蔬菜缽苗密植移栽機多行取苗機構設計與試驗

俞高紅 王系林 劉建剛 葉秉良 李 祥 趙 雄

(1.浙江理工大學機械與自動控制學院， 杭州 310018； 2.浙江省種植裝備技術重點實驗室， 杭州 310018；3.農機智能控制與制造技術福建省高校重點實驗室， 武夷山 354300)

0 引言

機械移栽可以克服由季節導致的作物不能連作接茬的問題，育苗移栽技術有利于緩和季節對作物的影響，保證作物生長條件和發育的一致性，有利于作物的穩定生長，提高土地的利用率和復種指數[1-2]。由于小青菜種植的行距和株距都比較小，目前沒有適用的自動移栽機，主要依靠人工種植，蔬菜缽苗密植移栽機取苗機構的設計是實現小青菜全自動密植移栽的關鍵，且穴盤苗取苗機構是自動蔬菜移栽機的核心部件，因此研制結構合理、性能穩定和取推苗精度高的穴盤苗取苗機構是實現精密移栽的前提[3-6]。

國內外學者對寬行距移栽的取苗機構進行了諸多研究[7]。CHOI等[8]研發了一款多連桿機構驅動的滑道式取苗機構，通過搖桿和滑道控制取苗秧針的位置和姿態，但是該取苗機構取苗效率較低。韓國PARK等[9]研制了一種連桿組合式單臂取苗機構，該取苗機構通過在取苗單臂上安裝夾緊式取苗秧針進行取苗，該取苗機構取苗速度慢、效率低，且難以繼續提高。日本學者[10-14]利用齒輪系和連桿滑道設計了一種自動蔬菜移栽機，但是該移栽機移栽效率約50株/min，且滑道易磨損。田昆鵬等[15]設計了一種曲柄滑槽門形組合取苗機構，該取苗裝置由曲柄門形導桿和軌跡執行機構、取苗爪機構和凸輪機構組成，取苗速度為40～70 r/min，該取苗爪不能完全夾持缽體，且該機構是凸輪滑機構，不適合高速運轉。袁挺等[16]設計了一種蔬菜移栽機，采用氣吹振動復合式取苗機構及其配套苗盤進行取苗，取苗成功率為92%，存在體積較大和取苗效率較低的問題。廖慶喜等[17]提出了一種油菜紙缽苗移栽機嵌入式氣動取苗機構，取苗效率為400株/min，取苗成功率93.0%，但是該取苗機構存在氣缸運動沖擊及取苗機構振動導致油菜紙缽苗提前滑落問題。俞高紅等[18]提出了一種橢圓-不完全非圓齒輪行星輪系蔬菜缽苗取苗機構，該機構通過不完全非圓齒輪間的變速傳動來實現取苗所需的機構運動軌跡，其取苗效率為90株/min，取苗成功率95%，取苗機構中的凹凸鎖齒弧存在一定的沖擊而不利于機構的高速運行。葉秉良等[19]設計了一種應用于蔬菜缽苗自動移栽機的偏心齒輪-非圓齒輪行星系自動取苗機構，取苗效率可以達到90株/min，取苗成功率95%左右，但是其設計過程較為繁瑣。目前學者對于蔬菜密植移栽機方面的研究較少，韓國研制的A5-1200型半自動密植移栽機，移栽作業行數為8行，移栽行距為15 cm，株距為10～50 cm，但需要2名投苗手投苗，機器間歇前進，移栽效率較低，只有600株/(行·h)。國內滁州禾田農業機械有限公司研究了一種高密度移栽機械，適用于人工供苗的半自動方式。該移栽機作業行數最大為8行，可根據移栽要求進行調節，行距為150 mm，株距在10～800 mm，由于該移栽機為人工供苗的半自動式移栽機，需要兩個人同時投苗，機器間歇前進，故移栽效率低。

目前學者們對寬行距移栽的取苗機構研究較多，但對于窄行距密植移栽的取苗機構研究則較少，還未見針對小青菜全自動密植移栽的相關機具的研究。在理論上可以采用8個取苗機構緊湊布置并且同時取苗實現8行取苗，但是由于空間的限制，8個取苗機構緊湊布置無法實現窄行距多行密植移栽，此外，8個取苗機構同時使用的移栽機質量過大、成本也過高。

