，不作為取苗失敗的統計量。

4.2 試驗因素

4.2.1取苗加速度

在取苗過程中，從根缽的力學角度進行考慮，根據牛頓第二定律取苗針對根缽的沖擊合力F為

F=ma

(14)

式中m——缽苗的質量，g

a——取苗加速度，m/s2

由缽苗取苗瞬間受力分析可知，在取苗針的帶動下，根缽剛要脫離穴孔的瞬間將會產生瞬時加速度，當缽苗的質量不變時，瞬時加速度越大，取苗針對根缽的沖擊力也就越大。

4.2.2穴盤規格

不同規格穴盤的甘藍缽苗的質量不同，體積不同，由受力分析可知根缽與穴孔接觸面積不同，則根缽與穴孔之間的粘附力不同。當取苗加速度一定時，因缽苗的質量不同，所受沖擊合力F也有所不同。甘藍根系呈放射狀分布，對基質塊具有聚攏作用，越靠近根源根系越密集，越向外放射根系密度越小，即穴盤規格不同的根缽根系分布密度不同，對基質的聚攏效果也不一樣。選用穴盤3個水平為72穴、128穴、200穴。

4.2.3根缽含水率

水是基質顆粒之間、根系與基質顆粒之間的一種介質，使根缽的內部產生一種粘結力，同時含水率對根缽與穴孔壁之間粘附力有影響[16]。由于根缽含水率是通過鼓風干燥箱將根缽干燥后進行測試，不能即時所得，于是采用先試驗后測試的方法，提前把根缽澆透，然后控制間隔時間進行取苗試驗，取苗后剪去甘藍幼苗，只留根缽以干濕質量法進行測量，計算公式為

(15)

式中θm——根缽含水率，%

m1——干燥前根缽質量，g

m2——干燥后根缽質量，g

以實際測量為準，對每種穴盤的缽苗分別測定根缽含水率取平均值，選取3個平均含水率水平為42.3%、56.2%、69.1%。

4.2.4插入邊距比λb

插入邊距比λb為插入點到穴孔上邊線的距離δ與穴孔上口徑邊長b的百分比，即

(16)

由圖3可知，為適應3種常用甘藍穴盤取苗需要，取苗針入土寬度設計成可調，即插入邊距δ可調節。而δ過大，4根取苗針所包裹的受力范圍內的基質體積過小，應力集中過大，且插入區域靠近根系密集區和甘藍幼苗莖葉區，易造成幼苗損傷；δ過小，取苗針離根缽邊緣太近，易破壞根缽邊緣區域，造成基質脫落，并且易發生取苗針與根缽的錯位。

5 離散元模擬仿真

5.1 穴孔仿真模型

采用72穴、128穴、200穴盤尺寸數據，利用SolidWorks 2016對穴孔進行建模，并導入EDEM 2.7軟件內，創建模塊的幾何體(Geometry)，如圖6所示，仿真參數如表2所示。

圖6 穴孔3D模型Fig.6 3D model of hole1.穴缽 2.取苗針 3.擋苗板

參數材料穴盤基質取苗針泊松比0.380.40.3剪切模量/MPa8661075800密度/(kg·m-3)14007507910

5.2 缽體顆粒模型

為方便模擬和減少計算量，缽體基質顆粒模型為球形，半徑為0.4～0.7 mm，根據不同的穴盤規格設置相適應的Total Mass，由Factory生成缽體顆粒并使其在重力作用下達到穩定后，對模型進行壓縮，最終得到缽體顆粒模型如圖7所示。

圖7 缽體仿真模型Fig.7 Simulation model of bowl

在取苗過程中，會產生基質部分脫落的現象，影響取苗效果。實際上是在取苗針的作用下基質顆粒間的粘結產生破裂，發生相對位移，造成顆粒下落。而接觸模型Hertz-Mindlin with bonding用于模擬破碎、斷裂等問題，采用小顆粒粘結成大塊物料，外力作用下顆粒間粘結力會發生破壞，從而產生破碎及斷裂效果[21]。

5.3 缽體模型提取仿真試驗

為了分析加速度、穴盤規格、邊距比對基質顆粒脫落的影響，利用EDEM求解器對建立的缽體模型進行提取仿真，在基質顆粒生成、壓縮后，使顆粒間產生粘結，并使取苗針以固定角度插入缽體模型中，且對取苗針施加向上的加速度，完成對缽體的提取，如圖8所示。在提取過程中伴隨著顆粒的脫落，為了計算缽體模型的完整率，利用EDEM后處理模塊中Grid Bin Group對脫落在穴孔內的顆粒進行質量統計，即

(17)

式中Rm——缽體模型完整率，%

mt——顆粒模型總質量，g

ml——脫落顆粒質量，g

圖9 各種試驗條件下的仿真試驗結果Fig.9 Simulation experiment results under various conditions

對穴盤規格128穴，插入邊距比15%，加速度0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 m/s2進行仿真模擬，試驗結果如圖9a所示，加速度0.1、0.3 m/s2模型完整率差異不大，但隨著加速度的逐漸增大，模型完整率迅速減小，最優加速度范圍為0.1～0.5 m/s2。

圖8 模擬仿真試驗Fig.8 Simulation experiment

對加速度0.3 m/s2，插入邊距比15%，穴盤規格72、128、200穴進行仿真模擬，試驗結果如圖9b所示，模型完整率優選順序為128、72、200穴，128穴最優，但總體水平差異不大。

