摘要:自動化移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)對蔬菜穴盤苗移栽自動化、機(jī)械化、智能化具有重要意義。通過開發(fā)高性能的取苗機(jī)構(gòu),可以大幅提高穴盤苗移栽的質(zhì)量和效率。綜述國內(nèi)外自動化移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的最新成果,對其工作原理進(jìn)行歸納總結(jié)。根據(jù)取苗方式的不同將其分為夾取式、插拔式、頂出—夾取結(jié)合式等,并對比分析各自的優(yōu)缺點。其中,夾取式取苗裝置結(jié)構(gòu)簡單、取苗效率低;插拔式取苗裝置結(jié)構(gòu)緊湊、傷苗率高;頂出—夾取結(jié)合式取苗成功率高,但是裝置復(fù)雜、操作不便。指出現(xiàn)有的取苗機(jī)構(gòu)普遍存在傷苗率高、通用性低、運動部件之間不協(xié)調(diào)等問題,并提出改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)、移栽農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)化、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)等建議。協(xié)助相關(guān)科研和工程人員了解我國自動化移栽機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,全面調(diào)查研究行業(yè)中存在的問題,進(jìn)而研發(fā)出取苗效率高、可靠性強(qiáng)、損傷率低的自動化移栽機(jī)的取苗機(jī)構(gòu)。
關(guān)鍵詞:穴盤苗;移栽機(jī);取苗機(jī)構(gòu);自動取苗
中圖分類號:S223.9" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A" " " 文章編號:2095?5553 (2025) 04?0022?07
Research progress on taking mechanism of automatic transplanter for pothole seedling
Peng Zehui Yang Fazhan Zhao Shuo Song Quan Xu Guoli Shen Xitong
(1. School of Mechanical and Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao, 266520, China;
2. Key Laboratory of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Ministry of Education,
Qingdao University of Science and Technology, Qingdao, 266520, China)
Abstract: The seedling?taking mechanism of automated transplanting machines plays a crucial role in advancing the automation, mechanization, and intelligence of vegetable hole tray seedling transplanting. Enhancing the quality and efficiency of hole tray seedling transplanting relies heavily on the development of high?performance seedling?taking mechanisms. This paper reviews the latest advancements in seedling?taking mechanisms for automated transplanting machines in China and globally, and provides a detailed summary of their working principle. Based on different seedling extraction methods, these mechanisms are categorized into clip type, plug type, ejector?clip type, et al, with a comparative analysis of their respective advantages and disadvantages. Among them, the clip type device has simple structure and low efficiency. The plug device has compact structure and high injury rate. The ejector?clip type device has high success rate, but the device is complicated and the operation is inconvenient. Common issues identified in existing seedling?taking mechanisms generally include a high seedling injury rate, limited versatility, and lack of coordination among moving components. To address these challenges, the paper proposes several strategies for future development, including optimizing mechanical structures, standardizing transplanting agronomy, and integrating advanced technologies. These recommendations aim to resolve existing problems and guide the design of seed?taking mechanisms that exhibit high seedling?taking efficiency, high reliability, and minimal injury rate of seedlings. This review provides valuable insights for researchers and engineers to understand the current status and developmental trends in automated transplanters within China, thereby enabling the creation of innovative and efficient solutions for the industry.
