取苗末端执行器作为全自动移栽机构的核心部件,其结构形式将直接影响移栽机构的移栽质量和效率。目前无论是国内还是国外,取苗末端执行器的形式主要分为探入夹取式和顶出式两种,探入夹取式对于土钵的破坏程度较大,且当应用于课题组开发的回转式行星轮系钵苗移栽机构时轨迹的优化难度较大;顶出式结构复杂,整机价格昂贵。该文根据旱田农作物的农艺要求(该文以玉米为例),结合作者所在课题组对回转式行星轮系的研究,创新优化发明了一款适用于旱田钵苗移栽的夹钵式末端执行器(专利申请号:201610035305.5)。首先对其进行详细的力学计算和分析;其次基于Visual Basic 6.0自主编写的夹钵式末端执行器优化软件和夹钵式移栽机构优化软件对其移栽轨迹和姿态进行优化,确定其结构,根据优化得到的参数对其进行结构设计、虚拟样机的建立与仿真验证、加工物理样机;最后以培育的先玉335玉米钵苗为试验材料,开展末端执行器取苗试验的研究。该文的具体研究工作和得到的结论如下:(1)通过分析中国玉米的种植形式,阐述了玉米钵苗移栽的研究意义。查阅并分析国内外文献资料,了解现有自动取苗机构的各种形式并分析其各自存在的优缺点,总结全自动移栽机取苗机构的发展方向,结合课题组现有创新设计平台开发出适合玉米钵苗移栽农艺要求的夹钵式末端执行器。(2)根据秧苗自身的物理特性,不同类型的秧苗应采取不同的取苗方式:茎秆柔韧性较好的采取夹苗形式,茎秆脆弱的采取夹钵的方式。针对夹钵式移栽的农艺要求提出玉米钵苗移栽的设计要求,设计了一款由3个构件组合而成的结构简单且能满足设计要求、机构创意新颖的夹钵式末端执行器,并介绍了其工作原理。(3)自由度的分析计算是进行运动学分析的前提,通过对机构的自由度进行分析计算后,根据机构中存在的虚约束位置和移栽的实际需求,将机构分为三种形式进行力学分析,推导其力学关系式,对最终得到的力学关系式应用MATLAB的数学图形绘制功能逐个分析各个机构参数对于机构运行阻力的影响规律。(4)基于理论分析,应用可视化编程语言Visual Basic 6.0,开发出夹钵式末端执行器计算机辅助分析优化软件和双臂夹钵式移栽机构计算机辅助分析优化软件。利用夹钵式末端执行器计算机辅助分析优化软件,优化得到了得到一组满足于移栽要求的机构参数:驱动斜杆与水平方向的夹角330°;秧针与地面的夹角80°;机构左侧滑道在坐标系中的坐标值XE=19;YE=-20;秧针的长度60mm和驱动杆的行程30mm等。利用双臂夹钵式移栽机构计算机辅助分析优化软件,确定了应用该末端执行器时,双臂夹钵式栽植臂的尖点移栽轨迹。(5)根据力学分析的结果和优化得到的机构参数应用二维设计软件Auto CAD对机构的整体结构进行了详细的设计,应用NX8.0对末端执行器进行三维模型的建立,并将其模型导入仿真软件ADAMS中进行运动仿真,机构能够顺畅的运行,并无卡顿或卡死的现象,验证了机构的合理性和正确性。(6)利用新设计的钵盘和从市场上买来的15×7和16×8的共3种钵盘,进行了先玉335号玉米的育秧对比试验,结果表明此三种钵盘均可满足育秧期玉米秧苗对空间和养分的需求。对样机进行加工—装配—发现问题—完善—改进后进行取苗试验,在土钵含水率介于8.9%和25%之间时,发现机构在秧针插入深度28mm以上时取苗效果较好,低于28mm时取苗效果较差;对插入深度高于28mm时未取出的原因进行分析和总结,确定了影响取苗成功的主要因素为:盘外连根和穴孔自身的深度;对取苗成功的秧苗进行根系破坏情况监测,验证了该机构不伤根系的优点。