全自动植树机solidwoeks图纸cad【7张】三维图＋设计说明说

智能化自走式多列可调树苗插苗装置设计
摘  要
近年来，随着计算机技术的发展，智能制造技术在农业领域得到了越来越多的应用，各种各样的机械设备应用在农业领域，极大的促进了农业智能化、工业化、集成化的发展。
传统的生产方式因为其工作强度大、效率低的问题，严重限制了农业的发展，在这种背景下，本文完成了智能化自走式多列可调树苗插苗机装置的设计。通过分析现有产品的特点，在现有的基础上，采用arduino单片机作为控制核心，设计了一种智能化的树苗插苗装置，其主要有是由输送机构、装栽机构、插栽树苗机构、行走机构和主体支架等几部分组成。其主要是通过齿轮齿条传动来进行工作。
通过分析计算，本文完成了智能化自走式多列可调树苗插苗机装置的结构设计，使用solidworks软件完成了可调树苗插苗机的三维建模，设计的自走式可调插苗机具有体积小、操作简单、智能化程度高的特点。

关键词：智能制造；齿轮齿条；结构设计；solidworks

目    录
1  绪论    1
1.1  选题的背景及意义    1
1.2  国内外的发展现状    1
1.2.1  国外的发展现状    1
1.2.2  国内的发展现状    2
1.3  本次设计主要研究内容    3
2  自走式多列可调插苗机的方案设计    4
2.1  设计参数要求    4
2.2  设计方案    4
2.3  确定方案    5
3  插苗机主要机械结构的设计    6
3.1  主体支架的设计    6
3.2  行走机构的设计    6
3.2.1  行走机构电机的选型    7
3.3  装栽机构的设计    8
3.4  输送机构的设计    8
3.4.1  直线导轨的选型计算    9
3.4.2  齿轮的设计及校核    11
3.5  插栽树苗机构的设计    15
4  插苗机电路控制系统的设计    16
4.1  硬件电路的选型及设计    16
4.1.1  核心电路板    16
4.1.2  电机驱动模块    17
4.2  软件程序的设计    18
4.2.1  电机控制程序的设计    19
4.2.2  通信程序设计    20
5  树苗插苗装置的三维建模    21
5.1  Solidworks    21
5.2  主要零部件三维模型    21
5.3  装配图三维模型    23
5.4  零部件的工程图    25
6  主要零部件的有限元分析    27
6.1  填土压头的有限元分析    27
6.1.1  设计方法    27
6.1.2  ansys简介    28
6.1.3  分析的目的    29
6.1.4  静力学分析基础    29
6.1.5  材料的选择    29
6.1.6  网格的划分    29
6.1.7  模型的载荷和约束的施加    30
5.2  填土压头的有仿真求解    30
6  总结与展望    32
6.1  总结    32
6.2  展望    33
致  谢    34
文 献 参 考    35

