【摘 要】
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新疆辣椒、番茄的规模化种植离不开育苗移栽技术,人工移栽和半自动移栽都限制了产业的发展,全自动移栽装备的研制亟待解决。在半自动移栽机发展成熟的情况下,自动取苗装置成为研究的核心,自动取苗装置将直接决定育苗移栽作业的效率,是半自动移栽向自动移栽升级的关键。本文先将国内外取苗装置的研究和应用现状做了对比分析,再结合新疆辣椒、番茄种植模式,设计和研究了一种用于穴盘苗移栽机的取苗机械臂,研究内容主要包括:（
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新疆辣椒、番茄的规模化种植离不开育苗移栽技术,人工移栽和半自动移栽都限制了产业的发展,全自动移栽装备的研制亟待解决。在半自动移栽机发展成熟的情况下,自动取苗装置成为研究的核心,自动取苗装置将直接决定育苗移栽作业的效率,是半自动移栽向自动移栽升级的关键。本文先将国内外取苗装置的研究和应用现状做了对比分析,再结合新疆辣椒、番茄种植模式,设计和研究了一种用于穴盘苗移栽机的取苗机械臂,研究内容主要包括:（1）取苗机械臂的结构设计和关节尺寸参数优化。首先分析了苗盘规格和幼苗形态参数,对取投苗系统进行了设计,依据整排取苗作业需求设计了取苗机械臂及其整排取苗末端执行器,并分析了其工作原理。由取苗机械臂工作空间对目标工作空间的包容关系得到取苗机械臂关节尺寸参数优化的约束条件,同时建立参数优化目标,使用遗传算法求解多目标参数优化函数,完成取苗机械臂的结构部分设计。（2）取苗机械臂运动学研究与仿真。采用D-H参数法建立取苗机械臂的连杆坐标系,得到各关节之间的变换矩阵和取苗机械臂的运动学方程,采用代数法求取苗机械臂的运动学逆解,在分析了取苗机械臂取苗作业过程后,采用五次多项式插值法对取苗机械臂运动轨迹进行规划,得到轨迹函数。使用Solid Works软件建立取苗机械臂的三维模型,对模型属性进行分析,为样机搭建提供参考,使用Adams软件建立取苗机械臂虚拟样机模型用于运动学仿真,仿真结果表明取苗机械臂具有良好的运动特性,验证了运动学分析的正确和轨迹规划的合理。（3）取苗机械臂控制系统设计与样机取苗性能试验。通过分析取苗机械臂控制需求,确定采用单片机作为控制系统的核心控制器,对系统的硬件和电路进行选型、设计,分析了取苗机械臂运动控制流程。在完成取苗机械臂的结构设计和控制系统设计的基础上搭建取苗机械臂试验样机,对取苗机械臂的夹苗角度和通用性进行试验,试验结果表明夹苗角度等于穴孔内壁倾角时取苗效果最好,对72孔和128孔穴盘的有效取苗速率达到61株/min和79株/min,达到了整排高速取苗和具有一定通用性的设计要求。
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