双控制分插机构的运动特性和优化分析

叙述了一种高速插秧机分插机构——双控制分插机构的结构原理，其传动由曲柄摇杆机构和行星齿轮系组成，完成插秧所需的运动轨迹。同时建立了机构的运动学模型，利用VB平台优化结构参数，使其可适应南方早稻和北方小苗插秧，所研制的分插机构的工作轨迹、取秧角和插秧角与理论分析和优化的结果完全一致。     

基于运动精度改善的曲柄摇杆式分插机构弹性动力优化设计

传统设计方法在高速曲柄摇杆式分插机构设计上存在不足。该文对该机构进行了弹性动力学分析,结合运动精度改善法及优化方法,对该机构栽植臂端点的栽插精度进行动态误差补偿,显著降低了栽植臂端点在关键工作位置的失真量,并减少了机构的质量,为高速曲柄摇杆式水稻插秧机分插机构设计提供了一种思路。     

椭圆齿轮行星系分插机构推秧装置的动力学模型的建立及验证

为了建立高速水稻插秧机椭圆齿轮行星系分插机构的动力学模型，必须分析推秧装置对该机构的作用。该文采用作者推导的解析形式刚体复合运动微分方程对该机构的推秧装置进行动力学分析，推导出推秧装置的动力学模型。通过编程计算得到：①推秧和碰撞过程行星架转角与拨叉转角及推秧杆位置的关系，并由高速录像验证；②在推秧和碰撞过程拨叉转动中心受力、推秧杆对栽植臂作用力和弹簧作用力与行星架转角的关系，为分析整个分插机构的动力学特性奠定基础。     

斜齿交错-非圆锥齿轮行星系水稻宽窄行分插机构设计与优化

为获取一般性的空间行星轮系传动比,以达到直取秧和小穴口的插秧要求,在斜齿交错椭圆锥行星轮系分插机构的基础上,引入非圆锥齿轮,得到一种斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构,并应用于高速宽窄行插秧机当中。建立了非圆锥齿轮副节曲线的数学表达式和机构的运动学模型;基于Matlab开发平台开发了机构参数优化软件,利用该软件分析了节曲线形状、行星架初始安装角、斜齿轮螺旋角和非圆锥齿轮锥距对理想轨迹姿态、直取秧特征和穴口大小的影响,并以理想轨迹姿态、直取秧、小穴口等要求为目标,通过人机交互方式优选机构参数;与斜齿交错-椭圆锥行星轮系分插机构形成的总传动比及其轨迹进行对比,并得出了斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构轨迹在改进直取秧姿态、降低伤苗率等方面作业性能更优的结论。利用仿真软件Adams进行了机构的运动学仿真,加工分插机构实物,利用通用分插机构试验台完成机构插秧轨迹测试,得出斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构可以更好的满足水稻宽窄行插秧的要求,从而验证了非圆锥齿轮在宽窄行分插机构中应用的优越性。     

傅立叶节曲线非圆齿轮系分插机构运动学分析

为了提高插秧机作业质量,减少作业中产生的“推秧”、“漂秧”、“倒秧”以及“搭桥”等现象,该文提出了一种新型傅立叶节曲线非圆齿轮系旋转式分插机构。建立其运动学模型,借助计算机分析与优化软件,分析了该分插机构的运动学规律和该分插机构的变量参数对秧爪运动轨迹和插秧效果的影响。从该分插机构的运动仿真结果得出,运动轨迹呈“腰子形”,取秧角、插秧角、轨迹高度、插秧穴口等均满足插秧要求,同时该分插机构具有节曲线形状变化灵活、传动比变化范围大等特点。     

