棉花作为我国主要的经济作物,其产量的30%—50%来自于最佳栽培技术,其中棉花钵苗移栽技术是有效的增产方式之一,其优点包括:（1）与直播相比省种50%以上,减少种植投入的同时提升单产10%-20%;（2）节省土地资源,便于实现水肥管控自动化以减少棉苗病虫害的产生;（3）便于选育壮苗以提升棉花品级,进一步增加农民收入。钵苗移栽机械化技术已广泛应用于水田,但旱田钵苗移栽技术发展缓慢,全自动移栽的推广远远落后于水田机型;国外针对全自动旱田钵苗移栽机型的研发起步较早并取得了一系列显著成果:欧美等国采用机电液控制多套装置串联完成取苗、输送、开穴和栽植等动作,整机结构复杂且较难维护;日本研制了顶出式钵苗移栽机,但需要配置特制硬质秧盘。上述机型均因为综合成本过高,未能在我国推广。国内对于钵苗移栽机械的研究起步较晚,市场上多为半自动机型,限制了我国钵苗移栽农艺大面积推广,国内亟需展开针对高效轻简化全自动钵苗移栽机的研制。送苗装置与取苗栽植机构作为全自动移栽机的两大核心部件,前者将钵苗精准有序的送至取苗位置供取苗栽植机构连续取苗,取苗栽植机构经过取苗、输送、开穴、栽植等动作完成钵苗移栽,二者的配合效果直接影响移栽机作业性能,是实现全自动钵苗移栽的关键一环。为此,针对送苗装置与取苗栽植机构展开设计研究是解决我国旱田钵苗移栽机械化难题的关键步骤,具有重大的理论意义与实用价值。本文以棉花钵苗为研究对象,提出一种取栽一体式钵苗移栽机构（专利号:201811064900.7）,用一套回转机构驱动取苗机构与鸭嘴栽植器,完成取苗、送苗、接苗和植苗等动作。此外,为实现送苗过程全自动,本文配合取栽一体式钵苗移栽机构设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构,运用“机构分析-运动学建模-编程优化-试验分析”的设计方法对纵向送苗机构展开优化,并结合课题组提出的变速移箱方案完成送苗装置的设计。论文研究主要内容如下:（1）根据农艺要求利用植物工厂培育棉花钵苗,对适龄棉苗特性进行研究,分别选取20d-40d的棉花壮苗进行夹断试验,结果表明:苗龄35d的棉苗茎秆最小抗拉力为44.550N,最大拔苗力为7.213N,结合前人研究结论,证明棉花钵苗可用于夹苗移栽。（2）基于回转式移栽机构运动机理与鸭嘴栽植器的栽植要求,提出“8”字形取苗、送苗与“γ”形接苗、植苗的移栽轨迹,由取苗非圆轮系控制取苗机构,栽植非圆轮系控制鸭嘴栽植器二者共用同一齿轮箱各自形成设计要求的轨迹与姿态,完成钵苗移栽所需的取苗、输送、开穴和栽植等动作需要。（3）建立取栽一体式钵苗移栽机构数学解析模型,得出取苗尖点和鸭嘴栽植器尖点作业过程的运动学模型,为开展取栽一体式棉花钵苗移栽机构的优化设计研究,奠定理论基础。（4）根据移栽机构运动学理论模型与棉苗移栽作业要求,提出了16个优化目标并将其数字化,开发了“取栽一体式钵苗移栽机构优化设计软件”。将上述目标要求嵌入该软件,通过人机交互优化,操作人员可实时观察动态优化结果,反馈最终调节参数,大幅度降低优化难度,可以快速而精准地求解出移栽机构的轨迹和姿态。此外,所述所有目标值均为可调,使用者可根据具体设计要求修改,以适用于不同作物的移栽要求。该软件已获得软件著作登记（登记号:2018SR983784）。（5）通过软件优化得出一组取栽一体式钵苗移栽机构的结构参数,以此分析栽植器绝对运动轨迹与绝对转角:入土与出土过程栽植器保持近似与垄面线垂直,满足移栽直立度要求;建立移栽机构三维模型并进行虚拟仿真检验其绝对轨迹。（6）根据棘轮连杆式纵向送苗机构工作原理与农艺要求,建立运动学模型并将设计要求数值化,开发“纵向送苗机构优化设计软件”（登记号:2018SR473452）得出机构参数值及棘轮结构参数范围;运用二次正交旋转中心组合试验方法,以棘轮驱动面高度x₁、棘轮定位面高度x₂、取苗机构转速x₃为试验因素,以送苗成功率y为评价指标。采用高速摄像技术标记送苗转角,以此判定送苗成功率,实施参数优化试验,根据纵向送苗机构优化结果,进行纵向送苗验证试验:当x₁=2.3mm,x₂=3.5mm,x₃=100r/min时,送苗成功率为99.17%,验证了送苗成功率回归模型的可靠性,结果满足设计要求。（7）完成取栽一体式钵苗移栽机构物理样机装配,运用高速摄影验证取栽一体式钵苗移栽机构轨迹和姿态,建立取栽一体式棉花钵苗移栽机构台架试验系统,该系统装配送苗装置与取栽一体式钵苗移栽机构,由电机驱动并配备可移动条形土槽。培育棉花钵苗,运用高速摄影标记投苗与接苗过程棉苗运动轨迹,验证了投苗与接苗动作的准确性;进行取苗与栽植试验,结果表明:取苗成功率为94.32%,栽植合格率96.67%,栽植优良率为63.48%。