一種高性能黃瓜自動(dòng)嫁接機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

　　前言

　　隨著我國人口的急劇增長和人民生活水平的迅速提高，對(duì)蔬菜的需求量越來越大，對(duì)蔬菜品質(zhì)的要求也越來越高。黃瓜(Cucumber)作為我國老百姓喜愛的大眾蔬菜，其消費(fèi)量很大，因此黃瓜的生產(chǎn)發(fā)展很快，黃瓜的種植面積已頗具規(guī)模。同時(shí)也帶來了連作、病蟲害等問題。嫁接是解決這些問題的最有效方法之一。人工嫁接生產(chǎn)率低、嫁接質(zhì)量差異較大，難以滿足蔬菜嫁接育苗生產(chǎn)的要求。因此進(jìn)行嫁接機(jī)的研究對(duì)促進(jìn)蔬菜嫁接機(jī)械化發(fā)展具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。

　　蔬菜嫁接栽培技術(shù)在一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家己得到相當(dāng)普遍的應(yīng)用，但進(jìn)行有關(guān)蔬菜秧苗自動(dòng)嫁接技術(shù)研究的只有日本、韓國和中國等少數(shù)國國家。其中日本是進(jìn)行蔬菜秧苗自動(dòng)嫁接最早的國家。我國自1993年開始蔬菜自動(dòng)化嫁接研究以來，在多個(gè)領(lǐng)域取得了較大成就，部分樣機(jī)己投入生產(chǎn)。

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　嫁接機(jī)總體按照模塊化設(shè)計(jì)思想，把整個(gè)系統(tǒng)分為若干模塊，設(shè)計(jì)了一套黃瓜自動(dòng)嫁接裝置，主要包括砧、穗木供苗機(jī)構(gòu)、砧穗木搬運(yùn)機(jī)械手、砧穗木苗切削機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)等部分，實(shí)現(xiàn)了砧、穗木苗的供苗、切削、苗夾固定等功能。其中本裝置中的秧苗切削裝置采用了支撐下的滑切技術(shù)，不僅切削阻力小，而且切口位置、形狀的穩(wěn)定性好，有利于后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)的進(jìn)行，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該切削方式與2JSZ-600型蔬菜嫁接機(jī)所用切削方式相比，大大減少了對(duì)砧、穗木的損傷；機(jī)械手爪設(shè)有“V”型對(duì)正槽，手爪指頭上膠粘緩沖墊，可防止損傷幼苗且吸收苗莖桿的偏移等。該嫁接機(jī)與其他嫁接機(jī)相比具有結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作準(zhǔn)確，嫁接效率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　2、嫁接機(jī)組成

　　貼接法無論是從嫁接技術(shù)難易程度上，還是成活率以及嫁接速度等方面，都較其他嫁接方法有明顯的優(yōu)點(diǎn)，適合于機(jī)器嫁接。因此本研究采用貼接法實(shí)現(xiàn)黃瓜秧苗的自動(dòng)嫁接。

　　嫁接機(jī)主要由嫁接機(jī)本體、控制器及傳感系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

　　圖1自動(dòng)嫁接機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1穗木輸送電機(jī)2法蘭盤3穗木輸送帶4穗木直動(dòng)氣缸5穗木夾持氣爪和傳感器6送夾直動(dòng)氣缸7氣缸固定支架8秧苗夾筒9秧苗夾10秧苗夾進(jìn)給軌道11秧苗夾阻尼塊12砧木輸送帶13軸承座14砧木苗盤15砧木夾持氣爪16直動(dòng)氣缸固定座17氣缸固定支架18砧木輸送電機(jī)19傳感器20旋轉(zhuǎn)切刀21切削刀直動(dòng)氣缸22旋轉(zhuǎn)氣缸23氣缸固定支架

　　嫁接機(jī)主要由四大部分組成：兩個(gè)輸苗盤及使苗盤驅(qū)動(dòng)嫁接苗搬送系統(tǒng)；用于抓苗、送苗到達(dá)指定位置的機(jī)械手搬運(yùn)裝置；用于砧木和穗木切削的切苗裝置；用于將切割后的砧木和穗木固定在一起的送夾機(jī)構(gòu)和用于排出嫁接苗的排苗輸送帶。供苗臺(tái)上設(shè)計(jì)了兩個(gè)工位，每一工位設(shè)計(jì)一個(gè)手爪用來完成砧、穗木的抓取搬運(yùn)工作，其中手爪抓苗與伸縮由直動(dòng)氣缸控制。根據(jù)嫁接操作的要求，砧木需要單子葉斜切，穗木也需斜切，因此砧、穗木切削機(jī)構(gòu)相似，主要由切削刀桿、擺動(dòng)馬達(dá)軸、彈簧、切削機(jī)構(gòu)支架和切削支撐機(jī)構(gòu)等組成。嫁接機(jī)的自動(dòng)送夾機(jī)構(gòu)主要由推夾氣缸、推送桿、滑塊等組成。

　　3、嫁接機(jī)的工作過程

　　當(dāng)操作人員將砧木、穗木苗分別放到各自供苗臺(tái)上時(shí)，觸動(dòng)壓電傳感器發(fā)出信號(hào)，控制機(jī)械手氣爪立即抓住苗木，等待切削刀進(jìn)行切割；為了保證操作的安全性，切削過程切削刀首先在直動(dòng)氣缸作用下伸出到達(dá)切削位置，然后由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（擺動(dòng)馬達(dá)）帶動(dòng)切削裝置旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)砧、穗木苗的單支撐切割，以保證穩(wěn)定的切口斷面，并減少對(duì)秧苗的沖擊和損壞；然后切削機(jī)構(gòu)回位，等待下一次切削；此時(shí)夾有切削苗的機(jī)械手在直動(dòng)氣缸的作用同時(shí)向夾持位置伸出并在切削刀旋轉(zhuǎn)中心位置結(jié)合；送夾機(jī)構(gòu)在直動(dòng)氣缸作用下，推出一個(gè)夾子，以打開狀態(tài)送向已經(jīng)接合的秧苗，當(dāng)?shù)竭_(dá)夾持位置時(shí)，秧苗夾在彈簧作用下閉合，實(shí)現(xiàn)砧木、穗木的夾持，最后通過控制手爪氣缸，機(jī)械手松開砧木、穗木苗，使已經(jīng)完成嫁接的秧苗落到秧苗搬運(yùn)輸送帶，實(shí)現(xiàn)秧苗的向外運(yùn)送，完成苗的嫁接作業(yè)。