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棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构设计与试验

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农业机械学报 2015年第11期46卷 43-48页

作者：那明君宋志超周脉乐朱慧轩王琦赵匀东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了研究棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构的可行性,分析了水稻钵苗移栽纵向送秧机构的工作原理和棘轮齿轮式机构的传动特性,针对高速回转式水稻钵苗移栽机送秧机构需满足传动平稳、传动比精确、工作可靠性好、作业中没有积累误差、... 详细信息

为了研究棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构的可行性,分析了水稻钵苗移栽纵向送秧机构的工作原理和棘轮齿轮式机构的传动特性,针对高速回转式水稻钵苗移栽机送秧机构需满足传动平稳、传动比精确、工作可靠性好、作业中没有积累误差、振动和噪声小的特点,设计棘轮齿轮式水稻钵苗移栽纵向送秧机构,对其结构设计中的重要几何参数建立了数学模型,进行了优化,采用CAD/CAE软件建立虚拟模型。对该机构进行了台架试验,结果表明,该种传动形式的纵向送秧机构能够满足高速回转式钵苗移栽机的工作要求,为研发高速回转式钵苗移栽机纵向送秧机构提供了理论和实践依据。

关键词：棘轮齿轮钵苗纵向送秧机构钵苗移栽台架试验

基于Delta并联机构钵苗移栽机器人尺度综合与轨迹规划

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农业机械学报 2017年第5期48卷 28-35页

作者：胡建平靳合琦常燕超刘伟韩绿化杨启志江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013

Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽... 详细信息

Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽机器人的可达工作空间;为使其可达工作空间尽可能接近设计工作空间,以机构雅可比矩阵条件数作为惩罚条件,建立起兼顾钵苗移栽机器人整机尺寸与运动学性能的尺度综合目标函数,并应用遗传算法得到机构最优尺寸参数。根据盘到盘钵苗移栽的运动要求,对移栽轨迹进行规划并选取五次多项式作为移栽动平台的运动规律函数。基于机构尺度综合和轨迹规划设计物理样机,并进行盘到盘的钵苗移栽和健壮苗补苗性能试验,结果表明:随着移栽动平台携苗运动最大加速度的提高,钵土破碎率逐渐加大,钵苗移栽合格率逐渐降低,在最大加速度amax为30 m/s2时,钵苗移栽合格率可达95.5%,移栽速率可达2 149株/h,在此加速度下进行健壮苗补苗试验,补苗合格率可达92%,证明了将Delta并联机构用于钵苗移栽机器人的可行性,以及尺度综合和轨迹规划的合理性。

关键词：钵苗移栽并联机构尺度综合轨迹规划性能试验

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利用单目视觉获取钵苗移栽适合度信息的方法

农业工程学报 2014年第3期30卷 112-119页

作者：杨振宇张文强李伟陈英宋鹏中国农业大学工学院北京100083 山东理工大学机械工程学院淄博255049

钵苗在穴盘中的生长状态各异,钵苗移栽是育苗过程的关键环节。为提高移栽后钵苗成活率,解决出苗不齐和断苗等问题,需对被移栽钵苗的直立度和高度等适合度信息进行综合评价,筛选出符合移栽要求的钵苗。图像采集系统中的顶杆能够顶起穴盘... 详细信息

钵苗在穴盘中的生长状态各异,钵苗移栽是育苗过程的关键环节。为提高移栽后钵苗成活率,解决出苗不齐和断苗等问题,需对被移栽钵苗的直立度和高度等适合度信息进行综合评价,筛选出符合移栽要求的钵苗。图像采集系统中的顶杆能够顶起穴盘中的钵苗旋转90°,相机采集钵苗转动90°前后2幅图像,图像RGB各通道灰度值概率直方图存在灰度集中区域。首先,采用24位RGB源图像转8位灰度图、中值滤波和灰度拉伸算法对图像进行预处理;然后,使用细化、水平膨胀和垂直腐蚀等图像处理算法,获取钵苗主茎秆的特征;最后,采用标准差为0.65的3×3高斯模板Harris角点检测算法提取每株钵苗主茎秆上的关键点信息,对其加权最小方差直线拟合获取拟合直线,直线的斜率换算后作为钵苗直立度的判定值,以每一株钵苗的全部角点y坐标最大差值的110%作为钵苗高度的判定值。只有钵苗的直立度和高度都满足各自评价指标要求才被认为适合移栽。试验获取了12幅图像共计30株辣椒钵苗在0和90°位置的直立度和高度,每幅图像处理算法平均耗时0.35 s。按直立度(45°105 mm)评价指标判定,5株钵苗不适合移栽;2株钵苗的视觉检测结果与人工测量结果相反,视觉检测结果与人工测量结果之间的偏差率为6.67%。出现检测偏差的原因主要是钵苗叶对茎秆的遮挡和移栽机的振动使得钵苗在转动90°的前后与顶杆的相对位置发生了变化影响了人工和视觉测量的精度。该方法能够满足钵苗移栽机实时筛选工作的需求。

