茄子穴盘苗形态及力学特性试验研究.pdf

茄子穴盘苗形态及力学特性试验研究 杨 丽 曹森鹏 薛亚许 卞和营 平顶山学院 电气与机械工程学院 河南 平顶山 nullnullnullnullnullnull 摘 要 为了给茄子穴盘苗移栽机自动取苗机构的设计及试验研究提供理论支持 对茄子穴盘苗形态及力学特 性进行研究 为快速 准确地测定茄子穴盘苗的形态特性 采用机器视觉系统对适移栽茄子穴盘苗的苗高 茎秆 直径 苗冠直径 叶片长度及叶片位置参数进行测定 得出茄子穴盘苗的苗高范围为 nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull 茎秆直 径范围为 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 自然状态下苗冠直径范围为 nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull 采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 对试验数据进行 分析 得知茎秆直径与苗高正相关 自动取苗机构取苗后 在不改变运动方向的情况下 运动距穴盘至少 nullnullnullnullnull 后 才能进行翻转动作 取苗机构开合距离取 nullnullnullnull 为防止穴盘苗移栽过程中叶片损伤及挂苗现象的发生 需设 计防叶片张开机构 力学特性测定试验表明 茄子穴盘苗基质含水率范围为 nullnullnull null nullnullnull 机械手取苗力为 nullnullnullnull 基质损失率为 nullnull 移栽效果较优 关键词 茄子穴盘苗 力学特性 形态特性 机器视觉系统 中图分类号 S223 9 S183 文献标识码 A 文章编号 1003 188X 2023 06 0165 06 0 引言 茄子在我国种植面积大 主要的种植方式是穴盘 苗移栽 目前 国内大都采用人工移栽 劳动强度大 效率低 成本高 稍有不慎将延误种植时间 降低产 量 nullnullnull 目前 我国多为半自动移栽机 未见全自动茄 子穴盘苗移栽机 为设计适合我国茄子自动移栽机 自动取苗机构是关键机构之一 nullnullnullnull 为此 对茄子穴 盘苗形态及力学特性进行研究 获得基础数据 为茄 子穴盘苗自动取苗机构设计与试验研究提供理论 基础 为快速 准确地测定茄子穴盘苗的形态特性 采 用标定好的机器视觉系统 nullnullnullnullnull 对适宜移栽茄子穴盘 苗的苗高 茎秆直径 苗冠直径 叶片长度及叶片位置 参数进行测定 其力学特性主要测定基质不同含水 率下的取苗力 取苗后的穴盘苗质量及残留在穴盘内 基质的质量 这些参数将影响茄子穴盘苗自动取苗机 构的设计及试验研究 为茄子穴盘苗移栽机自动取苗 机构的设计及试验研究提供理论基础 1 试验材料与方法 收稿日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基金项目 河南省重点研发与推广专项 科技攻关 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 平顶山学院青年基金项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 作者简介 杨 丽 nullnullnullnullnull 女 河南驻马店人 助理实验师 硕士研究 生 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 试验于 nullnullnullnull 年 null 月在平顶山学院电气与机械工 程学院机器视觉及力学实验室进行 实验室光线满 足试验设计要求 标定好的机器视觉系统符合试验设 计要求 1 1 试验材料 茄子穴盘苗为紫长茄子穴盘苗 在标准化大棚环 境下培育 产地江苏省 生理苗龄 nullnull 天 含有 null 片针 片 培养基质中的蛭石 草炭 鸡粪 牛粪按照比例 null null null null 混合配置 穴盘为 nullnullnull 穴的标准化穴盘 茄子 穴盘苗茎秆成紫色 最下两层叶片已经自然脱落 茄 子穴盘苗长势健壮 根系成佗并喷出白根 无烂根 断 根 倒伏和病虫害 适合机械化自动移栽 机器视觉系统测试平台主要包含型号 nullnullnull nullnullnullnull 的 nullnullnullnullnullnull 相机 镜头 测试工作台及电脑 如图 null 所示 图 null 机器视觉系统测试平台 nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 DOI 10 13427 ki njyi 2023 06 042 茄子穴盘苗力学特性测使用的器材包括快速针 式全自动水份测定仪 精度为 nullnullnullnullnull 的电子天平及精 度为 nullnullnullnullnull 的数显推拉力计 1 2 试验准备 试验前 采购在标准化塑料大棚环境中培育的茄 子穴盘苗 茄子穴盘苗具体要求 任选 null 盘试验要求 的茄子穴盘苗 从每盘中任选 null 株茄子穴盘苗进行试 验研究 并依次编号为 null null null null null 试验前 搭建机器视觉系统测试平台 并对相机 尺寸参数进行标定 用相机拍照茄子穴盘苗 拍照后 按照相机标定好的尺寸参数图片进行分析处理 获取 相关的尺寸数据 并做好记录 1 3 试验方法 用标定好的机器视觉系统对适宜移栽茄子穴盘 苗的苗高 茎秆直径 苗冠直径 叶片长度及叶片位置 参数进行测定时 将空穴盘水平放置在平整的工作台 上 再将事先编号的被测穴盘苗依次放置到空穴盘中 间位置的穴孔内 适当整理每株穴盘苗 使其整体竖 着 叶片处于自然状态 每株苗从不同角度拍摄 null 次 分别求出相应的参数 并求出 null 次参数的平均值作为 该株穴盘苗的参数 将数据依次记录在相应的表 格内 计算茄子穴盘苗形态尺寸各参数的方差 即 S null null x null nullM null null x null nullM null null null x n nullM null n null 式中 S null 方差 nullnull null M 尺寸均值 nullnull n 样本个数 x i 测定尺寸 nullnull inullnull null null n 1 4 茄子穴盘苗形态特性测定原理 1null4null1 机器视觉系统标定 茄子穴盘苗形态特性测试平台采用机器视觉系 统 扫描速度快 曝光时间短 测定准确 但在测定过 程中需要对机器视觉系统进行标定 通过调节机器 视觉系统的像素坐标及图像坐标 使得测得的形态尺 寸与已知形态尺寸有较好的线性关系 得出相应的回 归方程 标定过程所采用的标定物为长势较好的茄子穴 盘苗 得到的测定值与实际游标卡尺测定的真实值 标定的参数包括茎秆直径 d null 苗高 h 叶片长度 l null null l null 结果如表 null 所示 由表 null 得出机器视觉的标定曲 线 如图 null 所示 表 null 参数的真实值与测定值 nullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull d null h l null l null l null l null l null 测定值 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 真实值 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 图 null 