因此，本文提出一種適合密植移栽的8行同步取苗非圓齒輪行星輪系取苗機構，同時開展取苗機構的取苗爪設計和大重合度非圓齒輪的齒廓設計。根據密植移栽要求設計適合密植移栽的取苗軌跡，利用B樣條曲線對取苗軌跡進行擬合，基于取苗軌跡對取苗機構進行逆向設計，開發密植移栽取苗機構的設計平臺，利用運動學仿真軟件完成取苗機構的仿真分析，試制取苗機構的樣機，進行試驗驗證。

1 密植移栽多行取苗機構方案與工作原理

小青菜一般采用密植移栽，要求栽植缽苗的行距和株距為10～12 cm，密植數量為80株/m2。在設計方案中，秧箱上并排放置兩個穴盤，兩個穴盤橫向距離為124 mm；所用穴盤為128穴，每行有8個穴，每列有16個穴。取苗機構的推苗角盡可能接近90°左右，以使缽苗盡可能接近直立狀態推出，利于與其配套的植苗機具的接苗環節；秧箱上的穴盤一般與水平方向呈50°左右，從取苗到推苗位置，缽苗應該轉過秧箱的安裝角度(50°左右)，因此推苗角和取苗角之間的角度差控制在50°左右；由于缽穴深度為44 mm，根據前期所設計的取苗機構的取苗試驗可知[18]，秧針進入缽穴的深度需為35 mm左右，以保證缽苗能順利從缽穴中夾取出來；為避免取苗機構的秧針進出缽穴時和穴盆發生干涉，取苗軌跡中入缽段軌跡應為65 mm左右的近似直線段。

如圖1所示，該取苗機構由兩套對稱的齒輪箱(Ⅰ和Ⅱ)和兩套夾苗部件(Ⅲ和Ⅳ)組成，齒輪箱為取苗機構的驅動部分，通過法蘭固定在機架上。齒輪箱的單側各連接一套夾苗部件，每套夾苗部件由2個移栽臂、8套取苗爪(每套取苗爪包括2片秧針、2個轉動銷和1個推苗爪，其中，秧針長為 80 mm、寬為10 mm、厚度為1.2 mm)、1塊秧針安裝板和1塊推苗板組成。兩側齒輪箱采用錐齒輪作為動力傳輸裝置以驅動兩側齒輪箱同步旋轉，保證兩側移栽臂運動的同步性，從而使固定于兩側移栽臂上的夾苗部件的8套取苗爪同步運動，實現同步取苗。取苗機構工作時，動力同時帶動左右兩側的齒輪箱旋轉，齒輪箱內部的齒輪嚙合傳動，驅動夾苗部件按特定軌跡運動；張開狀態的取苗爪以合理的取苗角進入缽穴，8套取苗爪進入到缽穴一定深度后同時夾緊缽苗的土缽；隨后，夾苗部件夾著土缽快速離開缽穴，夾持到相應位置后完成推苗動作。取苗機構轉動一圈，取完兩個穴盤中同一行的所有缽苗，當取完一行缽苗后，縱向送秧裝置自動縱向送苗一次，取苗機構進行下一周期的取苗工作。

圖1 取苗機構整體方案Fig.1 Seedling picking mechanism scheme1.法蘭 2.取苗凸輪 3.移栽臂 4.推苗板 5.秧針安裝板 6.轉動銷 7.秧針 8.推苗爪 Ⅰ、Ⅱ.齒輪箱 Ⅲ、Ⅳ.夾苗部件

2 密植移栽取苗軌跡設計

取苗機構的取苗軌跡是自動移栽機設計的關鍵要素。取苗機構的取苗過程主要分為以下階段(圖2)：A-C和C-G為取苗階段的秧針尖點軌跡，秧針沿A-C段軌跡進入穴盤后夾緊土缽，秧針夾持土缽沿著C-G段軌跡夾出缽苗；G-D段軌跡為持苗階段軌跡，缽苗沿著G-D段軌跡被夾持到推苗位置點；D-E段軌跡為推苗階段軌跡，秧針上的缽苗在推苗爪的推動下在點E之前被推入植苗機構中；E-A段軌跡為回程階段軌跡，秧針保持最大張開狀態沿E-A段軌跡快速回到最初的取苗位置，重復下一次的取苗動作。

