旱地穴盘苗移栽机取苗机构研究现状.pdf

中 国 农 机 化 学 报 Journal of Chinese Agricultural Mechanization 第 46 卷 第 2 期 Vol 46 No 2 2025 年 2 月 Feb 2025 DOI 10 13733 j jcam issn 2095 5553 2025 02 007 任 朝 阳 胡 敏 娟 严 伟 等 旱 地 穴 盘 苗 移 栽 机 取 苗 机 构 研 究 现 状 J 中 国 农 机 化 学 报 2025 46 2 41 47 Ren Zhaoyang Hu Minjuan Yan Wei et al Research status on seedling picking up mechanism of dryland hole tray seedling transplanting machine J Journal of Chinese Agricultural Mechanization 2025 46 2 41 47 旱 地 穴 盘 苗 移 栽 机 取 苗 机 构 研 究 现 状 任 朝 阳 胡 敏 娟 严 伟 李 坤 农 业 农 村 部 南 京 农 业 机 械 化 研 究 所 南 京 市 210014 摘 要 取 苗 机 构 是 蔬 菜 钵 苗 自 动 移 栽 机 由 半 自 动 向 全 自 动 转 化 的 核 心 工 作 部 件 决 定 着 移 栽 效 率 和 质 量 通 过 研 究 国 内 外 取 苗 传 动 机 构 和 取 苗 机 构 夹 取 方 式 来 阐 述 取 苗 机 构 的 发 展 现 状 并 从 工 作 效 率 成 本 结 构 作 业 效 果 等 方 面 进 行 客 观 评 价 将 取 苗 机 构 整 体 分 为 传 动 机 构 和 执 行 机 构 按 传 动 机 构 可 分 为 往 复 式 杆 件 机 构 回 转 式 非 圆 齿 轮 传 动 机 构 和 电 气 液 等 的 智 能 化 取 苗 装 置 按 执 行 机 构 夹 取 方 式 的 不 同 分 为 夹 钵 式 夹 茎 式 和 顶 出 式 指 出 现 有 取 苗 机 构 易 对 钵 苗 造 成 损 伤 效 率 低 适 应 性 差 等 问 题 从 智 能 化 发 展 方 向 多 功 能 化 设 计 和 环 节 节 能 数 据 化 管 理 和 和 智 能 化 调 节 农 机 农 艺 融 合 和 全 自 动 化 发 展 等 方 面 提 出 解 决 措 施 与 旱 地 穴 盘 苗 移 栽 机 取 苗 机 构 的 发 展 趋 势 关 键 词 旱 地 穴 盘 苗 取 苗 机 构 智 能 化 蔬 菜 移 栽 机 中 图 分 类 号 S223 9 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 2095 5553 2025 02 0041 07 Research status on seedling picking up mechanism of dryland hole tray seedling transplanting machine Ren Zhaoyang Hu Minjuan Yan Wei Li Kun Nanjing Institute of Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture and Rural Affairs Nanjing 210014 China Abstract Seedling picking mechanism is the core working part of automatic transplanting machine of vegetable potting seedling from semi automatic to full automatic which determines the efficiency and quality of transplanting This research elaborates the development status of seedling picking mechanism by studying the domestic and foreign seedling picking transmission mechanism and seedling picking mechanism clamping