【摘 要】
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目前国内甘薯移栽以裸苗栽插为主,一般采用人工移栽和半自动化机械移栽方式。半自动化机械移栽虽然能提高移栽速度,减轻农民劳动强度,但由于采用两人一行人工分苗送苗,与手工移栽作业相比,增加了用工量,单行作业时移栽效率提升有限,三行以上同时作业,移栽效率才有较大提高,但又不适应我国甘薯小地块、小户生产的特点。由于分苗技术的限制,全自动甘薯移栽机还没有出现。为此,在借鉴现有国内外分苗、取苗机械的研究成果基础
【基金项目】
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国家自然科学基金（31671632）:扰动激励作用下甘薯裸苗自动有序分苗机理与试验研究；
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目前国内甘薯移栽以裸苗栽插为主,一般采用人工移栽和半自动化机械移栽方式。半自动化机械移栽虽然能提高移栽速度,减轻农民劳动强度,但由于采用两人一行人工分苗送苗,与手工移栽作业相比,增加了用工量,单行作业时移栽效率提升有限,三行以上同时作业,移栽效率才有较大提高,但又不适应我国甘薯小地块、小户生产的特点。由于分苗技术的限制,全自动甘薯移栽机还没有出现。为此,在借鉴现有国内外分苗、取苗机械的研究成果基础上,设计了一款甘薯裸苗自动有序分苗装置,兼具取苗和投苗功能。主要研究内容和结论如下:（1）进行甘薯裸苗物理特性与力学性能的测验,分析计算试验结果,得到甘薯裸苗的长度均值为359.12mm、直径均值为4.01mm、剪切强度均值为1.09MPa、抗拉强度均值为3.74MPa、抗弯强度均值为17.58MPa、径向抗压强度均值为1.75MPa,并针对上述测量结果数据进行Shapiro-Wilk检验,各项目的测量数据均满足正态分布,为装置的设计与仿真提供参考。（2）提出甘薯裸苗自动有序分苗装置的设计方案,设计了具有分苗功能的苗箱与具有分取苗、投苗功能的机械手。运用ANSYS软件对皱褶状弹性隔板进行静力学分析,校验皱褶状弹性隔板的强度及变形,得到最优挤压力约为50N。利用MATLAB软件对苗夹进行设计与优化,确定了苗夹各零部件的最优尺寸。（3）通过研究自动控制系统控制结构以及控制时序逻辑关系,开发设计了一套基于三菱PLC和MCGS的人机交互式自动有序分苗装置控制系统,具有自动分苗、取苗、作业根数自动统计与参数调整等功能。控制系统通过对振动电机、双轴气缸、夹苗步进电机和投苗步进电机间运转进行协调控制,完成自动分苗、取苗、投苗作业。（4）通过ANSYS仿真软件对皱褶状弹性隔板进行有限元模态分析,得到隔板前六阶的固有频率和主振型,最低阶的模态频率为17.59Hz,最高阶模态频率为123.61Hz;为避免共振影响,再对皱褶状弹性隔板进行谐响应分析,得到振动器的激振力为120N,激振频率为14Hz时,较为合适。通过Hyper Mesh与Adams耦合,建立甘薯裸苗的分取苗模型,进行刚柔耦合仿真分析,夹苗处的得到最大弯曲应力为14.42MPa。（5）制造加工关键零部件,搭建自动有序分苗装置样机,以样机为基础进行了甘薯裸苗分取苗试验,探究苗箱倾斜角度,气缸工作压力和振动电机激振力对取苗成功率的影响,采用响应面法优化试验,建立试验因素与评价指标的数学模型,拟合出函数关系,分析交互作用对取苗成功率的影响规律,进而得到最优参数组合为倾斜角度35°、气缸工作压力0.3MPa、激振力120N。
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