关键词：图像处理机器视觉图像识别钵苗移栽直立度高度角点检测

非圆齿轮-连杆组合传动式蔬菜钵苗移栽机构设计

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农业工程学报 2019年第10期35卷 26-33页

作者：孙良沈嘉豪周誉株叶治政俞高红武传宇浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018

针对现有的单行星架轮系机构无法实现取栽一体式蔬菜移栽机构所需的作业轨迹和姿态问题,该文基于曲柄摇杆机构的变速摆动和非圆齿轮的不等速传动特性相结合的思想,提出一种双行星架非圆齿轮与连杆机构组合传动的取栽一体式蔬菜钵苗移栽... 详细信息

针对现有的单行星架轮系机构无法实现取栽一体式蔬菜移栽机构所需的作业轨迹和姿态问题,该文基于曲柄摇杆机构的变速摆动和非圆齿轮的不等速传动特性相结合的思想,提出一种双行星架非圆齿轮与连杆机构组合传动的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构。该机构的副行星架相对主行星架作变速摆动,移栽臂相对副行星架作回转运动。采用三次非均匀B样条拟合非圆齿轮节曲线建立移栽机构运动学模型。结合西芹移栽株距220 mm、苗高100~150 mm和穴钵深度40 mm的移栽农艺要求,优选出一组适合西芹钵苗取栽一体作业的尖嘴形轨迹和姿态。轨迹取苗段长度33 mm,植苗点距离行星架壳体运动最低点距地面高度55 mm,取苗角23°,取苗过程变化角16°,推苗角65°,轨迹整体高度355 mm,动轨迹环口高度125 mm。通过对比分析仿真轨迹、试验轨迹与理论分析的轨迹基本一致,验证了移栽机构作业轨迹的正确性和设计方案的可行性,该研究可为实现兼顾轨迹高度、取苗深度和作业姿态的取栽一体式蔬菜钵苗移栽机构设计提供技术参考。

关键词：农业机械移栽设计变速摆动非圆齿轮齿轮-连杆钵苗移栽

钵苗移栽机构夹钵式末端执行器的优化设计与试验研究

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钵苗移栽机构夹钵式末端执行器的优化设计与试验研究

作者：王文卿东北农业大学

学位级别：硕士

取苗末端执行器作为全自动移栽机构的核心部件,其结构形式将直接影响移栽机构的移栽质量和效率。目前无论是国内还是国外,取苗末端执行器的形式主要分为探入夹取式和顶出式两种,探入夹取式对于土钵的破坏程度较大,且当应用于课题组开发... 详细信息

