多肉植物移栽機(jī)末端執(zhí)行器優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

中圖分類號：S223.99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）08-0014-08

Abstract：Aiming at the problems of loweficiency，highcost and low succesrate of succulent plant transplants，a dynamicadjustableendefectorforplant spacing wasdesigned.Basedonthe transplanting processofsucculent plants，the overall structureof the sedlingend effector was determined，andthekeycomponents weredevelopedand designed.The fuzzy PID control was applied toadjust the spacing of the sedling fingers for improving the positioning accuracy of the seedling fingers.Thesuessrateofseedling harvesting and theintegrityof theseedling bowl were takenasexperimental indicators，theworking air pressure，substrate moisture contentand'sedling harvesting frequencywere takenas experimental factors，a transplanting experimental platform was established for suculent plant automatic transplants，and the orthogonal testof thining and transplanting was carredout.Theexperimental results showed thatthe frequency of picking seedlings was 61 plants/min，the working pressure was 0.22MPa ，and the substrate moisture content was 58% ： The success rate of picking and feeding seedlings was 94.41% ，and the substrate integrity rate was 93.66% .The end effector of seedlings can effectively complete the picking and feeding operation.

Keywords：succulent plants；end efector；seedling picking and feding device;transplanting equipment；fuzzy PIDcontrol

0 引言

在工作效率低、勞動強(qiáng)度大和成本高等問題，嚴(yán)重阻礙了多肉植物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，開展多肉植物全自動移栽機(jī)的研究意義重大[1]。

穴盤移栽作業(yè)是多肉植物種植的重要環(huán)節(jié)。多肉植物的移栽作業(yè)主要以人工或半自動化設(shè)備為主，存在整個(gè)移栽流程中，末端執(zhí)行器作為移栽機(jī)的執(zhí)行裝置，是自動移栽機(jī)的關(guān)鍵部件[2]。國內(nèi)外針對自動移栽機(jī)和末端執(zhí)行器開展了大量研究[3.4]。歐美發(fā)達(dá)國家的缽苗自動移栽設(shè)備技術(shù)較為成熟，研制出適合本國農(nóng)業(yè)的全自動移栽機(jī)及末端執(zhí)行器，并投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5.6]。國內(nèi)學(xué)者針對自動移栽機(jī)和末端執(zhí)行器也開展了大量研究工作[7.8]。童俊華等[9]針對針式末端執(zhí)行器夾持移栽后穴孔內(nèi)基質(zhì)殘留較多的問題，設(shè)計(jì)了一種指鏟式末端執(zhí)行器，通過增大指鏟與苗缽基質(zhì)的接觸面積，可剔除穴孔內(nèi)大部分基質(zhì)。崔永杰等1°針對疏植移栽環(huán)節(jié)中可調(diào)株距設(shè)備自動化程度低、人工作業(yè)效率低下、易損苗傷苗等問題，設(shè)計(jì)了一種基于圓柱凸輪的株距可調(diào)式取苗末端執(zhí)行器，移栽成功率為93.33% ，整機(jī)移栽效率為22株/min，滿足不同穴盤規(guī)格疏植作業(yè)。韓豹等[11]針對現(xiàn)有甘藍(lán)取苗末端執(zhí)行器存在取苗針間距固定、靈活性差、適用范圍窄等問題，設(shè)計(jì)了一種插入針間距可調(diào)的針式取苗末端執(zhí)行器，通過調(diào)整調(diào)節(jié)滑塊和針座在支架上的位置，實(shí)現(xiàn)取苗針間距的調(diào)整。查閱國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料，未發(fā)現(xiàn)針對多肉植物移栽機(jī)末端執(zhí)行器的研究成果和專利。

由于多肉植物與其他農(nóng)作物具有一定的物理特性差異[12.13]，現(xiàn)有的末端執(zhí)行器無法直接作業(yè)。本文結(jié)合設(shè)施農(nóng)業(yè)多肉植物移栽工藝，設(shè)計(jì)一種株距可調(diào)的多肉植物末端執(zhí)行器。根據(jù)移栽工藝，對關(guān)鍵部件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，運(yùn)用模糊PID控制取苗手指的株距調(diào)節(jié)精度。采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化取投苗參數(shù)，驗(yàn)證末端執(zhí)行器的工作性能，以期為多肉植物全自動移栽機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。

