穴盘苗整排自动取苗机构控制系统设计研究

发布时间：2020-11-16 05:16

　　 随着新疆地区番茄、辣椒种植面积的不断增大,对穴盘苗自动移栽机的需求日益增大。穴盘苗自动取苗技术是实现全自动移栽的关键,研发一种高效低损的自动取苗机构对降低劳动强度和解放生产力具有重要意义。本文设计了一种穴盘苗整排自动取苗机构,对其结构及控制系统进行研究。主要包括以下几个部分:(1)针对整排自动取苗机构的工作要求,提出穴盘苗移栽机整排式取苗机构的总体设计方案并阐述工作原理。分别对整排式取苗手、取苗定位机构、供苗机构和分苗机构进行了设计。以MATLAB与人机交互优化界面相结合的方式优化取苗末端执行器各杆件参数。建立三维模型,导入ADAMS验证其夹苗轨迹,运动符合预期,仿真分析与理论分析基本一致。以一阶函数运动规律驱动取苗手升降运动,在人机交互优化界面下分析取苗轨迹。(2)对取苗定位运动与整排式取苗手夹苗运动进行控制需求分析,并分别进行控制方案设计。取苗定位运动过程中累计误差对机构定位精度影响较大。其中升降运动控制采用开环控制下的外部定位控制方案,水平运动控制采用带有位置标定的闭环控制方案。水平定位控制与升降定位控制同时选择了增加外部定位环节的方式,对往复运动过程进行多次标定,降低了累计误差的影响。(3)针对整排取苗机构水平运动定位控制提出了自适应的模糊PID控制方案。构建水平运动闭环控制系统数学模型,分析制定模糊控制规则,设计自适应模糊控制器。在MATLAB中调用simulink控制箱完成整排自动取苗机构水平定位控制系统的PID控制模型与模糊PID控制模型,以标准阶跃信号下的PID控制输出响应与自适应模糊PID控制输出相应对比可得,自适应模糊PID控制模型使得整排自动取苗机构在水平定位控制中稳定性更强,为该取苗机构适应于复杂多变的大田移栽作业环境进行高效作业提供了理论指导。(4)以PLC作为控制器,进行了各部分器件选型、PLC引脚分配,硬件连线。在GXworks2集成开发环境下,采用顺序功能图编写各程序块梯形图。在GTworks3界面设计环境下对整排自动取苗机构控制系统的人机交互界面进行设计。整体系统设计可靠。搭建整排自动取苗机构试验台并进行台架试验,整排式取苗机械手能够按照预定流程完成取苗动作,定位较为准确,提高了取苗效率,机构整体运行稳定。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S223
【部分图文】：

自动取苗机构多为工业机器人改造，夹持器采用夹片人为本体改造的自动移栽机取苗效率不高，造价过于昂贵，随着自迅速被机电系统所取代。在实际应用中，由于作业模式的不同，欧同的研发方向，日韩等国针对各自国内地块相对较小的特点，以小方向，取苗机构相应多为单株取苗[18-20]；欧美农业模式以大地块为型化联合作业为主，取苗机构相应采用了多末端执行器的方式。 Ferrari 公司的 Futura 系列全自动移栽机、美国 FMC 全自动移on 全自动移栽机以及澳大利亚 Williames 全自动移栽机等，主要通定位系统控制苗盘位置，采用推杆将硬质穴盘中的秧苗成排顶出，械手将秧苗从穴盘中成排取出，实现精准取苗与投苗，取苗效株/h[16-17,22-24]。室移栽，荷兰、美国研制了一系列的多末端执行器取苗装置[16-17]。调整，可同时对多盘钵苗进行移栽，其中美国 RAPID 公司生产的 最多可实现 4 盘钵苗同时移栽，如图 1-1 所示。澳大利亚 XT616[7]栽机则配备有多种型号的末端执行器，末端执行器采用四针气缸驱，允许更改程序，大大提高了移栽机的灵活性和通用性，如图 1-2

XT616型移栽机Fig.1-2XT616transplanter

3图 1-3 意大利旱地整排取苗自动移栽机Fig.1-3 Full-row automatic transplanter for dry farmland of Italian栽，法国 Pearson 公司的旱田全自动移栽机，取苗方式同样方便取苗机构与栽植机构的速度匹配，分苗环节为一传送带，另一侧将钵苗送入栽植机构[18-21]，如图 1-4 所示。分苗植机构的匹配更加灵活，允许出现动作延迟。国外穴盘苗取美以大型化、自动化为发展方向，适合大农业模式，日韩则但由于其结构复杂，价格昂贵，难以满足新疆旱地移栽作
【参考文献】

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本文编号：2885663