蔬菜钵苗移栽机取苗机构人机交互参数优化与试验

针对蔬菜钵苗自动取苗机构多目标优化设计问题,利用可视化人机交互优化方法进行求解.建立了移栽机取苗机构优化数学模型,编制基于Visual Basic的计算机辅助分析与优化软件,分析设计变量对目标和约束的影响,进而优化得到满足取苗要求的结构参数组合.利用ADAMS软件和高速摄像技术对取苗机构运动特性进行了移栽机仿真和台架试验验证.试验结果与理论分析结果基本一致,表明了机构运动学模型及其优化设计理论和方法的正确性和可靠性.通过取苗试验证明该机构能完成取苗作业,且取苗成功率为80％.     

蔬菜钵苗取苗机构运动分析与参数优化

针对目前吊篮式半自动蔬菜移栽机手工喂入效率低的问题,设计了一种具有双曲柄齿轮—五杆式钵苗取苗机构的蔬菜自动移栽机。同时,建立了该机取苗机构的运动数学模型,并对机构的运动学特性进行了分析,得出了取苗机构主要参数对取苗臂尖点轨迹和速度的影响规律;提出了蔬菜移栽自动取苗的设计优化目标,利用MATLAB优化软件,优选出了取苗机构的一组最佳参数组合。在此组合下,取苗机构取苗、拔苗段的运动轨迹几乎是直线且与钵苗的垂直度较高,取投苗点速度较低,满足蔬菜自动移栽机的取苗、喂苗要求。     

钵苗移栽机五杆式栽植机构的设计与试验

针对旱地蔬菜移栽机栽植机构结构复杂、栽植钵苗直立性差等问题,设计了一种五连杆鸭嘴栽植机构。首先,确定了五杆式栽植机构的工作与结构参数,分析了植苗部件旋转切向速度与机器前进速度之比λ对钵苗栽植曲线的影响;通过运动仿真并结合移栽农艺要求,对五杆机构进行参数设计,得出一组最优参数组合。然后,对五杆式栽植机构进行了结构设计与仿真分析,通过对栽植机构关键部件鸭嘴打穴器的有限元分析,保证其作业时的结构强度要求,并通过运动学仿真软件Adamas进行栽植机构的参数优化及运动学仿真。最后,试制样机并进行了田间移栽试验,对样机进行了4组试验,每组移栽72株油菜钵苗。结果表明:各评价指标满足设计要求,五杆式栽植机构结构设计与参数选择合理,株距变异系数及栽植深度变异系数较低,栽植机构工作稳定。     

探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构优化设计与试验

针对回转式蔬菜钵苗扎穴移栽机构破坏钵体完整性、穴口不对称造成栽植直立度差、打孔和栽植过程同时进行影响栽植质量等问题,提出了一种探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构。该机构可交替实现打孔和栽植过程,移栽臂栽植时,打孔器在前一株钵苗栽植位置完成打孔,保证了栽植时序且穴口对称,土壤回流均匀,有利于保证栽植直立性。在取苗位置执行探出式夹取苗钵动作,以保护苗钵基质的完整性。基于探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构的运动学机理分析开发了优化设计软件,并完成了优化设计。开展了移栽机构的虚拟仿真试验和系列台架试验,分析了在取苗、打孔和栽植等关键位置的位姿。轨迹与位姿验证试验表明,该机构形成的特定轨迹和位姿可依次完成取苗、输送、打孔和栽植等动作。取苗试验表明,该机构可实现探出式取苗,有效保证了蔬菜钵苗基质的完整性。     

非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验

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。     

探入式番茄钵苗移栽机构设计与试验

为了避免移栽机构在夹取秧苗过程中对秧苗茎秆造成损伤,针对夹取土钵的取苗方式,提出了一种探入式番茄钵苗移栽机构。依据结构特性和工作原理,建立了机构运动学理论模型,根据设定的优化目标开发了移栽机构优化设计软件,通过优化得到一组符合番茄钵苗移栽要求的结构参数。对栽植臂绝对转角和移栽机构绝对运动轨迹进行分析,验证了机构的合理性和可行性。建立了探入式番茄钵苗移栽机构的三维模型并虚拟仿真,对物理样机进行了高速摄影试验验证,通过对移栽机构实际工作轨迹与理论及仿真轨迹进行对比分析,验证了机构设计的正确性。对机构进行性能台架试验,取苗成功率为92. 8%,移栽成功率为89. 7%,栽植合格率为86. 4%,栽植优良率为59. 4%,符合移栽要求,验证了机构的实用性。     

夹钵式水稻钵苗移栽机构设计与试验

针对夹苗式水稻钵苗移栽机构取苗易失败,以及推秧爪推秧不充分影响钵苗直立度等问题,根据水稻钵苗移栽机构的工作要求,提出了一种夹钵式水稻钵苗移栽机构。基于Visual Basic 6. 0开发了移栽机构辅助分析优化软件,分析了主要参数对移栽轨迹的影响,通过人机交互方式得到了一组满足移栽工作要求的机构参数。根据得到的机构参数,完成移栽机构的结构设计,进行了移栽机构的虚拟仿真分析,验证了移栽机构理论设计的正确性。设计了水稻钵苗移栽试验台并进行了移栽机构取苗试验,移栽机构回转速度设定为50 r/min时,平均取苗成功率为93. 06%,当转速为80 r/min时,平均取苗成功率为88. 89%,取苗成功率随着转速的提高而降低。研究表明,该机构具有较高的取苗效率和取苗成功率,可应用于水稻钵苗移栽机。     

