蔬菜移栽機(jī)斜插夾缽式取投苗裝置研制

謝守勇，陽尚宏，劉 軍，宋 磊，謝秋菊，段廷億

（1.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400715；2.丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715）

0 引 言

近年來，蔬菜產(chǎn)業(yè)成為僅次于糧食種植的產(chǎn)業(yè)，其種植面積達(dá)到0.2億hm2以上，使得中國成為世界上蔬菜第一大生產(chǎn)和消費(fèi)大國[1]。采用育苗移栽方式種植的蔬菜占到了蔬菜種植總量的60%以上，其具有高產(chǎn)穩(wěn)定、對氣候補(bǔ)償和提高土地利用率等優(yōu)勢[2-4]。但是蔬菜生產(chǎn)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，“用工難、難用工”日益嚴(yán)重，導(dǎo)致蔬菜生產(chǎn)勞動(dòng)力成本占蔬菜生產(chǎn)總成本50%以上，成為制約其發(fā)展的主要因素，因此研究蔬菜移栽機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)是蔬菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[5-10]。取投苗是蔬菜移栽中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，但是目前國內(nèi)用于蔬菜移栽的機(jī)具主要是半自動(dòng)移栽機(jī)，取投苗仍停留在人工取苗、投苗階段，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，因此研究全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)取投苗裝置具有重要意義[11-13]。

國內(nèi)外學(xué)者對取投苗裝置進(jìn)行了廣泛研究，提出了頂出式[14]、頂出夾取式[15-18]、插入夾取式[19-24]、氣力式[25-28]等形式多樣的取投苗裝置。意大利法拉利公司提出了一種頂出夾取式取苗機(jī)構(gòu)，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，其對缽苗的適應(yīng)性較強(qiáng)、損傷率較低，但是價(jià)格昂貴[29]；日本井關(guān)農(nóng)機(jī)株式會(huì)社研制了一種頂出式取苗機(jī)構(gòu)，效率較高，但其對與之配套的送苗機(jī)構(gòu)的精度和缽苗的質(zhì)量要求很高[30]；Yung等[31]提出了一種基于視覺系統(tǒng)的機(jī)械手移栽機(jī)構(gòu)，利用視覺系統(tǒng)對缽苗位置及姿態(tài)進(jìn)行估算后，由機(jī)械手插入缽體中進(jìn)行取投苗；Rahul等[32]設(shè)計(jì)了一種5R二自由度并聯(lián)機(jī)器人手臂用于蔬菜移栽，采用機(jī)械電子的方法減少了機(jī)構(gòu)的重量，能適應(yīng)不同的姿態(tài)要求；趙勻等[33]提出了一種探入式番茄缽苗移栽機(jī)構(gòu)，采用非圓齒輪行星系機(jī)構(gòu)結(jié)合探針通過探入和脫離缽體完成夾缽和投苗動(dòng)作,可以有效避免對土缽和根系的損壞；童俊華等[34]提出了一種三臂回轉(zhuǎn)式取苗機(jī)構(gòu)，通過在滿足特定取苗動(dòng)作姿態(tài)下增加回轉(zhuǎn)臂數(shù)量來實(shí)現(xiàn)高速取苗作業(yè)；黨玉功等[35]提出一種單自由度四連桿取投苗機(jī)械臂，采用行星輪系和凸輪機(jī)構(gòu)對多余自由度進(jìn)行約束，工作較穩(wěn)定；王蒙蒙等[36]提出了一種曲柄擺桿式夾苗機(jī)構(gòu)，可減小對缽苗的損傷，有較高的取苗成功率，但需要將缽苗頂出后再進(jìn)行夾取；袁挺等[37]提出了一種氣吹振動(dòng)復(fù)合式取苗機(jī)構(gòu)，通過氣吹與振動(dòng)相結(jié)合的方式使得缽苗與苗盤脫離落入導(dǎo)苗管內(nèi)，效率較高，但該機(jī)構(gòu)受環(huán)境因素影響較大不適合大田移栽。

