基于MATLAB/GUI的正向曲柄摇杆分插机构的仿真系统

<正>本文通过对水稻插秧机的正向曲柄摇杆分插机构进行了运动学分析,得出秧针运动的静轨迹方程和动轨迹方程,然后利用MATLAB软件建立了正向曲柄摇杆分插机构的秧针轨迹仿真程序,为选择合理的分插机构结构参数和提高插秧机性能提供依据。一、引言分插机构是水稻插秧机的主要工作部件,包括分插器和轨迹控制机构,在供秧机构(秧     

曲柄摇杆式分插机构的动力学分析

曲柄摇杆分插机构具有结构简单、工作可靠和插秧质量好等特点,在水稻分插机中普遍使用.但由于分插机构做反复式运动必然产生惯性力,机构惯性力引起机器振动,限制了水稻插秧机生产率的提高.为此,对水稻插秧机摇杆式分插机构的动力学问题进行了研究,通过对曲柄摇杆分插机构的动力学分析、推秧过程的动力学分析以及碰撞过程的动力学分析,建立了栽植机构的动力学模型.利用上述方法找到了机器振动的原因,采用曲柄附加平衡块和改变缓冲垫刚度的办法,平衡并减少部分惯性力,提高单位时间工作插次,从而提高水稻插秧机的工作效率.     

椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构运动分析与试验

步行式水稻插秧机上使用的后插曲柄摇杆式分插机构存在工作时振动大的问题,为此设计了椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构,分析了该分插机构的工作原理与结构特点,建立了机构的运动学模型,开发了机构辅助分析与参数优化软件,优化出满足步行式插秧机工作要求的结构参数,最后利用高速摄像技术对分插机构运动特性进行了试验验证.     

后插式分插机构的研究进展及机构创新

介绍了后插式分插机构—曲柄摇杆分插机构的研究现状;研制了一种新型的椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构;开发了理论模拟分析软件,并利用该分析软件对曲柄摇杆分插机构与椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的插秧性能,从秧针静轨迹与穴口宽度、秧针速度与伤秧率、秧针加速度与振动性3方面进行了分析比较。结果表明,新设计的椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构比曲柄摇杆分插机构性能优良。     

步行式水稻插秧机

由浙江理工大学赵匀教授领导的课题组研制的步行式水稻插秧机机型较小,成本较低,非常适合于小田块、山区或丘陵地区作业,有助于解决水稻生产机械化中“瓶颈”问题,可用于普通稻和超级稻机械插秧。后插旋转式分插机构是这种步行式插秧机的核心工作部件,该机构工作平稳,振动小,有利于提高插秧质量;目前在国际上广泛使用的都是曲柄摇杆式分插机构,该机构工作振动大、不平稳。     

分插机构在我国现有插秧机上的应用

分插机构是插秧机不可缺少的重要机构。结合国内外５种有代表性的机型，对比分析了我国现有插秧机分插机的机构的结构特点，性能及优缺点，得分插机构的设计，采用带有定时脱秧装置分置式曲柄连杆机构，弹簧推秧，凸轮提升回位的推秧了好，适合国情。     

水稻插秧机分插机构人机交互可视化优化设计

利用可视化人机交互优化方法对水稻插秧机曲柄摇杆分插机构进行了优化设计,在建立分插机构数学模型的基础上,编写了具有可视化效果的人机交互优化程序,分析了各变量对目标和约束的影响,进而优化出满足插秧运动要求的结构参数.结果表明:采用基于可视化的人机交互优化方法易于实现,且操作简单方便,提高了优化效率.     

大蒜种植机分插机构优化设计及运动仿真

为了满足大蒜种植的农艺要求,对大蒜种植机的分插机构进行了优化设计。以蒜爪运动的设计轨迹与理论轨迹最近为目标函数,建立分插机构最优化设计模型,利用Matlab进行最优化求解,求出分插机构的各个参数。然后利用优化参数在Adams中建立分插机构的虚拟样机模型,进行运动学仿真。仿真结果表明:优化后分插机构的轨迹、速度、加速度满足了大蒜的种植要求,为大蒜种植机的研制提供了理论依据。     

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。     

双偏心卵形齿轮行星系分插机构的分析研究

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。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构运动机理分析

简述了椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构,分析了该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开发了该移栽机构计算机辅助分析与优化软件,通过人机交互方式优化出满足蔬菜钵苗自动移栽机构工作要求的结构参数,最后进行了机构三维建模与仿真,仿真结果与理论分析结果一致。     

