自动移栽机械取苗机构及植苗机构研究

年代 1987
1992
单位或个人
美国奥本大学 Kutz
K．C．Ting和 Y．Yang
品名
优点
缺点
苗圃植物移栽机器人 92孔穴盘移栽至 穴盘与生长盘位
36孔
置要求高
以四自由度工业机器 传感器可避免 结构复杂
人为本体
夹持器夹苗时用
力过大而伤苗
备注：以工业机器人为本体的移栽机具有特定的功能，只适用于特定的 环境，不便于对系统进行扩展和改进，其通用性差、利用率较低，与温 室自动化流水线作业设施不易实现配套．且价格昂贵。
南京农业大学设计的取苗机构 通过动力盘（槽形凸轮）的旋转，实现夹指的张开和闭合
浙江大学设计的取苗机构
采用两个成一定倾斜角的气缸实现夹持。针式手指取苗成 功率较低，经过改进，采用铲式手指，成功率可达到82.5%。
美国Williames等提出的取苗方式
输送器伸入到苗内，通过一顶杆把钵苗顶到输送器内，当输 送器内装好钵苗后，旋转90°，然后把苗落入到导苗管内，进行 移栽。
栽机
学
的要求 ，适应性
强
圆盘式栽植 1999年吉林工业大 2ZT型栽植机 单独秧夹
机
学
伤苗率小于5%
关键机构
移பைடு நூலகம்取苗机构
取苗机构是将穴盘 苗夹取并最终释放 至植苗机构的工作 部件
栽-植苗机构
植苗机构是将取苗机 构释放的穴盘苗进行 接取并移栽至大田的 工作部件
2 取苗机构研究
研究现状
取苗机构用于夹取幼苗，并投放到植苗器中。 目前国内移栽机仍普遍采用人工投苗方式，自动 取苗机构仍处于探索阶段。
国外起步较早．发展快，种类较多，移栽器型式不同通用性都比较 强，其移栽机械已十分成熟，多品种多系列，性能稳定，可靠性高， 通用性好。但是操作复杂，匹配动力大，很难适应中国的国情。
依托现有工业机器人为本体的穴盘苗自动移
栽机
能实现移栽作业的最简单种植机械，它主要利用工业 机器人的机械本体和控制器，并安装能完成移栽的末端 执行器、视觉传感器，以组成一个移栽机器人系统。
齿轮连杆组合式取苗机构（日本洋马）
图1 取苗机构结构示意图 1. 行星架 2. 中心轮 3. 行星轮 4. 行星轮 5.静轨迹 6. 取苗爪 7. 连杆 8.滚子 9. 槽型凸轮 10. 行星轮轴 11.穴盘 12.托架 13
穴盘苗
齿轮连杆组合式取苗机构（日本洋马）
由取苗爪，驱动机构及槽形凸轮机构组成，实现从穴盘 中取苗和向植苗机构投苗的动作。
4
3
5
2 1
7 6
取杆1作为机架，杆2作为曲柄1，连杆7作曲柄2，连杆 5做鸭嘴固定杆。
七杆机构的优点是可以实现小株距栽植，缺点机构比 较复杂。
日本井关的蔬菜移栽机。
行星轮连杆槽型凸轮机构
由行星轮1、连杆2、3、 槽型凸轮4与鸭嘴栽植器5组 成。
行星轮连杆槽型凸轮机构 的优点是可以实现小株距栽植 缺点是滑槽高副的阻力比较大
国内外研究现状 国外
日本
美国
其他各国
1963
BTP-2型甜菜栽植机 ，是第一个在温室 中使用纸筒钵育甜 菜苗并进行栽植的 国家
1973
Roth等研制了带式 喂入栽植机，人工 将钵苗放到输送带 上进行栽植
20世纪60年代
意大利切克基·马 格利公司生产的奥 特玛栽植机和荷兰 米启根公司的MT栽 植机为多见
六杆机构
4 3
5 6 2 1
由斯蒂芬斯六杆机构变换得到。选取杆件4作为机架，6为 曲柄，5为上平行四边形连架杆，3为鸭嘴固定连杆，2为下平 行四边形连杆。
在植苗动轨迹的基础上通过鸭嘴的左右开合可以较好 的完成植苗任务。六杆机构的最大优点是可以实现小株距 栽植，并且轨迹路径更短，效率更高。
七杆机构
当取多对转臂时要保证所取的齿数为转臂数量的整数倍。 栽植的株距只与转臂的数量、齿轮的中心距有关。
• 原理与四杆机构相 似，优点是栽植时 相比四杆机构更稳 定，适合于高速栽 植，但是缺少与之 对应的高速自动喂 苗装置。