現(xiàn)有的取投苗裝置，取投苗速率及成功率均有較大的提高，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為此本文提出一種蔬菜移栽機(jī)斜插夾缽式取投苗裝置，并以木耳菜苗為試驗(yàn)對象，通過理論與試驗(yàn)分析，完成裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)選，以期為全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)的可持續(xù)發(fā)展提供研究基礎(chǔ)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

本文研制的斜插夾缽式取投苗裝置，搭載在自制的試驗(yàn)平臺(tái)上，如圖1所示。試驗(yàn)平臺(tái)主要由底部平臺(tái)、斜面移盤裝置、取投苗裝置和送苗裝置等部分組成。底部平臺(tái)起支撐作用，斜面移盤裝置配合取投苗裝置完成取苗動(dòng)作，送苗裝置配合取投苗裝置完成投苗動(dòng)作，其中取投苗裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和夾苗機(jī)構(gòu)兩部分組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由機(jī)座、支撐軸、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、主步進(jìn)電機(jī)、減速器、主動(dòng)桿、從動(dòng)桿等組成；夾苗機(jī)構(gòu)主要由苗夾、彈簧、苗夾連接板、連桿、副步進(jìn)電機(jī)、固定框架、凸輪連接軸和凸輪等組成。

圖1 試驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 Test platform

圖2 取投苗裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of seedling taking and throwing device

1.2 工作原理

斜插夾缽式取投苗裝置工作原理如圖3所示。主步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)桿AD繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)，夾苗機(jī)構(gòu)CDE由于主動(dòng)桿AD的帶動(dòng)以及從動(dòng)桿BC的限制，其繞D點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)，其擺動(dòng)的極限位置E1和E2點(diǎn)分別為取苗點(diǎn)位置和投苗點(diǎn)位置。在進(jìn)行取苗作業(yè)時(shí)，夾苗機(jī)構(gòu)CDE在主動(dòng)桿的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到E1點(diǎn)，此時(shí)彈性苗夾處于張開狀態(tài)，當(dāng)苗夾沿穴苗盤內(nèi)壁插入缽體時(shí)，副步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，苗夾閉合夾缽?fù)瓿扇∶?；取苗后夾苗機(jī)構(gòu)CDE運(yùn)動(dòng)到投苗點(diǎn)E2時(shí)，凸輪旋轉(zhuǎn)克服彈簧力打開苗夾，缽苗依靠重力作用落入送苗裝置的苗杯中，完成投苗。

圖3 取投苗裝置工作原理圖Fig.3 Working principle diagram of seedling taking and throwing device

取投苗裝置初始位置均由相應(yīng)的接近開關(guān)確定，通過蝸輪蝸桿減速器的自鎖來保持裝置的工作狀態(tài)。苗夾的夾取動(dòng)力由彈簧提供，苗夾材料選用彈性材料，可以減小對缽苗基質(zhì)的損傷，通過調(diào)整副步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度改變苗夾打開的角度，可提高對不同缽苗夾取的適應(yīng)性。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 取投苗裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將苗盤固定在斜面移盤裝置上，控制苗盤縱向及橫向運(yùn)動(dòng)，由于苗盤孔的寬度一般不超過40 mm，如圖4所示，故設(shè)計(jì)彈性苗夾最大張開寬度為42 mm。將苗盤分為2部分，2個(gè)夾苗機(jī)構(gòu)同時(shí)夾取，可提高取投苗效率，故設(shè)計(jì)2個(gè)夾苗機(jī)構(gòu)中心位置距離為258 mm。

圖4 穴苗盤尺寸Fig.4 Size of seedling tray

為了提高取投苗裝置的效率與自動(dòng)化程度，本文按照預(yù)定的缽苗運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖3所示）設(shè)計(jì)取投苗裝置，選取苗夾端的一個(gè)基點(diǎn)E，用其坐標(biāo)（xE,yE）和苗夾的方位角θ來表示苗夾位置，因此，預(yù)定的缽苗運(yùn)動(dòng)軌跡可表示為苗夾上的E點(diǎn)所占據(jù)的一系列預(yù)定位置Ei（xEi,yEi）及苗夾的相應(yīng)轉(zhuǎn)角θ2i。

