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黃瓜是北方的主要蔬菜產(chǎn)品之一。黃瓜生產(chǎn)主要利用黃瓜與南瓜的嫁接苗，以增強抗病性、提高產(chǎn)量和土地利用率等。嫁接是一項高產(chǎn)、高效、切實可行的生產(chǎn)技術，但同時又是一項時間緊迫、作業(yè)量大的工作。人工嫁接操作復雜、耗費工時，而且每個人嫁接水平不一，很難保證較高的成活率。因此，設計了蔬菜嫁接機，以滿足生產(chǎn)的需要。
夾苗機械手是嫁接機的重要部件，直接影響嫁接機的工作速率和嫁接的成功率。筆者通過機構設計和計算機分析，設計了夾苗機械手。
1 機械手動作分析
設計的蔬菜嫁接機，要求砧木和穗木夾苗機械手在喂苗位置張開，分別喂入苗后，機械手閉合;之后機械手在動盤帶動下轉動90°，到切削位置停止，由切削裝置分別切削砧木和穗木;之后在動盤帶動下再次轉動90°，到嫁接位置，砧木苗和穗木苗貼合，由送夾機構送來的秧夾夾住貼合后的秧苗，然后機械手張開，使完成嫁接的秧苗下落。
因此，對嫁接機械手的工藝要求是在喂苗位置，機械手張開，保證輕松喂苗，并且要保證苗的定位方向符合貼接法對秧苗切削的要求;在落苗位置，要保證秧苗的落苗空間，避免秧苗卡在機械手上。
2 機械手設計
2.1機構設計
根據(jù)嫁接工藝對機械手動作的要求，通過對多種機構的對比，決定采用圖1所示的機構。工作時，在喂苗和落苗位置，由氣缸推動推桿AE，帶動外指AC向外運動，內(nèi)指BD在連桿AB的帶動下繞回轉點E轉動，使內(nèi)、外指夾苗點C和D張開;內(nèi)、外指的閉合由拉伸螺旋彈簧拉力的作用來實現(xiàn)。
2.2機構尺寸確定
由貼接法嫁接工藝可知，貼接后保證順利落苗是確定機構尺寸的主要依據(jù)。黃瓜苗的最大葉片跨度為73.0 mm，平均65.1 mm，平均寬度23.5 mm，南瓜苗的最大葉片跨度為107. 0mm，平均87.4 mm，平均寬度37.3 mm。由于該機構機械手張開時內(nèi)指是轉動的，并且葉片具有較大的柔性和彈性，加上重力的作用，貼合后的秧苗較易于下落。因此，初步確定連桿AB長24 mm，外指AC長25 mm，內(nèi)指BD長45 mm，推桿AE長75 mm。
3機械手建模與動態(tài)仿真分析
3.1機械手建模
將初步確定尺寸的機構各件用SolidWorks建立模型，然后將其裝配。并對部分尺寸進行修正，得機械手三維圖，如圖2所示。
機械手夾持孔依據(jù)測得的秧苗莖桿平均尺寸確定。據(jù)測定，黃瓜苗橫向1. 72 mm，縱向1.76 mm，南瓜苗橫向2.73 mm,縱向3.79 mm，因而確定穗木夾持孔為半徑1.7 mm圓孔，砧木夾持孔為長3.8mm、寬2.7mm的矩形孔。另外，在夾持爪內(nèi)側與苗接觸部分加裝彈性好、表面粗糙的橡膠材料，以夾緊秧苗，這樣并不影響嫁接秧苗的成活率。這是因為有研究表明，壓縮變形小于20%時，對秧苗的成活率影響非常小。
3.2機械手動態(tài)仿直與分析
為了檢驗機械手的動作和運動情況，用SolidWorks軟件的COSMOSMotion插件對其進行動態(tài)分析，仿真時不考慮銷軸的影響，銷軸聯(lián)接的兩個部件間直接定義為旋轉副。
3.2.1定義約束和載荷。彈簧座板和掌板固定于地，連桿和內(nèi)指、連桿和推桿、內(nèi)指和掌板定義旋轉副，推桿和掌板定義平移副。彈簧座板和推桿之間定義線性彈簧，彈簧剛度6.629 N·mm，長度20 mm，直徑4 mm，絲徑1 mm。在推桿上施加一個30 N的力，力的方向沿推桿。
3.2.2進行干涉檢查和仿真。單擊菜單"運動"~"干涉檢查"選擇機械手整個模型進行干涉檢查，經(jīng)檢查機械手各件間不存在干涉。然后，單擊菜單"運動"~"智能構建器"~"仿真"，設置仿真"持續(xù)時間"為0.1 s,"幀的數(shù)目"為500，進行仿真，并將其運動過程制成AVI格式的動畫演示結果表明，各機構部件的動作符合設計要求。
3.2.3仿真與結果的輸出。為了確定秧苗夾持點的運動和落苗空間，跟蹤內(nèi)外指夾苗點軌跡并將其"輸出CSV"，用Excel將數(shù)據(jù)文件打開，并將數(shù)據(jù)傳人Matlab，繪制出軌跡曲線如圖3,4。
從內(nèi)外指夾苗點軌跡可見，外指最大位移9 mm，內(nèi)指塌大位移7 mm，喂入苗的空間是它們的和16 mm，不僅可以保證苗的喂入，同時也應滿足苗嫁接完成后下落的需要。
4結論
根據(jù)嫁接機的總體工藝要求和嫁接用黃瓜苗、南瓜苗跳物理機械性質(zhì)，設計了嫁接機械手的結構，并用SolidWorks軟件建模，用COSMOSMotion插件進行了動態(tài)仿真分析，證明該機構及動作可滿足設計要求。
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