温室穴盘苗并联高速移栽机器人运动误差分析与试验

现有产业化应用的温室穴盘苗移栽机大都为三坐标龙门架式结构,其体积庞大、惯性大、相对刚度低、移栽速度低、柔性作业能力差,无法满足高速剔苗、高速补苗作业要求。针对这些问题设计了一种并联式三平移移栽机器人,阐述了并联移栽机器人主体结构和为其配套设计的5种末端执行器,并统计了这些末端执行器的质量;在ADAMS中建立刚柔耦合动力学模型,选定一条最长对角线轨迹进行仿真;比较了刚性模型理论轨迹与柔性模型实际轨迹的误差,并分析了因动平台质量变化引起的误差变化情况,发现移栽轨迹末段存在振荡问题;最后通过物理样机进行定位精度试验,样机经误差补偿后,平均误差由7.611 mm降低到1.208 mm,其中大部分误差为系统误差。运动试验发现,机构运行平均速度为2 m/s、加速度峰值为20 m/s~2时,满足精度要求;但机构在平均速度3 m/s、加速度峰值30 m/s~2时,误差会扩大,需要进一步改善关节径向支撑力。     

基于精确多位姿解析的水稻钵苗移栽机构研究

由于现有的贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构移栽过程中存在移栽臂甩泥现象,通过分析其作业轨迹探寻问题引起的原因,并基于精确多位姿运动解析理论进行移栽轨迹改善与机构参数求解。根据移栽过程中夹苗开始、夹苗结束和推苗3个动作的位置和姿态要求,确定约束移栽轨迹的3个精确位姿点。将轮系式移栽机构的设计过程分解为开链2R机构(由去除输出齿轮以外的所有齿轮得到)的运动综合和不等速传动比设计两个阶段。基于给定连架杆长度三位置运动生成机构综合方法,建立开链2R机构圆心点(轮系机构的输入点)和圆点(轮系机构的输出点)曲线方程,并求解获得不同杆长时对应圆点和圆心点的位置曲线;拟合带关键点位置信息的期望轨迹,求解基于此轨迹的开链2R机构角位移并分析其单调性,实现机构总传动比的求解与分配;设计七齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构并进行仿真与台架试验。通过与原机构的理论与试验结果对比分析得出,新机构的移栽轨迹回程段与地面的夹角增加到90°,环扣高度增加到68 mm,推苗点与箱体回转中心最低点的距离增加到21 mm,改善了水稻钵苗的移栽质量。     

基于ADAMS的棉花钵苗移栽机构优化设计

为了提高棉花钵苗移栽机构的数字化设计效率和设计精度,将ADMAS软件和离散元技术引入到了机构的设计和仿真运动上,利用CAD软件对所设计的棉花钵苗移栽机构进行了三维实体建模;然后,通过CAD和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS,根据实际设计要求添加相关约束;在此基础上,进行了运动仿真,研究了钵苗移栽机构的运动情况。通过仿真运动得了钵苗移栽机械的位移随时间变化结果,并绘制了可视化曲线。由曲线结果可以看出位移拐点及最大位移等信息,为机构的优化及强度校核等提供了数据参考。     

吊篮式移栽机关键部件的设计与仿真分析

针对吊篮式移栽机在工作时稳定性差及套种模式下适应性差等问题,将槽型轨道机构运用到传统吊篮式移栽机中,设计了一种槽型轨道式新型移栽机。为验证该新型移栽机工作原理的可行性,运用Pro/E软件进行虚拟样机设计,并在ADAMS仿真软件中进行了装配模型的运动学仿真。仿真结果表明:槽型轨道式新型移栽机满足套种模式下的秧苗移栽要求。     

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。     

烟草钵苗移栽机成穴机构的运动学仿真分析

吊篮式烟草钵苗移栽机成穴机构的作业性能直接影响移栽机的移栽质量。为了探讨成穴机构各杆件相互作用及成穴铲运动规律,针对成穴机构进行简化,建立矢量方程得到成穴机构成穴铲的位移、速度和加速度模型。采用ADAMS软件建立成穴机构的三维运动仿真模型进行仿真分析,对获得成穴铲竖直和水平方向的位移、速度及加速度变化曲线进行分析,满足成穴要求,验证了成穴机构结构设计的合理性,为烟草钵苗移栽机成穴机构的运动轨迹进一步优化及动力学仿真分析提供了理论依据。     

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。     

行星轮系水稻钵苗移栽机构正反求设计方法研究

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。