將圖2中的取投苗裝置簡化并建立如圖5所示坐標(biāo)系。

圖5 取投苗裝置簡化圖Fig.5 Simplified diagram of seedling taking and throwing device

為確定取投苗裝置各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，將圖5中的簡化機(jī)構(gòu)分為左、右2個(gè)桿組，如圖6所示。

圖6 左右側(cè)桿組Fig.6 Left and right rod groups

分別建立左右側(cè)桿組的矢量封閉圖，根據(jù)圖6幾何關(guān)系可得：

式（1）、（2）均為非線性方程，各含有5個(gè)待定參數(shù)，分別為xA、yA、d、g、γ和xB、yB、b、f、α，所以最多只能按照5個(gè)苗夾端點(diǎn)預(yù)定位置精確求解。當(dāng)預(yù)定位置N＜5時(shí)，可預(yù)選N0=（5-N）個(gè)參數(shù)。本文選取3個(gè)苗夾端點(diǎn)預(yù)定位置，即取苗點(diǎn)E1（xE1，yE1）、投苗點(diǎn)E2（xE2，yE2） 和軌跡上任意一點(diǎn) Ei（xEi，yEi），同時(shí)預(yù)選xA、yA和xB、yB， 則式（1）、（2）可簡化為線性方程：

式 中 X0， X1，X2，Y0， Y1，Y2為 新 變 量 ；A1i，A2i，A3i，B1i，B2i，B3i為已知的系數(shù)。

根據(jù)預(yù)選的點(diǎn)及式（3）、（4）求得新變量后，可得到待定參數(shù)：

根據(jù)得到的待定參數(shù)可求得C點(diǎn)及D點(diǎn)的坐標(biāo)：

最后可求得取投苗裝置的各桿長為

根據(jù)取投苗裝置在試驗(yàn)平臺(tái)上的位置，選取點(diǎn)A（395，105）、B （495，175） 以及取苗點(diǎn)位置 E1（28，132）、投苗點(diǎn)位置E2（300，75）、軌跡上任意一點(diǎn)Ei（174，117），然后由公式（5）～（9）計(jì)算可得：機(jī)架長度a=122 mm，從動(dòng)桿長b=196 mm，連桿長度c=80 mm，主動(dòng)桿長度d=186 mm，苗夾長度e=256 mm；苗夾在取苗點(diǎn)E1時(shí)轉(zhuǎn)角θ21=25°，在投苗點(diǎn)E2時(shí)轉(zhuǎn)角θ22=60°；苗夾在取苗點(diǎn)E1時(shí)轉(zhuǎn)角θ11=135°，在投苗點(diǎn)E2時(shí)轉(zhuǎn)角θ12=81°。

2.2 苗夾入穴參數(shù)確定

在夾苗機(jī)構(gòu)取出缽苗時(shí)，應(yīng)盡量減小對缽苗的損傷，因此需要對苗夾入穴的深度、角度等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[23]。本文所用取苗末端執(zhí)行器為鑷子型鉗夾式末端執(zhí)行器，其取苗模型如圖7所示。

圖7 苗夾夾取缽苗示意圖Fig.7 Schematic diagram of seedling clamp clipping pot seeding

本文選用臺(tái)州隆基塑業(yè)有限公司生產(chǎn)的Q72型穴苗盤，l1=17 mm；l2=37 mm，h1=45 mm；σ=12.5°。

為保證苗夾出入穴時(shí)，不破損苗盤穴壁及盡量減少對缽苗的損傷，應(yīng)滿足：

當(dāng)苗夾與孔穴壁的間隙小于2～3 mm并盡可能深地插入苗缽時(shí)有利于成功取苗[38]，為此設(shè)計(jì)苗夾入穴角度ζ=13°，d1=14 mm，d2=32 mm，此時(shí)苗夾入穴深度h2=39 mm，可保證苗夾與孔穴壁間有2～3 mm間隙。