對加速度0.3 m/s2，穴盤規格128穴，插入邊距比5%、10%、15%、20%、25%進行仿真模擬，試驗結果如圖9c所示，隨著插入邊距比的增加，模型完整率先增大后減小，在邊距比15%時達到最高，最優水平范圍為10%～20%。

6 試驗設計與結果分析

6.1 正交試驗設計

取苗試驗在東北農業大學農機實驗室內進行，設計取苗試驗裝置如圖10所示，把取苗末端執行器掛接于絲杠滑臺安裝架上進行取苗試驗，有效行程800 mm，通過外接電機控制器對作業位移和速度進行控制，以滿足對取苗加速度因素水平要求。

圖10 甘藍缽苗取苗末端執行器試驗裝置Fig.10 Experiment device of end-effector picking up cabbage seedlings1.絲杠滑臺 2.安裝架 3.卡箍 4.取苗末端執行器 5.缽苗 6.穴盤 7.針座 8.調節滑塊 9.取苗針 10.甘藍主莖 11.甘藍根缽

針對取苗效果，結合仿真分析結果，影響因素穴盤規格取72穴、128穴、200穴，加速度a取0.1、0.3、0.5 m/s2，取苗針插入邊距比λb取10%、15%、20%，根缽含水率取42.3%、56.2%、69.1%。試驗采用L9(34)正交表，對每個試驗組合取40株甘藍缽苗，試驗重復3次，計算其平均值作為每組試驗的數據，因素水平依次為A、B、C、D，試驗因素水平如表3所示。

6.2 試驗結果與分析

6.2.1試驗因素對試驗指標的影響

正交試驗結果與極差分析如表4所示。

通過對試驗結果極差分析，得到影響根缽完整率的主次順序為B、C、D、A，各因素的最優水平分別為A1、B1、C2、D2，則最優組合為A1B1C2D2。同理，影響取苗失敗率因素的主次順序為A、B、D、C，各因素的最優水平分別為A2、B1、C1、D2，則最優組合為A2B1C1D2。

表3 正交試驗因素水平Tab.3 Orthogonal experiment factors and levels

通過方差分析，對各因素影響根缽完整率和取苗失敗率進行顯著性檢驗，結果如表5和表6所示。

注：** 代表極為顯著，*代表顯著，ns代表不顯著，下同。

表6 取苗失敗率方差分析Tab.6 Variance analysis of seedling failure rate

由表5、6可知，取苗加速度對根缽完整率和取苗失敗率影響均極為顯著；根缽含水率對根缽完整率影響極為顯著，而對取苗失敗率影響顯著；穴盤規格對根缽完整率影響不顯著，而對取苗失敗率影響極為顯著；取苗針插入邊距比對根缽完整率影響極為顯著，而對取苗失敗率影響不顯著，這與極差分析的主次因素結論一致。因此，對于根缽完整率和取苗失敗率而言，取苗加速度和根缽含水率的選擇至關重要。

6.2.2最優組合確定與驗證

根據取苗末端執行器作業性能要求，各試驗指標的優水平組合各不相同，為了兼顧平衡各項指標，采用綜合加權評分法進行分析，盡可能選出令各項指標都能達到最優的組合[22]。考慮到4個因素對參數指標影響的重要程度，以100分作為總權重，根缽完整率與取苗失敗率各為50分，試驗的綜合加權結果如表7所示。

通過表7分析得出各試驗因素對試驗指標(根缽完整率、取苗失敗率)影響的最優組合，各因素主次順序為B、D、A、C，各因素最佳水平組合為B1D2A2C2，即取苗加速度為0.1 m/s2，根缽含水率為56.2%，穴盤規格為128穴，插入邊距比為15%。采用最優組合，對取苗末端執行器進行驗證試驗，根缽完整率為97.93%，取苗失敗率為0.81%，且試驗驗證結果與正交試驗結果對比，取苗末端執行器的作業性能最優。并以末端執行器取苗放苗為一個工作流程，對取苗效率進行測試，測試結果為12株/min。

表7 綜合加權結果Tab.7 Result of integrated weight

6.3 機構優化

通過試驗發現，在末端執行器針對200穴規格缽苗取苗過程中，由于穴孔較小，位于安裝架下部的擋苗板結構偏大，出現相鄰甘藍缽苗受壓受損情況。為滿足對多規格穴盤的適應性，避免擋苗板損傷幼苗，對機構進行優化設計，把安裝架易對相鄰缽苗碰撞區域進行折彎處理，以減少對作業空間的占用，優化結果如圖11所示。

7 結論

(1)針對甘藍缽苗的生理特性和3種常用穴盤結構，設計了一種可調節式四針取苗末端執行器，適用于72穴、128穴、200穴3種規格穴盤，通過調整安裝架、調節滑塊、針座的位置，可實現取苗針插入根缽邊距的調節，以適應3種規格穴盤的取苗需要。

圖11 機構優化Fig.11 Mechanism optimization

(2)在甘藍缽苗根缽均形成的前提下，利用裝置的可調節性提取相關試驗因素，并運用EDEM對缽體提取進行單因素仿真模擬。采用L9(34)正交表進行取苗試驗，通過極差分析、方差分析和綜合加權法得到影響取苗效果因素的主次順序為：取苗加速度、根缽含水率、穴盤規格、插入邊距比；最優組合：取苗加速度為0.1 m/s2，根缽含水率為56.2%，穴盤規格為128穴，插入邊距比為15%，此時根缽完整率為97.93%，取苗失敗率為0.81%。