圖2 取苗軌跡示意圖Fig.2 Schematic of seedling taking track1.缽穴 2.缽苗 3.移栽臂 4.取苗爪

為滿足密植移栽取苗機構的取苗要求，其取苗軌跡的設計(秧針尖點軌跡)需要達到取苗軌跡設計目標[18]，如表1所示。

表1 取苗軌跡設計目標Tab.1 Design objectives of seedling picking trajectory

據此設計目標設計了一個滿足密植移栽要求的取苗軌跡，如圖3所示。為了設計理想的密植移栽取苗機構，本文基于Matlab軟件開發密植移栽取苗機構的反求設計平臺。采用三次非均勻B樣條曲線對密植移栽取苗軌跡進行擬合，通過改變角位移曲線上控制點坐標實現取苗軌跡的調整[20]。利用型值點數據計算出節點矢量U∈(u0,u1,…,un+k+1)，再反求B樣條曲線控制點，最終利用控制點計算出取苗軌跡上任意數據點。型值點的選取影響著軌跡的擬合效果，是軌跡擬合的關鍵環節。取苗軌跡的取苗和推苗階段至關重要，且機構回程階段為凹凸鎖止弧傳動，故應選取更貼近取苗和推苗階段對應軌跡的型值點。本文選擇的25個型值點如圖3所示，其中型值點1～9為控制秧針入缽段需要調整的軌跡，型值點9～13為控制秧針出缽段軌跡，型值點18～25為控制推苗段軌跡。

圖3 取苗軌跡型值點及其取苗段軌跡Fig.3 Value point of seedling taking trajectory type and its seedling taking segment trajectory

將B樣條曲線上選取的25個型值點qi(i=0,1,…，m)代入B樣條曲線的數學模型[21]，可得公式

(1)

式中dj(j=0,1,…,n)為曲線的控制點，Ni,k(u)(i=0,1,…,n)為三次B樣條基函數，且u∈[ui,ui+1]?[u3,un+1]，對公式(1)進行轉化，最終得到三次非均勻B樣條曲線控制點的矩陣形式為[22-24]

(2)

其中

(3)

式中Δi=μi+1-μi，綜合公式(2)、(3)和25個型值點的數據，即可求解出本次擬合軌跡上的所有控制點。

3 密植移栽取苗機構設計

3.1 取苗機構運動學分析

圖4為單側取苗機構簡圖。L1為太陽輪回轉中心O與行星斜齒輪回轉中心O1距離，L2為行星斜齒輪回轉中心O1與移栽臂尖點S距離，L3為太陽輪回轉中心O與移栽臂尖點S距離。

圖4 單側取苗機構簡圖(初始位置圖)Fig.4 Schematic of single side seedling taking mechanism1.太陽輪 2.凸鎖齒弧 3.凹鎖齒弧 4.中間非圓齒輪 5.中間斜齒輪 6.行星斜齒輪 7.取苗臂 8.行星架

對取苗機構進行運動學分析。點M1位移方程為

(4)

其中

Y1=β1+φ50+φ5

式中β1——太陽輪回轉中心和中間輪回轉中心連線與太陽輪回轉中心和行星輪回轉中心連線的夾角

φ5——太陽輪回轉中心和行星輪回轉中心連線與x軸正方向的夾角

φ50——取苗機構處于初始位置時φ5的角位移

a1——第一級中心距

點O1位移方程為

(5)

其中

W1=β1+φ50+π-γ+φ5

式中γ——太陽輪回轉中心和中間輪回轉中心連線與中間輪回轉中心和行量輪回轉中心連線的夾角點S位移方程為

(6)

其中Z1=β1+φ50+π-γ+φ5+φ3

式中φ3——行星斜齒輪相對行星架轉過的角位移

對式(4)～(6)求一階導數可求得點M1、O1、S的速度表達式

(7)

(8)

(9)

3.2 取苗機構中齒輪傳動總傳動比計算

如圖4所示，取苗機構旋轉時，行星架繞著回轉中心O以角速度ω逆時針勻速旋轉，移栽臂秧針尖點S至回轉中心的距離L3計算公式為

(10)

取苗機構回轉過程L3的長度變化分為：當移栽臂秧針尖點S由初始位置運動到取苗軌跡最遠點時，φ6=0，φ1=π，Max(L3)=L1+L2，式中φ6為太陽輪回轉中心和移栽臂秧針尖點連線與太陽輪回轉中心和行星輪回轉中心連線的夾角，φ1為太陽輪回轉中心和行星輪回轉中心連線與行星輪回轉中心和移栽臂秧針尖點連線的夾角，當移栽臂秧針尖點S再由取苗軌跡最遠點運動到取苗軌跡最近點時，φ6=φ5-φ4=π，φ1=2π，Min(L3)=L2-L1，式中φ4為太陽輪回轉中心和移栽臂秧針尖點連線與x軸正方向的夾角，移栽臂秧針尖點S再從軌跡最近點回到初始點位置。