2.3 苗盤傾斜角度確定

苗盤傾斜角度會(huì)影響取苗效果，若傾斜角度過大，缽苗趨于水平狀態(tài)，缽苗會(huì)在重力作用下自然脫落；若傾斜角度過小，缽苗趨于豎直狀態(tài)，不利于取苗。通過上述分析可知，苗夾在取苗點(diǎn)和投苗點(diǎn)時(shí)與水平面的傾角分別為25°和60°，當(dāng)苗夾在取苗點(diǎn)垂直夾取缽苗時(shí)具有較好的取苗效果，如圖8a所示，而在投苗點(diǎn)缽苗接近豎直狀態(tài)時(shí)的投苗效果較好，如圖8b所示。

由圖8可知，當(dāng)苗夾在取苗點(diǎn)垂直夾取缽苗時(shí)β1=25°,此時(shí)缽苗盤與水平面的傾角為δ1=65°；當(dāng)苗夾在投苗點(diǎn)豎直投苗時(shí)β2=60°，此時(shí)苗夾與缽苗間的角度β3=30°，豎直投苗狀態(tài)時(shí)缽苗盤與水平面的傾角為δ2=35°。因此，若要同時(shí)使得取投苗裝置有較好的取苗效果和投苗效果，則缽苗盤的傾斜角度應(yīng)在35°～65°。

圖8 取投苗狀態(tài)Fig.8 Seedling taking and throwing state

2.4 取投苗裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取投苗裝置在規(guī)定位置完成取苗與投苗動(dòng)作，在取苗時(shí)苗夾運(yùn)動(dòng)到取苗點(diǎn)，夾取缽苗后返回，此過程中加速度不宜過大，以保證取苗穩(wěn)定性；在投苗時(shí)苗夾運(yùn)動(dòng)到投苗點(diǎn)，此過程中苗夾的水平速度不宜過大，以保證投苗精度。對取投苗裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以機(jī)架為X軸建立如圖9所示的直角坐標(biāo)系。在圖9中，取投苗裝置的矢量位置方程為

圖9 取投苗裝置運(yùn)動(dòng)簡圖Fig.9 Movement diagram of seedling taking and throwing device

對其進(jìn)行位置分析可得：

式（12）對時(shí)間求導(dǎo)可得從動(dòng)桿和連桿的角速度為

式（13）對時(shí)間取導(dǎo)可得從動(dòng)桿和連桿角加速度為

由圖9可以得到苗夾末端E點(diǎn)的坐標(biāo)為

則苗夾末端E點(diǎn)的速度、加速度分別為

2.5 取投苗裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

根據(jù)上述分析，建立坐標(biāo)系（x軸正向表示取投苗過程水平方向，y軸正向表示取投苗過程豎直方向，滿足右手坐標(biāo)系），為研究苗夾末端的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對取投苗裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，設(shè)置取投苗裝置完成一次取投苗動(dòng)作所用時(shí)間為1.5 s，此時(shí)有：

式中n為主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速，r/min；η為取投苗效率，株/min；φ為從投苗點(diǎn)到達(dá)取苗點(diǎn)時(shí)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)過的角度，φ=54°；t為完成一次取投苗動(dòng)作規(guī)定時(shí)間，s；z為取投苗裝置夾苗機(jī)構(gòu)個(gè)數(shù)，z=2。

由式（18）可知此時(shí)的主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速為12 r/min，取投苗效率為80株/min，將斜插夾缽式取投苗裝置導(dǎo)入Creo3.0機(jī)構(gòu)分析模塊中，得到如圖10所示的苗夾末端位移、速度、加速度曲線。