多杆式零速度钵苗移栽机植苗机构运动学模型与参数分析

为了分析多杆式零速度钵苗移栽机植苗机构的作业性能,建立了该机构的位移、速度和加速度方程,用Visual Basic 6.0语言编写了该机构的辅助分析和仿真程序。利用该程序分析了几个主要参数对该机构运动特性的影响：曲柄摇杆机构中的曲柄长度对栽植嘴的轨迹和形成的穴口大小影响都很大,而且对移栽后动轨迹的垂直度影响也很大;连杆长度影响栽植嘴的轨迹高度,对形成的穴口的大小和移栽后动轨迹的垂直度影响不大;摇杆长度和连杆的夹角对栽植嘴的轨迹形状和形成的穴口大小影响都不大,但都对移栽后动轨迹的垂直度有影响。根据参数影响分析结果,利用该程序找到一组较优机构参数,其对应的轨迹和姿态能满足蔬菜移栽农艺的要求,且植苗时水平速度为0.03?m/s,实现零速度移栽。     

含关节间隙的Delta机器人弹性动力学与振动特性分析

针对经济实用型并联机器人关节间隙对动平台位置精度与系统振动特性影响的问题,以Delta机器人为研究对象,利用数理统计原理对含关节间隙的Delta机器人支链进行了运动学分析,结合Lankarani-Nikravesh碰撞接触力模型与具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型对关节间隙广义碰撞力进行了研究。利用空间有限元理论与拉格朗日方程,充分考虑主、从动臂的空间动力特性与运动协调关系,建立了Delta机器人弹性动力学模型,在定义杆件虚长度的基础上,将关节间隙产生的广义碰撞力结合到弹性动力学模型中,建立了含关节间隙的Delta机器人弹性动力学模型。借助FARO激光跟踪仪对间隙弹性动力学模型进行了验证分析,利用脉冲锤击法与Workbench软件仿真对Delta机器人的振动特性进行了研究分析。试验结果表明,考虑关节间隙时动平台中心点的运动轨迹较不考虑关节间隙时更靠近试验运行结果,验证了间隙弹性动力学模型的合理性与正确性,并且,系统前两阶非零固有频率的理论值与试验值的相对误差分别为3.544%和12.026%,两者相当接近。另外,由仿真结果可以发现3组从动臂是Delta机器人整机系统中最薄弱的环节。该研究可为经济实用型并联机器人的位置误差补偿与系统减振优化提供参考。     

非圆齿轮-连杆组合传动式蔬菜钵苗移栽机构设计

针对现有的单行星架轮系机构无法实现取栽一体式蔬菜移栽机构所需的作业轨迹和姿态问题,该文基于曲柄摇杆机构的变速摆动和非圆齿轮的不等速传动特性相结合的思想,提出一种双行星架非圆齿轮与连杆机构组合传动的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构。该机构的副行星架相对主行星架作变速摆动,移栽臂相对副行星架作回转运动。采用三次非均匀B样条拟合非圆齿轮节曲线建立移栽机构运动学模型。结合西芹移栽株距220 mm、苗高100～150 mm和穴钵深度40 mm的移栽农艺要求,优选出一组适合西芹钵苗取栽一体作业的尖嘴形轨迹和姿态。轨迹取苗段长度33 mm,植苗点距离行星架壳体运动最低点距地面高度55 mm,取苗角23°,取苗过程变化角16°,推苗角65°,轨迹整体高度355 mm,动轨迹环口高度125 mm。通过对比分析仿真轨迹、试验轨迹与理论分析的轨迹基本一致,验证了移栽机构作业轨迹的正确性和设计方案的可行性,该研究可为实现兼顾轨迹高度、取苗深度和作业姿态的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构设计提供技术参考。     

可调振幅单向拽振式林果采收机构参数优化

为提高果园的采收作业效率,该文提出了一种振幅可连续调节的单向拽振式林果采收机构。该机构主要由输出直线往复振动激励的曲柄摇杆滑块机构和实现振幅调节功能的曲柄滑块机构组成。该文对振摇机构建立了运动学模型,推导得到机构行程与调幅量方程。在满足振摇幅度及调幅量要求的前提下,采用遗传算法对变幅振摇机构进行尺寸优化。根据优化结果建立了变幅振摇机构的三维模型,在ADAMS软件中对调幅曲柄和振摇曲柄同时转动时的振摇机构动力学特性进行仿真分析。在上述理论分析的基础上完成样机加工并开展8 a树龄矮化山核桃田间采收试验,结果表明当调幅曲柄转速为7 r/min,振摇曲柄转动频率在5~14 Hz范围内连续变化时,振幅可调的单向拽振式林果采收机构能够实现山核桃的采收,平均采收率为63.9%。     

