植物工廠栽培板搬運物流系統(tǒng)的設(shè)計及試驗.pdf

1、近年來，植物工廠在果蔬生產(chǎn)方面，逐步實現(xiàn)了從播種、育苗到移栽、收獲等生產(chǎn)過程的自動化。由于植物工廠采用多層栽培架進(jìn)行果蔬的培育，工作過程中工作人員難以進(jìn)行高層栽培架上果蔬的移栽和收獲?，F(xiàn)有國內(nèi)外開發(fā)的用于在這方面果蔬移栽收獲裝置，存在空間操作范圍較小，而且機構(gòu)龐大，定位靈活性較差等問題。
　　本課題以江蘇大學(xué)植物工廠為背景，對栽培板搬運物流系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和試驗研究。先根據(jù)作業(yè)要求對栽培板搬運物流系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，對系統(tǒng)的各個執(zhí)行部

2、件進(jìn)行流水化的作業(yè)布局。根據(jù)工作任務(wù)分析物流系統(tǒng)在移栽和收獲過程中的工序流程，基于時間最短原則，對栽培板輸送路徑進(jìn)行規(guī)劃。提出了一種空間3坐標(biāo)定位系統(tǒng)，然后結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，將控制系統(tǒng)分成搬運機構(gòu)和輸送機構(gòu)，進(jìn)行模塊化的軟硬件設(shè)計，并通過各部件間相互協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)栽培板的搬運和輸送。最后進(jìn)行了搬運機構(gòu)的定位精度試驗、機械手不同高度和載荷以及穩(wěn)定性相關(guān)測試試驗研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)基于栽培板輸送和搬運作業(yè)要

3、求，對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行流水化的作業(yè)布局。提出了一種帶吊環(huán)的定制泡沫板，對機械手結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌和輸送帶裝置方案進(jìn)行設(shè)計，同時對機械手升降機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析。利用瞬心法求解絲桿進(jìn)給速度與剪叉升降機構(gòu)運動速度之間的關(guān)系，并對末端執(zhí)行器提取和放置栽培板運動路徑進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)作業(yè)對象，分析機構(gòu)工作過程中的載荷情況，驗證搬運機構(gòu)的可行性并對機械手升降結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性優(yōu)化。
　　(2)基于植物工廠的流水化的作業(yè)布局，在分析控制內(nèi)容和目標(biāo)的基礎(chǔ)上對控制系統(tǒng)

4、總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。運用單工序時間最短原則，對栽培板輸送路徑進(jìn)行了規(guī)劃。對控制單元進(jìn)行了選型，并將執(zhí)行部件分成搬運機構(gòu)和輸送機構(gòu)兩個模塊，對各模塊進(jìn)行電路設(shè)計和程序設(shè)計。采用位移傳感器對導(dǎo)軌、機械手進(jìn)行空間直角坐標(biāo)系定位，通過脈沖反饋實時比較，確定搬運機構(gòu)在各方向的運動。分析栽培板輸送的各個工序流程，對搬運機構(gòu)和輸送機構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計，運用組態(tài)王對系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控組態(tài)。
　　(3)試驗驗證。在符合設(shè)計要求的情況下，建立栽培板搬運輸送作業(yè)

5、試驗平臺，對機構(gòu)定位誤差進(jìn)行試驗驗證。首先對影響試驗結(jié)果的主次因素進(jìn)行分析。對導(dǎo)軌速度和機械手脈沖周期進(jìn)行單因素試驗，結(jié)果表明：兩者在提高速度的情況下定位誤差都有相應(yīng)增加，且表現(xiàn)較為顯著，并且導(dǎo)軌速度必須控制在0.3m/s以內(nèi)。
　　為滿足定位誤差要求，進(jìn)行了雙因素均勻試驗，對運動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。導(dǎo)軌速度達(dá)到0.3m/s時，平均定位誤差超過10mm，最大偏差達(dá)到13.4mm，機械手定位誤差超過允許值。通過試驗將導(dǎo)軌速度控制在0.2m