取苗末端执行器作为全自动移栽机构的核心部件,其结构形式将直接影响移栽机构的移栽质量和效率。目前无论是国内还是国外,取苗末端执行器的形式主要分为探入夹取式和顶出式两种,探入夹取式对于土钵的破坏程度较大,且当应用于课题组开发的回转式行星轮系钵苗移栽机构时轨迹的优化难度较大;顶出式结构复杂,整机价格昂贵。该文根据旱田农作物的农艺要求(该文以玉米为例),结合作者所在课题组对回转式行星轮系的研究,创新优化发明了一款适用于旱田钵苗移栽的夹钵式末端执行器(专利申请号:201610035305.5)。首先对其进行详细的力学计算和分析;其次基于Visual Basic 6.0自主编写的夹钵式末端执行器优化软件和夹钵式移栽机构优化软件对其移栽轨迹和姿态进行优化,确定其结构,根据优化得到的参数对其进行结构设计、虚拟样机的建立与仿真验证、加工物理样机;最后以培育的先玉335玉米钵苗为试验材料,开展末端执行器取苗试验的研究。该文的具体研究工作和得到的结论如下:(1)通过分析中国玉米的种植形式,阐述了玉米钵苗移栽的研究意义。查阅并分析国内外文献资料,了解现有自动取苗机构的各种形式并分析其各自存在的优缺点,总结全自动移栽机取苗机构的发展方向,结合课题组现有创新设计平台开发出适合玉米钵苗移栽农艺要求的夹钵式末端执行器。(2)根据秧苗自身的物理特性,不同类型的秧苗应采取不同的取苗方式:茎秆柔韧性较好的采取夹苗形式,茎秆脆弱的采取夹钵的方式。针对夹钵式移栽的农艺要求提出玉米钵苗移栽的设计要求,设计了一款由3个构件组合而成的结构简单且能满足设计要求、机构创意新颖的夹钵式末端执行器,并介绍了其工作原理。(3)自由度的分析计算是进行运动学分析的前提,通过对机构的自由度进行分析计算后,根据机构中存在的虚约束位置和移栽的实际需求,将机构分为三种形式进行力学分析,推导其力学关系式,对最终得到的力学关系式应用MATLAB的数学图形绘制功能逐个分析各个机构参数对于机构运行阻力的影响规律。(4)基于理论分析,应用可视化编程语言Visual Basic 6.0,开发出夹钵式末端执行器计算机辅助分析优化软件和双臂夹钵式移栽机构计算机辅助分析优化软件。利用夹钵式末端执行器计算机辅助分析优化软件,优化得到了得到一组满足于移栽要求的机构参数:驱动斜杆与水平方向的夹角330°;秧针与地面的夹角80°;机构左侧滑道在坐标系中的坐标值XE=19;YE=-20;秧针的长度60mm和驱动杆的行程30mm等。利用双臂夹钵式移栽机构计算机辅助分析优化软件,确定了应用该末端执行器时,双臂夹钵式栽植臂的尖点移栽轨迹。(5)根据力学分析的结果和优化得到的机构参数应用二维设计软件Auto CAD对机构的整体结构进行了详细的设计,应用NX8.0对末端执行器进行三维模型的建立,并将其模型导入仿真软件ADAMS中进行运动仿真,机构能够顺畅的运行,并无卡顿或卡死的现象,验证了机构的合理性和正确性。(6)利用新设计的钵盘和从市场上买来的15×7和16×8的共3种钵盘,进行了先玉335号玉米的育秧对比试验,结果表明此三种钵盘均可满足育秧期玉米秧苗对空间和养分的需求。对样机进行加工—装配—发现问题—完善—改进后进行取苗试验,在土钵含水率介于8.9%和25%之间时,发现机构在秧针插入深度28mm以上时取苗效果较好,低于28mm时取苗效果较差;对插入深度高于28mm时未取出的原因进行分析和总结,确定了影响取苗成功的主要因素为:盘外连根和穴孔自身的深度;对取苗成功的秧苗进行根系破坏情况监测,验证了该机构不伤根系的优点。

关键词：全自动移栽机钵苗移栽末端执行器夹钵式创新设计平台

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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空气整根钵苗移栽器送秧及投苗机构的研究

农业机械学报 1996年第S1期27卷 52-56页

作者：马旭马成林孙玉晶张守勤杨海宽吉林工业大学农机系吉林省农机质检站

送秧与投苗机构是空气整根钵苗全自动移栽机移栽器的关键部件。本文采用拨指转盘凸轮、凸轮与摆杆、杠杆与双导柱机构完成送秧和投苗，并对其结构参数及选择进行了分析。试验结果表明，本文设计的移栽器，工作性能良好，可满足空气整根... 详细信息

送秧与投苗机构是空气整根钵苗全自动移栽机移栽器的关键部件。本文采用拨指转盘凸轮、凸轮与摆杆、杠杆与双导柱机构完成送秧和投苗，并对其结构参数及选择进行了分析。试验结果表明，本文设计的移栽器，工作性能良好，可满足空气整根钵苗全自动移栽机作业性能要求，具有应用前景。

关键词：空气整根钵苗移栽送秧机构投苗机构

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机械式空气整根钵苗移栽器的研究

农业工程学报 1997年第S1期 272-275页

作者：马旭马成林张守勤孙玉晶孙廷琮吉林工业大学

空气整根钵苗全自动移栽机的核心部件是移栽器。采用机械方式完成全自动移栽机的送秧和投苗，简化了现有全自动钵苗移栽机的电动或气动送秧和投苗装置，降低了成本。移栽器的性能试验表明，所研制的移栽器性能良好，适应国内市场需要。

关键词：空气整根钵苗移栽移栽器

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鸭嘴式钵苗移栽机的设计和试验研究

农机化研究 2017年第3期39卷 134-138,143页

作者：张晓龙伍德林吴崇友刘尧尧高法允安徽农业大学工学院合肥230036

设计出一种钵苗移栽机,通过对移栽机的工作过程的阐述及运动学分析,确定了钵苗落苗过程中零速投苗点,使移栽效果最佳。对移栽机进行试验分析,选择机车前进速度﹑滚筒深度﹑可调连杆角度为试验因素,得出各试验因素与试验指标的关系。通... 详细信息