method and objectively evaluates the working efficiency cost structure operational effect and other aspects The seedling extraction mechanism is divided into transmission mechanism and actuator according to the transmission mechanism it can be divided into reciprocating rod mechanism rotary non circular gear transmission mechanism and electric gas liquid combination of intelligent seedling extraction device According to the different clamping methods of the actuator it can be divided into clamping bowl type clamping stem type and ejector type It pointed out that the existing seedling taking mechanism is easy to cause damage to pot seedlings low efficiency poor adaptability and other problems and put forward the solution measures and the development trend of the seedling taking mechanism from the aspects of intelligent development direction multi functional design environmental protection and energy saving data management and intelligent regulation agricultural machinery and agronomic integration and full automation development Keywords dryland hole pan seedling seedling picking up mechanism intelligentize vegetable transplanting machine 0 引 言 蔬 菜 是 人 们 日 常 饮 食 中 必 不 可 少 的 食 物 之 一 可 提 供 人 体 所 必 需 的 多 种 维 生 素 和 矿 物 质 等 营 养 物 质 是 农 业 生 产 中 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 在 中 国 是 仅 次 于 粮 食 的 重 要 副 食 品 1 蔬 菜 种 植 主 要 分 布 在 河 南 湖 收 稿 日 期 2024 年 4 月 22 日 修 回 日 期 2024 年 5 月 24 日 基 金 项 目 国 家 甘 薯 产 业 技 术 体 系 种 植 机 械 化 岗 位 CARS 10 GW19 第 一 作 者 任 朝 阳 女 1999 年 生 河 南 洛 阳 人 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 为 种 植 机 械 化 技 术 与 装 备 E mail m15038516509 163 com 通 讯 作 者 胡 敏 娟 女 1982 年 生 江 苏 无 锡 人 博 士 副 研 究 员 研 究 方 向 为 种 植 机 械 化 技 术 与 装 备 E mail humj74839 163 com中 国 农 机 化 学 报 2025 年 北 湖 南 为 代 表 的 中 南 地 区 和 以 山 东 为 代 表 的 华 东 地 区 中 国 是 蔬 菜 生 产 大 国 也 是 蔬 菜 消 费 大 国 2 2023 年 我 国 蔬 菜 种 植 面 积 达 23 000 khm 2 产 量 达 8 1 10 8 t 种 植 面 积 约 占 世 界 的 40 产 量 约 占 50 3 育 苗 移 栽 就 是 先 