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为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。 相似文献
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旋转式钵苗栽植机构多目标参数优化与试验 总被引：2，自引：0，他引：2
为了方便快捷地得到旋转式钵苗栽植机构的最佳参数,提出了旋转式钵苗栽植机构作业时实现理想栽植应满足的条件,包括栽植嘴运动学特性(轨迹、姿态、速度)、挖出穴口的几何特性、栽植机构避免干涉和非圆齿轮的保凸性要求。根据这些要求,以偏心-椭圆齿轮行星轮系栽植机构为研究对象,建立其11个子目标函数,并应用模糊理论,将多目标优化问题转化为单目标优化问题进行求解,得到满足理想栽植要求的参数,然后进行结构设计、虚拟仿真、试验台加工和模拟田间栽植试验,验证了该栽植机构的高立苗率和优化模型的正确性。该优化模型的建立和求解克服了栽植机构传统参数设计时采用仿真软件进行试凑的缺点,提高了优化效率。 相似文献
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为了实现蔬菜移栽的自动取苗作业,基于二阶椭圆齿轮行星轮系设计了自动取苗机构,并建立该机构的运动学数学模型和运动仿真模型。通过分析自动移栽的农艺要求,确定了机械取苗过程中取苗爪理想的运动轨迹和取投苗姿态。在理论分析的基础上,借助运动仿真优化了二阶椭圆齿轮行星轮系结构参数,包括椭圆齿轮偏心率、栽植鸭嘴相对于行星架初始安装角、行星架初始安装角、第一中间齿轮与第二中间齿轮夹角,最终得出一组最佳的参数组合。优化后的取苗机构能实现直线取苗和竖直投苗。在此基础上,设计了自动取苗试验台,进行取苗试验。试验结果显示,二阶椭圆行星轮系取苗机构工作效率为80株/min时,取苗成功率平均达到91.3%,达到了预期的设计目标。 相似文献
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大株距行星轮系蔬菜钵苗栽植机构优化设计与试验 总被引：2，自引：0，他引：2
设计了一种能适应大株距栽植的行星轮系蔬菜钵苗栽植机构,通过该机构栽植嘴能将蔬菜钵苗植入土中。构建了一种新型的非圆齿轮传动比函数,建立了机构的运动学模型,推导了栽植嘴尖点的(角)位移、(角)速度方程。基于Visual Basic开发了计算机辅助分析与优化软件,分析了非圆齿轮中心距a、角位移系数k1和k2、行星架初始安装角φ0、栽植嘴初始安装角α0、中间齿轮初始安装角γ0以及栽植嘴顶端到行星轮中心的距离S等重要参数对栽植轨迹的影响,通过人机交互方式优化出一组能够满足蔬菜钵苗栽植工作要求的机构参数(a=53 mm、k1=0.23、k2=0.03、φ0=-58°、α0=-144°、γ0=144°、S=175 mm)。根据优化所得参数建立栽植机构的三维模型并进行仿真分析,同时制作了栽植机构的样机进行田间植苗试验。试验了栽植嘴在不同时刻开启和闭合对西兰花钵苗栽植时直立度和成功率的影响,得出栽植嘴在其运动轨迹最低点上方10 mm处张开为最佳开启位置,钵苗直立度优良率达85%,栽植效率可达100株/(min·行),栽植株距达到450 mm,证明该机构适用于蔬菜钵苗的大株距栽植。 相似文献
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为了建立非圆齿轮凸性与理想移栽轨迹之间的直接联系,使行星轮系移栽机构更好地满足作业要求,提出一种基于非圆齿轮节曲线凸性指标的不等速行星轮系机构参数求解方法。根据给定的运动轨迹,建立全局坐标系;将轮系简化为二杆二自由度开链机构（2R机构）,建立基于移栽轨迹的机构运动求解模型,提出非圆齿轮节曲线凸性判定指标,确立轮系中心位置变化范围即解析区域。根据运动学原理,由二杆二自由度开链机构复演理想移栽轨迹,求解轮系传动比,建立不等速传动比计算与分配模型,得到杆长、杆长比、轮系传动比、非圆齿轮节曲线凸性值等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图。避免了调试非圆齿轮节曲线的盲目性、优化机构尺寸和结构设计中双臂干涉等问题,为设计可形成特定轨迹的轮系机构提供参考。对几种常见移栽轨迹进行计算分析,以“鹰嘴形”水稻钵苗移栽轨迹为例进行非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构的设计仿真与样机试验,仿真轨迹、试验轨迹与给定理想轨迹基本一致,验证了计算模型的正确性与设计机构的可行性。 相似文献
