盆栽系统的组成和工作原理

 

本文以一种较为常见的盆栽花卉一串红为作业对象，设计了一串红盆栽机构。一串红为草本植物[32,33]，其茎秆较为脆弱，不同于木本植物，移栽过程中，若损伤其茎秆，秧苗将很难继续成活。为了实现将穴盘中的一串红幼苗移入花盆中，盆栽机构需要完成取苗、输送和栽植这三个动作。同时一串红机构还需满足以下的设计要求。

 

取苗过程：盆栽机构按照固定的轨迹运动，通过凸轮和拨叉的相互作用，在取苗位置时推动驱动杆从而使取苗片探出，将一串红钵苗取出。取苗动作为花卉盆栽最重要的动作，该过程的好坏直接影响整个盆栽机构的性能。取苗装置伸入土钵的过程中，若取苗深度不足，则不能将钵苗成功取出。若取苗装置提前接触钵苗的叶片和茎秆，则会损伤秧苗，盆栽后的秧苗难以继续生长。取苗装置伸入土钵后，需要继续向上运动将钵苗拔出穴盘，在此过程中，花卉土钵如果与穴盘发生碰撞，会损伤秧苗。

 

运苗过程：取苗装置夹持钵苗输送至花盆所在的位置。在机构运苗的过程中，盆栽机构不能与盆栽系统中的其他结构发生碰撞。为了提高盆栽的效率，取苗位置与植苗位置应有一定的高度差。

 

植苗过程：盆栽机构运动到栽植位置时，取苗片在驱动杆的作用下缩回，使一串红钵苗与盆栽机构分离，落入花盆中。

 

夹持方式：对一串红幼苗进行物理特性检测发现，其茎秆比较柔软，若盆栽过程中伤害其茎秆，幼苗将难以继续生长。因此本文采用取苗片从茎秆两侧插入基质的方式，以避免盆栽过程中对幼苗茎秆和叶片的伤害。

 

传动方式：为了获得鹰嘴形[34,35]的取栽一体式盆栽轨迹，机构中的传动齿轮均采用非圆齿轮。

 

结合上述取苗、运苗与植苗三个过程的特点，本文提出了一种可以实现盆栽要求的尖嘴形轨迹，其轨迹形状如图2-1所示。

 

盆栽机构运动时，盆栽臂按逆时针方向转动。其中，取苗片尖点运动到A点时，盆栽机构进入取苗阶段，为减少对一串红钵苗根系的伤害，保证其盆栽后的成活率，取苗片进入穴盘的角度应尽量和穴盘保持垂直。同时，为了减少对一串红钵苗茎秆的伤害，在入钵段取苗爪应与茎秆成大于45°夹角接近茎秆底部，轨迹AB段的位置应位于穴盘下端，略偏离穴盘正中。取苗片运动到轨迹B点时，取苗片已完全深入土钵中，此时盆栽机构继续运动，取苗片沿理想轨迹的方向运动离开穴盘，拔出一串红钵苗。其中，离开穴盘的轨迹应与AB段轨迹尽量重合，以减少对一串红土钵的损伤。

盆栽机构运动到轨迹上的C点时，完成了取苗动作，继续运转开始输送过程，此过程要求取苗片保持夹持钵苗的状态，且盆栽机构不能与秧箱碰撞。盆栽机构需实现一定的轨迹高度。机构运动到D点的栽植位置时，盆栽臂应与花盆尽量保持垂直。完成栽植动作后，盆栽机构继续运动，运动到A点时，开始下一个取苗周期，如此循环完成一串红钵苗的盆栽。