根據公式(10)及L3最大值和最小值，可得桿長度L1和L2分別為

(11)

移栽臂秧針尖點S回轉過程中φ6和φ1角度變化關系

(12)

其中

(13)

其中

式中L30表示初始位置時L3的長度，由圖4可知，φ5=φ6+φ4，當移栽臂秧針尖點S在第三象限時，φ4=arctan(yS/xS)-π，在其他象限時，φ4=arctan(yS/xS)。由于二級傳動為標準圓斜齒輪傳動，所以機構總傳動比實際為一級非圓齒輪傳動比，即總傳動比iZ=dφ5/dφ1?？倐鲃颖惹€如圖5所示，其中β2表示非圓齒輪在凹凸鎖齒弧作用時其傳動比為無窮大。

圖5 總傳動比曲線Fig.5 Total transmission ratio curve

3.3 取苗機構中齒輪傳動中心距確定

提高齒輪嚙合重合度可以減小齒輪傳動誤差。假設第一級中心距為a1和第二級中心距為a2，保證第二級斜齒輪傳動重合度為2左右的情況下，先確定第二級中心距a2，再通過a2和總傳動比iZ計算出第一級中心距a1。根據圖4單側取苗機構簡圖可知，a1、a2和L1之間存在三角形關系，關系簡圖如圖6所示。由于在調整取苗軌跡的過程中，軌跡最遠點和最近點固定不變，由公式(5)、(6)分別計算出L1=93.337 7 mm,L2=163 mm。由圖6可知，L1為定值時，a1和a2及行星架拐角γ(a1和a2的夾角)有多種組合。確定三者數據時應滿足：取苗機構結構大小適宜，即a1和a2取值不宜過大，夾角γ取值不能太??；由于第一級傳動比為總傳動比，a1應比a2大，如果a1比a2小，會出現非圓齒輪節曲線偏小，導致所設計的非圓齒輪易產生根切。

圖6 兩級中心距方案示意圖Fig.6 Schematic of two-stage center distance scheme

根據上述分析可知，選取a1、a2和拐角γ的數值時，先確定斜齒輪參數，通過斜齒輪參數計算出重合度[25]，再根據總傳動比計算出a2的值。取斜齒輪法向模數mn=2 mm，螺旋角β取值范圍為8°～20°，取齒數z1=21，齒數z2=21，由于取苗機構的齒輪箱箱體寬度不宜過大，齒寬B取9 mm。齒寬B和法向模數mn不變，選取螺旋角和齒數計算重合度，最終確定了斜齒輪參數并計算得到傳動重合度ε=1.935 8，符合設計要求。因此得到行星輪系第二級斜齒輪傳動的中心距為

a2=mn(z1+z2)/cosβ=44.6 mm

(14)

由于桿Ⅰ長度L1和第二級中心距a2已知，再給定行星架拐角γ=150°，則可計算出第一級中心距a1為

(15)

其中U1=π-β1-γβ1=arcsin(a2sinγ/L1)

3.4 非圓齒輪設計

如圖4所示，為了設計一級傳動非圓齒輪的節曲線，假設太陽輪向徑R1、第一中間非圓齒輪向徑R2和第一級傳動比i1三者存在以下關系：R1=a1-R2和R2=a1i1/(1+i1)。即太陽輪節曲線坐標為

(16)

(17)

式中φ2——中間輪相對行星架轉過的角位移

x1、y1——太陽輪節曲線橫、縱坐標

x2、y2——第一中間非圓齒輪節曲線橫、縱坐標

3.5 取苗機構設計結果與分析

為了便于取苗機構的設計，本文基于Matlab開發密植式移栽機取苗機構反求設計平臺，反求設計平臺界面如圖7所示。反求設計平臺導入取苗軌跡的25個數據型值點，可實現以下功能：反求取苗機構的各級傳動比；計算一級非圓齒輪節曲線及二級傳動節曲線及精確的取苗軌跡；取苗機構的運動模擬和測量；取苗機構的最終設計。

