杜仲具有很高的經(jīng)濟(jì)和藥用價(jià)值,育苗時(shí)采用嫁接方法能夠提高幼苗的成活率,從而獲得具有較高藥用價(jià)值的品種。但目前缺乏杜仲自動(dòng)嫁接設(shè)備,育苗時(shí)多采用人工嫁接方法。針對(duì)人工嫁接作業(yè)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大以及長(zhǎng)期工作時(shí)切削速度、嫁接成功率不穩(wěn)定等問(wèn)題,基于對(duì)杜仲人工嫁接技術(shù)的研究,設(shè)計(jì)了一種杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng),以提高切削速度和嫁接成功率。首先,基于機(jī)械設(shè)計(jì)原理,對(duì)杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作流程進(jìn)行了分析。然后,通過(guò)對(duì)砧木切削方式的分析,基于壓切方式設(shè)計(jì)了矩陣式切削系統(tǒng)的切削機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu),其一次可完成4行4列杜仲砧木苗的切削;同時(shí),基于傳統(tǒng)PLC（programmable logic controller,可編程邏輯控制器）,對(duì)矩陣式切削系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),其具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。最后,利用設(shè)計(jì)的杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)進(jìn)行切削試驗(yàn),并與人工切削方法進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明:杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制;在杜仲砧木苗大小合適的前提下,其切削速度可達(dá)517株/h,是人工切削速度的1.1倍,平均切削成功率可達(dá)92.58%,... 

【文章來(lái)源】：工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2020,27(06)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

如圖2所示，杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)的工作流程為：1）放入杜仲砧木苗盤(pán)，觸發(fā)苗盤(pán)放入傳感器，同時(shí)啟動(dòng)皮帶清理機(jī)構(gòu)，以將苗盤(pán)送至夾持機(jī)構(gòu)處；2）觸發(fā)夾持機(jī)構(gòu)傳感器，完成夾苗定位，之后皮帶清理機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)同時(shí)啟動(dòng)；3）苗盤(pán)到達(dá)切削位置后，觸發(fā)切削機(jī)構(gòu)傳感器，按照設(shè)定順序完成切削動(dòng)作；4）啟動(dòng)皮帶清理機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)，苗盤(pán)到達(dá)皮帶變坡位置后，觸發(fā)皮帶變坡傳感器，夾持機(jī)構(gòu)松開(kāi)苗盤(pán)；5）再次啟動(dòng)皮帶清理機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)，直至苗盤(pán)到達(dá)出料口；6）觸發(fā)出料口傳感器，皮帶清理機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，并等待1 s;7）夾持機(jī)構(gòu)啟動(dòng)倒轉(zhuǎn)，回到起始位；8）觸發(fā)起始位傳感器，皮帶清理機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，系統(tǒng)做下一次切削準(zhǔn)備。2 杜仲嫁接機(jī)器人矩陣式切削系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

常見(jiàn)的砧木切削方式可分為直切、斜切、旋切和滑切等幾種方式[13-14]。圖3(a）所示為直切方式，可將砧木切成水平斷面，但不滿(mǎn)足杜仲的嫁接要求。圖3(b）所示為斜切方式，切刀刀刃和砧木呈一定夾角。對(duì)砧木進(jìn)行受力分析發(fā)現(xiàn)，沿著砧木方向，由于受到切刀的壓力F，切刀刀刃兩側(cè)的砧木纖維受到擠壓，隨著切刀的進(jìn)入，壓力變大，導(dǎo)致刀刃下方的砧木失去向內(nèi)收縮的恢復(fù)力，從而影響砧木的嫁接存活率。圖3(c）所示為旋切方式，位于旋轉(zhuǎn)刀柄上的切刀可一次性完成穗木和砧木的切削。由于刀柄作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得穗木和砧木的切面為弧面，若要使切面為平面，則需增大切削半徑，但這會(huì)造成切削機(jī)構(gòu)體積龐大，成本增加。圖3(d）所示為滑切方式，切刀與砧木呈垂直關(guān)系，切刀切削砧木時(shí)，切刀作垂直于砧木方向和平行于刀柄方向的切削運(yùn)動(dòng)，在這種切削方式下，切刀進(jìn)入砧木后產(chǎn)生的摩擦力較小，從而使砧木切面的形變量較小，但采用滑切方式的切削機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度較高和制造成本較大[15-16]。綜合上述幾種切削方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)直切方式進(jìn)行改進(jìn)，即保證切刀所在平面與砧木軸線(xiàn)垂直，與砧木徑面呈一定夾角，將這種切削方式稱(chēng)為壓切。采用壓切方式的切削機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可使砧木的切面為斜面類(lèi)橢圓面，對(duì)砧木的損傷較小，符合杜仲的嫁接要求。2.1.2 杜仲砧木苗切削特性分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于可編程控制器的豬胴體噴淋冷卻作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 陳玉侖,孫晨陽(yáng),盧中山,范雷明,李毅念,李春保.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018(03)
[2]國(guó)內(nèi)外蔬菜嫁接機(jī)的研究現(xiàn)狀[J]. 柏宗春,呂曉蘭,陶建平.  農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備. 2017(03)
[3]蔬菜自動(dòng)嫁接技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J]. 張凱良,褚佳,張鐵中,尹權(quán),孔艷山,劉展.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2017(03)
[4]基于光切法的葡萄硬枝嫁接切削面粗糙度圖像檢測(cè)算法[J]. 李世軍,袁全春,徐麗明,邢潔潔,劉文,高振銘,史麗娜.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2017(04)
[5]蔬菜嫁接育苗技術(shù)[J]. 劉興艷.  現(xiàn)代農(nóng)業(yè). 2017(02)
[6]葫蘆科穴盤(pán)苗單人操作嫁接機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 褚佳,張立博,張鐵中,張文波,王糧局,劉展.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2017(01)
[7]甜瓜貼接嫁接機(jī)切削裝置工作參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)[J]. 田素博,宋傳程,董嵩,王瑞麗.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016(22)
[8]蔬菜嫁接機(jī)器人嫁接苗特征參數(shù)的視覺(jué)測(cè)量方法[J]. 張雷,賀虎,武傳宇.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2015(09)
[9]杜仲穴盤(pán)育苗基質(zhì)的研究[J]. 張美德,艾倫強(qiáng),何銀生,劉海華,廖璐婧.  湖北農(nóng)業(yè)科學(xué). 2014(24)
[10]葫蘆科營(yíng)養(yǎng)缽苗單人操作嫁接機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 褚佳,張鐵中.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2014(S1)

碩士論文
[1]基于Plug-in的苗木嫁接機(jī)切削機(jī)構(gòu)的研究[D]. 羅軍.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3270156