蔬菜自动嫁接设计与控制仿真研究

发布时间：2020-08-26 21:50

【摘要】：随着人们生活水平的不断提高,人们对蔬菜需求和蔬菜的质量也不断提高,蔬菜的种植面积也不断扩大。但由于低温灾害、多虫病害和连作障碍等问题严重影响蔬菜的产量。蔬菜嫁接技术是解决这些问题的一种最有效手段,而蔬菜嫁接机器人更是代替人手工嫁接的最有效途径。本文以半自动蔬菜嫁接机为研究背景,以蔬菜幼苗为研究对象,针对国内外研究现状及市场需求,提出全自动蔬菜嫁接机功能要求,分析各行为动作,围绕输送、定位、夹持、搬运、切削、夹子顶出六类行为对全自动蔬菜嫁接机结构设计和控制系统设计,并对关键机构进行仿真研究。研究的主要成果概括如下:根据现有文献资料对蔬菜幼苗几何尺寸、受力伤害进行分析,围绕取苗、定位、夹持、搬运、切削、夹子顶出六类行为将嫁接机结构划分为自动上苗机构、旋转切削机构和自动送夹机构,自动上苗机构细分为自动取苗机构和搬运机构,对各机构的关键技术进行研究完成对嫁接机整机结构的设计,在SolidWorks软件中建立起整机模型。采用西门子S7-200系列PLC选择的CPU型号为CPU224晶体管型,步进电机选用 Kinco2S86Q-043B,气缸选用 CM2YB20Rc-125-H7BWS,SMCCRBU2WU30-90S,SMCCRBU2WU30-180S,对控制电路设计,在STEP7-microwin32编程软件中根据机械系统完成控制系统的设计,使能够完成苗盘的运输,砧木苗和穗木苗的取苗、供苗、定位、切削,夹子顶出对嫁接苗固定的模拟顺序动作,理论嫁接速度能够达到12棵/分钟左右,即720棵/小时。以ADAMS软件为平台,通过将三维绘图软件SolidWorks建立的蔬菜自动嫁接机器人的自动取苗机构的三维模型导入到ADAMS软件ADAMS/View模块中,结合本文各机构的运动特点成功设计出ADAMS二自由度并联机械手运动函数,实现了机械手的运动学、动力学仿真,并根据仿真结果,利用ADAMS/PostProcess模块对机械手末端进行了轨迹分析、速度、加速度分析,由分析结果得知二自由度并联机械手按照预定轨迹运行,进一步验证了本机构的合理性;并对各关节的转动副进行了运动学和动力学计算,通过各实验曲线分析并进一步对步进电机做出要求,并对频繁动作受力较大的连杆进行了应力、应变分析,最终确定机械手设计符合要求。综上所述,本课题的研究为实现嫁接过程的自动化、智能化提供了一系列理论基础和技术支持,解决了人工嫁接的效率低、劳动强度大等问题,对砧、穗木苗实现全自动嫁接具有一定的实际应用价值。
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S223

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本文编号：2805740