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贴接法自动蔬菜嫁接机器人的设计与试验研究

作　者: 张路
导　师: 武传宇
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 嫁接机器人振动送夹可编程控制器试验研究
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 82次
引　用: 2次
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内容摘要

随着人们生活水平和品味的不断提高，对蔬菜水果品质的要求也日益增高。蔬菜嫁接技术是克服作物连作障碍，提高抗病性的有效方法,而自动蔬菜嫁接机器人则是替代人工嫁接的有效途径。以西瓜为例，2010年全国产量近6600万吨，自动化嫁接以3倍于人工的速度计算即可为西瓜嫁接环节省去60%以上的劳动力。本文针对国内外研究现状及市场需求，提出嫁接机器人的功能要求，分析行为动作,围绕定位、夹持、搬运、切削、输送、振动排序和顶夹七大行为设计蔬菜嫁接机器人并进行样机试验研究。主要工作可概括如下：对现有嫁接方法进行比较选取适合机械化操作的贴接作为嫁接方法。测量了500株砧木（葫芦）和接穗（西瓜）的植株高度，苗茎直径，子叶展开角度；测试了砧木和接穗的力学性能，为之后的机械结构设计提供理论依据。围绕定位、夹持、搬运、切削、输送、振动排序和顶出七大行为进行样机机械结构设计。振动排序机构设计过程中，对夹子在振动工作面的滑移进行理论推导，选取振动角为25°；利用ANSYS软件对振动送夹装置进行模态分析与谐响应分析。送夹速度测试实验验证了分析的正确性。夹持器的设计以前述嫁接苗特性为依据进行简单力学分析，计算出适合夹持的弹簧刚度系数。采用三菱FX1N-40MT控制整机，系统设计采用GX-Developer软件及SFC语言编程，完成初始化、单步、回原点和自动四段程序。对贴接法自动蔬菜嫁接机器人进行了相关试验研究，包括局部性能试验和连续嫁接实验。局部性能试验保证各功能分块能够可靠运行以及完成整机的调试。连续嫁接实验借助SPSS软件，分析了样机成功率与嫁接苗各几何因素之间的关系。实验表明，嫁接机器人的嫁接速度为12株/min，平均成功率为92％，即该系统嫁接能力可以达到720株/时。实验同时给出了一组最适宜嫁接的嫁接苗参数：砧木直径为2.5-4.0mm，接穗直径为1.5-3.0mm；砧木和接穗的苗茎挺直；砧木子叶展开角度接近180°。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 蔬菜嫁接技术  10-11
  1.2 主要嫁接方法  11-12
  1.3 嫁接机器人研究的必要性  12
  1.4 国内外研究现状及分析  12-15
    1.4.1 国外研究现状  12-14
    1.4.2 国内研究现状  14-15
  1.5 国内外嫁接设备相关技术专利情况  15-16
  1.6 对现今蔬菜嫁接设备的几点分析  16-17
第二章嫁接对象选择及相关特性研究  17-25
  2.1 嫁接对象的选择  17-18
  2.2 嫁接方法的选择  18
  2.3 嫁接苗的培育  18-19
  2.4 嫁接苗的几何外形研究  19-21
  2.5 嫁接苗的力学特性研究  21-24
    2.5.1 压缩特性测试  21-23
    2.5.2 剪切特性测试  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章蔬菜嫁接机器人机械结构设计  25-46
  3.1 蔬菜自动嫁接机器人总体方案设计  25-27
  3.2 振动送夹装置设计与分析  27-38
    3.2.1 嫁接夹在振动送料道上的运动分析与优化  28-31
    3.2.2 振动输送机构模态分析  31-35
    3.2.3 振动输送机构谐响应分析  35-37
    3.2.4 振动送夹速度实验测试  37-38
  3.3 嫁接夹顶出机构设计  38-40
  3.4 嫁接苗夹持器设计  40-42
    3.4.1 嫁接苗夹持器总体结构  40
    3.4.2 嫁接苗夹持机构静力学分析  40-41
    3.4.3 嫁接苗夹持器运动学分析  41-42
  3.5 搬运机构设计  42-43
  3.6 切削机构设计  43-44
  3.7 传送带滚轮设计  44-45
  3.8 蔬菜嫁接机器人的整机装配  45
  3.9 本章小结  45-46
第四章蔬菜嫁接机器人控制系统的设计  46-58
  4.1 PLC 控制器  46
  4.2 顺序控制技术  46-47
  4.3 嫁接机器人控制系统的设计  47-56
    4.3.1 控制系统任务要求  47-48
    4.3.2 嫁接机器人硬件系统设计  48-51
    4.3.3 嫁接机器人控制系统软件设计  51-56
  4.4 嫁接机器人控制系统制作及调试  56-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章试验与分析  58-67
  5.1 嫁接机器人实验研究  58-59
    5.1.1 实验目的  58
    5.1.2 实验设备  58
    5.1.3 实验前期准备  58-59
  5.2 局部功能试验  59-62
    5.2.1 嫁接苗的切削实验  59-60
    5.2.2 嫁接机器人送夹接合实验  60-61
    5.2.3 嫁接机器人单次嫁接实验  61-62
  5.3 嫁接机器人连续嫁接实验  62-65
    5.3.1 连续嫁接实验步骤  62
    5.3.2 连续嫁接实验结果  62
    5.3.3 变量间相关分析  62-63
    5.3.4 嫁接成功率与各因子偏相关分析  63-65
  5.4 嫁接机器人实验结论  65-66
    5.4.1 嫁接机器人嫁接苗合适参数  65
    5.4.2 嫁接机器人改进意见  65
    5.4.3 试验样机与当今主流嫁接机对比  65-66
  5.5 嫁接机器人实验误差分析  66
  5.6 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-69
  6.1 总结  67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间获得成果  72

贴接法自动蔬菜嫁接机器人的设计与试验研究

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