• 缺点是单栽植臂栽
植株距比较大，需
要通过调节栽植臂
的数量或者机构杆
长来调节株距。
荷兰visser公司设计蔬菜移栽机
一排推杆4 从根部顶出幼苗，拔苗器7取出整排苗，放 到传送带9上面。
带传感器的滑动针取苗爪
压缩空气
安装盘
左视
气动驱动器
压缩空气 气动调节器
苗爪
传感器
爪张开状态 爪闭合状态
取苗机构由气动装置、滑动苗爪、传感器等组成，一剪刀 型机构来滑动苗爪，取苗时，苗爪从成一角度的套筒伸出，放 苗时，苗爪缩回套筒。
国内
分类 发明单位或个人 机型
优点
缺点
钳夹式移栽 1979年山西省运城 2zMB一2型钵苗 栽植机械结构简 作业速度低
机
地区农机所
移栽机
单，株距和栽植
深度稳定
吊篮式移栽 1997年黑龙江省八 2ZB-6型钵苗栽 可栽植多种蔬菜，
机
五零农场
植机
钵苗直立率达96%
导苗管式移 1995年北京农业大 2Z-4型栽植样机 对秧苗没有特殊 直立度不高
3 植苗机构的研究
栽植动轨迹
当栽植机构动轨迹为摆线或者是余摆线时，理论上通过控 制落苗的位置都能达到垂直落苗的要求，即苗离开鸭嘴的瞬间 的水平速度为零。但不同的栽植器对轨迹也有不同的要求，余 摆线比较适合吊杯、钳夹式等非打孔栽植器。而对于打孔栽植 的鸭嘴式栽植器通常要求栽植动轨迹为摆线，因为这可以减少 鸭嘴在土内的行走路径，减小鸭嘴和土之间的作用力。
平行四边形栽植机构的动轨迹能够保证完成栽植任务。 优点是机构简单 ，缺点是单栽植臂栽植株距比较大需要 通过调节栽植臂的数量或者机构杆长来调节株距，比较繁琐。
内蒙古农业大学研制2ZT-2型甜菜移栽机
行星轮转臂栽植机构
三个齿轮的分度圆半径要相等，从而使第三个齿轮的转 向与机架相反，保证鸭嘴始终垂直于地面。
美国RAPID Automated Systems公司移栽机的片状夹持具
该机构主要部件：片状夹指、锲形块、喷水管。 优点结构简单，轻巧灵活，可靠性高。
澳大利亚transplant systems公司移栽机的取苗机构
采用四针气缸驱动式，具有柔性和灵活性的特点，取苗 成功率高。针管内径足够大，否则容易发生锁死现象。
的数量来调节株距，优点是栽植时机构比较稳定，适合于高 速栽植。 5、行星轮连杆槽型凸轮机构的优点是可以实现小株距栽植缺点 是滑槽高副的阻力比较大。
主要内容
1 国内外现状 2 取苗机构研究 3 植苗机构研究
1 国内外现状
国内外研究现状 国外
20世纪初期，欧洲一些国家开始大最种植蔬菜和经济 作物，出现了早期的近代秧苗栽植机具。这些机具仍为手 动栽植，只是减轻了栽秧者肢体反复屈伸的繁重劳动。
自20世纪50年代开始，国外很多国家开展土钵育及移 栽的生产技术研究，研制出多种不同结构型式的半自动移 栽机。
日本洋马蔬菜移栽机。
总结
1、四杆机构机构简单，但是调节株距需要改变转臂的数量或者 改变 转臂的长度，比较复杂。并且高速栽植是机构稳定性比 较差。
2、六杆机构最大的优点是可以实现小株距的栽植，并且鸭嘴走 过的轨迹路径比较的短可以提高栽植效率。
3、七杆机构的优点与六杆机构的相同，缺点是机构比较复杂。 4、转臂式栽植机构缺点是调节株距不方便，需要通过改变转臂
植苗机构的选型思路
四杆机构
六杆机构
七杆机构
行星轮机构
行星轮连杆槽型凸轮机构
根据栽植机构的动轨迹的要求，选用了一种四杆机 构作为栽植机构的执行机构。以四杆机构作为基础进 一步拓展得到了行星轮栽植机构、六杆式栽植机构与 七杆式栽植机构，以及行星轮连杆槽型凸轮机构。
栽植机构选型
平行四边形栽植机构
不仅能够实现栽植所要求的动轨迹，而且能够保证鸭嘴 式栽植器始终垂直于地面，可以使苗在鸭嘴中保持良好的栽 植姿态，使栽植变得稳定可靠。