Keywords: pothole seedling; transplanter; seedling pick?up mechanism; automatic seedling pick?up
0 引言
蔬菜生產(chǎn)的機(jī)械化和智能化對提高作物的種植效率以及提升土地的利用率具有重要意義。目前,我國蔬菜種植機(jī)械自動化水平較低,傳統(tǒng)的種植模式在作業(yè)中存在勞動強(qiáng)度大、效率低、成本高等問題[1]。
目前,我國大部分的蔬菜以移栽種植為主,移栽種植能最大程度上利用現(xiàn)有的土地資源,又可以避免種子浪費,其作業(yè)中主要用到的裝備是各類移栽機(jī)。移栽機(jī)是指一種用于移植幼苗的農(nóng)業(yè)機(jī)械,分為手動、半自動、全自動等,手動移栽機(jī)主要依靠手工完成,工作人員使用鏟子、吸盤等工具移植,效率低且容易對幼苗產(chǎn)生傷害;相比傳統(tǒng)的人工移栽方式,半自動移栽機(jī)(人工輔助移栽機(jī))可以大幅減輕人工勞動強(qiáng)度,節(jié)省時間和成本,提高種植的精度和效率,缺點是受人工影響,不能進(jìn)行高速移栽作業(yè);全自動移栽機(jī)全過程不需要人工參與,并可以精準(zhǔn)定位栽植位置,進(jìn)行快速移栽作業(yè),極大地提高生產(chǎn)效率,大大提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。國外的移栽機(jī)發(fā)展較早也比較完善,自動化程度高,歐美等國主要以氣—液—電聯(lián)合協(xié)作大型移栽機(jī)為主;日韓等國由于種植面積小,多以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主。而我國地勢遼闊,氣候復(fù)雜多樣,農(nóng)藝需求也存在較大的差異,不能完全照搬國外的機(jī)械設(shè)備[3],鑒于我國特定的農(nóng)藝需求,自主研發(fā)適合我國農(nóng)業(yè)條件的移栽機(jī)械已成為必然趨勢。目前,市場上多以半自動移栽機(jī)為主,全自動移栽機(jī)還處于研發(fā)階段,未能得到推廣普及[4, 5]。
取苗機(jī)構(gòu)是區(qū)分全自動移栽機(jī)和半自動移栽機(jī)的關(guān)鍵部件,也是全自動移栽機(jī)作業(yè)不可或缺的重要工作部件,承擔(dān)著缽苗從穴盤中移送到栽植機(jī)構(gòu)或投苗杯中的任務(wù),取苗質(zhì)量的高低直接決定移栽機(jī)整體的工作質(zhì)量。但目前也存在通用性差、效率低、損苗率高等問題,因此,本文闡述國內(nèi)外目前最新的取苗機(jī)構(gòu)的種類,分析其工作特點并進(jìn)行對比,分析取苗機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨向,為后續(xù)研發(fā)全自動移栽機(jī)的取苗機(jī)構(gòu)提供參考。
1 國內(nèi)外取苗機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀
不同作物缽苗的物理特性以及取苗方式均有一定的差異,取苗機(jī)構(gòu)結(jié)合兩者特點進(jìn)行分類,主要分為夾取式、插拔式、頂出夾取結(jié)合式等。
1.1 夾取式
為提高蔬菜移栽機(jī)取投苗的穩(wěn)定性和高效性,袁挺等[6]設(shè)計了一種全自動曲柄搖桿—導(dǎo)軌組合式取投苗裝置(圖1),并利用解析法等優(yōu)化各個結(jié)構(gòu)的參數(shù),使其保證取投苗準(zhǔn)確率高。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單,動力要求較小以及取投苗動作平滑的優(yōu)點。試驗表明該裝置取投苗成功率達(dá)95.14%,傷苗率達(dá)1.39%,效果良好。但是,高速取苗時該裝置性能較差,損傷基質(zhì)的概率大大增加。