统 一 育 苗 再 将 育 好 的 苗 栽 植 入 大 田 或 设 施 内 相 对 于 传 统 种 植 方 式 来 说 其 优 势 在 于 可 以 加 快 作 物 繁 育 周 期 能 将 作 物 的 生 育 周 期 提 前 15 天 左 右 提 高 复 种 指 数 从 而 提 高 产 量 经 过 育 苗 后 的 钵 苗 栽 植 后 根 系 较 发 达 苗 的 生 长 状 态 一 致 性 和 均 匀 性 高 便 于 农 机 作 业 育 苗 移 栽 又 分 为 人 工 移 栽 半 自 动 化 移 栽 全 自 动 移 栽 人 工 移 栽 存 在 作 业 强 度 大 工 作 效 率 低 株 距 行 距 控 制 不 好 整 齐 度 均 匀 性 差 成 活 率 低 效 率 低 等 问 题 中 国 粮 食 安 全 背 后 是 机 械 化 的 强 力 支 撑 随 着 时 代 的 变 迁 机 械 代 替 人 工 已 成 为 必 然 的 趋 势 现 阶 段 蔬 菜 移 栽 主 要 依 靠 人 工 移 栽 和 半 自 动 化 移 栽 4 5 半 自 动 化 移 栽 的 工 作 效 率 可 达 2 000 3 000 株 h 是 人 工 移 栽 的 3 5 倍 较 大 程 度 减 缓 了 劳 动 力 的 利 用 提 升 了 工 作 效 率 但 仍 然 需 要 3 4 个 人 工 参 与 人 工 作 业 费 至 少 为 1 000 元 hm 2 而 全 自 动 移 栽 机 可 完 全 解 放 农 民 双 手 依 靠 取 苗 机 构 取 苗 节 省 人 工 成 本 提 高 工 作 效 率 综 上 研 究 取 苗 机 构 的 设 计 和 优 化 具 有 重 要 意 义 6 本 文 重 点 探 讨 国 内 外 取 苗 传 动 机 构 和 取 苗 执 行 机 构 的 发 展 现 状 分 析 目 前 存 在 的 问 题 并 提 出 改 进 建 议 为 未 来 的 发 展 提 供 参 考 1 取 苗 传 动 机 构 发 展 现 状 不 同 的 取 苗 传 动 机 构 取 苗 轨 迹 不 同 根 据 取 苗 传 动 机 构 驱 动 方 式 的 不 同 可 以 分 为 往 复 式 杆 件 机 构 回 转 式 非 圆 齿 轮 机 构 和 电 气 液 组 合 的 智 能 化 取 苗 机 构 1 1 往 复 式 杆 件 机 构 王 蒙 蒙 等 7 设 计 了 曲 柄 摆 杆 式 穴 盘 苗 取 苗 机 构 利 用 摆 杆 式 夹 取 爪 与 顶 苗 机 构 协 同 作 用 实 现 了 取 苗 功 能 该 机 构 结 构 简 单 性 能 可 靠 Choi 等 8 研 制 了 一 种 多 连 杆 取 苗 机 构 如 图 1 所 示 该 取 苗 装 置 由 固 定 滑 槽 主 动 杆 从 动 杆 连 接 杆 和 滑 块 组 成 通 过 滑 道 限 位 和 摇 杆 机 构 实 现 取 放 苗 运 动 图 1 五 连 杆 取 苗 机 构 Fig 1 Five bar seedling pick up mechanism 徐 丽 明 等 9 采 用 四 杆 机 构 实 现 取 苗 动 作 作 业 对 象 为 玉 米 秧 苗 随 着 曲 柄 AB 绕 A 点 的 转 动 固 定 在 四 连 杆 机 构 上 的 苗 指 插 入 苗 钵 中 将 苗 取 出 当 苗 运 到 导 苗 管 口 上 方 时 由 固 定 在 机 组 上 的 排 苗 杆 EF 将 苗 拨 下 使 苗 脱 离 苗 指 进 入 导 苗 管 完 成 取 苗 过 程 胡 双 燕 等 10 根 据 五 杆 机 构 的 运 动 特 性 采 用 夹 茎 式 取 苗 实 现 了 辣 椒 穴 盘 苗 的 自 动 化 移 栽 优 化 了 杆 件 机 构 的 参 数 并 针 对 取 苗 爪 的 末 端 执 行 装 置 进 行 合 理 化 设 计 如 图 2 所 示 该 机 构 的 结 构 简 单 成 本 较 低 图 2 取 苗 机 构 的 工 作 原 理 Fig 2 Working principle of seedling taking mechanism 1 连 杆 2 主 曲 柄 3 直 齿 圆 柱 齿 轮 4 夹 持 手 爪 5 推 杆 6 穴 盘 苗 7 穴 盘 8 秧 箱 9 静 轨 迹 10 动 轨 迹 1 2 回 转 式 非 圆 齿 轮 传 动 机 构 竹 山 智 洋 11 发 明 的 自 动 移 栽 机 的 传 动 部 分 是 由 两 套 行 星 轮 系 组 成 其 