植物工廠栽培板搬運(yùn)物流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn).pdf

1、近年來(lái)，植物工廠在果蔬生產(chǎn)方面，逐步實(shí)現(xiàn)了從播種、育苗到移栽、收獲等生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)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(guò)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。現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外開(kāi)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(jī)構(gòu)龐大，定位靈活性較差等問(wèn)題。
　　本課題以江蘇大學(xué)植物工廠為背景，對(duì)栽培板搬運(yùn)物流系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究。先根據(jù)作業(yè)要求對(duì)栽培板搬運(yùn)物流系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)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(guò)程中的工序流程，基于時(shí)間最短原則，對(duì)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(yùn)機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)，進(jìn)行模塊化的軟硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)各部件間相互協(xié)調(diào)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)栽培板的搬運(yùn)和輸送。最后進(jìn)行了搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的定位精度試驗(yàn)、機(jī)械手不同高度和載荷以及穩(wěn)定性相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)基于栽培板輸送和搬運(yùn)作業(yè)要

3、求，對(duì)執(zhí)行機(jī)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(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)、導(dǎo)軌和輸送帶裝置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)機(jī)械手升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。利用瞬心法求解絲桿進(jìn)給速度與剪叉升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，并對(duì)末端執(zhí)行器提取和放置栽培板運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)作業(yè)對(duì)象，分析機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中的載荷情況，驗(yàn)證搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的可行性并對(duì)機(jī)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(duì)控制系統(tǒng)

4、總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用單工序時(shí)間最短原則，對(duì)栽培板輸送路徑進(jìn)行了規(guī)劃。對(duì)控制單元進(jìn)行了選型，并將執(zhí)行部件分成搬運(yùn)機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)兩個(gè)模塊，對(duì)各模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。采用位移傳感器對(duì)導(dǎo)軌、機(jī)械手進(jìn)行空間直角坐標(biāo)系定位，通過(guò)脈沖反饋實(shí)時(shí)比較，確定搬運(yùn)機(jī)構(gòu)在各方向的運(yùn)動(dòng)。分析栽培板輸送的各個(gè)工序流程，對(duì)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，運(yùn)用組態(tài)王對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)控組態(tài)。
　　(3)試驗(yàn)驗(yàn)證。在符合設(shè)計(jì)要求的情況下，建立栽培板搬運(yùn)輸送作業(yè)

5、試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)機(jī)構(gòu)定位誤差進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。首先對(duì)影響試驗(yàn)結(jié)果的主次因素進(jìn)行分析。對(duì)導(dǎo)軌速度和機(jī)械手脈沖周期進(jìn)行單因素試驗(yàn)，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(yàn)，對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。導(dǎo)軌速度達(dá)到0.3m/s時(shí)，平均定位誤差超過(guò)10mm，最大偏差達(dá)到13.4mm，機(jī)械手定位誤差超過(guò)允許值。通過(guò)試驗(yàn)將導(dǎo)軌速度控制在0.2m