趙曉琪等[7]設(shè)計了一種氣動翻轉(zhuǎn)夾取式取苗機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)與直動式分苗機(jī)構(gòu)相互配合使用,機(jī)構(gòu)簡單,生產(chǎn)效率得到提高,并減少機(jī)器對秧苗的沖擊振動,投苗的成功率為95.83%,適用于多種缽苗,滿足自動化移栽的要求。該機(jī)構(gòu)優(yōu)點是適應(yīng)多種類缽苗作業(yè),但隨著栽植頻率的增加,機(jī)械振動加劇,導(dǎo)致取苗的成功率下降。俞高紅等[8]設(shè)計了一種基于橢圓—不完全非圓齒輪傳動的行星系蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)由5個齒輪和2個取苗臂組成,通過優(yōu)化各齒輪之間的參數(shù),使其配合達(dá)到最佳,傳動箱轉(zhuǎn)一圈可以取兩次苗,取苗效率得到提高,結(jié)構(gòu)簡單。缺點是不能快速取苗,長時間運轉(zhuǎn)會造成齒輪之間的磨損,降低取苗的準(zhǔn)確性。葛榮雨等[9]設(shè)計了一種齒輪—凸輪式連桿組合式取苗機(jī)構(gòu),減小普通連桿機(jī)構(gòu)的尺寸,通過Adams分析工作軌跡并不斷優(yōu)化凸輪槽的輪廓線,使其取苗末端能以特定的軌跡運動,從而完成取苗,該機(jī)構(gòu)取苗靈活,有效解決半自動移栽機(jī)作業(yè)強(qiáng)度大、效率低等問題。尹大慶等[10]設(shè)計了一種探出取推缽式蔬菜缽苗取苗機(jī)構(gòu),采用不等速行星輪系驅(qū)動,用取推一體式取苗末端執(zhí)行器代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一取苗或推苗的取苗末端執(zhí)行器,可以實現(xiàn)快速取苗,縮短推苗時間,投苗的準(zhǔn)確性得到提高,達(dá)到96.87%。周恩權(quán)等[11]設(shè)計了一種平動滑移式取苗機(jī)構(gòu),由直線模組系統(tǒng)構(gòu)成的水平滑移裝置和無桿氣缸驅(qū)動多針取苗末端執(zhí)行器構(gòu)成的豎直提升夾苗裝置兩部分組成,可以實現(xiàn)自動取苗,具有響應(yīng)速度快、定位精度高、本體質(zhì)量輕等優(yōu)點。賈畢清等[12]設(shè)計了一種齒輪—連桿組合式取苗機(jī)構(gòu),由凸輪擺桿機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)及擺桿滑塊機(jī)構(gòu)組成,通過設(shè)計合理的凸輪輪廓曲線,再經(jīng)過雙搖桿機(jī)構(gòu)運動傳遞和放大來控制擺桿滑塊的運動規(guī)律,從而調(diào)整取苗、投苗的姿態(tài)來完成作業(yè),并試制樣機(jī)進(jìn)行自動取苗性能測試,結(jié)果表明,在取苗頻率為40株/min時,成功率為92.03%,能較好地替代人工作業(yè),取苗效果較好。李華等[13]針對夾莖取苗方式,提出一種基于二階橢圓齒輪行星齒輪以及凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的夾莖式缽苗取苗機(jī)構(gòu),工作時,中心軸傳遞動力至行星架,圍繞中心橢圓齒輪做勻速運動,伴隨著齒輪的配合轉(zhuǎn)動,夾苗器也隨之轉(zhuǎn)動形成取苗軌跡,完成取苗。運用Adams軟件進(jìn)行運動仿真,仿真結(jié)果與試驗軌跡幾乎一致,機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定,在取苗頻率為80株/min時,取苗成功率為92%。Islam[14]針對辣椒取苗,研究一種可以取多棵幼苗的夾取式連桿組合取苗機(jī)構(gòu),由夾鉗式取苗器、機(jī)械手、曲柄、齒輪、凸輪等組成,輸送裝置將育苗盤送到指定位置并有一段停留期來保證取苗作業(yè),然后機(jī)械手在齒輪以及曲柄滑塊的相互配合下,落在苗盤的上方,在凸輪的作用下,取苗器夾住幼苗,完成取苗。
綜上,夾取式取苗機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點如表1所示。
1.2 插拔式
