兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，涉及移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種兩自由度五 桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械化移栽一般分為兩步完成：取苗和植苗。按不同的取苗方式將移栽機(jī)分為半 自動和全自動，關(guān)鍵標(biāo)志是看其是否采用機(jī)械化取苗作業(yè)。
[0003] 目前旱地移栽機(jī)械式取苗方式一般有取苗爪夾土式取苗和夾苗式取苗兩種方式。 新型行星輪系旋轉(zhuǎn)式取苗機(jī)構(gòu)有混合高階變型橢圓齒輪行星系缽苗移栽機(jī)分秧機(jī)構(gòu)、自由 二階非圓齒輪行星系高速缽苗移栽機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)，它們?nèi)∶绶绞綖閵A土 式取苗，即需要秧針進(jìn)入缽苗盤內(nèi)夾取秧苗，且不能破壞缽盤和傷根，故軌跡需要一個尖銳 的突起，從秧針進(jìn)入缽盤到完全離開缽體，秧針需要一段接近于直線的運(yùn)動軌跡，由于這個 限制，造成了非圓齒輪不規(guī)則性增強(qiáng)或增加"探出式"秧針，機(jī)構(gòu)力學(xué)性能變差、壽命降低。 當(dāng)前研究的移栽機(jī)構(gòu)軌跡包括'D'形軌跡，'P'形軌跡，'8'字形軌跡，但考慮到花卉移栽需 完成從穴盤往花盤中的移栽工作，現(xiàn)有的軌跡方案均不適。
[0004] 雙曲柄機(jī)構(gòu)、行星齒輪機(jī)構(gòu)只能形成一個環(huán)扣狀軌跡，不能實(shí)現(xiàn)雙環(huán)扣狀軌跡，難 以保證以更好的姿態(tài)進(jìn)入植苗工作部分和實(shí)現(xiàn)花卉移栽機(jī)的全自動化，為了解決這個難 題，需要在植苗機(jī)構(gòu)部分也設(shè)計(jì)一個環(huán)扣狀軌跡來滿足花卉移栽軌跡要求。對于基質(zhì)育苗 移栽，基質(zhì)較輕，而部分瓜果、蔬菜、花卉作物的莖桿部分足夠堅(jiān)韌，允許采用夾苗的方式作 業(yè)。因此，有必要針對瓜果、蔬菜、花卉等作物，設(shè)計(jì)一種效率更高、傳動更平穩(wěn)的取苗機(jī)構(gòu)， 使其與植苗機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)瓜果、蔬菜、花卉等作物的全自動移栽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽 軌跡的設(shè)計(jì)方法，該方法采用兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)扣移栽軌跡，從而實(shí)現(xiàn)取苗 和植苗動作；兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)花卉移栽軌跡，也可以實(shí)現(xiàn)瓜果、蔬菜等 多種作物的全自動移栽。
[0006] 本發(fā)明的具體步驟如下： 步驟一、構(gòu)建兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)。兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一曲柄、第一連 桿、第二曲柄、第二連桿、常速電機(jī)和可調(diào)速電機(jī)；所述第一曲柄的一端固定在常速電機(jī)的 輸出軸上，另一端與第一連桿的一端鉸接；所述第二曲柄的一端固定在可調(diào)速電機(jī)的輸出 軸上，另一端與第二連桿的中部鉸接；第二連桿的一端與第一連桿的另一端鉸接，另一端自 由設(shè)置；所述的可調(diào)速電機(jī)與控制電路連接。
[0007] 步驟二、通過常速電機(jī)設(shè)定第一曲柄的角速度wl， 并通過控制電路調(diào)節(jié)可調(diào)速電機(jī)，使得第二曲柄的角速度