圖7 反求設計平臺界面Fig.7 Reverse design platform

本文基于圖3取苗軌跡，應用自主開發的設計平臺進行行星輪系取苗機構的反求設計，由圖3理論取苗軌跡和圖7反求設計平臺所求得的取苗軌跡可知，通過反求設計平臺設計的取苗機構的取苗軌跡接近于理論取苗軌跡，其最終設計的一、二級齒輪節曲線和對應的取苗軌跡如圖8所示，具體設計結果參數與設計目標參數對比如表2所示，最終設計結果滿足設計要求。

圖8 最終設計的齒輪節曲線和對應的取苗軌跡Fig.8 Final designed gear pitch curve and corresponding seedling taking track1.太陽輪 2.凸鎖止弧 3.凹鎖止弧 4.第一中間非圓齒輪 5、6.斜齒輪

表2 取苗機構反求設計結果和設計目標對比Tab.2 Comparison between design results and design goals of seedling taking mechanism

4 密植移栽取苗機構結構設計

4.1 大重合度非圓齒輪設計

通過增大齒頂高系數提高取苗機構一級傳動非圓齒輪的重合度，根據非圓齒輪節曲線的曲率半徑及齒頂高系數，可計算非圓齒輪不同齒頂高系數的重合度ε[26]

(18)

其中

(19)

(20)

式中α0——嚙合線與節曲線在嚙合點切線之間的夾角

ρ1、ρ2——節曲線在嚙合點處的曲率半徑

α——非圓齒輪節曲線壓力角

ha1、ha2——齒輪1和2的齒頂高系數

m——非圓齒輪模數

不同齒頂高系數的非圓齒輪重合度曲線如圖9所示。本文最終采用1.2的齒頂高系數對非圓齒輪進行大重合度設計。

圖9 非圓齒輪重合度變化曲線Fig.9 Variation curves of coincidence degree of non-circular gear

非圓齒輪重合度受齒頂高系數及模數影響，圖9a為非圓齒輪模數m=2 mm時齒頂高系數對其重合度的影響，由此可知，非圓齒輪的重合度隨著齒頂高系數的增大而增大。圖9b為非圓齒輪齒頂高系數ha1=1.2時模數對其重合度的影響，由重合度變化曲線可知，非圓齒輪的重合度隨齒高系數的增大而增大，非圓齒輪重合度隨模數的增大而減小。

圖10 最終設計的齒輪結構圖Fig.10 Gear structure drawings of final design

4.2 取苗機構夾苗部件和試驗臺的設計

如圖11所示，八行密植移栽取苗機構的秧針通過秧針安裝板安裝在取苗臂盒體和推苗爪上，而推苗爪通過推苗板安裝在取苗臂推苗桿上，實現八行同時取苗和推苗動作的一致性，最終實現密植移栽取苗機構八行同步取苗功能。

圖11 密植移栽取苗爪結構簡圖Fig.11 Structure of claw for seedling taking in close planting and transplanting1.取苗臂 2.固定板 3.推苗板 4.推苗桿

根據秧箱及八行密植移栽機構的工作原理設計了如圖12所示的試驗臺模型。秧箱上并排放置兩個秧盤，兩個秧盤橫向距離為124 mm。所用穴盤為128穴，每行有8個穴，每列有16個穴，取苗機構要求從兩個秧盤中同時取苗，每隔一個缽穴夾一株缽苗，一次夾取8株缽苗，取苗機構轉動一圈，取完兩個穴盤中同一行的所有缽苗，當取完一行缽苗后，縱向送秧裝置自動縱向送苗一次，取苗機構進行下一周期的取苗工作。

圖12 密植移栽取苗機構試驗臺模型Fig.12 Test bench model of seedling picking mechanism for close planting and transplanting1.秧箱 2.傳動箱 3.取苗機構 4.錐齒輪傳動機構 5.電機

5 密植移栽機取苗機構仿真與試驗

5.1 取苗機構仿真分析

基于Adams仿真軟件對八行取苗機構進行運動學仿真，設置行星架的旋轉速度為360(°)/s，得出取苗機構秧針尖點Q的x、y方向位移曲線和x、y方向速度曲線，取苗機構秧針尖點Q的理論位移和速度曲線如圖13所示。

圖13 秧針尖點Q運動學參數對比Fig.13 Comparison of Q kinematic parameters of seedling needle tip