陳斌等[15]設(shè)計了一種對稱布置可彎曲秧盤的交替式取投苗機(jī)構(gòu),由曲柄搖桿和直線氣缸共同驅(qū)動,取苗夾在取苗位置夾住秧苗并垂直拔起,然后水平運動到投苗位置,松開苗夾,秧苗落入分批落苗裝置中,然后按一定的時間間隔,依次落入下方的栽植機(jī)構(gòu)中,完成栽植。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要求精密,有效解決夾持過程中秧苗破損的問題,總體成功率達(dá)到88%。謝守勇等[16]提出一種斜插夾缽式取投苗機(jī)構(gòu)(圖2),由電機(jī)驅(qū)動桿件在斜面移盤裝置配合下進(jìn)行往復(fù)運動,完成取苗,取投苗成功率為94.44%,裝置可靠性較高。
馬曉曉等[17]研制了一種番茄缽苗自動取苗裝置,利用行星輪系—連桿機(jī)構(gòu)與不規(guī)則滑道驅(qū)動,凸輪控制取苗針的開合動作,工作時,行星軸沿滑道向下運動到取苗位置,同時滑桿調(diào)整好苗針姿態(tài),凸輪推動撥桿使苗針插入缽苗中,經(jīng)過轉(zhuǎn)動凸輪處于回程階段,使苗針打開并帶動推苗環(huán)往下運動,從而完成1次取苗。經(jīng)過不斷優(yōu)化凸輪的各個角度,取苗針的長度等系數(shù),得到最優(yōu)參數(shù)組合,田間試驗取苗成功率達(dá)94.27%。Li等[18]提出一種凸輪全排取苗機(jī)構(gòu),穴苗盤水平放置,電機(jī)驅(qū)動凸輪長軸克服彈簧力,在推頂梢的推動下,使取苗針插入基質(zhì)。整個機(jī)構(gòu)安裝多個取苗爪由凸輪旋轉(zhuǎn)控制,可以實現(xiàn)多排取苗,并利用VisualBasic 6.0等計算機(jī)輔助軟件,優(yōu)化出最佳參數(shù),取苗成功率可達(dá)95%。崔巍等[19]在齒輪—五桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種自動取苗裝置,取苗爪在雙曲柄、連桿以及取苗爪臂的帶動下,到達(dá)取苗位置時,插入穴盤苗并將其取出,取苗末端按照一定的特殊軌跡運動,并在運動中來回變換姿態(tài),實現(xiàn)取苗和投苗,通過運動仿真調(diào)整各項參數(shù)獲得最理想的取苗軌跡,并通過試驗驗證該機(jī)構(gòu)的合理性和可行性。Khadatkar等[20]設(shè)計了一種機(jī)器人插拔式移栽機(jī)的取苗機(jī)構(gòu),主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、光電傳感器和控制單元組成,通過計算機(jī)編程設(shè)計,在伺服電機(jī)的驅(qū)動下,機(jī)械手到達(dá)秧盤的上方,安裝在末端執(zhí)行器的抓取器抓取并拔出秧苗運動到導(dǎo)苗管的位置,然后釋放幼苗,完成1次取苗。放置在輸送管中的光電傳感器檢測到幼苗后,信號傳送到控制器,然后驅(qū)動機(jī)械手移動到下一個取苗位置,直到最后1株秧苗被取出,從而完成取苗。
綜上,插拔式取苗裝置的優(yōu)缺點如表2所示。
1.3 頂出—夾取結(jié)合式
胡建平等[21]提出了一種頂夾拔組合式的取苗方式,并設(shè)計一種裝置,該裝置由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、插拔機(jī)構(gòu)、取苗爪等部分組成,通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動取苗爪快速精準(zhǔn)到缽苗上方,插拔機(jī)構(gòu)通過控制插拔氣缸進(jìn)行取苗,解決缽體與穴盤之間黏附力和盤根影響造成的取苗成功率低、缽體破損率高的問題,試驗結(jié)果表明,取苗成功率為94.12%,苗缽?fù)暾蕿?4.12%。王東洋等[22]設(shè)計了一種缽苗體底部先頂出后夾取式自動取苗裝置,在縱向輸送機(jī)構(gòu)的運動下將穴盤苗運送至頂桿機(jī)構(gòu)的上方,短暫停留,頂桿機(jī)構(gòu)將缽苗頂出,再由取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾取,輸送到導(dǎo)苗管中,完成栽植,試驗結(jié)果表明,取苗成功率超過95%。