中 一 套 用 来 控 制 取 投 苗 动 作 另 一 套 用 来 控 制 栽 植 动 作 赵 匀 等 12 针 对 杆 件 机 构 运 动 时 产 生 的 惯 性 和 振 动 问 题 开 始 将 齿 轮 机 构 用 在 移 栽 的 传 动 机 构 上 提 出 了 一 种 新 型 高 速 水 稻 插 秧 机 正 齿 行 星 轮 分 插 机 构 初 期 使 用 的 是 节 曲 线 规 整 正 圆 偏 心 齿 轮 和 椭 圆 齿 轮 该 机 构 结 构 简 单 传 动 平 稳 能 实 现 特 定 的 运 动 轨 迹 克 服 了 杆 件 机 构 振 动 和 惯 性 大 的 问 题 降 低 了 伤 秧 率 俞 高 红 13 叶 秉 良 14 等 在 此 基 础 上 进 一 步 探 索 和 改 进 非 圆 齿 轮 的 类 型 提 出 了 偏 心 齿 轮 和 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 相 结 合 的 后 插 旋 转 式 分 插 机 构 并 将 其 应 用 在 水 稻 移 栽 上 获 得 了 良 好 的 作 业 性 能 俞 高 红 15 俞 亚 新 16 等 以 蔬 菜 钵 苗 为 移 栽 对 象 提 出 一 种 椭 圆 不 完 全 非 圆 齿 轮 该 机 构 结 构 简 单 克 服 了 日 本 旋 转 式 行 星 轮 系 取 苗 机 构 结 构 复 杂 的 缺 点 胡 双 燕 等 17 设 计 了 两 个 取 苗 臂 行 星 架 旋 转 一 周 取 苗 两 次 提 高 了 作 业 效 率 赵 雄 等 18 提 出 了 一 种 应 用 在 蔬 菜 移 栽 并 能 连 续 传 动 的 二 阶 自 由 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 非 圆 齿 轮 的 节 曲 线 均 是 不 规 则 的 根 据 取 苗 所 需 的 复 杂 作 业 条 件 实 现 了 取 苗 所 需 的 鹰 嘴 式 轨 迹 并 满 足 了 取 苗 工 作 要 求 金 学 军 19 针 对 二 阶 自 由 非 圆 齿 轮 行 星 系 连 续 传 动 机 构 轨 迹 及 动 力 性 能 不 理 想 的 问 题 提 出 了 用 组 合 式 不 完 全 偏 心 圆 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 取 苗 机 构 代 替 三 代 旋 转 式 带 锁 止 弧 间 歇 传 动 机 构 克 服 了 锁 止 弧 机 构 传 动 时 刚 性 冲 击 大 的 问 题 并 应 用 于 旱 地 蔬 菜 取 苗 机 构 上 42第 2 期 任 朝 阳 等 旱 地 穴 盘 苗 移 栽 机 取 苗 机 构 研 究 现 状 叶 秉 良 等 20 在 此 基 础 上 对 该 组 合 式 非 圆 齿 轮 开 展 动 力 学 仿 真 和 试 验 研 究 取 苗 机 构 的 可 行 性 孙 良 等 21 以 西 芹 钵 苗 为 移 栽 对 象 提 出 一 种 双 行 星 架 非 圆 齿 轮 与 连 杆 机 构 组 合 传 动 将 曲 柄 摇 杆 机 构 的 变 速 摆 动 与 非 圆 齿 轮 的 不 等 速 传 动 相 叠 加 得 到 取 栽 一 体 式 蔬 菜 钵 苗 移 栽 机 构 该 机 构 的 副 行 星 架 相 对 主 行 星 架 作 变 速 摆 动 移 栽 臂 相 对 副 行 星 架 作 回 转 运 动 该 机 构 突 破 了 传 统 的 限 制 可 以 较 大 程 度 满 足 蔬 菜 移 栽 所 需 的 大 幅 值 传 动 比 要 求 周 海 丽 等 22 针 对 完 全 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 取 苗 机 构 存 在 推 苗 角 不 够 大 而 不 完 全 非 圆 齿 轮 轮 系 取 苗 机 构 存 在 冲 击 的 问 题 提 出 了 一 种 应 用 于 西 兰 花 钵 苗 移 栽 上 的 完 全 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 该 完 全 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 将 完 全 非 圆 齿 轮 和 标 准 斜 齿 轮 结 合 使 用 获 得 了 蔬 菜 移 栽 所 需 的 较 