由圖13可知，取苗機構秧針尖點Q的位移和速度曲線基本一致，驗證了八行取苗機構設計的正確性和可行性。

5.2 取苗機構空轉試驗

本文根據空轉試驗測量取苗機構的取苗角和推苗角，圖14a、14b所示分別為測量取苗角和推苗角?；贏DAMS軟件對取苗機構進行虛擬仿真，得出取苗機構的取苗軌跡仿真值如圖15b所示?；诟咚贁z像技術測量的取苗軌跡試驗值如圖15c所示。

圖14 取苗機構取苗角和推苗角的測量Fig.14 Measurement of seedling taking angle and seedling pushing angle of seedling taking mechanism

圖15 軌跡對照Fig.15 Track comparison

取苗角和推苗角的理論數據與測量數據對比如表3所示。取苗角測量值比理論值大0.24°，推苗角測量值比理論值大0.06°，二者角度差相差0.18°。從對比結果知，測量值和理論值接近，驗證了取苗機構設計的準確性。

表3 理論數據和測量數據對比Tab.3 Comparison of theoretical data and measured data (°)

基于高速攝像技術描繪出如圖15c所示的取苗軌跡試驗值，對比圖15a、15b可知，三者軌跡基本一致，驗證了密植式取苗機構設計的可行性。

5.3 取苗機構取苗試驗

本次試驗所用幼苗為西蘭花缽苗，如圖16所示，缽苗根系較少、缽苗高度為80～100 mm、單株缽苗有4～5片葉子，所用培養基質由草灰、蛭石及珍珠巖等材料組成，基質含水率為45%左右，土缽的上端面和秧盤上端表面存在5～10 mm的距離，缽苗培育周期為30 d左右。

圖16 西蘭花缽苗Fig.16 Broccoli pot seedling

對密植移栽的取苗機構開展不同轉速的取苗試驗。圖17所示為取苗機構不同位置取苗姿態圖。表4所示為轉速20、25、30 r/min下取苗機構的取苗成功數和成功率。

圖17 取苗機構不同位置取苗姿態圖Fig.17 Seedling taking posture at different positions of seedling taking mechanism

由表4可知，不同轉速下的取苗成功率都在95%左右，而取苗試驗中取苗和推苗失敗原因主要有：①缽苗從其他秧盤移植進試驗用的秧盤中，基質沒有填滿缽穴，土缽上端面和秧盤上端表面還有5～10 mm的距離，導致秧針在理論取苗深度時，夾住土缽的部分偏少，不能完全夾出缽苗或持苗過程脫落。②部分缽苗根系較少，不能形成規則的土缽，秧針只能夾住部分基質。③帶苗現象時有發生，秧盤上一行中的缽苗莖葉被秧針夾住或莖葉纏繞在土缽上，導致下次取苗時出現空穴現象。④夾苗部件夾緊力不夠，取苗機構要同時夾住8株土缽，而缽苗所受到的夾緊力僅靠移栽臂內部的壓簧提供，導致出現土缽無法被夾出或在夾持中脫落。⑤缽苗上的莖葉會與秧盤上的壓盤鐵絲纏繞，導致出現缽苗被夾出缽穴后懸掛在秧盤上的現象?？傊?，該密植式移栽機取苗機構在不同轉速下的取苗成功率達到95%左右，在可行性和實用性等方面都達到了設計目的。

表4 試驗數據Tab.4 Test data

6 結論

(1)根據小青菜缽苗密植移栽農藝要求，提出了一種大重合度非圓齒輪行星輪系八行取苗機構。依據專家經驗和取苗要求對取苗軌跡進行精確設計，并采用B樣條曲線擬合取苗軌跡，設計了適合小青菜密植移栽的取苗軌跡，開發取苗機構的逆求設計軟件。

(2)取苗機構采用非圓不完全齒輪行星輪系進行傳動，行星輪系一級齒輪傳動機構采用大重合度的非圓齒輪傳動，二級齒輪傳動機構采用斜齒輪傳動，兩級齒輪傳動的重合度均接近2，降低因齒輪間的齒側間隙引起的傳動誤差，提高了齒輪傳動運動精度和傳動平穩性。

(3)基于高速攝像技術和虛擬仿真技術對取苗機構進行取苗軌跡試驗并與理論軌跡進行對比，三者軌跡一致驗證了設計的可行性。對取苗機構進行取苗試驗，試驗結果得出在3種不同轉速下，取苗機構的取苗成功率都在95%左右，進一步驗證所設計密植移栽取苗機構的實用可行性。