王品隆等[23]設(shè)計了一種頂出—夾取結(jié)合式自動取苗裝置,整套取苗流程由各個不同的氣缸有序驅(qū)動完成。工作時,首先頂苗氣缸伸出,頂桿把幼苗頂出,然后氣缸控制取苗機(jī)械手進(jìn)行夾苗動作,取苗完成后,擺動氣缸縮回,取苗機(jī)械手夾持幼苗回到投苗位置,完成投苗,在送盤電機(jī)的轉(zhuǎn)動下,將下一次待取缽苗輸送到指定位置,從而進(jìn)行反復(fù)取苗。該機(jī)構(gòu)取苗頻率達(dá)到120株/min,符合高速取苗標(biāo)準(zhǔn)。
綜上,頂出—夾取式取苗裝置的優(yōu)缺點如表3所示。
1.4 其他形式取苗
王超等[24]設(shè)計了一種氣動下壓式高速取苗裝置,該裝置要與其配套的組合式穴盤工作,主要由供盤機(jī)構(gòu)、送苗機(jī)構(gòu)、氣動取苗機(jī)構(gòu)、投苗錐斗和控制系統(tǒng)等組成。工作時機(jī)構(gòu)在氣缸的壓力下將在無底穴盤中的穴苗向下壓出,完成取苗。與向上取苗原理的夾取式機(jī)構(gòu)對比而言,該裝置能夠滿足高速取苗的要求,并且取苗成功率得到提高,但是對基質(zhì)的破損率達(dá)到22.64%,但研究發(fā)現(xiàn)并未對缽苗的根莖造成嚴(yán)重傷害,不影響正常的生長發(fā)育。王蒙蒙[25]設(shè)計了一種氣動下壓式取苗機(jī)構(gòu)(圖3),采用特定的上下開口的正四棱形穴苗盤,空氣壓縮機(jī)提供動力,推動氣缸克服彈簧彈力向下運動,帶動取苗頂桿帶往下壓,缽苗受到壓力從而脫落,繼而實現(xiàn)取苗。該機(jī)構(gòu)具有體積較小、布置靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、取苗效率高等優(yōu)點。
姚思博等[26]設(shè)計了一種夾取振動復(fù)合式取苗機(jī)構(gòu),由夾取苗機(jī)構(gòu)和振動裝置兩部分組成,先由振動裝置通過振動產(chǎn)生的慣性力來克服穴苗間的黏附力,達(dá)到松脫狀態(tài),之后經(jīng)過夾苗板將缽苗豎直拔起,運動到投苗機(jī)構(gòu)的上方,完成一次取苗。廖慶喜等[27]設(shè)計了一種油菜紙缽苗移栽機(jī)嵌入式氣動取苗機(jī)構(gòu),工作時各個氣缸相互配合,氣缸推動取苗針到達(dá)穴盤苗上方并插入缽苗基質(zhì)中,經(jīng)過臺架試驗取苗成功率為93.0%。張敏等[28]設(shè)計了一種曲柄滑道連桿式頂出機(jī)構(gòu),采用全自動間歇式水平方向送秧方式,穴盤水平放置在輸送裝置上,鏈輪驅(qū)動向前行進(jìn),頂出機(jī)構(gòu)在間歇軸的帶動下,頂出小軸來回反復(fù)頂出秧苗,秧苗在被頂出后在重力的作用下落入到接苗箱內(nèi),完成取苗。該機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單、可靠、對缽苗損傷小,但對精度要求較高,需要配備自制的苗盤,直立度不高。
綜上,自動化移栽機(jī)的取苗機(jī)構(gòu)多種多樣,面對不同的作物有不同的取苗機(jī)構(gòu),其優(yōu)缺點如表4所示。
通過分析夾取式、插拔式、頂出—夾取結(jié)合式和其他形式取苗機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點,總結(jié)各種形式的優(yōu)缺點及適用范圍,如表5所示。
2 存在問題
2.1 針對性問題
1) 夾取式取苗機(jī)構(gòu)依靠夾具將缽苗緊緊固定,由于是純機(jī)械機(jī)構(gòu)組成,在夾苗過程中夾持力的大小很難精確控制,易造成缽苗莖稈夾斷,取苗效率低,在運行時間較長的情況下,易出現(xiàn)機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重等情況。
