缽苗移栽機構(gòu)夾缽式末端執(zhí)行器的優(yōu)化設(shè)計與試驗研究.pdf

1、取苗末端執(zhí)行器作為全自動移栽機構(gòu)的核心部件，其結(jié)構(gòu)形式將直接影響移栽機構(gòu)的移栽質(zhì)量和效率。目前無論是國內(nèi)還是國外，取苗末端執(zhí)行器的形式主要分為探入夾取式和頂出式兩種，探入夾取式對于土缽的破壞程度較大，且當(dāng)應(yīng)用于課題組開發(fā)的回轉(zhuǎn)式行星輪系缽苗移栽機構(gòu)時軌跡的優(yōu)化難度較大;頂出式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整機價格昂貴。該文根據(jù)旱田農(nóng)作物的農(nóng)藝要求（該文以玉米為例），結(jié)合作者所在課題組對回轉(zhuǎn)式行星輪系的研究，創(chuàng)新優(yōu)化發(fā)明了一款適用于旱田缽苗移栽的夾缽式末端執(zhí)

2、行器（專利申請?zhí)?201610035305.5）。首先對其進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)計算和分析;其次基于Visual Basic6.0自主編寫的夾缽式末端執(zhí)行器優(yōu)化軟件和夾缽式移栽機構(gòu)優(yōu)化軟件對其移栽軌跡和姿態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，確定其結(jié)構(gòu)，根據(jù)優(yōu)化得到的參數(shù)對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、虛擬樣機的建立與仿真驗證、加工物理樣機;最后以培育的先玉335玉米缽苗為試驗材料，開展末端執(zhí)行器取苗試驗的研究。該文的具體研究工作和得到的結(jié)論如下:
　　(1)通過分析中國玉米的

3、種植形式，闡述了玉米缽苗移栽的研究意義。查閱并分析國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，了解現(xiàn)有自動取苗機構(gòu)的各種形式并分析其各自存在的優(yōu)缺點，總結(jié)全自動移栽機取苗機構(gòu)的發(fā)展方向，結(jié)合課題組現(xiàn)有創(chuàng)新設(shè)計平臺開發(fā)出適合玉米缽苗移栽農(nóng)藝要求的夾缽式末端執(zhí)行器。
　　(2)根據(jù)秧苗自身的物理特性，不同類型的秧苗應(yīng)采取不同的取苗方式:莖稈柔韌性較好的采取夾苗形式，莖稈脆弱的采取夾缽的方式。針對夾缽式移栽的農(nóng)藝要求提出玉米缽苗移栽的設(shè)計要求，設(shè)計了一款由3個構(gòu)件

4、組合而成的結(jié)構(gòu)簡單且能滿足設(shè)計要求、機構(gòu)創(chuàng)意新穎的夾缽式末端執(zhí)行器，并介紹了其工作原理。
　　(3)自由度的分析計算是進(jìn)行運動學(xué)分析的前提，通過對機構(gòu)的自由度進(jìn)行分析計算后，根據(jù)機構(gòu)中存在的虛約束位置和移栽的實際需求，將機構(gòu)分為三種形式進(jìn)行力學(xué)分析，推導(dǎo)其力學(xué)關(guān)系式，對最終得到的力學(xué)關(guān)系式應(yīng)用MATLAB的數(shù)學(xué)圖形繪制功能逐個分析各個機構(gòu)參數(shù)對于機構(gòu)運行阻力的影響規(guī)律。
　　(4)基于理論分析，應(yīng)用可視化編程語言Visual

5、 Basic6.0，開發(fā)出夾缽式末端執(zhí)行器計算機輔助分析優(yōu)化軟件和雙臂夾缽式移栽機構(gòu)計算機輔助分析優(yōu)化軟件。利用夾缽式末端執(zhí)行器計算機輔助分析優(yōu)化軟件，優(yōu)化得到了得到一組滿足于移栽要求的機構(gòu)參數(shù):驅(qū)動斜桿與水平方向的夾角α1=330°;秧針與地面的夾角α2=80°;機構(gòu)左側(cè)滑道在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值XE=19;YE=-20;秧針的長度60mm和驅(qū)動桿的行程30mm等。利用雙臂夾缽式移栽機構(gòu)計算機輔助分析優(yōu)化軟件，確定了應(yīng)用該末端執(zhí)行器時，雙

6、臂夾缽式栽植臂的尖點移栽軌跡。
　　(5)根據(jù)力學(xué)分析的結(jié)果和優(yōu)化得到的機構(gòu)參數(shù)應(yīng)用二維設(shè)計軟件AutoCAD對機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，應(yīng)用NX8.0對末端執(zhí)行器進(jìn)行三維模型的建立，并將其模型導(dǎo)入仿真軟件ADAMS中進(jìn)行運動仿真，機構(gòu)能夠順暢的運行，并無卡頓或卡死的現(xiàn)象，驗證了機構(gòu)的合理性和正確性。
　　(6)利用新設(shè)計的缽盤和從市場上買來的15×7和16×8的共3種缽盤，進(jìn)行了先玉335號玉米的育秧對比試驗，結(jié)果表