种苗负压气吸夹设计与试验研究
发布时间：2020-09-01 09:11
随着我国农业结构的不断完善和发展,设施园艺得到了迅猛的发展。在设施园艺中,设施蔬菜占了很大的比重,而影响设施蔬菜整体效益的关键因素是种苗的生产,种苗生产往往采用人工来完成,这导致了生产率低、作业质量不稳定、成本高等问题。虽然国外发达国家的种苗生产机器人比较发达,但其价格昂贵,不适合我国的生产需要。因此,研究研究符合我国国情的种苗生产机器人意义重大。在种苗生产机器人的研究中,末端执行器的开发是核心内容之一,种苗生产机器人末端执行器又叫夹持手,目前夹持手大多采用尺寸定位方式,该方式难以适应秧苗个体差异的特性,易伤苗,夹持效果不稳。日本也曾开发出了应变片和钛镍记忆合金柔性夹持机构,但该机构比较复杂,成本很高,可靠性差。因此,开发一种稳定可靠且不不伤苗的末端执行器对种苗生产机器人的发展至关重要。为了解决这一问题,本研究采用负压吸附技术,设计了负压气吸夹作为种苗生产机器人的末端执行器,本文以西瓜为代表,通过对西瓜秧苗的外形特征的研究设计了负压气吸夹外形结构,并采用Fluent软件对负压气吸夹气室内的流场进行了模拟分析,得到了不同条件下气室的压力云图与速度云图,为了对负压气吸夹的作业性能做进一步的研究,本文还进行了如下的试验研究。 (1)对于研究负压气吸夹的吸附特性,本文以负压气吸夹吸附秧苗时在胚轴方向产生的最大拉力为评价指标,通过试验得出了产生最大拉力的最优组合为：负压气吸夹材料选择聚氨酯,吸孔直径为1.9mm,气室真空度为-80kPa,本文还对负压气吸夹吸附秧苗的适应做了相关试验,试验结果表明：吸孔直径为1mm、夹口槽直径为1.5mm的负压气吸夹,适应秧苗胚轴直径的范围为1.3mm-1.5mm;吸孔直径为1.5mm,夹口槽直径为2.0mm的负压气吸夹,适应秧苗胚轴直径的范围为1.8mm-2.mm;吸孔直径为2mm、夹口槽直径为2.5mm的负压气吸夹,适应秧苗胚轴直径的范围为2.4mm-2.5mm. (2)关于负压气吸夹垂直吸附秧苗的特性研究,本文先从理论上得出了垂直吸附距离公式,通过试验分析得出了产生最大垂直吸附距离的最优组合为：吸孔直径为2mm,秧苗长度为20mm,气室真空度为-80kPa。 (3)为了克服拢苗机构的一些缺点,本文以反应时间作为正压对位条件下负压气吸夹吸附特性的评价指标,反应时间是指从正压开始对位到负压气吸夹成功吸附秧苗所用的时间。试验结果表明：反应时间最短的组合为：气流速度为中速,两竹节管间夹角为30。,纵向偏移量为4mm。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S223
【部分图文】：
该嫁接机器人的夹持手采用双夹夹持的方式来夹持秧苗。1994年洋马公司也^u发出全自动前类嫁接机器人，其夹持手如图1-1 (b)所示。2005年井关公司推出菊花扦插机产品，如图1-2 (a),该扦插机夹持机构采用一组固定夹和一组移动夹组合的形式来夹持菊花枝条，通过气虹带动移动夹可以实现对秧苗的夹持和打开，该机主要用于穴盘中扦插作业，每次能够夹持一排，一次性完成一排秧苗的扦插作业。上世纪90年代荷兰对扦插机器人进行了开发研究，开发出了花舟b^插机，如图1-2 (b)所^ ypi ：■ i(a) GR800嫁接机器人 (b)洋马嫁接机器人图1-1瓜类和琉果类秩苗夹持手Fig.1-1 The holding hands of the solanum vegetable and gourd vegetables~杙i(a)日本扦插机夹持手 （b)荷兰扦插机夹持手图1-2扦插机夹持手Fig. 1-2 The holding hands of the cutting韩国在日本之后也开发出类似日本GR800型的半自动嫁接机器人2004年IdealSystem公司开发出全自动琉类嫁接机器人，其夹持手如图1-3 (a),其原理也是通过两组夹持手来实现夹持手作业，其中一组夹持手固定，另一■组可以自由打开或夹持，该机的姑木夹持手和接穗夹持手的原理和形式相同。2010年荷兰丨SO公司研制出基于机器视觉跟踪的全自动前果类嫁接机器人