2) 插拔式取苗機(jī)構(gòu)工作時,是由取苗針按照一定的角度插入到缽苗基質(zhì)中進(jìn)行固定,從而完成取苗過程,相比夾取式,插拔式取苗機(jī)構(gòu)存在一些問題。首先,取苗效率低,原因是每次取苗都需插入和拔出穴盤苗,增加操作時間。其次,基質(zhì)損傷大,取苗過程中會對基質(zhì)進(jìn)行擠壓和摩擦,容易導(dǎo)致變形或破碎。此外,機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜,需更多的零部件,增加了制造成本。
3) 頂出—夾取結(jié)合式是將頂出式與夾取式的優(yōu)點相互結(jié)合的一種取苗形式,首先通過頂桿將缽苗從底部頂出,使其脫離穴盤,然后取苗末端執(zhí)行器或機(jī)械手再將缽苗進(jìn)行夾取,從而實現(xiàn)取苗、投苗的動作,該過程大大降低對缽苗基質(zhì)的損傷,取苗穩(wěn)定可靠。但需各部件高精度配合,對苗盤定位控制要求高,以確保缽苗準(zhǔn)確地被頂出和夾取,裝置復(fù)雜,價格較高。
4) 其他形式的取苗機(jī)構(gòu),如氣動下壓式、夾取振動復(fù)合式等,對穴盤的要求較高,需特制的穴盤,通用性差且對缽苗直立度等要求較高。
2.2 普遍性問題
1) 缽苗的損傷率高。目前市面上所有取苗機(jī)構(gòu),取苗時都由末端執(zhí)行器直接作用在缽苗的基質(zhì)中,然后將幼苗取出,此時要克服缽苗之間的黏聚力以及缽苗與穴盤之間的黏附力,才能完整地把幼苗取出。由于是機(jī)械裝置作業(yè),無法控制力的大小,易造成缽苗損傷、缽體變形、基質(zhì)松散等情況,損傷較小可能會影響幼苗的長勢,損傷較大可能直接導(dǎo)致幼苗死亡。
2) 取苗裝置通用性低。在不斷研究下,取苗裝置取得了諸多實質(zhì)性進(jìn)展,而且種類繁多,但是其通用性較差,導(dǎo)致移栽作業(yè)成本增加。我國地勢遼闊,各地氣候差異較大,對應(yīng)的農(nóng)作物不同,所以用于育苗的穴苗盤以及秧苗尺寸等有所不同,它們會直接影響移栽機(jī)械的參數(shù)。目前來看,取苗裝置在面對不同的幼苗時適應(yīng)性較低,難以一機(jī)多用,通用性差。
3) 育苗、取苗環(huán)節(jié)不匹配。制缽與育苗,育苗與移栽等環(huán)節(jié)沒有相互匹配,各自研發(fā),穴盤大小、深度以及開孔的尺寸缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致穴盤種類多種多樣,沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化,不利于育苗和自動取苗技術(shù)的研究和推進(jìn)。
4) 缺乏創(chuàng)新性,仿制國外機(jī)型居多。近幾年我國在自動化取苗技術(shù)中取得很大進(jìn)展,但大部分還停留在樣機(jī)試驗階段,沒有真正投入到市場中,研發(fā)的取苗裝置只針對特定的作物幼苗,幼苗根部受到傷害,損壞基質(zhì)現(xiàn)象突出。目前而言,我國市面上存在的全自動移栽機(jī)大部分是仿制國外的產(chǎn)品機(jī)型,工作特點以及工作模式不適宜我國的農(nóng)藝要求[29]。
5) 各個運動部件之間動作銜接不夠,不協(xié)調(diào)。大多數(shù)取苗機(jī)構(gòu)為傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu),設(shè)計復(fù)雜,取苗機(jī)構(gòu)由多個零部件構(gòu)成,若想達(dá)到預(yù)期的運動軌跡,各部件需按照指定的順序進(jìn)行,動作連貫協(xié)調(diào),需多種零部件精密配合,從而完成取苗動作,但受工作環(huán)境條件惡劣的影響,各零部件之間配合不協(xié)調(diào),磨損較大導(dǎo)致使用壽命減少。
3 發(fā)展建議
1) 提高取苗裝置的通用性。針對取苗機(jī)構(gòu)通用性差的問題,可以通過研究各類穴盤苗的力學(xué)特性,分析并找出其存在的共性特點,總結(jié)歸納出不同方式的取苗裝置在工作時對缽苗產(chǎn)生損傷的共性。從而設(shè)計合理的機(jī)械機(jī)構(gòu),在面對不同種類、不同規(guī)格的穴盤苗時,可以通過調(diào)整工作參數(shù)(取苗間距、運動軌跡),改變或更換某些零部件,來達(dá)到對不同方式取苗的目的,從而提高取苗裝置的通用性。