设计出一种钵苗移栽机,通过对移栽机的工作过程的阐述及运动学分析,确定了钵苗落苗过程中零速投苗点,使移栽效果最佳。对移栽机进行试验分析,选择机车前进速度﹑滚筒深度﹑可调连杆角度为试验因素,得出各试验因素与试验指标的关系。通过正交试验结果分析各试验因素对试验指标的影响大小,得出最优组合。结果表明:当机车前进速度0.30m/s、滚筒深度60mm、连杆角度40°时,直立度合格指数为85.18%,株距变异指数8.73%,漏栽指数1.68%,为移栽机结构和性能参数进一步优化提供了理论依据。

关键词：钵苗移栽运动学分析零速投苗正交试验分析

傅里叶齿轮步行式水稻钵苗移栽机构分析与优化设计

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傅里叶齿轮步行式水稻钵苗移栽机构分析与优化设计

作者：孙建生浙江理工大学

学位级别：硕士

水稻是我国第一大粮食作物，水稻种植区域几乎遍布全国，发展水稻生产机械化，对于增强我国农业综合生产力、保障粮食安全、增加农民收入、推进农业现代化具有十分重要的意义。水稻机械化种植方式可以分为水稻直播、毯状苗插秧和钵苗移... 详细信息

水稻是我国第一大粮食作物，水稻种植区域几乎遍布全国，发展水稻生产机械化，对于增强我国农业综合生产力、保障粮食安全、增加农民收入、推进农业现代化具有十分重要的意义。水稻机械化种植方式可以分为水稻直播、毯状苗插秧和钵苗移栽。经过多年的试验研究，钵苗移栽增产幅度明显高于其他种植方式。因此，发展水稻移栽技术，开发结构简单、高效的移栽机构具有战略性意义。研究国内外移栽机构的工作原理与结构特点，发现其结构设计复杂、工作特点与国内水稻种植农艺要求脱节，所以未能得到我国稻民的认可，均未能得到大范围推广。在课题组建立的水稻种植机械研究平台基础之上，设计的傅里叶齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构能很好的解决以上问题，运用一个移栽机构同时完成取秧、输送和栽植三个动作，而且齿轮传动平稳，可靠，可以有效的减小振动，提高作业时舒适性，提高工作效率。本课题是在农业部确定“十二五”期间实现全国水稻生产机械化的目标的大背景下提出的，致力于解决市场上无适用于我国种植方式的全自动水稻钵苗移栽机的现状。本课题拟通过一种傅里叶齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构替代现有的滑道机构、杆机构和其他一些复杂的机构，弥补其结构复杂、振动大和工作效率低的不足，实现简单、可靠、精确、高效的移栽作业。本文在浙江省自然科学基金（Y1110362）的支持下，主要完成了以下内容：1）研究对比傅里叶齿轮与偏心齿轮、椭圆齿轮的传动特性，利用傅里叶齿轮行星轮系作为移栽机构的驱动机构，使其能一次完成取秧，输送和插秧三个动作，完成移栽机构运动学理论分析。2）在建立移栽机构运动学模型的基础上，编制人机交互式的计算机辅助分析与优化程序。根据移栽机构的工作特点，参考移栽农艺要求和实践经验，确定机构的优化目标，利用优化程序得到合理、可靠的机构参数和合理的机构工作轨迹。3）分析外非圆直齿轮齿坯回转运动、插齿刀的回转运动以及工件中心与插齿刀中心距离变化规律的基础上，建立齿轮刀具与非圆齿轮毛坯啮合的运动学模型，开发外非圆齿轮齿廓生成软件，利用其计算功能，近似求解出非圆齿轮轮廓点。4）利用计算机辅助设计软件UG7.0建立移栽机构三维实体模型和虚拟装配模型，通过Parasolid文件与机械系统动力学仿真软件ADAMS连接，进行虚拟样机运动仿真，验证了所设计的移栽机构与非圆齿轮齿廓求解方法的正确性。在ADAMS环境中分析移栽机构支座的振动位移，利用其自动寻优功能，得到齿轮箱上添加配重的合适位置，以达到减小工作过程中的振动问题。5）针对移栽机构特殊工作特点，提出结构设计与安装过程中应注意的几个问题，并在AutoCAD2008中完成了移栽机构的零件图和装配图。

关键词：钵苗移栽参数优化傅里叶运动仿真振动位移