1末端執(zhí)行器總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1末端執(zhí)行器的總體結(jié)構(gòu)

多肉植物主要有128孔、72孔和32孔3種穴盤規(guī)格。對多肉植物的3種主要穴盤進(jìn)行測量，為后續(xù)的末端執(zhí)行器開發(fā)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。穴盤尺寸如表1所示。

表1不同穴盤的規(guī)格尺寸 Tab.1 Specifications and dimensions ofdifferent hole plates

結(jié)合多肉植物的移栽工藝流程，設(shè)計(jì)多肉植物末端執(zhí)行器，如圖1所示。末端執(zhí)行器由調(diào)節(jié)氣缸、連桿機(jī)構(gòu)、滑塊、取苗手指等部件組成。其中最右端的取苗手指固定，采用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)取苗手指的株距調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)氣缸提供株距調(diào)節(jié)動力，取苗手指完成取投苗作業(yè)。

圖1末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理圖

Fig.1 Structural schematic diagram ofautomatic seedlingpickingand feedingdevice 1.調(diào)節(jié)氣缸2.連桿機(jī)構(gòu)3.取苗手指4.滑塊

1.2末端執(zhí)行器工作原理

取投苗工作開始，多肉植物移栽機(jī)將末端執(zhí)行器輸送到取苗穴盤正上方，調(diào)節(jié)氣缸開始調(diào)節(jié)取苗手指株距直至與取苗穴盤對應(yīng)，取苗氣缸活塞伸出，取苗針以一定角度插入穴盤，末端執(zhí)行器上移，多肉植物苗缽被取苗針帶出并脫離穴盤，完成取苗動作;移栽機(jī)將末端執(zhí)行器輸送到投苗穴盤正上方，調(diào)節(jié)氣缸開始動作，完成取苗手指的株距調(diào)整，直至與投苗穴盤對應(yīng)，結(jié)束調(diào)整，末端執(zhí)行器下移，取苗手指將多肉植物苗缽?fù)斗诺酵睹缪ūP中，取苗氣缸帶動取苗針回縮，在取苗擋板作業(yè)下與苗缽脫離，完成一次取投苗周期，取苗過程如圖2所示。

圖2取投苗流程圖

Fig.2Flowchart of seedling picking and feeding 1.取苗氣缸2.擋板3.取苗針

取投苗工作流程：（1）取投苗開始時(shí)，將取苗手指移動到取苗穴盤上方，調(diào)節(jié)氣缸動作，調(diào)整取苗手指間距，完成取苗手指的株距調(diào)整至與取苗穴盤一一對應(yīng)，取苗手指到達(dá)取苗位置；（2）取苗氣缸伸出，取苗針沿著一定的角度插入取苗苗缽，取苗手指上移，取苗針將多肉植物苗缽從穴盤取出，完成取苗作業(yè)；（3）將取苗手指移動到投苗穴盤正上方，取苗手指下移，調(diào)節(jié)氣缸動作，調(diào)節(jié)取苗手指間距，直至取苗手指與投苗穴盤一一對應(yīng)，取苗手指下移，取苗手指將多肉植物苗缽?fù)斗诺酵睹缪ūP中；（4）取苗氣缸回縮，取苗針在取苗擋板作業(yè)下與苗缽?fù)瓿擅撾x工作，取苗手指上移后平動到取苗穴盤正上方，完成一次取投苗周期。

2末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析計(jì)算

末端執(zhí)行器是全自動移栽機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，末端執(zhí)行器完成多肉植物的取苗和投苗動作，直接影響到取投苗的成功率。

2.1 取苗手指

取苗手指由取苗氣缸、取苗針和擋板組成。取苗氣缸活塞與取苗針相連，實(shí)現(xiàn)取苗針插入和拔出苗缽工作。取苗針完成取投苗作業(yè)，擋板的作用是協(xié)助取苗針完成取投苗作業(yè)。