自动前类嫁接机器人，其夹持手如图1-1 (b)所示。2005年井关公司推出菊花扦插机产品，如图1-2 (a),该扦插机夹持机构采用一组固定夹和一组移动夹组合的形式来夹持菊花枝条，通过气虹带动移动夹可以实现对秧苗的夹持和打开，该机主要用于穴盘中扦插作业，每次能够夹持一排，一次性完成一排秧苗的扦插作业。上世纪90年代荷兰对扦插机器人进行了开发研究，开发出了花舟b^插机，如图1-2 (b)所^ ypi ：■ i(a) GR800嫁接机器人 (b)洋马嫁接机器人图1-1瓜类和琉果类秩苗夹持手Fig.1-1 The holding hands of the solanum vegetable and gourd vegetables~杙i(a)日本扦插机夹持手 （b)荷兰扦插机夹持手图1-2扦插机夹持手Fig. 1-2 The holding hands of the cutting韩国在日本之后也开发出类似日本GR800型的半自动嫁接机器人2004年IdealSystem公司开发出全自动琉类嫁接机器人，其夹持手如图1-3 (a),其原理也是通过两组夹持手来实现夹持手作业，其中一组夹持手固定，另一■组可以自由打开或夹持，该机的姑木夹持手和接穗夹持手的原理和形式相同。2010年荷兰丨SO公司研制出基于机器视觉跟踪的全自动前果类嫁接机器人，该机采用单株苗作业形式，夹持手的原理与图]-](a)中的夹持手原3
东北农业大学工学硕士学位论文理相同，都是采用双夹来夹持秧苗，其夹持手如下图1-3 (b)所示。(a)韩国番前嫁接夹持手 （b)荷兰番前嫁接夹持手图1-3嫁接夹持手Fig. 1-3 The holding hands of the grafting国内上世纪90年代，台湾开发出半自动百香果嫁接机器人，同期台湾大学还进行了百合组培机器人的设计开发，2007年台湾中兴大学对糊蝶兰组培机器人进行了研宄。1998年中国农业大学张铁中研制出半自动嫁接机器人；2002年又对组培机器人等进行了基础研宄；2005年申请者研制出半自动插接式瓜类嫁接机丨25]，经多轮改进2010年推出了 2JC-600B型半自动瓜类嫁接机夹持手形式如下（图l-4a),随后在2011年研制出高速前果类半自动嫁接机器人2rr-1600 (图l-4b);另外，北京农业信息技术研宄中心、浙江理工大学和浙江大学对嫁接机器人也进行了研究。(a) 2JC-600B 夹持手 （b) 2JT-1600 夹持手图1-4国内种苗生产机器人夹持手Fig. 1-4 The holding hands of the domestic seed production robot为了实现幼苗柔性夹持，东芝公司在研制组培机器人时，采用力定位方式开发了一种应变片柔性夹持机构[27】（图1-5)，该机构采用伺服电机驱动，通过两个绳轮和钢丝将动力传给一丝杠，丝杠的旋转推动夹持手绕夹持轴转动，实现开闭。夹持手上应变片反馈夹持力的大小
本文编号：2809548
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S223
【部分图文】：
该嫁接机器人的夹持手采用双夹夹持的方式来夹持秧苗。1994年洋马公司也^u发出全自动前类嫁接机器人，其夹持手如图1-1 (b)所示。2005年井关公司推出菊花扦插机产品，如图1-2 (a),该扦插机夹持机构采用一组固定夹和一组移动夹组合的形式来夹持菊花枝条，通过气虹带动移动夹可以实现对秧苗的夹持和打开，该机主要用于穴盘中扦插作业，每次能够夹持一排，一次性完成一排秧苗的扦插作业。上世纪90年代荷兰对扦插机器人进行了开发研究，开发出了花舟b^插机，如图1-2 (b)所^ ypi ：■ i(a) GR800嫁接机器人 (b)洋马嫁接机器人图1-1瓜类和琉果类秩苗夹持手Fig.1-1 The holding hands of the solanum vegetable and gourd vegetables~杙i(a)日本扦插机夹持手 （b)荷兰扦插机夹持手图1-2扦插机夹持手Fig. 1-2 The holding hands of the cutting韩国在日本之后也开发出类似日本GR800型的半自动嫁接机器人2004年IdealSystem公司开发出全自动琉类嫁接机器人，其夹持手如图1-3 (a),其原理也是通过两组夹持手来实现夹持手作业，其中一组夹持手固定，另一■组可以自由打开或夹持，该机的姑木夹持手和接穗夹持手的原理和形式相同。2010年荷兰丨SO公司研制出基于机器视觉跟踪的全自动前果类嫁接机器人
