摘要：为实现西兰花钵苗全自动移栽,提出一种基于精确位姿和轨迹控制的非圆齿轮行星轮系回转式取苗机构。根据取苗、投苗、入穴、出穴的位姿要求,确定约束栽植轨迹的4个精确位姿点,基于Burmester混合四位置直线轨迹生成平面四杆机构综合方法,以西兰花钵苗为作业对象,建立机构运动学模型,设定优化目标,运用MATLAB开发栽植机构计算机辅助设计优化软件,通过优化得到满足要求的“鹰嘴”型理论轨迹的移栽机构参数,避免“甩苗”现象,建立三维模型,并运用ADAMS软件进行虚拟仿真,形成仿真轨迹,测试可得理论求解与实际试验的姿态和轨迹具有一致性,验证移栽机构设计的合理性。基于高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到取苗试验轨迹,对比理论轨迹和仿真轨迹,这三者基本一致,验证西兰花移栽取苗机构设计的可行性。田间取苗栽植试验表明:平均取苗合格率为95.002%,平均栽植成功率为92.97%,验证移栽机构设计的实用性。

摘要：针对设施垄作模式下空间结构狭小、环境密闭造成机器自主作业困难等问题,设计一种四轮独立驱动转向设施植保机器人,开发基于UWB和IMU的组合导航控制系统,并对机器人进行室内垄间与换垄行走性能测试。首先根据设施垄作模式特点,确定底盘垄间行走和换垄作业模式并设计相应的底盘结构部件;然后基于行走作业模式与底盘结构开发设施植保作业机器人的导航控制系统,采用UWB定位技术与IMU模块进行组合导航,以机器人的位置信息和姿态信息作为输入,在底盘运动学模型的基础上,采用纯跟踪算法实现导航控制。最后开展机器人室内导航实地测试。结果表明,在行驶速度为0.5 m/s、1.0 m/s、1.5 m/s时,该机器人的垄间直线行走最大横向偏差平均值分别为0.094 m、0.106 m、0.148 m,平均偏差分别为0.028 m、0.041 m、0.068 m。该机器人在室内具有较好的转向灵活性和导航行走精度,能够满足设施垄作结构特点下的行走作业要求,为自主设施植保作业机器人的研制提供参考。

摘要：针对甘薯人工削皮劳动强度大、效率低,传统去皮方式污染严重等问题,基于甘薯的物理特征,设计了一种柔性自适应仿形甘薯削皮机。为确保甘薯削皮厚度的一致性与削皮作业的稳定性,首先对甘薯削皮过程进行理论分析,确定了影响仿形削皮性能的关键部件结构参数及取值范围,以仿形限位球半径、仿形力、电缸与卡爪转速比为试验因素,以甘薯削皮厚度均匀性为响应值,利用Design-Expert 8.0. 6软件采用BBD法设计三因素三水平试验,建立了各因素与甘薯削皮厚度均匀性的回归数学模型,分析了影响削皮性能的主要原因。结果表明,各因素对甘薯削皮厚度均匀性影响的主次顺序为:仿形力、仿形限位球半径、电缸与卡爪转速比;最佳参数组合为仿形力68.1 N、仿形限位球半径28.1 mm、电缸与卡爪转速比0.95。甘薯削皮性能验证试验表明,在优化后的工作参数下,该甘薯削皮机削皮效果较好,平均每个甘薯削皮时间为10 s,工作效率达360个/h,满足甘薯削皮的工业化加工需求。

摘要：针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设计软件,得出满足设计要求的结构参数。建立了机构三维模型,试制了物理样机。根据软件优化结果,运用二次正交旋转中心组合试验方法对棘轮结构进行优化设计,以棘轮驱动面高度x1、棘轮定位面高度x2、取苗转速x3为试验因素,以送苗成功率y为试验指标,进行了参数优化试验,结果表明:x1=2.32 mm、x2=3.5 mm、x3=100 r/min时,送苗成功率达到99.85%。取x1=2.3 mm、x2=3.5 mm、x3=100 r/min进行验证试验,得出送苗成功率为99.17%,结果满足设计要求。

摘要：针对回转式蔬菜钵苗扎穴移栽机构破坏钵体完整性、穴口不对称造成栽植直立度差、打孔和栽植过程同时进行影响栽植质量等问题,提出了一种探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构。该机构可交替实现打孔和栽植过程,移栽臂栽植时,打孔器在前一株钵苗栽植位置完成打孔,保证了栽植时序且穴口对称,土壤回流均匀,有利于保证栽植直立性。在取苗位置执行探出式夹取苗钵动作,以保护苗钵基质的完整性。基于探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构的运动学机理分析开发了优化设计软件,并完成了优化设计。开展了移栽机构的虚拟仿真试验和系列台架试验,分析了在取苗、打孔和栽植等关键位置的位姿。轨迹与位姿验证试验表明,该机构形成的特定轨迹和位姿可依次完成取苗、输送、打孔和栽植等动作。取苗试验表明,该机构可实现探出式取苗,有效保证了蔬菜钵苗基质的完整性。

