论文摘要
机械嫁接作为当代的一种新兴技术，主要目的是为了减少工作者劳动强度和提高嫁接质量，使嫁接技术为当代农业更好的服务。机械嫁接技术是精准农业、微电子、计算机和自动控制等技术在农业中应用的集中体现，是农业生产过程自动化、智能化的重要标志。果蔬嫁接技术是当代农业果蔬生产的重要环节。为了提高劳动生产率和作业质量，降低劳动强度，改善工作环境，实现果蔬育苗机械化、自动化、智能化，与果蔬育苗生物学特性和栽培方式结合的嫁接机械得到发展。目前，日本和韩国等国家应经研制并商业化生产的手动、半自动利全自动的嫁接机械，土要用于瓜科和茄科果蔬。本文根据西瓜的生物特性、栽培方式、嫁接工艺和手持式嫁接机的综合设计原则，确定手持式嫁接机的嫁接方式为水平插接，并在苗的生物结构特性测量实验和嫁接工艺要求下设计手持式嫁接机的基本机构。以双开度夹和柔韧性适中的双作用拉筋铰接构成夹取机构，并用舵机和永磁式直线步进电机作为手持式嫁接机物理样机的动力系统。在确定手持式嫁接机的机械结构尺寸后，采用当代大型CAX软件Pro／Engineer以top to down的设计理念设计基本结构，并简单运动仿真和干涉检查中修正手持式嫁接机的具体结构。运用多刚体动力学，建立手持式嫁接机夹取机构简化模型，确立了动力学分析的基本方程的和求解的雅克比矩阵。并用当代虚拟样机软件MSC.ADAMS和Pro／Engineer联合进行动力学仿真，在物理样机试验之前在设计的同时得到参照，为单片机的控制参数的确定，带来一定方便。根据机电手持式嫁接机的动作要求，分析其控制系统的控制功能。根据控制功能选用AVR单片机，并编译了可二次开发的硬件和软件平台，用单片机作为控制系统和进行控制，通过Windows自带超级终端来调试。实现了用一次写入单片机，在通过上位机人机对话多次调整参数。机电手持式嫁接机的物理样机制造完毕后，进行调试，并用统计性试验评定手持式嫁接机的部分机构优化，并对试验数据进行相关分析。本文研究过程中应用了top to down现代三维建模技术、现代刚体动力学、现代仿真技术和现代电子控制技术等现代科技；自行研制了手持式嫁接机，解决现代台式嫁接机移动性差的难题；并用理论分析与试验研究相结合尝试进行了机电手持式嫁接机的仿真模拟分析。研究结果对机械嫁接装置小型化、简单化、集群化都有重要意义。