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法的具體步驟 如下： 步驟一、構(gòu)建兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)；兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一曲柄、第一連 桿、第二曲柄、第二連桿、常速電機(jī)和可調(diào)速電機(jī)；所述第一曲柄的一端固定在常速電機(jī)的 輸出軸上，另一端與第一連桿的一端鉸接；所述第二曲柄的一端固定在可調(diào)速電機(jī)的輸出 軸上，另一端與第二連桿的中部鉸接；第二連桿的一端與第一連桿的另一端鉸接，另一端自 由設(shè)置；所述的可調(diào)速電機(jī)與控制電路連接； 步驟二、通過常速電機(jī)設(shè)定第一曲柄的角速度《1，并 通過控制電路調(diào)節(jié)可調(diào)速電機(jī)，使得第二曲柄的角速度 w2=wlsin (t+功；其中，wl取50~70r/min中的一個定值，取π/4~π/2中的一 個定值；角速度w2的方向在周期Τ=2 π內(nèi)滿足如下變化規(guī)律：時(shí)刻t=0~Τ/3時(shí)，與角速 度wl的方向保持一致；時(shí)刻t=T/3~T時(shí)，與角速度wl的方向相反，從而在第二連桿的自 由端尖點(diǎn)形成雙環(huán)扣移栽軌跡；雙環(huán)扣移栽軌跡為封閉且?guī)в袃蓚€環(huán)扣的平面圓滑曲線， 包括依次順序首尾連接的入缽段、取苗段、運(yùn)苗段、植苗段和回復(fù)段；第二連桿的自由端尖 點(diǎn)在t=0~T/3時(shí)處于入缽段，在t=T/3~2T/3時(shí)處于取苗段和運(yùn)苗段，在t=2T/3~T時(shí) 處于植苗段和回復(fù)段；取苗段的起始部位為第一個環(huán)扣的起點(diǎn)；植苗段的起始點(diǎn)為第二個 環(huán)扣的起點(diǎn)；入缽為取苗段的過渡段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法，其特征在 于：所述常速電機(jī)和可調(diào)速電機(jī)的底座均與機(jī)座固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法，其特征在 于：所述第一曲柄、第一連桿、第二曲柄和第二連桿的桿長關(guān)系滿足：
式中，Z1為第一曲柄的長度，Z2為第一連桿的長度，Z4為第二曲柄的長度，Z 3為第一 曲柄與機(jī)座的鉸接點(diǎn)至第二曲柄與機(jī)座的鉸接點(diǎn)之間的距離，Z5為第一連桿與第二連桿 的鉸接點(diǎn)至第二曲柄與第二連桿的鉸接點(diǎn)之間的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法，其特征在 于：所述取苗段的起始段為平行于穴盤盤口下側(cè)壁且直線度為lmm/lOrnm的直線段；所述植 苗段的起始段為堅(jiān)直設(shè)置且直線度為1mm/lOmm的直線段。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)形成移栽軌跡的設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)有移栽機(jī)構(gòu)軌跡不適用于花卉移栽。本發(fā)明通過常速電機(jī)設(shè)定第一曲柄的角速度w1，并通過控制電路調(diào)節(jié)可調(diào)速電機(jī)，使得第二曲柄的角速度 ；其中，w1取50～70r/min中的一個定值，取π/4～π/2中的一個定值；角速度w2的方向在周期T=2π內(nèi)滿足如下變化規(guī)律：時(shí)刻t=0～T/3時(shí)，與角速度w1的方向保持一致；時(shí)刻t=T/3～T時(shí)，與角速度w1的方向相反，從而在第二連桿的自由端尖點(diǎn)形成雙環(huán)扣移栽軌跡。本發(fā)明采用兩自由度五桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)扣移栽軌跡，不僅可以實(shí)現(xiàn)花卉移栽軌跡，也可以實(shí)現(xiàn)瓜果、蔬菜等多種作物的全自動移栽。
【IPC分類】A01C11-02
【公開號】CN104641771
【申請?zhí)枴緾N201510053299
【發(fā)明人】代麗, 王川, 趙雄
【申請人】浙江理工大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月2日