全自动移栽机关键作业质量监测系统的研究

发布时间：2020-08-08 08:16

【摘要】：全自动移栽机能够代替人工进行移栽作业,由机械部件完成取苗、栽苗的动作,大大减少了移栽作业过程中劳动力的投入,提高了经济效益。目前,全自动移栽机以高速、高效为发展目标,但在实现移栽机构高速作业时,极易出现由于取苗效果、栽苗效果造成的钵苗损伤、倒伏等关键作业质量问题。而当前移栽机械大多为机械组成,少有融合信息传感、电气及控制等技术的移栽机,缺乏作业质量信息的检测与反馈,移栽机械操作者无法实时获取作业质量信息从而调整移栽机参数信息以改善作业效果,从而造成作业质量下降。本文为解决全自动移栽机作业质量监测的难题,开展了全自动移栽机取苗夹持力与栽插直立度关键作业质量信息的监测技术研究,并研发相关监测系统。具体研究内容如下:1.介绍了国内外全自动移栽机的发展现状及特点,选取入钵夹取式与打穴放苗式的全自动移栽机进行关键栽植动作及效果信息的检测方法探索性研究。2.采用高速摄像对取苗机械爪夹取钵苗的动作过程进行试验分析,并总结了机械爪抓取钵苗的六个动作过程,针对取苗夹针与钵体互作过程,建立了取苗夹针插拔姿态模型,分析了取苗夹持力检测方法,并得到钵苗在夹取过程中存在不均匀压缩变化,提出了压缩补偿量的概念,在设计与安装传感器时,需考虑取苗夹针壁面不同位置压缩量的变化,压缩补偿量范围为0-3.8mm。试验结果为取苗夹持力传感器的结构设计提供参数支撑。3.进行了钵苗钵体压缩损伤力学特性试验,通过试验分析可知:钵体压缩损伤过程可大体分为3个阶段,第一阶段是压缩起始点到屈服极限点,此时钵体受压缩力产生形变,卸载压缩力形变恢复;第二阶段是屈服极限点到压实点,此时钵体产生的形变在卸载压缩力后,部分形变可恢复;第三阶段是压实点到断裂点,此时钵体产生的形变在卸载后不能恢复,并且钵体边缘出现断裂现象。试验得出钵体压缩屈服点均值范围为3.873N-4.872N,压实点均值范围为6.645N-6.663N,断裂点均值范围为12.579N-14.045N。试验结果为夹持力检测阈值及量程提供了理论参考。4.基于PVDF压电薄膜进行夹持力检测传感器的设计,提出了半微柱体结构的取苗夹持力传感器,利用ANSYS分析软件进行应变仿真及压电仿真,仿真试验对设计的传感器进行了应变分布与压电模型论证。设计制作了基于PVDF压电薄膜的夹持力检测传感器,并设计了传感器信号采集电路,实现了传感器信号的放大、滤波、转换及采集传输功能。5.基于NI-Vision开发了钵苗倾斜角视觉识别算法,并应用LabVIEW进行全自动移栽机作业质量监测系统的开发,实现硬件设备的采集通信与交互界面的设计,进行了系统测试试验,验证了系统监测功能的有效性。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.9
【图文】：

第 1 章 绪论第1章 绪论近 14 亿人口的一个农业大国和发展中国家，随着工耕地面积逐年减少，根据第二次全国土地调查，用地[1],宜耕后备土地资源日趋匮乏，逼近 18 亿亩“红线植方式，提高作物单产，以及推进现代化农业生产技产水平，是解决当前国家粮食安全问题中的关键所在苗移栽技术并加快农业机械化研究进展，大面积持续食安全问题的必然选择。

（1）欧美全自动移栽机澳大利亚威廉姆斯（Williams）公司研发生产的大型蔬菜移栽机，如，采用特定的穴盘育苗，整机自动完成取苗、栽苗动作，栽植宽幅达只需要单人操作即可，自动化程度高。意大利法拉利公司生产的 Ferrari Futura 系列穴盘苗全自动移栽机，如。该系列移栽机是采用顶出式的方法实现自动取苗的，通过穴盘下端构，推杆通过穴盘底部透水孔将钵苗顶出，同时通过苗夹将钵苗夹住输送杯中进行投苗栽植，该机型的特点是多行作业、效率高、自动但必须采用专用的硬质育苗穴盘。美国的 FMC 全自动移栽机与该移，如图 1-4 所示，但是采用的是平置苗盘，钵苗通过推杆机构顶出后送的方式投苗。英国皮尔逊公司生产的全自动移栽机如图 1-5 所示，它的特点是可以行钵苗，采用多行种植的方式，种植效率高，作业速度较快，但是整成本高，对育苗和穴盘要求较高。

（1）欧美全自动移栽机澳大利亚威廉姆斯（Williams）公司研发生产的大型蔬菜移栽机，如，采用特定的穴盘育苗，整机自动完成取苗、栽苗动作，栽植宽幅达只需要单人操作即可，自动化程度高。意大利法拉利公司生产的 Ferrari Futura 系列穴盘苗全自动移栽机，如。该系列移栽机是采用顶出式的方法实现自动取苗的，通过穴盘下端构，推杆通过穴盘底部透水孔将钵苗顶出，同时通过苗夹将钵苗夹住输送杯中进行投苗栽植，该机型的特点是多行作业、效率高、自动但必须采用专用的硬质育苗穴盘。美国的 FMC 全自动移栽机与该移，如图 1-4 所示，但是采用的是平置苗盘，钵苗通过推杆机构顶出后送的方式投苗。英国皮尔逊公司生产的全自动移栽机如图 1-5 所示，它的特点是可以行钵苗，采用多行种植的方式，种植效率高，作业速度较快，但是整成本高，对育苗和穴盘要求较高。

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本文编号：2785302