大 推 苗 角 提 高 了 移 栽 的 直 立 度 进 而 提 高 了 移 栽 质 量 和 移 栽 效 率 非 圆 齿 轮 具 有 传 动 平 稳 结 构 紧 凑 寿 命 长 能 实 现 特 定 的 运 动 轨 迹 等 优 势 而 备 受 青 睐 其 在 移 栽 方 面 应 用 广 泛 通 常 采 用 各 种 正 圆 偏 心 齿 轮 椭 圆 不 完 全 齿 轮 完 全 非 圆 齿 轮 等 组 合 起 来 应 用 不 同 的 组 合 和 节 曲 线 形 状 可 以 用 来 实 现 特 定 的 运 动 轨 迹 利 用 非 圆 齿 轮 传 动 机 构 来 实 现 钵 苗 的 抓 取 移 动 和 放 置 从 而 提 高 效 率 和 减 少 劳 动 力 成 本 其 工 作 原 理 是 利 用 非 圆 齿 轮 传 动 的 特 性 通 过 设 计 非 圆 齿 轮 节 曲 线 来 实 现 不 同 速 度 比 的 传 动 这 种 传 动 机 构 可 以 根 据 需 要 调 整 传 动 比 使 钵 苗 在 移 动 过 程 中 保 持 稳 定 的 速 度 和 位 置 1 3 电 气 液 等 智 能 化 取 苗 装 置 倪 有 亮 等 23 通 过 液 压 马 达 和 气 压 缸 来 控 制 取 苗 送 苗 基 本 实 现 了 辣 椒 全 自 动 移 栽 为 全 自 动 化 移 栽 机 的 发 展 奠 定 了 基 础 但 液 压 马 达 和 气 压 缸 存 在 精 度 较 低 工 作 稳 定 性 和 可 靠 性 低 取 苗 时 送 苗 装 置 平 移 需 要 较 大 动 力 整 机 结 构 复 杂 等 问 题 田 素 博 等 24 在 现 有 的 半 自 动 移 栽 机 基 础 上 完 善 并 配 套 PLC 控 制 器 作 为 取 苗 装 置 主 要 完 善 的 机 型 有 鼎 铎 移 栽 机 井 关 移 栽 机 禾 田 高 密 度 移 栽 机 鼎 铎 2ZB 2 型 半 自 动 蔬 菜 移 栽 机 改 造 后 通 过 取 苗 机 构 整 排 取 苗 并 经 苗 杯 完 成 投 苗 适 用 于 小 型 温 室 中 实 现 低 密 度 移 栽 株 距 为 10 cm 实 用 性 强 2ZYZ 2B 型 双 行 半 自 动 移 栽 机 取 苗 针 从 128 穴 的 穴 盘 上 一 次 取 一 排 即 一 次 取 8 穴 将 其 投 入 到 旋 转 的 转 杯 里 喂 苗 成 功 率 在 95 以 上 移 栽 效 率 可 达 1 500 株 行 h 人 工 操 作 数 量 由 之 前 的 2 人 作 业 减 少 为 1 人 作 业 减 轻 了 劳 动 强 度 禾 田 高 密 度 移 栽 机 取 苗 机 构 将 取 出 来 的 苗 上 升 一 定 的 高 度 后 直 接 使 苗 依 靠 重 力 落 至 栽 植 杯 里 取 苗 机 构 只 有 前 进 和 后 退 的 动 作 运 动 过 程 简 单 配 套 后 的 移 栽 机 减 轻 了 劳 动 强 度 提 高 了 工 作 效 率 工 作 稳 定 动 力 源 为 锂 电 池 节 能 环 保 但 由 于 使 用 的 龙 门 臂 式 结 构 整 机 结 构 较 为 复 杂 可 能 存 在 移 栽 臂 与 半 自 动 移 栽 机 配 合 方 面 的 问 题 胡 建 平 等 25 研 发 的 双 行 全 自 动 蔬 菜 移 栽 机 实 现 了 苗 盘 输 送 到 回 收 的 全 自 动 化 移 栽 过 程 利 用 传 感 器 检 测 苗 盘 位 置 气 缸 驱 动 四 针 取 苗 机 构 夹 取 和 释 放 苗 盘 提 高 了 移 栽 精 准 度 减 少 了 苗 的 损 伤 各 取 苗 传 动 机 构 特 点 总 结 如 表 1 所 示 表 1 取 苗 传 动 机 构 性 能 比 较 Tab 1 Comparison of seedling extraction mechanism performance 取 苗 装 置 类 型 往 复 式 杆 件 机 构 旋 转 式 非 圆 齿 轮 行 星 轮 系 传 动 机 构 气 电 液 智 能 化 机 构 优 势 设 计 简 单 成 本 低 廉 传 动 效 率 较 高 传 动 平 稳 寿 命 长 动 力 强 响 应 快 方 便 维 护 劣 势 振 动 冲 击 大 惯 性 力 大 结 构 复 杂 成 本 较 高 成 本 高 气 力 不 稳 定 较 难 控 制 应 用 场 合 低 速 场 合 小 型 移 栽 机 高 速 