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AGV在温室盆栽植物自动输送系统中的创新使用

良种繁育是农业产业化的重要基础,随着现代育种技术的不断发展,在生长环境可控的温室盆栽条件下,采用抗性鉴定与品质检测技术,聚合高产、优质、抗病、抗逆基因,培育优质专用新品种是当今作物育种和遗传改良的热门研究领域。在作业通道窄小、湿度大且温度高的温室环境下,从大量候选盆栽植株中进行作物筛选和育种,需要进行频繁输送和搬运作业。传统的人工操作方式,准确率低,劳动强度大,生产效率低,已成为制约育种技术发展的瓶颈。随着育种技术的快速发展,急需一种取代人工的机械化、自动化、电子化、信息化的自动输送、搬运技术,以降低劳动强度和生产成本,提高育种产量、质量和效益。

AGV (Automated Guided Vehicle)即自动引导车辆, 能在计算机监控下,完成对物料的搬运、存取或进行生产过程的加工、装配、调试等一系列作业功能,广泛应用于机械、电子、纺织、造纸、金融、卷烟、食品及书业自动配送等行业,是建设无人化车间、自动化立体仓库,实现仓储物流自动化管理的主要手段。与传统的制造过程自动物流系统相比,AGV的显著特点是无人驾驶,具有施工简单、占用空间少、柔性好等优点,在中长距离的输送过程中,以及场地受局限的场合,AGV系统具有明显的优势针对作物遗传改良国家重点实验室大规模盆栽植物生长过程的高通量、高集成和高自动化的表型测量需求,综合AGV 在各行业中应用特点与技术我们将AGV应用于温室盆栽植物自动输送中,实现了盆栽植物的高效输送作业, 促进了机械化、自动化育种、选种生产的快速发展。

自动化输送系统的总体设计

温室占地总长63 m,宽17.6 m,要求种植盆栽植物最大容量为5 000-6 000盆,盆栽植物最大高度1.5 m,植物生长环境尽量接近自然生长环境。而且,所有机械装备必须充分考虑防水、防晒、防水蒸气、耐酸碱腐蚀、耐高温 (50度左右)以及方便维护等要求。盆栽自动化输送系统需满足以下作业要求:(1)检测作业。盆栽自动化输送系统将待检盆栽植物送人检测室,检测完毕后,须将盆栽植物精确送冋至原位,每行盆栽的定位精度(离原位置的误差)应小于5mn,且满足盆栽20 s/盆的检测速度。(2)换盆作业(旧盆栽出场新盆栽进场)。将已经种植过的旧盆栽按照作业要求输出,将所有新盆栽送到温室指定栽培位置。(3) 定期进行不同行盆栽之间的位置交换。(4)定期进行同一行内盆栽首尾轮换。(5)盆栽植物定点灌水和定点施加液态肥。(6)定点收割盆栽植物。

总体布置及组成

为了实现数千盆盆栽植物的检测、精确灌溉、收割等作业的自动化输送,将温室分为送检区、缓冲区、栽培区和作业区。盆栽区分为一区、二区两个区,盆栽植物以行为单位放在托架上,托架之间的中心距为420 mm,每个托架可放置24盆盆栽植物;送检区主要将盆栽植物送至检测室进行株高、绿叶面积等表型参数的在线自动检测;栽培区作业区主要用来完成新旧盆栽人场、精量灌溉、施肥、收割、换盆等栽培作业;主要是用来进行、入场、出场等作业。为了完成以上作业任务,设计了自动输送系统,主要由盆栽托架、AGV系统、上下线机系统、辊筒式输送系统、精灌设备以及计算机管理控制系统等组成。

(1)    栽培区盆栽托架是非动力设备,是一种可移动种植槽,主要用于放置、定位植物盆栽,在有利于植物正常栽培、生长的前提下,便于AGV按规定要求任意整行调出和归位。

(2)    AGV系统主要由承载装置、水平运行机构、机械手垂直提升机构、保护装置以及电气控制装置等组成。 AGV采用交流变频调速减速电机驱动,.运行速度无级调速,以确保停车精度和运行平稳性。机械手驱动机构是由常闭式电磁制动减速电机通过链轮、钢丝绳和限扭矩联轴器带动机械手作上下竖直运动。水平运行采用了激光测距定位和变频器闭环矢量调速技术。运行机构驱动 AGV沿轨道水平运动,由计算机控制,进行无线导航作业,具有提升、取放托盘功能的机械手,能根据试验要求完成栽培区任意盆栽组的出场作业和人场作业。

(3)上下线机系统主要作用是承接AGV系统输送来的整行盆栽托架,并将其精确转移至辊筒输送机上,通过阻挡器和电控系统完成盆栽由密到疏和由疏到密的摆放作业。

(4)    送检区辊筒式输送系统的主要作用是,承接由上下线机转来的整行盆栽组,并输送至检测室进行检测,并将检测后的盆栽组输送回上下线机;栽培区辊筒式输送系统的主要作用是将花盆输送到场外或从场外输送冋场内。

(5)    计算机管理控制系统用以对上述作业过程进行控制,并具有盆栽实验组出人场调度、场区盆栽位管理、用户管理、安全报警及保护等功能。