由圖10可知，在1.5 s內(nèi)取投苗裝置完成一次取投苗（即一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期），在最高點(diǎn)完成取苗動(dòng)作，在最低點(diǎn)完成投苗動(dòng)作，此過程中在取苗點(diǎn)時(shí)苗夾末端豎直速度較小并緩慢變化，有利于減小苗夾在夾缽過程中對缽體的損傷；在投苗點(diǎn)時(shí)苗夾末端水平速度接近于0，有利于缽苗順利落入苗杯中，可有效提高投苗精度。苗夾末端的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合取投苗裝置的設(shè)計(jì)要求，但是在夾苗動(dòng)作開始和終止時(shí)具有較大加速度，這是由于裝置的運(yùn)動(dòng)慣性所致，因此為保證取投苗裝置的穩(wěn)定性，主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速不宜過大。

3 取苗軌跡驗(yàn)證試驗(yàn)

苗夾端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是否合理，直接影響取投苗裝置的工作性能與取投苗質(zhì)量[34]，因此需要通過仿真分析和試驗(yàn)軌跡對比驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的取投苗裝置的可行性。將取投苗裝置的整體三維模型導(dǎo)入Creo3.0軌跡曲線分析模塊中進(jìn)行仿真，然后將取投苗裝置安裝在試驗(yàn)平臺(tái)上，調(diào)節(jié)主步進(jìn)電機(jī)使主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速為12 r/min，使取投苗轉(zhuǎn)置空轉(zhuǎn)運(yùn)行，利用攝像機(jī)拍攝其工作視頻，最后通過Photoshop軟件對視頻進(jìn)行解析[30]，以苗夾端點(diǎn)為觀測點(diǎn)，對其軌跡點(diǎn)逐個(gè)描繪，得到取投苗裝置實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

由圖11可以看出，取投苗過程的仿真和試驗(yàn)軌跡曲線基本一致，驗(yàn)證了取投苗裝置設(shè)計(jì)的正確性以及可行性。

圖11 試驗(yàn)結(jié)果Fig.11 Test result

4 取投苗試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的取投苗裝置實(shí)際取投苗效果，尋求最優(yōu)參數(shù)組合，將取投苗裝置安裝在自主研發(fā)的移栽機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)行取投苗試驗(yàn)，如圖12所示。試驗(yàn)用苗為西南大學(xué)丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育的苗齡15 d的木耳菜苗，13盤，共936株，所用苗盤為臺(tái)州隆基塑業(yè)有限公司生產(chǎn)的Q72型穴苗盤，穴口為37 mm×37 mm，穴深45 mm，基質(zhì)為草炭、蛭石和珍珠巖按3:1:1比例混合而成。

圖12 取投苗試驗(yàn)Fig.12 Test of seedling taking and throwing

4.2 試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)

以取投苗成功率為試驗(yàn)指標(biāo)。取投苗成功率是指未發(fā)生缽苗脫落和大量基質(zhì)破碎的概率，主要由缽苗脫落率及基質(zhì)破碎率來衡量。缽苗脫落率是指夾苗機(jī)構(gòu)在取苗點(diǎn)取苗后運(yùn)動(dòng)到投苗點(diǎn)放苗時(shí)，因缽苗脫落而未落入苗杯中的概率。基質(zhì)破碎率是指在夾苗機(jī)構(gòu)將缽苗夾取后成功投放到苗杯的過程中，缽苗基質(zhì)散落的質(zhì)量大于缽苗總質(zhì)量1/3的概率。

缽苗脫落率Q為

基質(zhì)破碎率[37]U為

取投苗成功率V為

式中R為成功夾取并投放到苗杯中的缽苗數(shù)；S為缽苗總數(shù)；T為成功夾取但缽苗基質(zhì)散落質(zhì)量大于總質(zhì)量1/3的缽苗數(shù)。

4.3 試驗(yàn)因素和水平

根據(jù)斜插夾缽式取投苗裝置的工作原理，選取彈簧的剛度系數(shù)、主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速和苗盤傾斜角度作為試驗(yàn)因素，每個(gè)試驗(yàn)因素選取3個(gè)水平。苗夾依靠彈簧的夾緊作用取出缽苗，夾取缽苗時(shí)不同剛度系數(shù)的彈簧會(huì)影響夾持力的大小[23，36]，因此選擇彈簧剛度系數(shù)水平分別為300、400和500 N/m。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[39]和式（18），選擇主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速水平分別為8、12和16 r/min，此時(shí)取投苗效率分別約為55、80和110株/min。根據(jù)苗盤傾斜角度分析結(jié)果（35°～65°），選擇苗盤傾斜角度水平分別為35°、45°和55°，如表1所示。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels

4.4 試驗(yàn)方法

采用三因素三水平正交試驗(yàn)（即選用L9（34）正交表），正交試驗(yàn)表如表2所示。按照表中數(shù)據(jù)依次改變彈簧的剛度系數(shù)、主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速、苗盤傾斜角度，為更換苗盤方便及取投苗動(dòng)作連續(xù)，設(shè)定每組試驗(yàn)36次（即取完一盤苗，共72株），每組試驗(yàn)完成后記錄數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)成功率，共9組324次試驗(yàn)。通過對正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出裝置的最優(yōu)參數(shù)組合，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

表2 取投苗正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal test scheme and results of seedling taking and throwing

4.5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2可以看出，3種彈簧剛度系數(shù)下的取投苗平均成功率分別為85.5%、88.3%和89.7%；3種主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速下的取投苗平均成功率分別為87.4%、90.7%和85.5%；3種苗盤傾斜角度下的取投苗平均成功率分別為87.4%、89.3%和86.9%，對試驗(yàn)結(jié)果分別進(jìn)行方差分析和極差分析，如表3、表4所示。

由F統(tǒng)計(jì)量分布的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[40-41]及表3可知，彈簧剛度系數(shù)和主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速對取投苗成功率有顯著影響，苗盤傾斜角度對取投苗成功率影響不顯著。

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of test results

表4 試驗(yàn)結(jié)果極差分析Table 4 Range analysis of test results

由表3、表4可知，主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速對夾取成功率影響最大，其次是彈簧剛度系數(shù)和穴苗盤傾斜角度，其最優(yōu)參數(shù)組合為彈簧勁度系數(shù)500 N/m、主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速12 r/min、苗盤傾斜角度45°。為驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的合理性，以最優(yōu)組合參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，共144次（即取完4盤苗，共288株），結(jié)果取平均值，如表5所示。

表5 最優(yōu)參數(shù)組合驗(yàn)證試驗(yàn)Table 5 Optimal parameter combination verification test

在驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，取投苗裝置與送苗裝置配合完成連續(xù)取投苗動(dòng)作，由于取投苗裝置和送苗裝置的配合誤差使得投苗點(diǎn)發(fā)生偏移，產(chǎn)生了較少的缽苗脫落，平均脫落率為2.43%。由于基質(zhì)含水率、缽苗盤根情況等因素影響造成了少量缽苗破碎，平均基質(zhì)破碎率為3.13%，對生長情況較好的缽苗，該取投苗裝置具有較高的可靠性，最優(yōu)組合參數(shù)下的平均取投苗成功率為94.44%。

5 結(jié) 論

1）設(shè)計(jì)了一種斜插夾缽式取投苗裝置，并對取投苗裝置運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，獲得了裝置取投苗運(yùn)動(dòng)過程的仿真軌跡曲線及試驗(yàn)軌跡曲線，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。

2）以取投苗成功率為試驗(yàn)指標(biāo)，以彈簧剛度系數(shù)、主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速和苗盤傾斜角度為試驗(yàn)因素，對取投苗裝置進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，彈簧剛度系數(shù)和主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速是影響取投苗成功率的顯著因素，苗盤傾斜角度影響不顯著。最優(yōu)參數(shù)組合為彈簧剛度系數(shù)500 N/m，主動(dòng)桿轉(zhuǎn)速12 r/min，苗盤傾斜角度45°。以最優(yōu)參數(shù)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明，裝置的平均取投苗成功率為94.44%，其中由于缽苗的生長情況不同，發(fā)生了較少的基質(zhì)破碎，基質(zhì)破碎率為3.13%，由于取投苗裝置和送苗裝置的配合誤差，發(fā)生了較少的缽苗脫落，平均缽苗脫落率為2.43%。