场 合 小 型 移 栽 机 低 速 多 排 取 苗 场 合 大 型 移 栽 机 2 取 苗 夹 持 机 构 发 展 现 状 取 苗 机 构 的 末 端 执 行 器 为 夹 持 装 置 当 取 苗 机 构 转 动 时 取 苗 爪 需 要 将 穴 盘 苗 从 穴 盘 中 夹 取 夹 持 和 释 放 实 现 周 期 性 作 业 其 性 能 的 优 劣 直 接 影 响 着 取 苗 时 取 苗 成 功 率 茎 秆 损 伤 率 因 此 设 计 一 款 适 应 性 强 夹 伤 率 低 的 取 苗 末 端 执 行 器 显 得 尤 为 必 要 取 苗 末 端 执 行 器 按 夹 取 穴 盘 苗 不 同 部 位 可 分 为 夹 钵 式 顶 出 式 夹 茎 式 2 1 夹 钵 式 胡 建 平 等 25 设 计 了 一 种 气 缸 驱 动 的 指 夹 式 取 苗 爪 可 实 现 边 插 入 钵 体 苗 边 夹 紧 的 操 作 通 过 气 缸 驱 动 取 苗 爪 能 够 收 缩 从 而 夹 取 苗 钵 如 图 3 所 示 图 3 指 夹 式 取 苗 爪 结 构 示 意 图 Fig 3 Schematic diagram of the structure of the finger clip seedling extraction claw 1 气 缸 2 安 装 板 3 夹 取 针 摆 杆 4 夹 取 针 5 气 缸 推 杆 6 推 苗 环 支 架 7 推 苗 环 俞 高 红 等 15 利 用 非 圆 齿 轮 传 动 机 构 作 为 取 苗 传 动 机 构 并 常 采 用 夹 钵 式 取 苗 末 端 执 行 器 进 行 取 苗 夹 钵 式 取 苗 机 构 的 取 苗 方 式 是 取 苗 臂 末 端 执 行 爪 通 过 夹 取 钵 苗 基 质 的 方 式 将 钵 苗 夹 出 并 投 放 这 种 取 苗 方 式 可 靠 性 强 对 作 物 的 适 应 性 强 目 前 应 用 较 多 但 易 造 成 基 质 破 损 等 问 题 43中 国 农 机 化 学 报 2025 年 2 2 夹 茎 式 李 华 等 26 基 于 二 阶 椭 圆 齿 轮 行 星 轮 系 与 凸 轮 摆 杆 机 构 设 计 了 一 种 斜 夹 直 拔 夹 茎 式 取 苗 机 构 如 图 4 所 示 其 工 作 性 能 可 靠 稳 定 缓 解 了 取 苗 作 业 过 程 中 对 钵 体 与 根 系 造 成 的 损 伤 为 番 茄 钵 苗 自 动 取 苗 机 构 的 研 发 提 供 理 论 参 考 图 4 夹 苗 器 示 意 图 Fig 4 Schematic diagram of seedling clamper 1 支 架 2 夹 苗 片 3 销 轴 4 螺 栓 5 复 位 弹 簧 b 6 夹 苗 片 支 架 7 复 位 弹 簧 a 8 夹 紧 块 9 摆 杆 10 凸 轮 轴 Hu 等 27 基 于 螃 蟹 仿 生 学 原 理 设 计 了 柔 性 夹 茎 式 夹 持 机 构 利 用 凸 轮 驱 动 齿 轮 和 齿 条 啮 合 控 制 夹 爪 的 开 合 行 程 为 2 30 mm 凸 轮 的 行 程 为 1 94 mm 明 显 节 省 了 夹 紧 时 间 如 图 5 所 示 图 5 柔 性 夹 持 手 爪 Fig 5 Flexible clamping jaws 1 推 苗 杆 2 齿 条 3 柔 性 夹 片 及 其 波 浪 型 内 侧 面 板 4 夹 持 手 爪 5 齿 条 安 装 韩 长 杰 等 28 针 对 辣 椒 穴 盘 苗 设 计 了 一 款 自 动 移 栽 机 使 用 气 缸 驱 动 实 现 夹 茎 拔 苗 分 苗 和 放 苗 等 动 作 夹 茎 式 取 苗 机 构 的 取 苗 方 式 是 取 苗 臂 末 端 执 行 爪 通 过 夹 取 秧 苗 的 根 部 以 上 的 茎 秆 实 现 将 秧 苗 取 出 并 投 放 这 种 夹 取 方 式 适 用 于 辣 椒 番 茄 等 茎 部 粗 壮 的 茄 科 作 物 对 于 茎 部 较 柔 弱 的 秧 苗 容 易 造 成 损 伤 钵 苗 定 位 精 度 要 求 高 2 3 顶 出 式 顶 出 式 取 苗 根 据 顶 出 机 构 的 不 同 可 以 分 为 顶 杆 顶 出 式 和 气 动 顶 出 式 机 构 Armstrong 等 29 针 对 欧 美 特 异 性 泡 沫 硬 质 穴 盘 设 计 一 种 顶 出 式 取 苗 装 置 取 苗 时 穴 盘 在 移 位 机 构 驱 动 下 