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为使行星轮系移栽机构能够实现复杂空间轨迹、更好地满足水稻宽窄行钵苗移栽的农艺要求,提出一种基于一般空间连续封闭轨迹的不等速行星轮系移栽机构逆向设计方法。首先,将行星轮系移栽机构简化为空间开链三杆二自由度（2R）机构,以3次非均匀B样条曲线拟合的理想轨迹曲线为约束,建立空间开链2R机构运动学模型,分析其末端轨迹形成机理,利用空间几何关系求解机构的杆长和输出轴的相对位置;然后,由输入与输出轴间的相对角位移关系得到轮系机构的总传动比,通过依附不等速齿轮副缩减开链机构自由度,并根据齿轮副组合类型进行传动比分配与非圆齿轮节曲线的设计。在应用实例中,基于空间“8”字形移栽轨迹设计了一种由平面非圆齿轮与圆锥齿轮组合传动的水稻钵苗宽窄行移栽机构,并进行了虚拟样机仿真与物理样机试验,结果表明：仿真轨迹、样机测试轨迹与拟合轨迹基本一致,验证了理论方法的正确性和可行性。 相似文献
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全自动草莓钵苗移栽机构优化设计与试验 总被引：2，自引：0，他引：2
为了实现草莓钵苗机械化移栽,根据草莓种植农艺要求,提出了一种Hermite插值非圆齿轮行星轮系全自动草莓钵苗移栽机构,用一套回转机构依次完成取苗、输送、挖穴与栽植4个移栽工序,满足了草莓钵苗移栽所需的轨迹与姿态要求,保证了所取秧苗和所挖穴口的精准配合。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型,并结合设定的优化目标,基于Visual Basic 6. 0设计了计算机辅助分析优化设计软件,通过优化得到了一组满足移栽要求的机构参数。根据优化的参数对机构进行了二维设计、三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。在所搭建的草莓钵苗移栽试验台架上,利用高速摄像技术对物理样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和台架试验轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。并进行了机构的性能试验,结果表明取苗成功率为92%,栽植成功率为85%,平均栽植株距为172. 9 mm,所挖穴口深度、长度和宽度效果良好,满足草莓钵苗移栽要求。 相似文献
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非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验 总被引：2，自引：0，他引：2
针对现有水稻钵苗移栽机构结构复杂、成本高或工作效率低、振动大等问题,提出一种由1个不完全非圆齿轮、6个非圆齿轮和2个移栽臂组成的非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。分析了该移栽机构的工作机理,采用一种基于人机交互的参数优化方法,编制移栽机构的优化设计软件,得到一组实现水稻钵苗移栽较优工作轨迹和姿态的机构参数。建立移栽机构虚拟样机,研制移栽机构物理样机,开展虚拟样机运动仿真分析和物理样机高速摄影运动学试验,得到机构移栽臂的秧针尖点静轨迹和姿态。理论计算和实际测量得到的推秧角与取秧角角度差分别为53.52°与52.53°,误差为1.45%;仿真分析、试验测试结果与理论分析结果基本一致,验证了移栽机构设计方法和结果的正确性,以及机构应用于实际机器的可行性。 相似文献
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行星轮系水稻钵苗移栽机构正反求设计方法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了解决现有行星轮系水稻钵苗移栽机构较难同时具备理想的移栽轨迹和姿态的问题,提出了正向设计与局部轨迹微调的反求设计相结合的设计方法。以非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的设计为例,阐述该方法的实现过程。建立行星轮系水稻钵苗移栽机构设计要求,并分析其工作原理,在前期正向设计的基础上,局部调整其移栽静轨迹,通过反求设计进一步优化设计移栽机构。进行局部反求设计的运动学分析和运动学建模,基于Matlab平台开发计算机辅助设计软件,通过人机交互的方式得到移栽机构的机构参数,使其不仅满足移栽臂移栽的姿态要求,同时获得更理想的移栽工作轨迹。根据最终得到的机构参数设计移栽机构结构,完成三维建模、虚拟仿真试验,加工、装配移栽机构物理样机,完成了高速摄像运动学试验。将移栽机构理论计算、虚拟仿真、样机试验得到的移栽静轨迹比较,同时逐一将轨迹相关参数、取秧角、推秧角、角度差等设计目标参数与相应数值化目标进行对比,结果显示,均满足要求,验证了设计方法的正确性。与以往单一的正向设计、反求设计方法相比,该方法设计的移栽机构不仅具有更优的移栽工作轨迹,也可满足较好的移栽姿态要求。 相似文献
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为获得偏心-椭圆齿轮行星轮系栽植装置最优的机构参数,在建立其动力学分析模型的基础上,以一个作业循环中支座垂直方向所受作用力的峰值力和波动最小为目标建立其动力学优化模型。为验证所建立的动力学分析模型的可靠性,以该装置满足理想栽植要求的非劣解集为约束条件,运用所建立的动力学优化模型优化得到该装置最优的机构参数,进而基于最优机构参数搭建试验台进行动力学特性测试,测得了该栽植装置在工作转速为40 r/min时一个工作循环中支座垂直方向受力与行星架转角的关系,通过试验结果和理论结果的对比分析,表明其动力学分析模型是可靠的,可为其动力学优化提供可靠数学模型。 相似文献
