机械手式水稻有序行抛机的设计研究1.docVIP

PAGE 机械手式水稻有序行抛机的设计研究 马瑞峻 指导教师：区颖刚 邵耀坚 （华南农业大学工程技术学院） 摘要：为了适应水稻抛秧移栽这种新的种植模式，研制了一种机械手式水稻有序行抛机，该机可将工厂化穴盘育秧秧苗自动拔起并按株行距有序地定植于田间。介绍了行抛机整机结构和工作过程。借鉴工业通用机器人原理，设计了一种夹子式机械手，该机械手只有两个自由度，利用单片机编程可进行全自动控制。研究设计出一组空间曲线滑道用来分秧，以达到秧苗在田间种植的农艺要求。 关键词：水稻 行抛机 机械手 设计 0 前言 发展与解决水稻机械化已成为中国当前农业机械化的重点问题。实现水稻种植机械化是水稻生产全过程机械化的关键环节之一。水稻用塑料软盘工厂化育秧后进行人工抛栽是水稻移栽种植体系中的一种新的种植模式，已经在广东省及全国得到大面积推广。人工抛栽的秧苗在田间分布的无序性给后续田间管理和收获带来了困难，人工难以实现的水稻有序抛栽种植必须由机械完成。水稻抛秧机要解决的主要问题有两个，一是有序化栽植，二是穴盘中秧苗的自动供给。因此，在仿人工抛秧的全过程研究基础上，设计了一种由单片机编程控制的全自动机械手式新型水稻有序行抛机，可自动完成从穴盘中拔起取出秧苗并按固定的行、株距进行有序栽植。本文对机械手式有序行抛机主要工作部件进行了设计研究。 1 机械手行抛机专用育秧穴盘设计 在中国，水稻工厂化育秧用的塑料软盘，穴孔形状均为上大下小的传统的倒圆锥台形状，穴孔分布呈三角形交错布置，这种布置的秧盘优点是单位面积上可分布更多的穴孔数，充分利用了塑盘面积空间，适宜于人工抛秧时供秧用，但对机械化自动从秧盘中拔秧后抛植来说，显然增加了机械复杂程度，需要有秧苗横向错位进给机构，且相邻两行秧苗穴数不同，难以达到有序地按株行距定植的农艺要求。因此对机械化拔秧抛植作业而言，三角形布置的穴孔秧盘是不可取的，矩形布置显然较好。针对机械手式行抛机设计了穴孔为四方形布置的专用穴盘，其结构如图1所示。 605 605 330 17 18 10 图1 机械手式行抛机专用穴盘 机械手式行抛机专用穴盘外形尺寸与通用561穴秧盘一致，为330mm×605mm，其余尺寸穴孔上径为17mm，高18mm，底径为10mm，底部正中开2mm小孔。穴盘上共有14×26=364个穴孔，秧盘横向穴孔外边缘之间间隙为6mm，两边穴孔边缘距秧盘边缘6.5mm；纵向中间两行穴孔外边缘之间间隙为10mm，其余穴孔外边缘之间间隙为6mm，距两边秧盘边缘距离为5mm，这样秧盘从中间分为两部分，每部分是7行秧苗，与机械手秧夹一次夹取7穴秧苗种植相一致。所以该秧盘穴孔纵横向中心距均为23mm，这样设计是由于利用滑道分秧和机械手打开插入秧行夹取秧方式所限制，致使相邻穴孔间距离不能进一步减小。 2 机械手行抛机结构和工作原理 机械手式行抛机结构如图2所示，采用插秧机机头作为动力源驱动。其工作原理为：育好秧的秧盘由人工放在送秧机构上后，行抛机在动力源驱动下前进，按下自动控制按钮，机械手开始工作。首先送秧电动机将秧苗送至拔秧位，被传感器检测到后电机停，秧盘一侧的机械手动作插入秧行夹持住秧盘中半行秧苗（7穴）并拔起，此时秧盘另一侧机械手动作插入秧行夹持住秧盘中另半行秧苗拔起，于是两机械手先后相继有序地将各自拔取的秧苗送至相应落秧滑道处，秧夹打开，秧苗沿滑道下落定植于田间。至此秧盘中一行秧被两只机械手拔取抛植完毕，送秧机构继续动，继续下一行秧的拔取种植。工作中暂停或结束机械手动作，可按相应按钮控制。 1790 1790 1 送秧机构 2 机械手 3 落秧滑道 4 放秧架 5 驾驶座6 操纵手柄 7 变速箱 8 发电机 9 发动机 10 驱动轮 11 牵引架 12 机械手支架 13 船板 14 回收箱 图2 拖板式机械手行抛机 所设计的拔抛秧机械手只有2个自由度，包括一个水平送秧运动和一个垂直拔秧运动；采用的秧夹为夹子式秧夹，秧夹夹指长为160mm，宽15mm，可一次夹起7穴秧，秧夹开启与闭合通过24VDC电磁铁吸合一个锲形块作升降运动来实现。机械手工作过程示意图如图3所示。 右移 右移 左移 下降 上 升 放秧 夹秧 1 3 2 1 秧盘 2 机械手秧夹 3 落秧滑道 图3 拔抛秧机械手工作示意图 秧盘由电机通过皮带输送进给，当传感器检测到秧盘中秧苗到达拔秧位置时，送秧电机停，机械手水平运动机构左移使秧夹从一行秧侧部行间间隙顺着秧苗插入，到位后水平移动电机停，夹秧电磁铁通电，锲形块上升，秧夹在弹簧力作用下夹住秧，垂直运动机构上升，拔起秧苗到位后电机停，水平运动机构右移到落秧滑道正上方停，垂直运动机构下移过程中电磁铁断电锲形块下行迫使秧夹打开，秧苗落入落秧滑道中定植于田间。如此，循环往复上述动作