蔬菜是中国重要的农产品作物,是满足人类生存的必需品,根据2011-2020年全国蔬菜产业发展规划,全方位增强科技对蔬菜产业发展的支撑能力是国内蔬菜产业的首要任务。目前国内市场上的蔬菜移栽机械主要以人工取苗的半自动机型为主,存在取苗效率低、投苗精准度较差的现象,所以在不破坏中国市场现有移栽机械机型的基础上,研究全自动取苗机构至关重要。针对上述问题,本文研究并设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,选用入土取钵式取苗方式,发明了取推一体式取苗末端执行器(专利号:201910229874.7)代替传统的仅取苗部件运动或者仅推苗部件运动的取苗末端执行器;机构运用非圆齿轮不等速的回转式传动方式传递动力,并且设计“一字”形取苗轨迹代替“鹰嘴”形取苗轨迹,“一字”形取苗轨迹可减轻夹取钵土过程中取苗针对钵苗造成的二次伤害。该机构可完成取苗时刻的快速取苗动作以及推苗时刻的快速推脱的动作,实现精准取苗与推苗作业,与栽植机构配合度更高。本文的主要研究内容和实现过程如下:(1)研究国外与国内移栽机械领域的取苗机构结构设计与取苗相关技术以及发展状况,说明本文研究的主要内容和技术路线。以东北农业大学园艺培育的大果哈椒辣椒钵苗作为取苗的作业对象,结合农艺要求,提出探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构的设计要求,在研究并分析其组成及工作原理后,建立了取苗机构的运动学模型,将“抽象”化为“具体”,采用数字化的形式展现运动过程中取苗机构各关键部件的位置坐标以及运动转角等参数。(2)确立取苗机构的7个优化设计目标,运用Visual Basic 6.0开发探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构可视化优化设计软件,建立优化目标与取苗机构参数之间的函数关系,通过探究输入参数对取苗机构轨迹变化的影响,调节输入参数,并优化取苗机构的轨迹、形态等特征,得到一组满足设计要求的较优参数和较为理想的取苗机构理论轨迹。(3)根据探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构的工作原理以及由可视化优化设计软件得到的优化参数,应用二维绘图软件Auto CAD 2016,对取苗机构进行了整体结构设计,并在NX 8.0软件中建立取苗机构各零部件的三维模型,完成取苗机构的虚拟样机装配,并对其进行干涉检查。(4)将取苗机构的虚拟样机导入Adams仿真软件中,根据其运动机理,进行虚拟仿真分析,将取苗机构的仿真结果和理论分析相对比,验证了机构设计的合理性。采用Abaqus软件,以太阳轮为例对非圆齿轮展开模态分析,将其固有频率与虚拟仿真中工作频率相对比,验证了非圆齿轮的工作频率与固有频率不相关,保证非圆齿轮在运动过程中不会产生共振现象。(5)采用3D打印技术进行取苗机构试验样机的制造,并运用高速摄影技术提取出试验样机的实际运动轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。运用相似理论原理,推算出试验样机的最大入钵力,得到钵土的较优基质比为0.4,培育试验钵苗,搭建台架,完成试验样机的取苗试验,其中取苗成功率为96.87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了取苗机构设计的正确性与可行性。