在 垂 直 方 向 逐 行 喂 苗 顶 杆 做 往 复 直 线 运 动 将 钵 苗 从 穴 盘 中 顶 出 张 思 伟 30 研 发 了 一 款 顶 杆 顶 出 式 取 苗 机 构 该 机 构 先 利 用 顶 杆 顶 苗 再 通 过 取 苗 机 构 进 行 夹 取 有 效 缓 解 了 钵 体 与 穴 盘 黏 附 力 和 苗 盘 根 性 差 对 取 苗 成 功 率 的 影 响 Shaw 等 31 设 计 了 气 动 顶 出 式 取 苗 装 置 该 装 置 在 顶 杆 轴 向 45 处 设 置 喷 气 孔 通 过 气 流 的 作 用 力 将 苗 钵 与 穴 盘 分 离 缓 解 了 因 顶 杆 顶 出 式 取 苗 装 置 中 顶 杆 对 穴 盘 基 质 造 成 的 破 坏 问 题 韩 绿 化 等 32 在 Shaw 等 31 设 计 的 基 础 上 研 制 了 底 部 吹 气 式 钵 体 与 穴 盘 松 脱 装 置 该 装 置 利 用 压 缩 空 气 瞬 间 释 放 的 冲 击 力 冲 顶 钵 苗 实 现 了 钵 苗 与 穴 孔 壁 之 间 的 非 机 械 接 触 式 松 脱 便 于 后 期 人 工 取 苗 或 机 械 取 苗 这 一 创 新 设 计 显 著 提 高 了 取 苗 的 可 靠 性 和 效 率 进 一 步 优 化 了 苗 种 生 产 过 程 有 效 地 解 决 了 传 统 机 械 方 式 中 可 能 存 在 的 接 触 损 伤 问 题 提 高 了 松 脱 效 率 和 保 护 钵 苗 的 质 量 为 省 力 取 苗 装 置 的 设 计 提 供 理 论 参 考 以 上 研 究 表 明 顶 杆 顶 出 式 机 构 结 构 简 单 成 本 较 低 但 顶 杆 易 顶 破 钵 苗 基 质 影 响 顶 杆 顶 出 式 装 置 的 推 广 气 动 顶 出 式 松 脱 装 置 能 较 大 程 度 减 缓 机 械 取 苗 对 穴 盘 苗 所 造 成 的 损 伤 但 目 前 仍 存 在 气 流 强 度 不 稳 定 且 控 制 难 度 较 大 等 问 题 制 约 了 气 动 顶 出 式 松 脱 装 置 的 推 广 应 用 目 前 可 用 于 移 栽 的 蔬 菜 穴 盘 苗 主 要 有 茄 果 类 瓜 果 类 叶 菜 类 等 类 型 其 中 茄 果 类 蔬 菜 茎 部 较 粗 壮 根 系 须 根 较 少 瓜 果 类 蔬 菜 茎 部 较 脆 叶 菜 类 蔬 菜 叶 面 肥 大 不 同 夹 取 方 式 对 不 同 作 物 的 适 应 情 况 如 表 2 所 示 表 2 取 苗 执 行 机 构 夹 取 方 式 的 性 能 比 较 Tab 2 Comparison of seedling extraction mechanism grasping methods performance 夹 取 方 式 夹 钵 式 夹 茎 式 顶 出 式 优 势 扎 取 成 功 率 较 高 适 用 范 围 较 为 广 泛 对 作 物 生 长 状 态 要 求 不 高 不 易 损 伤 钵 苗 叶 片 基 质 取 苗 轨 迹 简 单 易 实 现 不 易 对 根 系 造 成 损 伤 自 动 化 程 度 高 取 苗 效 率 高 作 业 精 准 避 免 了 机 械 取 苗 对 穴 盘 苗 所 造 成 的 损 伤 提 高 了 松 脱 效 率 和 保 护 了 钵 苗 的 质 量 劣 势 易 破 坏 基 质 茎 叶 根 系 等 作 业 要 求 复 杂 易 夹 伤 茎 秆 存 在 带 苗 现 象 适 应 作 物 范 围 受 限 钵 苗 定 位 精 度 要 求 高 顶 杆 顶 出 式 中 顶 杆 易 破 坏 穴 盘 和 基 质 气 动 顶 出 式 气 力 不 利 于 控 制 需 各 结 构 精 确 配 合 控 制 较 复 杂 适 应 作 物 范 围 适 用 范 围 较 广 且 能 适 应 黄 瓜 草 莓 等 茎 秆 较 脆 的 作 物 不 适 用 于 西 兰 花 甘 蓝 等 展 幅 较 大 的 叶 菜 类 穴 盘 苗 适 用 于 辣 椒 茄 子 番 茄 等 茎 秆 粗 壮 根 系 健 壮 直 立 度 较 好 须 根 较 少 的 穴 盘 苗 适 用 于 叶 面 较 肥 大 的 叶 菜 类 作 物 茎 秆 较 脆 弱 的 瓜 果 类 蔬 菜 穴 盘 苗 此 外 顶 出 式 取 苗 装 置 需 要 使 用 与 其 匹 配 的 穴 盘 以 确 保 苗 种 准 确 放 置 44第 2 期 任 朝 阳 等 旱 地 穴 盘 苗 移 栽 机 取 苗 