受温度、气候等自然因素影响,番茄一般采用育苗移栽的种植方式。特别在中国的东北及西北地区育苗移栽不但可以增加积温,提高单产,还可以有效地避免霜冻和倒春寒等灾害带来的影响。但我国番茄移栽的机械化及自动化程度不高,现阶段依然以人工移栽为主,市场上常见的番茄移栽机多为半自动移栽机,由人工进行取苗,栽植机构完成定植。限制全自动移栽机研发的主要难题为:作业的过程中取苗机构与栽植机构配合不准确、移栽质量差、夹取秧苗过程中对秧苗茎秆或根系造成损伤等。对于上述设计难题,本文针对夹取土钵的取苗方式,提出一种探入式番茄钵苗移栽机构,将非圆齿轮行星轮系和新型探入式末端执行器相结合,可以实现一套机构完成探入式取秧、输送和栽植等动作,该机构不但可以实现夹取土钵的取苗方式,还能避免或减轻在取秧的过程中秧针对土钵和根系的损伤,为番茄移栽机的研究提供了重要的参考。本文的主要研究内容和结论如下:(1)在分析和研究了现有移栽技术及机具的基础上,设计了一种可以实现探入式夹取土钵的末端执行器(专利号:201810293364.1),将其与非圆齿轮行星轮系相结合,实现番茄移栽所需的动作轨迹和技术要求,该机构的特点为可以有效地避免或减轻夹钵式移栽机构伤根、破坏土钵等问题,结构简单,作业高效可靠。(2)根据番茄移栽的农艺要求,模拟人工移栽的姿态,提出探入式番茄钵苗移栽机构的轨迹要求,介绍其工作原理,建立机构的理论模型。(3)根据机构的理论模型结合番茄移栽的农艺要求设定机构的优化目标并将其数值化,依托本课题组的移栽机构优化设计平台,开发了探入式番茄钵苗移栽机构优化设计软件V1.0(登记号:2018SR403608;2018SR322860),借助该优化设计软件对机构进行优化,并得到一组满足番茄移栽要求和结构设计要求的参数。(4)为了验证机构在该结构参数下的合理性和可行性,对栽植臂绝对转角和移栽机构的绝对运动轨迹进行分析;同时,为了说明探入式移栽机构的优势,将探入式移栽机构的理论轨迹与非探入式移栽机构的理论轨迹进行对比。(5)根据优化所得到的一组最优结构参数,利用UGNX8.0进行三维结构设计和装配,并进行干涉检测;将装配模型导入Adams2014中进行虚拟仿真,得到秧针尖点相对运动轨迹、绝对运动轨迹的曲线图与理论结果对比,验证结构设计的合理性与正确性。(6)利用3D打印技术进行物理样机核心工作部件的加工,将打印的零部件进行装配,通过高速摄影技术得到物理样机实际工作轨迹,将其与理论轨迹对比、分析,进一步验证其设计的正确性。(7)将探入式番茄钵苗移栽机构安装到试验台上进行性能试验,取苗成功率为92.8%,移栽成功率为89.7%,栽植合格率为86.4%,栽植优良率为59.4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。