2.1.1取苗手指的選擇

根據(jù)移栽對象的受力情況，取苗手指主要有夾持式和插入式兩類。夾持式取苗手指在工作過程中，取苗針對穴盤苗的頸部進(jìn)行夾持，取苗針通過夾持力產(chǎn)生的摩擦力拔出穴盤苗，夾持方式穩(wěn)定性好，但是穴盤苗受力較大，適合頸部比較粗壯的穴盤苗，苗缽?fù)暾瘦^好。插入式取苗手指工作時(shí)，取苗針以一定的傾斜角插入穴盤，通過取苗針與苗缽的支持力和摩擦力完成取苗作業(yè)，插入過程中對穴盤苗缽的破壞較大，對穴盤苗損害較小。根據(jù)多肉植物的物理特性，選擇插入式取苗手指。取苗針結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3取苗針結(jié)構(gòu) Fig.3 Structure of the seedling needle

2.1.2取苗針的確定

根據(jù)多肉植物移栽的工況，取苗針選擇不銹鋼材質(zhì)。取苗針的針數(shù)有2針、3針、4針，根據(jù)多肉植物的取苗工藝，取苗針選擇4針。目前取苗針的直徑有1～5mm 多種規(guī)格型號，對多肉植物穴盤進(jìn)行取投苗試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 1～2mm 的直徑太小，在取投苗過程中，剛性不夠易被壓彎，引起定位精度不準(zhǔn)，導(dǎo)致取投苗工作失敗， 3mm 的取苗針在試驗(yàn)中沒有出現(xiàn)折彎現(xiàn)象，4～5mm 的取苗針工作中，對苗缽造成一定的破壞，影響到苗缽的完整性，因此選擇直徑為 3mm 的取苗針。

2.1.3取苗手指的主要參數(shù)

1）取苗針傾角 φ 。取苗手指的4個(gè)取苗針呈現(xiàn)對稱結(jié)構(gòu)，工作中以一定的傾斜角插入穴盤苗缽中。通過取苗針與苗缽之間的作用力完成取投苗作業(yè)。為避免傾斜角過小而刺破穴盤的側(cè)壁，取苗針的傾斜角應(yīng)該大于穴盤的傾角，如式（1）所示。

式中： φ 取苗針夾角， （^°） ： D₁ 穴盤上端直徑； D₂ 穴盤下端直徑； H₁? （2 -穴孔高度， mm β 穴孔棱線傾角， （^°） 。

根據(jù)表1的穴盤數(shù)據(jù)，32孔 ?72 孔、128孔3種穴盤的傾角分別為 16.70^°，14.78^°，13.82^° ，為防止刺破穴盤側(cè)壁，取苗針的傾角設(shè)計(jì)成 17^° 。

2）取苗針長度 H 取苗針的插入苗缽深度與夾持穩(wěn)定性成正比，插入越深?yuàn)A持穩(wěn)定性越好，為防正取苗針插入深度過深而刺破穴盤的底部，關(guān)系如式（2）所示。

H/cosφ?H₁

由表1可知，多肉植物有3種移栽規(guī)格，穴盤高度最小的為128孔的穴盤，高度為 36mm ，通過分析計(jì)算選擇取苗針的長度 H 為 36mm 。

3）取苗針的上、下端直徑 D₃ 和 D₄ 。取苗針在插入穴盤中的苗缽時(shí)，不能觸碰到穴盤側(cè)壁，所以取苗針下端直徑 D₄ 要小于 D₂ ，上端直徑 D₃ 要小于穴盤上端直徑D₁ ，考慮到本移栽工作對象為32孔、72孔和128孔3種規(guī)格穴盤，具體尺寸如表1所示，取苗針下端直徑 D₄ 選擇 15mm ，取苗針的上端直徑 D₃ 選擇 28mm 。

2.2氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

2.2.1 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高等特點(diǎn)，多肉植物末端執(zhí)行器選用氣動控制系統(tǒng)，完成取苗和分苗動作。根據(jù)多肉植物的取投苗工藝流程設(shè)計(jì)氣動控制回路，如圖4所示。

圖4氣動控制回路Fig.4Pneumatic control circuit

末端執(zhí)行器在工作過程中需要穩(wěn)定的工作氣壓和工作流量。系統(tǒng)的工作氣壓根據(jù)受力情況和單因素試驗(yàn)，選擇 0.2MPa ，氣壓缸的工作流量計(jì)算如式（3）所示。

式中： —平均單個(gè)氣壓缸需要的氣體流量， .L/min D -氣壓缸的內(nèi)徑， mm ：z -氣壓缸往返頻率，個(gè)/ min s 氣壓缸的工作行程， mm 5p -氣壓缸所需的工作壓力， MPa 。