自动前类嫁接机器人，其夹持手如图1-1 (b)所示。2005年井关公司推出菊花扦插机产品，如图1-2 (a),该扦插机夹持机构采用一组固定夹和一组移动夹组合的形式来夹持菊花枝条，通过气虹带动移动夹可以实现对秧苗的夹持和打开，该机主要用于穴盘中扦插作业，每次能够夹持一排，一次性完成一排秧苗的扦插作业。上世纪90年代荷兰对扦插机器人进行了开发研究，开发出了花舟b^插机，如图1-2 (b)所^ ypi ：■ i(a) GR800嫁接机器人 (b)洋马嫁接机器人图1-1瓜类和琉果类秩苗夹持手Fig.1-1 The holding hands of the solanum vegetable and gourd vegetables~杙i(a)日本扦插机夹持手 （b)荷兰扦插机夹持手图1-2扦插机夹持手Fig. 1-2 The holding hands of the cutting韩国在日本之后也开发出类似日本GR800型的半自动嫁接机器人2004年IdealSystem公司开发出全自动琉类嫁接机器人，其夹持手如图1-3 (a),其原理也是通过两组夹持手来实现夹持手作业，其中一组夹持手固定，另一■组可以自由打开或夹持，该机的姑木夹持手和接穗夹持手的原理和形式相同。2010年荷兰丨SO公司研制出基于机器视觉跟踪的全自动前果类嫁接机器人，该机采用单株苗作业形式，夹持手的原理与图]-](a)中的夹持手原3
东北农业大学工学硕士学位论文理相同，都是采用双夹来夹持秧苗，其夹持手如下图1-3 (b)所示。(a)韩国番前嫁接夹持手 （b)荷兰番前嫁接夹持手图1-3嫁接夹持手Fig. 1-3 The holding hands of the grafting国内上世纪90年代，台湾开发出半自动百香果嫁接机器人，同期台湾大学还进行了百合组培机器人的设计开发，2007年台湾中兴大学对糊蝶兰组培机器人进行了研宄。1998年中国农业大学张铁中研制出半自动嫁接机器人；2002年又对组培机器人等进行了基础研宄；2005年申请者研制出半自动插接式瓜类嫁接机丨25]，经多轮改进2010年推出了 2JC-600B型半自动瓜类嫁接机夹持手形式如下（图l-4a),随后在2011年研制出高速前果类半自动嫁接机器人2rr-1600 (图l-4b);另外，北京农业信息技术研宄中心、浙江理工大学和浙江大学对嫁接机器人也进行了研究。(a) 2JC-600B 夹持手 （b) 2JT-1600 夹持手图1-4国内种苗生产机器人夹持手Fig. 1-4 The holding hands of the domestic seed production robot为了实现幼苗柔性夹持，东芝公司在研制组培机器人时，采用力定位方式开发了一种应变片柔性夹持机构[27】（图1-5)，该机构采用伺服电机驱动，通过两个绳轮和钢丝将动力传给一丝杠，丝杠的旋转推动夹持手绕夹持轴转动，实现开闭。夹持手上应变片反馈夹持力的大小
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
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相关博士学位论文 前1条
1 王学林;农业机器人末端执行器抓持力控制研究[D];南京农业大学;2009年
本文编号：2809548
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