机器视觉的标定曲线 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 由此得到回归方程 即 y null nullnullnullnullx null nullnullnullnull null R null nullnullnullnullnullnullnull 式中 x 测定值 nullnull y 真实值 nullnull R null 回归系数 1null4null2 测定原理 按照试验方法 通过机器视觉系统显示出茄子穴 盘苗形态特征尺寸的测定值 通过回归方程 null 计算 出的数值 作为相应形态特征尺寸的真实值 该值取 小数点后两位 并记录到相应的表格内 1 5 茄子穴盘苗力学特性测定原理 1null5null1 基质含水率设定 控制穴盘苗基质的含水率在 nullnullnull null nullnullnull nullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull等 null 个等级范围内 测定 穴盘苗的取苗力 取出质量及残余质量 使用快速针 式全自动水份测定仪 测定穴盘苗基质的含水率 1null5null2 取苗力测定 在穴盘苗基质含水率的 null 个等级范围内 各随机 取 null 株穴盘苗 用精度为 nullnullnullnullnull 的数显推拉力计测定 取苗力 并求出各等级范围内的均值及方差 1null5null3 穴盘苗质量测定 在穴盘苗基质含水率的 null 个等级范围内 每个等 级范围取 null 次 每次随机取 null 株穴盘苗 用精度为 nullnullnullnullnull的电子天平测定取出的穴盘苗质量及残留在穴 盘内基质的质量 并求平均值与方差 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 2 试验结果与分析 2 1 形态特性结果及分析 茄子穴盘苗外形及叶片分布及测量参数 如图 null 所示 叶片从穴盘苗根部往上依次编号为 null null null null null null 穴盘苗叶片在茎秆上生长点的位置点 简称 为叶片位置点 每片叶片位置指该叶片在茎秆生长点 至基质上端面的距离 分别记为 h null h null h null h null h null h null 试验结果如表 null 所示 图 null 茄子穴盘苗外形及测量参数示意图 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull 茄子穴盘苗的苗高 h 为自然状态下基质上端面 至苗顶的距离 茄子穴盘苗茎秆直径 d null 为最下层叶片 至基质上端面的中间部分茎秆的直径 由表 null 可知 茄子穴盘苗苗高范围在 nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull 之间 设计的自动取苗机构取苗后在不改 变运动方向的情况下 运动距穴盘至少 nullnullnullnullnull 后才 能进行翻转动作 茄子穴盘苗从下向上出现叶片的距 离范围为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 之间 相对较大 适合在取 穴盘苗时夹茎秆操作 茎秆直径范围在 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 之间 在夹茎秆操作时开合距离可取 nullnullnullnull 依据表 null 中的数据 并借助 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 软件 绘 制茄子穴盘苗叶片位置分布图 如图 null 所示 由图 null 可知 第 null 片叶片的位置尺寸最大 高达 nullnullnullnullnullnullnull 相 同位置处的叶片位置变化不大 穴盘苗从下往上相邻 叶片之间的距离先增大后减小 且靠穴盘苗顶端处叶 片较密集 穴盘苗生长不均匀 如第 null 株穴盘苗的 null null null 片叶片位置均小于第 null 株穴盘苗的 null null null 片叶 片位置 而 null null null 片叶片位置均大于第 null 株穴盘苗的 null null null 片叶片位置 出现稍微过快生长的现象 表 null 叶片位置 h null nullh null 高度 h 及茎秆直径 d null nullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull h null nullh null nullnullnullnullnullnull h nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull d null nullnull 编号 h null h null h null h null h null h null h d null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 均值 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 方差 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull 图 null 茄子穴盘苗叶片位置分布图 nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull 为研究茄子穴盘苗在运输过程中叶片不损坏及 挂苗 需对叶片长度及叶冠直径进行研究 每片叶片 长度为叶片在茎秆生长点处至叶片顶端的距离 分别 记为 l null l null l null l null l null l null 苗冠直径 d null 为穴盘苗自然状 态下外延最大的两片叶片的顶端的距离 试验结果如 表 null 所示 表 null 叶片长度 l null nulll null 与苗冠直径 d null nullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull l null nulll null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull d null 编号 l null l null l null l null l null l null d null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 续表 null 编号 l null l null l null l null l null l null d null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 均值 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 方差 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 由表 null 可知 茄子穴盘苗叶片长度范围在 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 之间 叶片生长不同步 从下往上前 null 片叶 片相对较长 最长叶片长达 nullnullnullnullnullnullnull 在自然状态下 苗冠直径范围在 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 