2) 自動化移栽機(jī)取苗裝置智能化。針對在實際生產(chǎn)中取苗裝置工作時傷苗率高,基質(zhì)損傷嚴(yán)重、定位不準(zhǔn)等問題,將智能技術(shù)應(yīng)用到取苗裝置的研發(fā)中。利用計算機(jī)視覺技術(shù),引進(jìn)更先進(jìn)的圖像處理算法和深度處理模型,通過對穴盤苗的外形、顏色、高度等特征進(jìn)行識別,提高對不同蔬菜種類的識別準(zhǔn)確性和速度。同時,引入多種傳感器,如光電傳感器、激光傳感器等,以獲取苗盤進(jìn)給的準(zhǔn)確位置,實現(xiàn)對穴盤苗的自動定位和精確抓取。
3) 開發(fā)新理念取苗技術(shù)。研發(fā)新取苗技術(shù),鼓勵創(chuàng)新設(shè)計,夾取式、插拔式等傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的取苗機(jī)構(gòu)裝置復(fù)雜,取苗效率低,不利于機(jī)械化種植。相比之下,采用氣動技術(shù)的頂出—夾取結(jié)合式,傷苗率低,在不改變?nèi)∶珙l率的情況下,能夠整排取苗,分散投苗,優(yōu)化路徑軌跡,減少取苗時間,效率大大提高。借鑒國外先進(jìn)技術(shù),結(jié)合我國的種植模式和農(nóng)藝要求,總結(jié)取苗技術(shù)的優(yōu)缺點,采用頂出—夾取結(jié)合式的取苗形式,用程序編輯控制氣缸運動的自動化取苗方式,并通過電腦終端根據(jù)農(nóng)作物的種植要求進(jìn)行調(diào)節(jié)取苗速度以及間距,以達(dá)到高效、低成本、輕簡化的智能取苗目標(biāo)。
4) 促進(jìn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相互配合。根據(jù)各地的氣候等自然條件結(jié)合當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn),建立育苗、制缽、取苗、投苗等環(huán)節(jié)技術(shù)體系,制定統(tǒng)一的穴盤規(guī)格、育苗等標(biāo)準(zhǔn),為進(jìn)一步研發(fā)自動化取苗裝置提供有力的依據(jù)。做到統(tǒng)一化、規(guī)范化,實現(xiàn)資源利用最大化,防止浪費,減少人工成本,有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。
4 結(jié)語
取苗機(jī)構(gòu)是區(qū)分全自動移栽機(jī)和半自動移栽機(jī)的關(guān)鍵部件,也是全自動移栽機(jī)作業(yè)不可或缺的重要工作部件,優(yōu)良的取苗機(jī)構(gòu)可以提高移栽的準(zhǔn)確度和取苗效率。近年來,國內(nèi)自動化移栽機(jī)取苗裝置發(fā)展迅速,針對不同穴盤苗研發(fā)出不同的取苗機(jī)構(gòu),主要分為夾取式、插拔式、頂出—夾取結(jié)合式等。分析各類取苗機(jī)構(gòu)的特點,發(fā)現(xiàn)普遍存在取苗效率低、傷苗率高、適用性低等突出問題。隨著自動取苗技術(shù)不斷發(fā)展,未來的發(fā)展趨勢是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械與傳感器定位技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)結(jié)合PLC編程控制等先進(jìn)技術(shù)相互配合,制造機(jī)—電—氣一體化的高端智能農(nóng)機(jī)裝備,通過設(shè)置合理的時間間隔,優(yōu)化路徑軌跡,減少卡苗、漏苗現(xiàn)象,提高取苗精度,加快取苗速度,實現(xiàn)精準(zhǔn)快速投苗,逐步向智能化、可視化方向發(fā)展。
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