多肉植物移栽過程中的移栽頻率一般為 40～ 70株/ ，選取最高頻率70株/ min ，根據(jù)式（3）計(jì)算出調(diào)節(jié)氣缸和取苗氣缸的工作流量，求得總工作流量為 20.36L/min ，故選擇排量為 30L/min 的空氣壓縮機(jī)作為氣壓系統(tǒng)的動力元件。

2.2.2 氣動仿真分析

為進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)的氣動系統(tǒng)能否滿足末端執(zhí)行器的性能要求，在流體仿真軟件FluidSIM完成建模，根據(jù)表2的數(shù)據(jù)完成參數(shù)設(shè)置。初始化設(shè)置后進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5所示。分析氣動系統(tǒng)各執(zhí)行元件的響應(yīng)特性曲線，驗(yàn)證末端執(zhí)行器運(yùn)動的可行性。

表2氣缸參數(shù)設(shè)置Tab.2 Cylinder parameters setting

圖5氣缸工作時(shí)序圖 Fig. 5 Simulation results of cylinder response timing

3模糊控制株距精度

取苗手指要完成取投苗工作，株距調(diào)節(jié)精度控制極為關(guān)鍵。運(yùn)用模糊PID控制完成取苗手指株距的動態(tài)調(diào)節(jié)，保證取苗手指動態(tài)調(diào)整精度。根據(jù)株距誤差和跟隨誤差，采用模糊算法優(yōu)化PID控制器的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)3個(gè)參數(shù)，然后控制電機(jī)的輸出角度，實(shí)現(xiàn)取苗手指株距的精準(zhǔn)動態(tài)調(diào)節(jié)，較好地完成取投苗作業(yè)，有效提高取投苗成功率，控制原理如圖6所示。

圖6模糊PID控制株距調(diào)節(jié)裝置原理圖Fig.6Schematicdiagramof fuzzyPIDcontrolplantspacing adjustment device

3.1確定變量隸屬度函數(shù)

在移栽過程中，對取苗手指的株距進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高取投苗成功率。因此，輸入?yún)?shù)為取苗手指的株距誤差 E 和誤差變量率 Ec ，輸出參數(shù)為PID控制器的控制參數(shù) ΔK_p，ΔK_i，ΔK_d 。利用模糊分割理論，選擇7個(gè)模糊集作為株距調(diào)節(jié)裝置的輸人輸出變量，即 {NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB} 。輸人變量株距誤差 E 和誤差變量率 Ec 的基本論域?yàn)?{-4，-2，-1，0} 1，2，4}，輸出變量的基本論域?yàn)?{-4，-2，-1，0，1，2 4。隸屬度函數(shù)曲線采用三角形函數(shù)進(jìn)行描述，輸入和輸出參數(shù)的隸屬度函數(shù)曲線分別如圖7和圖8所示。

圖7 E 和 _Ec 的隸屬度函數(shù)曲線

圖8 ΔK_p.ΔK_i 和 ΔK_d 的隸屬度函數(shù)曲線Fig.8 Membership function curves of ΔK_p ΔK_i and ΔK_d

3.2制定模糊規(guī)則表

選擇廣東省深圳市某公司生產(chǎn)的光柵尺作為取苗手指的移栽導(dǎo)軌上測量元件，具有抗干擾、高速度、耐振動等特性，工作溫度為 0^°C～40^°C ，九芯接口、工作電壓為 5V ，量程為 70～1020mm ，分辨率為 5μm ，對取苗手指的位置進(jìn)行在線精準(zhǔn)測量，并將測量結(jié)果及時(shí)反饋。

模糊PID控制器根據(jù)光柵尺的反饋信號與輸入信號比較，輸出株距誤差 E 和誤差變化率 Ec ，迅速對控制器的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)取苗手指在疏植移栽過程中的精準(zhǔn)控制，滿足多肉植物末端執(zhí)行器對取苗手指精準(zhǔn)定位的要求。根據(jù)模糊控制理論，對PID控制器的3個(gè)參數(shù)制定變化規(guī)則。

