移栽作为农业生产中的重要环节,其主要利用人工、机械等方式将钵苗等重新栽植到新的生长空间内,能够充分利用光热能源,对气候具有很好的补偿效果,同时具有良好的社会及经济效益。目前,由于传统手工移栽具有移栽效率低、劳动力需求大、移栽准确性低等弊端,自动、半自动移栽机已经得到了越来越为广泛的应用,移栽末端执行器作为移栽机上的重要组成部件,其综合性能的好坏直接影响到移栽机整体工作效率与移栽的成功率。TRIZ理论作为发明解决问题的系统性方法,采用其进行设计分析,能够较好地实现设计过程规律化,缩短设计周期,并能开阔思维角度,使所设计产品性能更优。虽然TRIZ理论在机械产品设计中得到一定程度地推广与应用,但尚未有人采用其对移栽末端执行器进行设计研究。针对以上情况,本文创新性地将TRIZ理论应用于移栽末端执行器设计中,研究一种适用于移栽机上的末端执行器。首先利用TRIZ理论中的物质-场分析、通用工程参数分析、形态学矩阵求解、发明原理等进行整体方案规划设计,在完成其机械部分的设计后,利用ADAMS、ANSYS等计算机辅助分析软件,完成对该移栽末端执行器的静、动态特性分析,并试制出实物样机进行模态实验研究,同时搭建移栽试验台实现其移栽过程,最后利用仿真方式对移栽末端执行器进行优化。具体研究内容及结论如下:(1)利用TRIZ理论中的物质-场分析确定移栽末端执行器设计中的主要矛盾,并利用39个通用工程参数对取苗方式进行选取,同时通过形态学矩阵求解确定其采用气缸驱动、杆件传动、三指针式的整体结构形式,通过40个发明原理确定其工作特点形式,最后通过建立数学模型方式确定关键结构尺寸,利用模块化设计思想完成三维模型建立。(2)通过ANSYS、ADAMS软件完成移栽末端执行器的静、动态特性分析,利用ANSYS软件建立移栽末端执行器有限元模型,进行静力结构分析,结果显示其最大变形值及最大应力值分别为0.08mm与133.13Mpa,满足结构强度要求;利用ADAMS软件建立移栽末端执行器虚拟样机模型,仿真得移栽指针轨迹,与理想轨迹长度相对误差为3.9%,同时进行仿真工况与理想工况下移栽指针速度、位移、加速度分析,结果表明速度、位移、加速度均满足设计要求。(3)采用ANSYS软件对移栽末端执行器进行自由模态仿真分析,并针对其物理样机,通过LMS振动测试仪进行相应自由模态实验分析,该移栽末端执行器物理样机模态性能良好,将实验分析得前四阶自由模态固有频率值与仿真分析得前四阶自由模态固有频率值进行对比,误差在15%内,从而进一步验证有限元分析正确性与可行性,为结构进一步优化奠定基础。(4)搭建移栽试验台,完成控制系统硬件部分设计,并利用STEP 7-Micro/WIN软件完成控制程序编制,利用MCGS组态软件完成上位机控制程序编制,从而顺利实现移栽末端执行器的移栽过程。(5)利用有限元仿真分析方式对移栽末端执行器中的移栽指针夹持角度、连接杆材料、固定盘结构进行优化,在移栽指针夹持角度分别为13°、15°、17°情况下进行静力学分析,根据结果将移栽指针角度由15°优化为13°;在连接杆材料分别为铝、45钢、钛合金时进行整体静力学分析,将连接杆材料由铝优化为45钢;针对采用原固定盘结构时移栽末端执行器工作模态频率接近试验台振动频率问题,将固定盘上开槽长度由23mm优化为10mm,各阶工作模态频率均得到提高,且第一阶频率更好地避开试验台振动频率。