[發明專利]兩自由度五桿驅動機構形成移栽軌跡的設計方法

有效

• 申請號: 201510053299.1
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104641771A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 代麗;王川;趙雄
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: A01C11/02
• 分類號: A01C11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于農業機械領域，涉及移栽軌跡的設計方法，具體涉及一種兩自由度五桿驅動機構形成移栽軌跡的設計方法。

背景技術

機械化移栽一般分為兩步完成：取苗和植苗。按不同的取苗方式將移栽機分為半自動和全自動，關鍵標志是看其是否采用機械化取苗作業。

目前旱地移栽機械式取苗方式一般有取苗爪夾土式取苗和夾苗式取苗兩種方式。新型行星輪系旋轉式取苗機構有混合高階變型橢圓齒輪行星系缽苗移栽機分秧機構、自由二階非圓齒輪行星系高速缽苗移栽機構和旋轉式水稻缽苗移栽機構，它們取苗方式為夾土式取苗，即需要秧針進入缽苗盤內夾取秧苗，且不能破壞缽盤和傷根，故軌跡需要一個尖銳的突起，從秧針進入缽盤到完全離開缽體，秧針需要一段接近于直線的運動軌跡，由于這個限制，造成了非圓齒輪不規則性增強或增加“探出式”秧針，機構力學性能變差、壽命降低。當前研究的移栽機構軌跡包括‘D’形軌跡，‘P’形軌跡，‘8’字形軌跡，但考慮到花卉移栽需完成從穴盤往花盤中的移栽工作，現有的軌跡方案均不適。

雙曲柄機構、行星齒輪機構只能形成一個環扣狀軌跡，不能實現雙環扣狀軌跡，難以保證以更好的姿態進入植苗工作部分和實現花卉移栽機的全自動化，為了解決這個難題，需要在植苗機構部分也設計一個環扣狀軌跡來滿足花卉移栽軌跡要求。對于基質育苗移栽，基質較輕，而部分瓜果、蔬菜、花卉作物的莖稈部分足夠堅韌，允許采用夾苗的方式作業。因此，有必要針對瓜果、蔬菜、花卉等作物，設計一種效率更高、傳動更平穩的取苗機構，使其與植苗機構配合，實現瓜果、蔬菜、花卉等作物的全自動移栽。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種兩自由度五桿驅動機構形成移栽軌跡的設計方法，該方法采用兩自由度五桿驅動機構，實現雙環扣移栽軌跡，從而實現取苗和植苗動作；兩自由度五桿驅動機構不僅可以實現花卉移栽軌跡，也可以實現瓜果、蔬菜等多種作物的全自動移栽。

本發明的具體步驟如下：

步驟一、構建兩自由度五桿驅動機構。兩自由度五桿驅動機構包括第一曲柄、第一連桿、第二曲柄、第二連桿、常速電機和可調速電機；所述第一曲柄的一端固定在常速電機的輸出軸上，另一端與第一連桿的一端鉸接；所述第二曲柄的一端固定在可調速電機的輸出軸上，另一端與第二連桿的中部鉸接；第二連桿的一端與第一連桿的另一端鉸接，另一端自由設置；所述的可調速電機與控制電路連接。

步驟二、通過常速電機設定第一曲柄的角速度w1，并通過控制電路調節可調速電機，使得第二曲柄的角速度???????????????????????????????????????????????；其中，w1取50～70r/min中的一個定值，取π/4～π/2中的一個定值；角速度w2的方向在周期T=2π內滿足如下變化規律：時刻t=0～T/3時，與角速度w1的方向保持一致；時刻t=T/3～T時，與角速度w1的方向相反，從而在第二連桿的自由端尖點形成雙環扣移栽軌跡；雙環扣移栽軌跡為封閉且帶有兩個環扣的平面圓滑曲線，包括依次順序首尾連接的入缽段、取苗段、運苗段、植苗段和回復段；第二連桿的自由端尖點在t=0～T/3時處于入缽段，在t=T/3～2T/3時處于取苗段和運苗段，在t=2T/3～T時處于植苗段和回復段；取苗段的起始部位為第一個環扣的起點；植苗段的起始點為第二個環扣的起點；入缽為取苗段的過渡段。

所述常速電機和可調速電機的底座均與機座固定。

所述第一曲柄、第一連桿、第二曲柄和第二連桿的桿長關系滿足：

式中，為第一曲柄的長度，為第一連桿的長度，為第二曲柄的長度，為第一曲柄與機座的鉸接點至第二曲柄與機座的鉸接點之間的距離，為第一連桿與第二連桿的鉸接點至第二曲柄與第二連桿的鉸接點之間的距離。

所述取苗段的起始段為平行于穴盤盤口下側壁且直線度為1mm/10mm的直線段；所述植苗段的起始段為豎直設置且直線度為1mm/10mm的直線段。

本發明的有益效果：

1、通過混合驅動兩自由度五桿機構，使移栽軌跡滿足缽苗移栽機平入缽、直拔苗、穩投苗的移栽農藝要求；采用常速電機與可調速電機的結合，柔度高，使得取苗和植苗的動作更加靈活，從而實現花卉、瓜果、蔬菜等作物的全自動移栽，為實現農作物的移栽機械通用化取得了突破。

????2、實現的雙環扣狀軌跡，不僅可以實現取苗動作，也可以實現植苗動作，從而實現移栽機的全自動化；另外植苗機構部分的環扣狀軌跡不僅可以保證花卉垂直下落進入植苗機構，還可以保證投苗時合適的角度、速度、植苗的直立度，從而更好地滿足移栽的農藝要求。