1）株距誤差 E 較小時(shí)，為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，比例系數(shù) K_d 的調(diào)整要依據(jù)誤差變化率 Ec ，避免系統(tǒng)在某一設(shè)定值出現(xiàn)振蕩；需要適當(dāng)調(diào)小積分系數(shù) K_i 和比例系數(shù) K_p ，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）株距誤差 E 適中時(shí)，微分系數(shù) K_d 設(shè)置為適中以保持好系統(tǒng)的響應(yīng)速度；通過調(diào)低積分系數(shù) K_i 和比例系數(shù) K_p 來控制系統(tǒng)的超調(diào)量，以免出現(xiàn)太大超調(diào)量。

3）株距誤差 E 較大時(shí)，調(diào)小 K_i 甚至設(shè)置為0，避免系統(tǒng)運(yùn)行過程中的超調(diào)量過大；為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力，可考慮適當(dāng)調(diào)低 K_d 和調(diào)高 K_p

基于多肉植物疏植移栽工藝，結(jié)合上述控制規(guī)則，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，制定PID控制變量 K_p?K_i?K_d 的控制規(guī)則，如表3所示。

表3模糊控制規(guī)則表Tab.3Fuzzy control rules

模糊控制器的3個(gè)參數(shù) 計(jì)算如式（4）～式（6）所示。

式中： K_p0、K_i0、K_d0 -PID參數(shù)的初值；

ΔK_p.ΔK_i.ΔK_d ——模糊控制表中的修正值。

PID控制計(jì)算如式（7）所示。

式中： u —控制器輸出；u₀ 1 初始控制量；Δu 一當(dāng)前控制增量。

為進(jìn)一步明晰PID控制器參數(shù)與株距控制誤差之間的關(guān)系，根據(jù)模糊控制原理與輸人參數(shù)的隸屬度函數(shù)關(guān)系，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，應(yīng)用Origin軟件繪制出響應(yīng)曲面，進(jìn)一步優(yōu)化控制性能，如圖9所示。

圖9 K_p.K_i 和 K_d 響應(yīng)曲面

Fig.9 K_p ， K_i and K_d response surfaces為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的株距調(diào)節(jié)精度能力，將模糊

PID控制器和普通PID控制器進(jìn)行聯(lián)合仿真試驗(yàn)。根據(jù)株距調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)和工作流程，首先在MATLAB軟件里面構(gòu)建仿真模型，然后對仿真系統(tǒng)的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，轉(zhuǎn)速設(shè)置為 275r/min ，PID控制器的 K_p?K_i，K_d 的取值范圍為 （-10，10） ， K_p0=0.56 、K_i0=0.24，K_d0=0.01 ，取投苗速度為60株/ min 進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真結(jié)果如圖10所示。

由表4可知，模糊PID控制與普通PID控制算法相比，上升時(shí)間縮短0.07s，超調(diào)量減少 1.84% ，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短 0.09s 。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，模糊PID控制器的取投苗裝置響應(yīng)速度有所增強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、超調(diào)量低，更好地完成株距動態(tài)調(diào)節(jié)。

表4控制效果對比Tab.4Comparison tableof control effects

4試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

4.1 正交試驗(yàn)法

試驗(yàn)材料選擇多肉植物種植基地福建省漳州市高新區(qū)鄒塘村的多肉植物，分別選取30盤128孔穴盤的多肉植物進(jìn)行移栽。搭載多肉植物自動移栽試驗(yàn)臺，如圖11所示，進(jìn)行自動移栽試驗(yàn)。

圖11多肉植物自動疏植移栽試驗(yàn)臺Fig.ll Automatic sparse and transplantationtest benchfor succulent plants

采用 L₉（3⁴） 正交表安排試驗(yàn)，為更好地提高末端執(zhí)行器的整體性能，選擇末端執(zhí)行器的取苗頻率、工作氣壓、基質(zhì)含水率3個(gè)重要參數(shù)作為本次正交試驗(yàn)的試驗(yàn)因素，如表5所示。末端執(zhí)行器主要的工作任務(wù)是取投苗，移栽過程，由于取苗針對苗缽的作用力，易造成苗缽變形和顆粒脫落，為盡量保證苗缽?fù)旰脽o損和成功完成取投苗，故選擇取投苗成功率 Y₁ 和苗缽?fù)暾?Y₂ 作為試驗(yàn)指標(biāo)。苗缽的完整率是移栽后質(zhì)量與移栽前總質(zhì)量的比值，取投苗成功率是成功完成取投苗的株數(shù)與進(jìn)行取投苗株數(shù)的比值。30株多肉植物為一組，每次試驗(yàn)取相同樣本3次重復(fù)試驗(yàn)，取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