摘要：为了解决再生稻生产过程中,收获机履带碾压头季稻稻桩的问题,本文从机械栽植角度入手,在单位种植面积有效株数一定的条件下,通过合理增大栽植行距以增大履带行走行距。提出一种可实现大偏移、直取秧和小侧向穴口移栽轨迹的空间行星轮系分插机构。首先,结合栽植农艺规划宽窄行移栽轨迹并确定其上若干关键位置与姿态,建立了空间2R开链机构3精确位姿空间几何约束设计方程,采用同伦算法进行求解;然后,基于求解参数拟合、优化得到开链机构输入轴与输出轴相对角位移曲线,确定机构传动比与非圆齿轮节曲线,复演得到满足移栽要求的空间轨迹;最后,通过依附非圆齿轮副将开链机构两转轴运动耦合,设计得到一种由平面非圆齿轮与斜齿轮组合传动的轮系式再生稻宽窄行分插机构,并进行虚拟仿真与样机试验,结果表明样机实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;取苗至推苗横向偏移量ΔS_(1)为65.59 mm、侧向推苗角γ_(1)为16.13°、侧向穴口宽度ΔS_(3)为23.69 mm,满足再生稻宽窄行移栽要求,验证了轮系式宽窄行分插机构设计的可行性。

摘要：为了获得榨菜缩短茎的最佳切割要素组合,在TMS-Pro质构仪上开展榨菜缩短茎切割的单因素试验和正交试验,以最大切割力和平均切割力为试验指标,探究刀刃类型、滑切角度、切割速度、切割方式对榨菜缩短茎切割过程中切割力的影响。结果表明:滑切角度对最大切割力和平均切割力影响显著(P<0.05),刀刃类型对平均切割力影响显著(P<0.05),锯齿刃比光刃省力。为有效降低最大切割力和平均切割力,榨菜缩短茎切割的参数宜确定为锯齿刃,滑切角度20°,切割速度80 mm·min^(-1)。此时,最大切割力为86.2 N,平均切割力为53.1 N。研究结果可为榨菜收获机的切割装置设计提供理论依据。

摘要：为了实现茄子钵苗的全自动机械化移栽,设计了一种全自动茄子钵苗移栽机构,提出了一种以牛顿插值法构建的新型非圆齿轮,建立了茄子钵苗移栽机构运动学模型。通过农艺与农机的结合,以钵盘规格、基质体积比、土钵含水率为试验因素,取苗力与土钵基质损失率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,试验结果表明,钵盘规格105穴、基质体积比1、土钵含水率70%~80%时,取苗力为2.70 N,土钵基质损失率为2.94%,利于茄子钵苗的全自动机械化移栽。根据移栽机构数学模型结合茄子钵苗农艺要求,开发了牛顿插值齿轮茄子钵苗移栽机构优化设计与分析软件,优化出一组满足茄子钵苗移栽要求的参数。根据优化的参数进行三维建模、虚拟仿真,运用3D打印技术制作物理样机进行了轨迹验证试验,验证了该机构的正确性与可行性,通过取苗试验与栽植试验,证明了该机构的实用性。

摘要：为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一组符合番茄钵苗移栽要求的结构参数。对栽植臂绝对转角和移栽机构绝对运动轨迹进行分析,验证了机构的合理性和可行性。建立了探入式番茄钵苗移栽机构的三维模型并虚拟仿真,对物理样机进行了高速摄影试验验证,通过对移栽机构实际工作轨迹与理论及仿真轨迹进行对比分析,验证了机构设计的正确性。对机构进行性能台架试验,取苗成功率为92. 8%,移栽成功率为89. 7%,栽植合格率为86. 4%,栽植优良率为59. 4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。

摘要：无线遥控步行插秧机有广阔的市场前景和应用价值,在不借助人力的情况下,田间地头原地180°转向是一大难题。为此,作者发明了一种具有升降功能的辅助行走机构,在田间地头借助大幅度升降功使浮板能够完全脱离泥面,减少转向阻力。在分析了该机构的结构特点及工作原理基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助优化设计与分析软件,并结合"参数导引"启发式优化算法快速优化求解得到满足辅助行走机构工作要求的一组参数,基于优化所得参数进行结构设计,并进行了物理样机加工试制与装配。同时,开发了末端气动执行系统和基于串口通信的无线遥控系统。在规格为10 m×20 m,泥脚深度为15~25 cm的水田中进行田间试验,将插秧机的行走速度设定为0.45和0.90 m/s,试验结果表明,在无线遥控状态下,该机型可以完成插秧、直线行驶、全自动90°转向和田间地头原地180°转向。辅助行走机构和控制系统满足无线遥控步行插秧机在田间正常作业要求,验证了机构和控制系统的可行性。