[發明專利]凸輪曲柄搖桿組合花卉移栽機構的設計方法

有效

• 申請號: 201610023657.9
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105519290B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 趙雄;代麗;陳建能
• 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: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

1.凸輪曲柄搖桿組合花卉移栽機構的設計方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一、構建凸輪曲柄搖桿組合花卉移栽機構；

電機的動力傳給鉸接在機架上的凸輪軸；凸輪及曲柄的一端均與凸輪軸固接；曲柄的另一端與第二連桿的中部鉸接；叉形擺桿包括底端焊接在一起的擺動桿和凸輪擺桿；叉形擺桿的底端鉸接于機架，彈簧的兩端分別與叉形擺桿和機架連接；滾子與凸輪擺桿的頂端鉸接，并與凸輪構成凸輪副；擺動桿的頂端與第一連桿的一端鉸接；第一連桿的另一端與第二連桿的一端鉸接；第二連桿的另一端自由設置；

步驟二、基于三次非均勻B樣條曲線建立第二連桿的自由端端點所形成的單環扣軌跡數學模型；

選取n個數據點作為三次非均勻B樣條曲線的型值點，可唯一求解到n+2個控制頂點，其中，n≥11；再選取步長為0.005～0.02中的一個值插值生成擬合點坐標，進而擬合出單環扣軌跡；建立第二連桿的自由端端點在坐標系XOY中所形成的位移方程為φ_f(t)，其中，曲柄與機架鉸接點為坐標系原點O；φ_f(t)在X和Y軸方向的位移分別為φ_fx(t)和φ_fy(t)，t為沿取苗軌跡運動方向依次編號的擬合點序號，t＝1時，第二連桿的自由端端點處于初始位置；

步驟三、通過所建立的單環扣軌跡數學模型反求出叉形擺桿的角位移j₁，具體為：由步驟二中擬合出的φ_fx(t)、φ_fy(t)，并設定L₃、x_a、y_a的值，通過下式求得L₁、L₂、L₄、L₅、j₁、j₂、j₃、j₄；構造函數如下：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_4+L_5=\max \left(\sqrt{{{\mathrm{\φ}}^2}_{fx}\left(t\right)+{{\mathrm{\φ}}^2}_{fy}\left(t\right)}\right)\\ L_5-L_4=\min \left(\sqrt{{{\mathrm{\φ}}^2}_{fx}\left(t\right)+{{\mathrm{\φ}}^2}_{fy}\left(t\right)}\right)\\ L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_5\·{\mathrm{cosj}}_4={\mathrm{\φ}}_{fx}\left(t\right)\\ L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_5\·{\mathrm{sinj}}_4={\mathrm{\φ}}_{fy}\left(t\right)\\ L_1+L_2=\max \left(\sqrt{{\left(L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4-x_a\right)}^2+{\left(L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4-y_a\right)}^2}\right)\\ L_2-L_1=\min \left(\sqrt{{\left(L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4-x_a\right)}^2+{\left(L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4-y_a\right)}^2}\right)\\ x_a+L_1\·{\mathrm{cosj}}_1+L_2\·{\mathrm{cosj}}_2=L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4\\ y_a+L_1\·{\mathrm{sinj}}_1+L_2\·{\mathrm{sinj}}_2=L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，L₁為擺動桿的桿長，L₂為第一連桿的桿長，L₃為第一連桿與第二連桿的鉸接點至第二連桿與曲柄鉸接點的距離，L₄為曲柄的桿長，L₅為第二連桿與曲柄的鉸接點至第二連桿自由端端點的距離，x_a、y_a分別為叉形擺桿與機架鉸接點的橫坐標和縱坐標，j₁為叉形擺桿的角位移，j₂為第一連桿的角位移，j₃為曲柄的角位移，j₄為第二連桿的角位移；

步驟四、凸輪反求模型的建立；

①設定擺動桿與凸輪擺桿之間的夾角α，由擺動桿的角位移j₁求得凸輪擺桿的擺角φ₁如下式：

φ₁＝j₁-α (2)

②設定L₆、L₇，通過下式求得x₁、y₁；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=L_6\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_3\right)+L_7\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_3+{\mathrm{\φ}}_1\right)\\ y_1=L_6\·\cos \left({\mathrm{\φ}}_3\right)+L_7\·\cos \left({\mathrm{\φ}}_3+{\mathrm{\φ}}_1\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，L₆為機架的桿長，L₇為凸輪擺桿的桿長；φ₃為叉形擺桿相對于凸輪的角位移，φ₃的取值與曲柄的角位移j₃相等；x₁、y₁分別為凸輪理論輪廓上的點在X、Y軸的坐標；因為凸輪工作廓線與理論廓線在法線上的距離等于滾子半徑，故已知凸輪理論廓線上點的坐標，實際廓線坐標只要沿理論廓線在該點的法線方向取距離為滾子半徑即可；

步驟五、校驗凸輪曲柄搖桿組合花卉移栽機構是否滿足桿長條件：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_1+L_4+L_6\≤L_2+L_3\\ L_1+L_2+L_4\≤L_3+L_6\\ L_1+L_3+L_4\≤L_2+L_6\end{array}\right..$