式中： W_iΩ ——取投苗的總株數(shù)，株；W₂ ——取投苗失敗的株數(shù)，株。

式中： m₁ —移栽前苗缽總質(zhì)量，g;m₂ -移栽過程中苗缽脫落的質(zhì)量，g。

表5正交試驗(yàn)因素水平Tab.5Orthogonal test factorlevels

4.2 分析試驗(yàn)結(jié)果

對正交試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化整理，如表6所示， .A，B，C 分別表示取苗頻率、工作氣壓、基質(zhì)含水率的編碼值。由表6可知，取投苗成功率的最佳組合為A₂B₁C₂，3 個(gè)參數(shù)變化對取投苗成功率影響從大到小分別為 B，A，C ；移栽苗缽?fù)暾实淖罴呀M合為 A₂B₁C₂ 3個(gè)參數(shù)變化對苗缽?fù)暾实挠绊憦拇蟮叫》謩e為 A 、B，C 選擇最佳組合 A₂B₁C₂ 時(shí)，多肉植物末端執(zhí)行器的苗缽?fù)暾屎腿⊥睹绯晒β识甲罡?，即在取苗頻率為60株/ 、工作氣壓為 0.2MPa 、基質(zhì)含水率為 60% 的組合下，末端執(zhí)行器的工作性能最優(yōu)。

表6移栽正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of orthogonal tests for transplant

4.3參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證

為進(jìn)一步提高多肉植物取投苗裝置的整體性能，對取投苗試驗(yàn)因素進(jìn)行優(yōu)化處理。利用Design—Expert軟件創(chuàng)建取苗頻率、工作氣壓、基質(zhì)含水率兩兩因素交互對取投苗效果的數(shù)學(xué)模型，在Origin軟件繪制各因素交互作用對取投苗成功率和苗缽?fù)暾实?D響應(yīng)曲面圖，如圖12和圖13所示。

選取苗缽?fù)暾屎腿⊥睹绯晒β首鳛閮?yōu)化目標(biāo)，用軟件進(jìn)行求解，當(dāng)取苗頻率為61株/ min 、工作氣壓為 0.22MPa 、基質(zhì)含水率為 58% 時(shí)，取投苗效果最好，取投苗成功率為 94.28% ，苗缽?fù)暾蕿?93.56% 。再次選取128孔穴盤的多肉植物穴盤3盤進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，取其平均值，取投苗成功率為 94.41% ，苗缽?fù)暾蕿?93.66% ，與傳統(tǒng)的人工方式相比，取苗頻率提高 23.72% ，取投苗成功率提高6.04% ，苗缽?fù)暾侍岣?7.43% 。

表7不同取投苗方式的試驗(yàn)對照表

Tab.7 Comparison table of experiments on different seedlings method

5 結(jié)論

1）根據(jù)多肉植物的自身物理特性，開發(fā)一種株距可調(diào)的末端執(zhí)行器。結(jié)合多肉植物的移栽工藝流程，設(shè)計(jì)相應(yīng)的氣壓控制系統(tǒng)，用軟件仿真驗(yàn)證其取投苗工作性能。采用模糊控制取苗手指的株距動態(tài)調(diào)整，提高取苗手指的定位精度。搭建多肉植物末端執(zhí)行器試驗(yàn)臺，實(shí)現(xiàn)自動取投苗作業(yè)。

2）以苗缽?fù)暾屎腿⊥睹绯晒β蕿樵囼?yàn)指標(biāo)，以取苗頻率、工作氣壓、基質(zhì)含水率作為試驗(yàn)因素，進(jìn)行正交試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)。結(jié)果表明，在取苗頻率為61株/ min 、工作氣壓為 0.22MPa 、基質(zhì)含水率為 58% 的組合下，取投苗成功率為 94.41% ，苗缽?fù)暾蕿?93.66% ，滿足多肉植物移栽機(jī)對末端執(zhí)行器的工作要求。

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