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针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大,而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题,本文设计了一种满足蔬菜移栽取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线,开发取苗机构设计分析软件,分析傅里叶系数对取苗轨迹的影响规律,研究傅里叶系数对传动比曲线及从动轮和秧针速度特性的影响,揭示傅里叶系数对取苗机构运动学参数的影响规律,推导了不同傅里叶系数时取苗机构取苗角和推苗角的变化规律。制造和装配取苗机构,基于虚拟样机、高速摄像技术对取苗机构进行了旋转试验,通过对比取苗轨迹的理论、仿真和试验值一致性验证了取苗机构设计的可行性。对取苗机构进行了台架取苗试验,得出转速40、50、60r/min时取苗机构的取苗成功率分别为94%、90%和88%,通过取苗试验进一步验证了取苗机构设计的可行性。 相似文献
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基于近似多位姿的轮系式钵苗移栽机构运动综合 总被引：1，自引：0，他引：1
作业轨迹形状和在特定位置移栽臂的姿态要求是移栽机构设计过程需要考虑的首要问题。为了能获得多个期望位姿且兼顾一定形状的作业轨迹,提出一种基于近似多位姿的非圆齿轮行星轮系移栽机构设计方法。基于运动学映射理论将8个期望位姿点的信息矩阵通过四元数转换至三维空间,在对该矩阵进行奇异值分解后,通过引入特征向量扩大一般解空间。结合约束条件求解得到3组RR型二杆组,根据移栽机构的工作范围选取其中两组合适的二杆组构成四杆机构,且该机构连杆上的一点可依次近似通过所有设定的位姿点形成一条完整的“8字”型轨迹。根据其中一组二杆组的运动特点求解非圆齿轮的传动比,以非圆齿轮节曲线圆度性为目标,以封闭轨迹上的部分形状可调节段拟合点位置为变量（即不改变关键轨迹段上型值点的位姿）,利用遗传算法优化得到一组具有较好圆度性的非圆齿轮节曲线。最后进行了水稻钵苗移栽机构的设计与试验,理论与试验的移栽姿态和轨迹形状具有一致性,且取苗试验的成功率达到设计要求,有效地验证了运动综合和设计方法的正确性。本研究可为具有多位姿要求的新型移栽机构的设计提供方法借鉴。 相似文献
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鉴于已有的高速水稻插秧机中的椭圆齿轮行星系分插机构在取秧过程中易出现伤秧、插秧过程中易出现倒秧或插不进秧的情况,借助于计算机辅助软件对双偏心卵形齿轮行星系在高速水稻插秧机旋转式分插机构上进行了应用研究,提出了以标准卵形齿轮节曲线和标准直齿圆柱齿轮渐开线作为基础,对无函数表达式节曲线的双偏心卵形齿轮行星系各项参数进行理论分析,建立双偏心卵形齿轮行星系的实体模型,为了将其与插秧机上其他零部件进行装配,给出了双偏心卵形齿轮行星系旋转式分插机构虚拟制造结果。对改装后的插秧机分插机构的虚拟样机进行仿真,与椭圆齿轮行星系分插机构在插秧性能方面进行比较。结果表明:由于双偏心卵形齿轮相对于标准椭圆齿轮的设计变量多,因而结构优化更灵活,安装在插秧机上稳定性好。因此,双偏心卵形齿轮行星系分插机构比椭圆齿轮行星系分插机构更能满足在高速化条件下插秧轨迹的要求。 相似文献
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针对三插臂分插机构理论分析不全面和增加插植臂数量导致株距适应范围缩小等问题,提出了一种椭圆齿轮非匀速三插臂分插机构,建立了该分插机构的运动学分析模型,研究了分插机构回转箱体非匀速转动对栽插参数的影响,理论分析得出非匀速转动不影响秧针的静态轨迹、取秧角度、推秧角度和轨迹高度,传动系统中椭圆齿轮偏心率和初始相位角对秧针取秧点y方向的速度影响最大,相位角为0°时,取秧点y方向线速度达到最大。插秧穴口随着偏心率增大而增大,初始相位角对插秧穴口的影响较复杂,在0°~90°范围内随相位角增大而增大,在90°~180°范围内随相位角增大而减小。在室内进行了插植臂速度和移箱回数对伤秧率和切块均匀性的影响试验,试验表明伤秧率随分插机构转速增加而增大且影响显著,但移箱回数差异对伤秧率影响不显著。移箱回数差异对切块均匀性的影响显著,移箱回数18回的切块均匀性明显高于对照组,在移箱回数21回和24回时切块均匀性与对照二插臂的切块均匀性差异不大,分插机构转速增加对秧苗切块均匀性有影响但影响不显著。田间对比试验表明,非匀速三插臂分插机构栽植质量优于对照组,伤秧率均随作业速度的提高而增大,翻倒率和漂秧率也随作业速度的增加而增加但影响不显著,作业速度变化对漏插率影响也不显著。 相似文献