机 构 研 究 现 状 3 存 在 问 题 3 1 取 苗 装 置 对 钵 苗 的 损 伤 问 题 现 有 的 夹 钵 式 夹 茎 式 和 顶 出 式 取 苗 方 式 存 在 着 取 苗 末 端 执 行 器 与 穴 盘 苗 茎 叶 基 质 接 触 的 问 题 这 种 接 触 可 能 导 致 穴 盘 苗 受 损 从 而 延 长 钵 苗 的 缓 苗 期 严 重 时 影 响 钵 苗 的 存 活 率 取 苗 末 端 执 行 器 直 接 作 用 给 钵 苗 的 力 的 大 小 难 以 控 制 过 小 则 造 成 取 苗 失 败 过 大 则 可 能 造 成 钵 苗 损 伤 或 基 质 散 坨 等 问 题 降 低 钵 苗 的 成 活 率 3 2 取 苗 装 置 作 业 效 率 较 低 问 题 现 有 的 取 苗 装 置 在 取 苗 高 频 率 下 往 往 会 导 致 取 苗 成 功 率 降 低 目 前 欧 美 等 国 家 最 先 进 的 大 型 自 动 移 栽 机 作 业 效 率 仅 为 150 株 行 min 33 取 苗 装 置 的 作 业 效 率 直 接 影 响 着 自 动 移 栽 机 的 成 本 因 此 需 要 进 一 步 提 高 其 作 业 效 率 3 3 取 苗 装 置 适 应 性 差 问 题 首 先 受 蔬 菜 种 类 繁 多 制 约 不 同 种 类 的 蔬 菜 钵 苗 形 态 大 小 生 长 状 态 各 异 导 致 取 苗 装 置 难 以 适 应 各 种 情 况 其 次 受 环 境 差 异 影 响 不 同 种 植 环 境 的 土 壤 质 地 湿 度 温 度 等 因 素 变 化 较 大 取 苗 装 置 难 以 适 应 不 同 环 境 最 后 受 技 术 限 制 目 前 取 苗 装 置 的 设 计 和 制 造 技 术 有 限 难 以 实 现 高 度 灵 活 性 和 智 能 化 4 发 展 建 议 4 1 减 缓 取 苗 装 置 对 钵 苗 的 损 伤 为 减 缓 取 苗 装 置 对 苗 的 损 伤 可 以 采 取 以 下 解 决 措 施 对 取 苗 末 端 执 行 器 末 端 添 加 橡 胶 硅 胶 等 柔 性 材 料 添 加 缓 冲 装 置 来 减 少 冲 击 力 优 化 设 计 夹 持 力 可 调 的 柔 性 执 行 机 构 4 2 提 高 取 苗 装 置 的 工 作 效 率 为 提 高 取 苗 装 置 的 作 业 效 率 可 以 采 取 以 下 解 决 措 施 参 考 非 圆 齿 轮 传 动 机 构 在 水 稻 秧 苗 高 速 移 栽 中 的 成 功 案 例 将 其 合 理 化 创 新 化 地 应 用 在 蔬 菜 自 动 取 苗 传 动 机 构 中 设 计 一 款 取 送 栽 一 体 化 的 取 苗 栽 植 机 构 在 有 限 的 作 业 幅 宽 下 合 理 安 排 取 苗 机 构 的 数 量 优 化 整 排 取 苗 的 取 苗 方 案 4 3 提 升 取 苗 装 置 的 适 应 性 为 提 高 取 苗 装 置 的 适 应 性 可 以 采 取 以 下 解 决 措 施 1 研 发 智 能 化 系 统 引 入 人 工 智 能 机 器 学 习 等 技 术 使 取 苗 装 置 能 够 根 据 不 同 穴 盘 苗 和 环 境 条 件 做 出 智 能 调 整 2 多 功 能 设 计 设 计 多 功 能 的 取 苗 装 置 能 够 适 应 不 同 种 类 和 规 格 的 穴 盘 苗 提 高 通 用 性 3 灵 活 可 调 设 计 可 调 节 参 数 和 部 件 的 取 苗 装 置 使 其 能 够 根 据 具 体 情 况 进 行 灵 活 调 整 提 高 自 适 应 性 4 实 地 测 试 和 反 馈 在 实 际 种 植 环 境 中 对 取 苗 装 置 进 行 测 试 不 断 收 集 反 馈 意 见 并 进 行 改 进 优 化 5 展 望 1 智 能 化 发 展 方 向 自 动 移 栽 机 取 苗 装 置 的 智 能 化 发 展 是 未 来 的 趋 势 结 合 机 器 视 觉 传 感 器 技 术 等 实 现 自 动 识 别 和 抓 取 穴 盘 苗 提 高 作 业 效 率 和 准 确 性 通 过 智 能 控 制 系 统 和 作 业 监 控 促 进 取 苗 技 术 与 机 械 化 自 动 化 和 信 息 化 的 融 合 提 高 操 作 的 易 用 性 和 智 能 化 水 平 2 多 功 能 化 设 计 和 环 保 节 能 未 来 的 取 苗 装 置 将 朝 着 多 功 能 化 设 计 发