基于空间特定位姿的水稻钵苗宽窄行移栽机构设计与试验研究

发布时间：2020-08-08 14:19

【摘要】：水稻钵苗宽窄行移栽是将水稻钵苗移栽和宽窄行插秧合理结合的种植方式,其充分利用了钵苗移栽不损伤水稻秧苗、移栽后无返青期的优势,与传统水稻种植方式相比具有分蘖、出穗时间较早的优点;宽窄行插秧不等行间距具有提高苗间通风、光照等水稻生长的有利条件,一方面提高水稻秧苗抗倒伏、预防病害能力,另一方面减少了农药的使用、降低环境污染。目前缺乏兼具夹土式钵苗和宽窄行移栽的机构,主要由于非圆齿轮节曲线合理性、移栽臂的尺寸大小、结构的合理性、轨迹的形状、移栽臂的姿态等多个因素耦合作用的影响,使得设计具有理想的移栽轨迹和移栽臂姿态的移栽机构比较困难。为了使轮系式移栽机构在非圆齿轮节曲线形状合理的前提下能得到更优的移栽轨迹和移栽臂姿态,提出基于非圆齿轮节曲线凹凸性指标的等行距不等速行星轮系机构参数求解方法和基于若干关键位姿的空间不等速行星轮系机构求解方法。论文主要研究内容如下:1)提出了基于非圆齿轮节曲线凹凸性判别的行星轮系移栽机构求解与分析方法。根据给定的平面运动轨迹,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),推导非圆齿轮节曲线凹凸性与传动比曲线之间的关系和评价指标;建立基于平面移栽轨迹的机构运动求解模型,确立轮系中心位置变化范围即解析区域;对形成平面轨迹的轮系式移栽机构特性进行分析。2)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、非圆齿轮节曲线凹凸性指标等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图,为设计形成特定轨迹的轮系机构提供参考。3)提出基于空间若干特定点位姿的空间不等速行星轮系机构求解方法。在分析空间不等速行星轮系移栽机构的工作原理的基础上,将轮系简化为空间二杆二自由度开链机构(2R机构),并建立基于取苗点、拔苗点和推苗点空间位姿的开链机构运动求解模型,实现开链机构杆长,转轴姿态,及相关初始角等参数的计算;再现所求开链机构过给定点的空间封闭移栽轨迹,并建立机构输入与输出的传动比求解模型。4)通过综合交错轴传动齿轮的组合类型,得出了第一级采用平面非圆齿轮传动、第二级采用非圆锥齿轮传动是单行星架钵苗宽窄行移栽机构最简单的一种空间传动形式。通过在二杆机构上依附不等速齿轮副的方式实现了杆机构与轮系间的转化,并结合再现的钵苗宽窄行移栽轨迹,实现了非圆齿轮与非圆锥齿齿轮组合传动的夹土式水稻钵苗宽窄行移栽机构的结构设计。5)通过对夹土式水稻钵苗宽窄行移栽机构的轨迹仿真、测试,验证了理论计算的正确性和结构设计的合理性。而通过室内取苗试验验证了行星轮系夹土式水稻钵苗移栽机构具有较高的取苗成功率,验证了求解理论的正确性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.9
【图文】：

（a）钵体苗 （b） 宽窄行种植图 1.1 钵体苗和宽窄行种植为了实现高移栽成功率和高移栽质量，近年来学者们虽然提出了多种构型的移栽机构，如：多连杆式，滑道连杆组合式、齿轮连杆组合式等，但用于水稻钵苗移栽存在轨迹不够合理、作业效率低、结构复杂和可靠性低等问题，制约了钵苗移栽机的发展。而不等速轮系式钵苗移栽机构的提出，使高效、低成本水稻钵苗移栽机的研制带来了解决方案。因此，根据水稻钵苗宽窄行移栽的农艺要求，在现有移栽机构的基础上设计一种性能可靠、结构简单、成本低廉、移栽轨迹理想、取苗爪满足位姿要求的轮系式水稻钵苗宽窄行移栽机核心工作部件，对于实现水稻的优质高产，进而解决我国粮食安全问题，具有重要意义[21~25]。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外水稻移栽机构研究现状

马来西亚

图 1.4 双行星架轮系式移栽机构与轮系功能图社等为了满足日本国内机械化密植种植方式的需要苗密植机构[32]。图1.5所示的轮系式密植机构移栽臂系部分是由5个非圆齿轮组成的行星轮系机构，太阳栽臂固联，且空套于行星轴，与行星架固联的两行星并利用曲柄滑块机构驱动上移栽臂左右摆动。而图1.轭凸轮驱动实现，其轮系部分由3个非圆柱齿轮和2个架(轮系箱体)两侧伸出而连接下移栽臂，再由与行星左右摆动，并确保右侧移栽臂能绕过中心轴。这两种口取秧块，分别向两侧栽插而形成Z字形的两行行距为两行苗而缩小行距实现密植）。这类机构轮系部分采构相同的单行星架两级传动齿轮构型（具有两个独立爪尖向左或右摆出7.5cm，移栽臂上下可动式设计，

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本文编号：2785681