斜插式蔬菜嫁接机器人嫁接机理与关键机构的研究

摘要

斜插法蔬菜嫁接操作简单，不需要夹持物进行夹持固定，嫁接成活率高，是瓜类蔬菜的理想嫁接方法。机械自动化嫁接可以提高嫁接作业生产率、降低人工操作难度，有利于推广蔬菜嫁接育苗技术。本课题选取斜插法为嫁接方法，测量了砧木和接穗的几何参数和压缩特性、切削特性、打孔阻力特性等力学特性，根据嫁接的方法和要求，进行嫁接参数的试验研究，并将研究结果应用于实际嫁接机器人设计中，完成了斜插式蔬菜嫁接机器人关键机构和控制系统的设计。结果如下：
　　 1.设定苗的压缩量为20％时的压缩力为临界压缩载荷，砧木苗的临界压缩力为0.586N，临界压缩强度为16.278 kPa，接穗苗的临界压缩力为1.222 N，临界压缩强度为33.944kPa。砧木苗的平均最大剪切力为3.095 N，根据试验样本测量得到最大剪切力为5.423 N。接穗苗的平均最大剪切力为1.616N，根据试验样本测量得到最大剪切力为3.062N。砧木苗的平均最大打孔阻力为0.756N，根据试验样本测量得到最大打孔阻力为1.124N。
　　 2.对斜插式嫁接的主要嫁接机理进行参数研究和分析，通过斜插式嫁接打孔针的参数设计研究得出当打孔针直径为1.80 mm，针尖锥角为45°时，打孔成功率最高，打孔阻力较小。通过斜插式嫁接角度的研究得出当斜插式嫁接角度为45°时，打孔成功率最高。通过接穗切削角度的研究得出当接穗切削角度为20°时，切削面平均长度为7.23 mm，嫁接成功率最高。
　　 3.完成了多工位斜插式蔬菜嫁接机器人关键机构的设计，主要包括砧木夹持供苗机构、生长点去除机构、打孔机构、接穗夹持供苗机构和接穗切削机构，能实现多工位砧木上苗、夹持、压平、去除生长点、打孔和接穗的上苗、夹持、切削以及砧木和接穗的嫁接接合作业。
　　 4.完成了斜插式蔬菜嫁接机器人控制系统的设计，包括控制流程的确定，硬件设计以及软件模块化的设计。