水稻插秧机分插机构的研究进展

分插机构是水稻插秧机的主要工作部件，其性能决定其插秧质量、工作可靠性和单位时间的插次。该文总结了目前2种主要类型的分插机构(曲柄摇杆分插机构和行星轮系分插机构)的研究进展，分析比较了这2种机构的优缺点，并提出进一步研究的方向。     

蔬菜移栽机曲柄摆杆式夹苗机构的设计与试验

通过对穴盘苗进行抗压特性试验、试验平台的夹取试验,研究分析了适于夹取式自动取苗机构工作的相关参数组合以及最佳的钵苗含水率状况,为机构设计提供参考依据。该文基于辣椒穴盘苗抗压特性设计了全自动蔬菜移栽机曲柄摆杆式穴盘苗夹苗机构,该机构可与顶出机构配合完成全自动蔬菜移栽取苗和投苗工作。该文完成了曲柄摆杆式夹苗机构主要结构的设计,并对曲柄摆杆式夹苗机构的工作过程进行了力学、运动学分析和仿真,确定了结构和工作参数,即曲柄、连杆、摆杆长度分别为80、236.22、172.5 mm,夹苗爪具有较好的运动特性。曲柄摆杆式夹苗机构性能试验结果表明,夹取爪为金属材质,弹簧劲度系数为90 N/m,钵苗脱落率为0,钵苗破碎率为4.2%,综合取苗成功率可达95.8%,性能指标符合设计要求,夹苗爪"V"形结构设计有效防止穴盘苗在夹取过程中脱落,保证了取苗成功率。试验表明钵苗含水率为60.8%时,钵苗在不同的弹簧劲度系数及夹取爪材质下均有良好的适应性,在该含水率下钵苗的取苗平均成功率为94.4%。该机构从取苗到投苗采用圆弧形工作轨迹,夹苗爪采用八字形轨道与复位弹簧控制其开合,结构简单、性能可靠,无需调整即可适应多种不同尺寸穴盘苗的取苗工作,对不同含水率穴盘苗适应性强,对穴盘苗损伤小,机构成套使用可达到较高工作效率。     

椰糠培育叶菜种苗移植机械手设计与试验

针对椰糠与泥炭相比容重小、孔隙度大、颗粒间黏附性弱,现有移植机械手对椰糠培育种苗移植适应性不佳的问题,该文以椰糠培育芥蓝种苗为移植对象,设计了一种4伸缩针式移植机械手,伸缩针直径2.5 mm、入土角76°。在移植机械手移植过程中,仅依靠基质块的基质散落质量百分比难以说明移植部件对种苗根系的影响,该文提出了一种基质散落质量百分比结合基质散落区域评分的综合评价法。针对50穴盘椰糠培育芥蓝种苗,通过伸缩针拾取试验,在保证椰糠基质块移植过程中保持完整条件下,确定了移植机械手伸缩针间距为36 mm;通过移植作业性能试验表明,叶菜种苗根系状态对移植成功率影响最大,机械手作业移动加速度也有一定影响,对最优组合分析后补做试验,试验结果表明对于正常长势椰糠培育芥蓝种苗根系状态,在根系分布率大于80%、垂直加速度0.3 m/s~2、水平加速度1.5 m/s~2和基质含水率81.01%条件下,芥蓝种苗移植成功率可达100%。该研究可为移植椰糠培育种苗的移植机开发提供技术参考。     