1  绪论
1.1  选题的背景及意义
插栽技术一直以来都是农业领域研究的热点和难点问题，随着我国对农业发展领域的扶持，农业逐渐向着智能化的方向发展[1]。传统的人工种植技术比较落后，需要耗费大量的人力资源，工作的效率比较低，于此同时因为人的操作熟练度的问题，载种的树苗成活率也不尽相同。为此专门设计了一种智能化的树苗插苗机装置去提高农民的工作效率，提升树苗的成活率具有重大的研究意义[2]。
本文在这样的背景下，设计研发了一种新型的智能化自走式树苗插苗装置，随着科技的发展，小型的插苗机在我国的农业生产中得到了大量的应用，但是大多数的插苗机结构都比较简单，同时只能满足单一的使用场合，不具备互换的特点，对于全自动多列可调节插苗机来说，效率较低，需要的人工成本较高[3]。随着农业生产要求的不断完善，现有的插苗装置无法满足要求，本文设计了一种基于arduino的智能树苗插苗机[4]。本问设计的智能化自走式树苗插苗装置采用arduino单片机作为控制核心，采用一种智能化的控制方式，弥补我国在农业机械方面的不足，同时也因为这些智能自动化产品的设计研发，使得传统的农业制造得到了快速的发展[5]。本次设计的智能插苗机简化了操作的步骤，降低劳动成本，将智能制造技术应用在农业生产中，对一些比较复杂的原理都封装在机器的内部，将复杂的机器简单化，让普通的农民也能系统高效的完成树苗栽种的过程。设计的机器具有自动循迹、自动种植的功能，降低了人员的使用率，同时自动种植机器人对工作人员的要求不是很高，只需要特点的技术人员进行定期和保养即可[6]。一名普通的操作工人可以同时管理数十台的自动植树机器人工作，极大的提高了工作的效率。大大降低人力成本，提高种植效率，实现农业机械全自动化[7]。
1.2  国内外的发展现状
树苗插苗装置在上世纪30年代就已经出现在外国的发达国家，60年代就已经出现不同种类的插苗机器人，在树苗插苗装置的设计领域处于领先地位的是美国和日本[8]。
1.2.1  国外的发展现状
有关插载技术的研究，美国和日本对插苗移栽技术进行了初步研究，并且设计了一些可以用于插苗的机械装置，主要是应用在水稻和小麦系列，极大的提高了农业作业的效率，促进了社会的进步[9]。与此同时，正是因为这些优秀的机械产品和机械设备的研发，使得生产水稻和小麦的时间更短，同时得到的粮食产量越来越高，极大的促进了农业的发展。在上世纪50年代，通过科学家的辛苦符出和机械设计人员的共同努力，人们研制出来了各种具有不同结构的半自动移栽机设备，广泛应用在农业领域[10]。20世纪80年代，半自动化移栽技术得到了蓬勃发展。目前国外发展的较为成熟的移栽机主要是美国和德国两个国家。美国设计研发的RTME110半自动蔬菜插秧机，其主要应用在蔬菜种植领域，具有独特的薄膜燃烧系统和注水系统，可以在工作的时候调整蔬菜和蔬菜之间的间距[11]。同时也可以调整栽植的蔬菜的栽植深度，使得设计的插秧机可以满足不同的工作环境。以适应不同类型的幼苗;国外的一家从事农业机械设备生产研发的企业，设计研发的4000型插秧机使用的范围非常广[12]，主要在荷兰得到了广泛的应用。同时日本的东风公司设计研发的PZB83HD插秧机采用以柴油机作为主要动力输入的设备也积大的促进了插秧机在农业领域的发展[13]。

图1.1 外国设计研发的插苗机
1.2.2  国内的发展现状
相比于国外来说，我国在树苗插苗机领域的研究起步比较晚，研发的时间也比较短，我国最早开始研究是在上世纪70年代开始的，刚开始的大部分的机器都是在外国的产品的基础上进行改造，技术不成熟，知道上世纪90年代，我国加大了对农业制造相关领域的扶持，得到了进一步的发展[14]。
在2013年我国设计出自动秧苗移栽机,如下图1.2所示，这个自动秧苗移栽机创新机制,整个系统中的所有传动部分是由气压驱动的[15]。胡茂恳于2017年开发了一款两线全自动秧苗移栽机，具有供苗、采苗、分苗、移栽等全自动功能[16]。2018年，我国开发了一款旱地蔬菜幼苗自动移栽机[17]。本机可自动完成盆栽移栽过程，如送苗、采摘、播种、覆盖土壤。杨提出了一种直线往复移动分苗机构，该机构采用齿轮齿条机构，实现了静态抛苗和收苗功能[18]。

图1.2 我国设计研发的插苗机
通过对自动插苗移栽机发展的研究可以看出，目前的自动插苗机体积较大，由人驱动，大部分由内燃机驱动[19]。如果用于空间狭小、通风不良的中小型设施农业，其规模不能满足现有低设施农业的需要，容易造成空气污染，影响蔬菜质量[20]。在我国现有的自动蔬菜移栽机的研究中，还没有发现一种能够满足中小型设施农业要求的小型自动插苗机[21]。
就自动化插苗机目前的发展情况来看，主要存在的问题有，目前的大部分的插苗机都只能完成单一的植物或者蔬菜的种植，不具备同时种植多种植物的优点。同时设计的插苗机器大多都没有智能