我国是农业大国,同时也是世界第一大蔬菜的生产和消费大国,国内蔬菜的种植总面积仅次于粮食作物。然而现阶段我国的蔬菜移栽机械产品都是人工投苗的半自动移栽机,全自动蔬菜移栽机产品市场上尚未出现,主要处于研究阶段。设施露地蔬菜种植采用的移栽机为直接使用大田移栽机,尺寸偏大,且使用内燃机驱动产生的尾气污染大,而对于适合尺寸低矮的中小型温室蔬菜大棚内露地栽植使用的小型蔬菜移栽机尚未出现。因此,研制一台尺寸小巧、电驱动、适合在小型温室内使用的全自动蔬菜移栽机具有重要意义。本文在课题组研究的基础上,对已有小型全自动蔬菜移栽机进行结构优化设计和控制系统改进设计,主要研究内容如下:(1)对移栽机的取苗机构进行结构优化设计。由于移栽机的取苗机构设计不合理,存在比较严重的振动问题,导致移栽频率低,取投苗不可靠的问题。因此本文主要从三个方面对取苗机构进行结构优化设计,第一,提高取苗机构的刚度、强度;第二,在气缸运行末端增加减振吸振装置;第三,提出使用刹车线柔性变距机构,减轻取苗机构中心的重量。设计新的取苗机构后,使用Adams软件对变距机构进行动力学仿真分析,完成了变距气缸的选型。(2)根据小型蔬菜全自动移栽机的整机结构及工作原理,提出对移栽部件的主要控制要求。对移箱进给部件的运动进行分析,根据供苗精度的要求,对移箱传感器、步进电机及电缸进行硬件选型计算。人工放盘时,两穴盘之间有一定的距离间隔,因此穴盘的纵向进给设定有快速进给和慢速进给两种进给频率,避免换盘时的间隔影响移栽机的连续工作。为保证穴盘的供苗精度,对步进电机一个周期循环内的脉冲数累积误差进行分析计算,分析结果表明一个穴盘所产生的累积误差不会影响供苗精度。(3)研究移栽机的协调运动。主要研究取苗部件和移箱进给部件的协调配合,取苗部件和分苗部件的协调配合。分析移栽机取投苗过程,研究确定了取投苗的触发时机。为了提高移栽效率,节省各部件循环时间,计算了取苗爪投苗后钵苗的下落时间为0.1778s,得出分苗部件等待接苗的时间;对分苗杯打开后钵苗的下落时间进行计算分析,得出分苗杯打开后至少要保持0.237s钵苗才可以完全脱落分苗杯。(4)研究分苗步进电机的改进控制算法。为了减少前期步进电机运动在启动和停止时刻速度突变带来的分苗机构的冲击振动,提出了一种步进电机的S型曲线控制算法,通过改变电机在启动和停止时的加速度变化,使电机运行速度平稳,减小了分苗机构分苗的振动冲击,提高了分苗的成功率。(5)样机试验与分析。完成对样机的结构优化和控制系统设计后,对样机进行调试,通过试验验证其机械结构的可靠性和控制系统设计的合理性。通过振动性能试验,验证新取苗机构的减振效果与分苗步进电机速度控制方法的减振效果,试验结果与改进前的数据对比表明新取苗机构的振动幅值最大为4.905,比原来样机减小了2.001,有明显的减振效果,分苗步进电机的运行速度平稳,无较大的冲击振动;取投苗成功率试验结果表明本移栽机可以适应不同品种的钵苗,栽植频率为60株/min/行时,辣椒苗的取投苗成功率为95.83%,黄瓜苗的取投苗成功率为97.22%;模拟田间栽植试验结果表明栽植频率为60株/min/行时,辣椒苗的栽植成功率为95.8%,黄瓜苗的栽植成功率为96.5%,满足中小温室蔬菜露地栽植的要求。