河南省烟草公司郑州市公司 刘英杰 刘剑君 刘文河南农业大学机电工程学院 赵汉雨 丁攀

穴盘苗移栽机械手结构设计与系统研究

河南省烟草公司郑州市公司 刘英杰 刘剑君 刘文河南农业大学机电工程学院 赵汉雨 丁攀

当前，我国的旱地作物大多采用直播的方式种植，效率低、周期长、单产低等缺点。育苗移栽技术作为一种栽培种植技术，具有直播难以比拟的优越性，可确保秧苗一次性实现苗全、苗齐、苗壮，具有显著的节本、增产、增收效果。育苗移栽技术还可充分利用光热资源，提高作物复种指数，具有对气候的补偿作用和使作物生长提前的综合效益，是我国未来确保农产品供给安全的重要手段。

穴盘育苗移栽技术率先从欧美发达国家发展起来的。穴盘苗自动移栽是一种适合工厂穴盘苗生产的育苗移栽方式，代表了育苗技术的发展方向。移栽过程要实现机械自动化主要包括有供、取苗和栽植苗的自动化这三个关键技术。国内自动移栽技术发展相对落后，对旱地穴盘苗全自动移栽机的研究相对较少，目前的半自动移栽机，受到人工取苗、喂苗速度的限制，单行移栽频率小于 40 株/min。由于取苗、送苗机构是实现全自动移栽的重要部件。由于农业生产环境的特殊性，应用于工业领域的机械手无法直接满足农业作业的要求。因此，研制结构合理、性能稳定、高效先进的穴盘苗移栽机械手具有重要的生产价值。

一、机械手结构设计

穴盘苗移栽机械手由自动取苗、送苗两部分组成，其种苗自动取苗送苗装置结构如图1所示。

二、取苗系统

穴盘苗移栽机械手系统由无杆气缸滑块位置传感器、起苗工作台、横向移动气缸、气动制动装置、无杆气缸、直线导轨、垂直方向双杆气缸、机械手等组成。图2为夹取动作的工作过程。工作时，由PLC对相应元件进行控制，实现机械手自动连续取苗过程。PLC控制电磁阀给无杆气缸通入气体，使无杆气缸滑块上的起苗工作台从起始位置在直线导轨上运动，通过设定相应的无杆气缸滑块位置传感器，使起苗工作台带动机械手在到达要抓取种苗行的位置后，在气动制动装置作用下停止；通过PLC控制，机械手由张开状态到闭合状态，待机械手夹住种苗以后，对垂直方向双杆气缸通气，使机械手带动种苗向上提升一定的距离；再对无杆气缸通气，使无杆气缸的滑块带动与其相连的起苗工作台回到起始位置上方，对垂直方向双杆气缸放气，使机械手带动种苗下落到起始位置；松开机械手，种苗由于自重作用掉入导苗管里，完成该行的一次取苗动作；然后，通过PLC控制横向移动气缸，推动垂直方向双杆气缸的整体位置沿横向移动滑杆移动一个穴孔距离，使机械手对应该行的间隔孔穴剩下的种苗，再重复前面的取苗动作，把本行剩下的种苗取走，送入导苗管里。

横向移动气缸运动规律如图3所示：每盘苗第一次抓取苗后横向移动一个穴孔距离，此后每两次抓取苗后横向移动一个穴孔距离。如此往返运动，直到把穴盘中所有行数的种苗全部送入导苗管里。

图1 穴盘苗移栽机械手结构

图2 夹取动作的工作过程

三、送苗系统

该系统由导苗管、链轮传动装置、活门、水平固定板、步进电机等组成。该系统通过PLC控制步进电机转动，从而带动链轮传动装置上的导苗管在水平固定板上滑动，待导苗管转到水平固定盘上的拱形缺口时，活门在其自身重力、种苗及所带基质重力的作用下，向下自动打开，种苗由于自重掉入下边的移栽机吊篮内，吊篮转动到地面自动打开放下种苗，覆土轮覆土固定种苗，完成种苗移栽操作。

四、结论

该机械手系统顺利的实现了取苗和放苗动作，完成了预定的代替人工取苗的目标。

（一）该系统采用无杆气缸传动，在以后的后续开发中，可考虑采用丝杠螺母机构，滚珠丝杠机构传动来代替无杆气缸传动，以减少可能由于定位不准而出现的问题。

（二）机械手出现伤苗现象，可以考虑增加传感装置，或者在机械手上固定更好的材质，以减少伤苗显现。

（三）更改机械手的间距，可以应用于多种穴距的种苗移栽。

河南省烟草专卖局（公司）科学研究与技术开发项目（HYKJM201315），河南省科技攻关项目（172102310773377），河南省高等学校重点科研项目（17B416001），河南省科技攻关项目（162102210271），河南省基础与前沿技术研究项目（142300410229944），国家级大学生创新创业训练计划项目（201510466000011）】