之间 依据表 null 中的数据 并借助 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 软件 绘 制茄子穴盘苗叶片长度变化图 如图 null 所示 由图 null 可知 茄子穴盘苗叶片长度 null null null null 片较长 最长可 达到近 nullnullnullnullnull 且生长不规律 null null 片叶片长度较短 在茄子穴盘苗在运输过程中 假设穴盘苗叶片全部张 开 最大直径可达到最长叶片的 null 倍 穴盘苗叶片不 损坏及挂苗 必须设计防叶片张开机构 图 null 茄子穴盘苗叶片长度变化图 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull 为进一步分析茄子穴盘苗的长势情况 研究在穴 盘苗茎秆直径不同的情况下苗高 苗冠直径及叶片位 置 h null 的变化 结合表 null 和表 null 通过 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 软 件 绘制如图 null 所示的变化关系图 其中 穴盘苗直 径数值相对较小 绘图时穴盘苗直径数值均扩大 nullnull 倍 由图 null 可知 茄子穴盘苗茎秆直径与苗高 叶片 位置 h null 正相关 虽然 null 号穴盘苗茎秆直径略小于 null 号穴盘苗的茎秆直径 但苗冠直径关系却相反 说明 null 号穴盘苗炼苗效果不佳 出现穴盘苗长势过快的现 象 最后可能会出现高脚苗情况 必须加强炼苗 防止 出现高脚苗 影响取苗准确率 由表 null 和表 null 可以看出 茄子穴盘苗形态尺寸的 各参数的方差相对较大 最大高达 nullnullnullnullnullnullnullnull null 说明穴 盘苗长势变化较大 后续育苗需要加强炼苗 图 null 茎秆直径与苗高 苗冠直径及叶片位置 h null 的关系 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull h null 2 2 力学特性结果与分析 在穴盘苗基质不同含水率范围内 通过试验方法 测的茄子穴盘苗的取苗力 取苗质量及穴盘内残余基 质质量 试验结果如表 null 及表 null 所示 表 null 取苗力试验结果 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null 编号 取苗力 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 含水率 nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull 均值 nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull 方差 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 由表 null 可知 基质含水率为 nullnullnullnullnullnullnull时 取苗力 为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基质含水率为 nullnullnull nullnullnullnull时 取苗力 为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基质含水率为 nullnullnull nullnullnullnull时 取苗力 为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基质含水率为 nullnullnull nullnullnullnull时 取苗力 为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 各参数方差最大值为 nullnullnullnullnullnullnull null 故 各参数变化不大 由表 null 可知 当基质含水率为 nullnullnullnullnullnullnull时 取出 质量为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnullnull 穴盘中基 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 质残余质量为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnullnull 当 基质含水率为 nullnullnullnullnullnullnull时 取出质量为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 占总质量平均比 nullnullnull 穴盘中基质残余质量为 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnull 当基质含水率为 nullnullnull null nullnullnull时 取出质量为 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnullnull 穴盘中基质残余质量为 nullnullnullnull null nullnullnullnullnull 占总质量 平均比 nullnullnull 当基质含水率为 nullnullnullnullnullnullnull时 取出质量 为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnullnull 穴盘中基质 残余质量范围为 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 占总质量平均比 nullnullnull 各参数方差最大值为 nullnullnullnullnullnull null 故各参数变化不大 表 null 取苗质量试验结果量 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null 编号 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 取出质量 残余质量 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 取出质量 残余质量 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 取出质量 残余质量 含水率 nullnullnullnullnullnullnull 取出质量 残余质量 null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull 均值 nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull 占比 nullnull nullnull nullnull nullnull null nullnull nullnull nullnull nullnull 方差 nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull 由表 null 和表 null 可知 当基质含水率为 nullnullnull nullnullnullnull 时 取苗力均值为 nullnullnullnullnull 穴盘中基质残余质量占总质 量平均比为 nullnull