茄子钵苗全自动移栽机构优化设计与试验

为了实现茄子钵苗的全自动机械化移栽,设计了一种全自动茄子钵苗移栽机构,提出了一种以牛顿插值法构建的新型非圆齿轮,建立了茄子钵苗移栽机构运动学模型。通过农艺与农机的结合,以钵盘规格、基质体积比、土钵含水率为试验因素,取苗力与土钵基质损失率为试验指标,进行了三因素三水平的正交试验,试验结果表明,钵盘规格105穴、基质体积比1、土钵含水率70%~80%时,取苗力为2.70 N,土钵基质损失率为2.94%,利于茄子钵苗的全自动机械化移栽。根据移栽机构数学模型结合茄子钵苗农艺要求,开发了牛顿插值齿轮茄子钵苗移栽机构优化设计与分析软件,优化出一组满足茄子钵苗移栽要求的参数。根据优化的参数进行三维建模、虚拟仿真,运用3D打印技术制作物理样机进行了轨迹验证试验,验证了该机构的正确性与可行性,通过取苗试验与栽植试验,证明了该机构的实用性。     

变行距水稻钵苗移栽机移栽装置设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机移栽行距固定、不能适应南方双季稻区不同行距移栽农艺要求的问题，在歩距式水稻插秧机基础上，设计了一种取苗轨迹简单、实用及性能可靠的变行距钵苗移栽装置。根据钵苗最佳拔取角度与取、投苗位置要求，确定取苗运动轨迹，设计取苗连杆机构，建立运动学模型，并应用Matlab对机构模型进行优化设计；根据取苗连杆机构运动参数与钵苗下落姿态的要求，设计苗夹开合与旋转运动控制凸轮，并进行取苗连杆机构与苗夹机构之间运动同步性的运动仿真分析；为满足钵苗经过输苗筒后下落至水田时刻的一致，以保证移栽时钵苗株距均匀性，对输苗筒的关键结构进行了理论分析及设计；进行不同取苗速度、不同行距的移栽试验，平均取苗成功率达到89.96%，平均倒苗率3.45%，表明该装置具有较好的移栽效果，可应用于水稻钵苗变行距移栽作业。     

全自动滑道式旱地钵苗移栽机构设计与试验

针对目前移栽机构取苗速度快导致钵苗易损伤和栽植器在栽植过程中水平方向与地面存在相对运动导致钵苗栽植直立度低等问题,设计了一种全自动滑道式旱地钵苗移栽机构,该机构通过滑道控制栽植臂实现取苗、送苗、栽植和复位功能,使取苗和栽植运动轨迹和运动速度达到最优状态。通过对移栽机构的理论分析,建立运动学模型。基于VB开发了计算机辅助优化设计软件,优化出一组满足理想移栽轨迹要求的机构参数,根据此参数对移栽机构进行整体设计,完成三维建模。应用ADAMS软件对移栽机构进行运动学仿真分析,验证了设计的合理性。在物理样机上利用高速摄像系统进行了轨迹验证试验,通过对比可知理论轨迹、仿真轨迹与样机工作轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。在栽植频率为62株/min工况下进行了机构性能试验,结果表明平均取苗成功率为95%、秧苗平均栽植直立度为82°、秧苗平均直立度合格率为93.4%,满足钵苗移栽要求。     

变形椭圆齿轮分插机构运动分析与优化

利用变形椭圆齿轮的非匀速传动且传动比可调范围大的特点,将其作为后插旋转式分插机构的传动部件并形成了一种新型分插机构,该机构形成的插秧穴口更小,更有利于保证秧苗的直立性。对该机构进行了运动学分析和数学建模,并利用VB语言开发了变形椭圆齿轮分插机构动态仿真和参数优化软件,该软件能够显示出优化参数、优化目标和主要结构参数,并将优化结果数字化。通过人机交互方式,优化出一组满足插秧要求的机构参数。     

偏心齿轮—非圆齿轮行星系分插机构运动机理分

简述了一种旋转式行星系分插机构,用于高速水稻插秧机前插式作业.分析了偏心齿轮-非圆齿轮行星系分插机构的工作机理和结构特点,建立了该机构的运动学模型.基于Visual Basic 6.0开发了该分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互方式,优化出满足高速插秧机插秧要求的结构参数为e=3 mm, R=19 mm,α0=-40°,φ0=36°, S=155 mm, H=180 mm.     