钵苗移栽机非圆齿轮行星轮系栽植机构参数分析与反求

为了更好地满足旱地钵苗移栽农艺要求,本文提出非圆齿轮行星轮系栽植机构。选取栽植机构栽植嘴运动轨迹上的若干点作为型值点,利用三次非均匀B样条曲线来控制和表达整条轨迹,并建立以轨迹为目标的该机构参数反求模型,推导栽植嘴的（角）位移、（角）速度和（角）加速度方程。基于MATLAB GUI开发平台,编写了该栽植机构的参数反求设计软件,利用该软件分析了若干型值点对该机构栽植嘴轨迹姿态及穴口形状等性能的影响。在型值点影响分析的基础上,以栽植机构栽植嘴理想轨迹姿态及穴口形状等要求为目标,通过软件的人机对话功能调整型值点,优选机构参数,提高立苗率和降低伤苗率。与七杆式栽植机构、多杆式栽植机构和椭圆齿轮行星轮系栽植机构相比,本栽植机构具有较优的作业性能和运动学特性。     

温室水培叶菜高速稀植机构设计与试验

温室水培叶菜幼苗种植需将钵苗从穴盘移栽至栽培槽中,传统人工作业劳动强度大、效率低,而通过移栽机自动化作业效率高、质量好。该研究设计了一种多移植手的穴盘取苗高速稀植移栽机构,可实现穴盘内成排取苗和栽培槽变间距并行植苗作业。高速稀植移栽机采用受拉缓冲带串接针爪式多移植手减缓变间距栽植过程中的不等速冲击,通过油压缓冲器减缓多移植手纵横向高速移动在末端位置的冲击。在移植手结构和叶菜钵苗状况确定的情况下,对稀植作业过程中多移植手间的受拉缓冲带弹性系数K、水平方向平均速度v_1、水平运动末端油压缓冲器吸收能量N_1、垂直方向平均速度v_2和垂直运动末端油压缓冲器吸收能量N_2这5个因素进行正交试验。结果表明,水平方向的平均速度v_1和水平运动末端油压缓冲器吸收能量N_1间的耦合关系和缓冲带弹性系数K对高速稀植过程的移栽成功率影响较大,多移植手机构最优参数组合为K为0.128 N/m、v_1为0.49 m/s、v_2为0.74 m/s、N_1为6 J,N_2为15 J,此时移栽效率为3 956株/h,植苗成功率为96.7%,满足高效稀植的作业需求。     

双平行多杆栽植机构运动学分析与试验

为提高幼苗移栽质量,设计了1套双平行多杆栽植机构。为了分析和优化该机构的结构参数,建立了该机构的数学模型和运动学方程,并基于Matlab-gui编写了人机交互式程序界面。结合移栽农艺要求,建立了栽植机构运动轨迹与幼苗移栽直立度合格率的关系模型。根据仿真结果,优选了1组机构杆件长度、安装位置和初始角度等参数,并根据该参数设计和制造了幼苗移栽机样机。样机路面静轨迹和动轨迹的高速摄像试验表明,样机实际运动规律符合仿真设计要求,证明了机构设计、数学模型、软件程序和关系模型准确无误;田间试验时接苗准确率和直立度合格率均达100%,试验结果表明双平行多杆栽植机构符合幼苗作物移栽要求,同时也证明了Matlab-gui的人机交互优化方法在多杆式移栽机构分析中准确可行。该研究形成的多杆式移栽机构的运动规律对提高机械化作物幼苗移栽质量具有一定的指导意义。     

钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构运动学建模与分析

为了分析该文提出的钵苗移栽机椭圆齿轮行星系植苗机构的作业性能,建立了该机构的运动学模型,推导了栽植嘴的(角)位移、(角)速度和(角)加速度方程。在此基础上,采用Visual Basic 6.0编写了该机构的运动学仿真与优化软件,并利用该软件分析几个主要参数对该机构作业性能的影响,这些主要参数包括椭圆齿轮长半轴、椭圆齿轮短长轴之比、行星架初始安装角和株距,作业性能包括穴口大小、栽植嘴的轨迹姿态及其直立性和机构作业的稳定性等。由参数影响分析结果,得到一组较优的机构参数,其对应的栽植嘴轨迹和姿态等作业性能满足蔬菜钵苗移栽农艺要求,且与往复式的植苗机构相比具有较小的速度和加速度波动。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。