插秧机后插旋转式宽窄行分插机构设计与优化

论述了两级交错轴斜齿行星轮系后插旋转式宽窄行分插机构的结构特点和工作原理,分析了两级交错轴斜齿行星轮系的角位移关系,对螺旋角的影响进行了分析,在空间坐标系中建立了分插机构的运动学模型,并得到了秧针尖点运动的位移方程。通过开发辅助分析与优化软件对影响参数进行了分析与优化,结合优化结果建立了分插机构虚拟样机模型,通过仿真及实体试验对理论分析进行了验证。结果表明:该分插机构能够应用在步行式插秧机上实现宽窄行插秧作业。     

移栽机凸轮摆杆式扶苗机构设计与分析

移栽机扶苗机构结构参数和运动参数设计合理是保证移栽钵苗直立的关键。分析了无扶苗机构时钵苗落地后翻转运动过程，凸轮摆杆式扶苗机构栽植性能与运动参数关系，以及扶苗板运动规律。通过理论分析建立了扶苗板运动规律数学模型和扶苗机构初相角数学模型。设计的凸轮摆杆式扶苗机构已用于2ZB型导苗筒式移栽机上。试验表明：该机构工作稳定，栽植深度均匀，满足移栽要求。     

新型高密度灌木幼苗移栽机仿真与试验研究

针对裸根灌木幼苗具有根系软、乱,股头多等特点,已有的链夹式移栽机不能满足小行距高密度移栽要求的问题,提出了一种可用于株距小于200mm、行距小于160mm,10行同时推进的新型灌木幼苗移栽机械。对高密度灌木幼苗的移栽工艺研究后,设计了移栽机栽植机构、放苗机构、起垄机构、旋耕机构及悬挂系统,并进行传动系统仿真,仿真表明,移栽机的传动系统达到移栽过程中设计要求。设计了一种的新型开沟器,且根据开沟器的实际受力特点,运用离散元技术和有限元分析技术对其进行仿真,仿真实验表明：开沟器的强度满足强度要求。对新型移栽机的物理样机进行现场移栽试验,试验结果表明,该移栽机能高效的解决根系软、乱,股头多的裸根灌木幼苗的移栽问题,并且平行排布,除草方便,适合小行距高密度移栽。 幼苗的植入深度（移栽深度）达7-12厘米,直立度达800-900, 移栽苗成活率达90%以上。     

新型高密度灌木幼苗移栽机仿真与试验

针对裸根灌木幼苗具有根系软、乱和股头多等特点,以及已有的链夹式移栽机不能满足小行距高密度移栽要求,提出了一种可用于株距＜200 mm、行距＜160 mm,10行同时移栽的新型灌木幼苗移栽机械。对高密度灌木幼苗的移栽工艺研究后,设计了移栽机栽植机构、放苗机构、起垄机构、旋耕机构及悬挂系统,并进行传动系统仿真,结果表明,移栽机的传动系统达到移栽过程中设计要求。设计了一种新型开沟器,根据开沟器的实际受力特点,运用离散元技术和有限元分析技术对其进行仿真试验,结果表明,开沟器强度满足要求。对新型移栽机的物理样机进行现场移栽试验,结果表明,该移栽机能高效解决根系软、乱和股头多的裸根灌木幼苗移栽问题,并且平行排布、除草方便,适合小行距高密度移栽。幼苗植入深度（移栽深度）7～12 cm,直立度80°～90°,移栽苗成活率90%以上。      

小株距高密度蔬菜植苗机构设计与试验

针对现有植苗机构用于小株距蔬菜移栽时出现的轨迹不合理、穴口太大及秧苗直立性差等问题,提出一种适用于蔬菜小株距高密度移栽的史蒂芬森(Stephenson)型六连杆植苗机构。首先,建立史蒂芬森型六连杆植苗机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发植苗机构辅助分析优化设计软件,分析了不同机构参数对植苗轨迹姿态的影响,并通过优化人机交互的方式得到一组满意的机构参数;其次,对植苗机构进行结构设计,三维建模并进行虚拟样机仿真,搭建试验台并进行空转试验得到实际植苗轨迹,将理论轨迹、虚拟仿真轨迹和实际植苗轨迹进行对比,三者轨迹基本一致,验证了该植苗机构设计的合理性。最后开展了植苗试验,在转速20～40 r/min下进行植苗试验时,植苗平均合格率91.7%,移栽后钵苗株距控制在110 mm左右,直立度接近于90°,满足小株距高密度移栽要求,验证了植苗机构具有较好的可行性和实用性。     

椭圆齿轮行星系分插机构动力学特性的试验

为了得到高速插秧机椭圆齿轮行星系分插机构的动力学特性，研制了高速分插机构动力学试验台。在该试验台上，利用扭矩传感器、信号采集仪和相应信号处理软件，测得一个插秧循环中取秧力和链条、分插机构支座受力与行星架转角的关系。     

旋转式分插机构运动干涉因素的研究

旋转式分插机构的运动干涉检查是在机构满足插秧作业的运动学和机构的动力学参数优化的基础上,进行选择最优参数的设计步骤.为此,根据非圆齿轮行星轮系旋转式分插机构的运动学模型,建立了栽植臂机构运动干涉点的位移模型,运用正交试验设计的方法对干涉因素进行了分析,提出了影响旋转式分插机构运动干涉的5个因素的主次顺序,为该机构的优化设计及其运动干涉检查提供了依据.