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蔬菜钵苗密植移栽机多行取苗机构设计与试验

农业机械学报 2023年第1期54卷 94-103页

作者：俞高红王系林刘建刚叶秉良李祥赵雄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 农机智能控制与制造技术福建省高校重点实验室武夷山354300

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行... 详细信息

为实现蔬菜钵苗密植自动移栽,提出一种能够降低因齿轮间的齿侧间隙引起的传动误差进而提高运动准确性的大重合度非圆齿轮传动机构,根据小青菜钵苗密植移栽农艺要求,设计了密植移栽取苗轨迹和一种基于该传动机构的非圆齿轮行星轮系八行同步取苗机构。开展了取苗机构的逆向设计,并对其进行了运动学分析,自主开发了密植移栽取苗机构反求设计软件。为降低传动误差,该行星轮系取苗机构一级齿轮传动采用大重合度非圆齿轮传动,二级齿轮传动采用斜齿轮传动,每级齿轮传动的重合度均接近2。基于虚拟样机技术和高速摄像技术对取苗机构进行轨迹测试试验,得到试验和仿真取苗轨迹,并对比理论计算轨迹,三者轨迹基本一致,验证了密植移栽取苗机构设计的可行性。对密植移栽取苗机构进行取苗试验,取苗机构的取苗成功率为95%左右,检验了机构样机性能。

关键词：蔬菜钵苗密植移栽取苗机构反求设计精密取苗大重合度非圆齿轮

斜齿轮-非圆齿轮行星轮系取苗机构设计与试验

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农业机械学报 2023年

作者：周海丽刘建刚俞高红齐鹏王磊郑剑武夷学院机电工程学院浙江理工大学机械工程学院浙江省种植装备技术重点实验室杭州杭氧透平机械有限公司

针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大，而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题，本文设计了一种满足蔬菜取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线... 详细信息

针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大，而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题，本文设计了一种满足蔬菜取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线，开发取苗机构设计分析软件，分析傅里叶系数对取苗轨迹的影响规律，研究傅里叶系数对传动比曲线及从动轮和秧针速度特性的变化关系，揭示傅里叶系数对取苗机构运动学参数的影响规律，推导了傅里叶系数对取苗机构的取苗角和推苗角的变化规律。制造和装配取苗机构，基于虚拟样机、高速摄像技术对取苗机构进行了旋转试验，通过对比取苗轨迹的理论、仿真和试验值一致性验证了取苗机构设计的可行性。对取苗机构进行了台架取苗试验，得出转速40、50、60r/min时取苗机构的取苗成功率分别为94%、90%和88%，通过取苗试验进一步验证了取苗机构设计的可行性。

关键词：取苗机构傅里叶非圆齿轮推苗角运动学

基于关键位姿点与轨迹约束的取苗机构优化设计与试验研究

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基于关键位姿点与轨迹约束的取苗机构优化设计与试验研究

作者：程迪浙江理工大学

学位级别：硕士

密植型作物实现多行高效自动取苗是当前我国农机领域亟待提升的薄弱环节。现有旋转式自动取苗机构或其衍生机构经多分支化处理后虽然可以实现整排同步夹取多株钵苗,但受限于育苗技术与机构理论模型求解方法,工作时普遍存在“提前落苗”... 详细信息

密植型作物实现多行高效自动取苗是当前我国农机领域亟待提升的薄弱环节。现有旋转式自动取苗机构或其衍生机构经多分支化处理后虽然可以实现整排同步夹取多株钵苗,但受限于育苗技术与机构理论模型求解方法,工作时普遍存在“提前落苗”和“甩苗”现象而导致钵苗无法顺利通过接苗杯。因此,为解决上述难题,本文基于非圆齿轮行星轮系传动方式,提出一种基于关键位姿点与轨迹约束的取苗机构,该机构在满足若干关键位姿点要求的同时,将投苗点附近区段轨迹优化为垂直于水平面的直线。具体研究内容如下:(1)通过对取苗臂苗针尖点运动轨迹与姿态进行分析,提出一种适应作物密植环境的“尖嘴形取苗-直线投苗”轨迹。将取苗机构简化为开链2R杆组,根据理想轨迹给定四个关键位姿点并建立四位姿开链2R杆组解域求解模型,提出一种通过构建机构解域、约束杆件尺寸和进行运动缺陷判别得到机构可行域的方法。(2)针对现有曲线拟合算法无法完美拟合直线轨迹的问题,提出一种通过三对一阶密切的直线机构导引连杆形成直线轨迹的设计方法并建立混合四位姿直线轨迹开链2R杆组求解模型。(3)对取苗机构工作原理进行分析,通过确定控制点坐标信息、基于5次B样条曲线插补办法得到“曲柄-连杆”转角关系曲线以及求解机构总传动比,逐步完成开链2R杆组与非圆齿轮行星轮系复合设计。(4)根据取苗机构工作要求确定机构优化目标并数值化处理,结合基于Matlab的GUI模块开发的计算机辅助优化设计软件,逐步完成取苗机构理论模型求解并开展参数优化工作,通过不断优选,最终得到机构最优解。(5)根据最优解机构参数完成非圆齿轮和取苗机构整机三维建模,基于ADAMS建立虚拟样机并进行运动仿真,得到同理论轨迹基本一致的仿真轨迹,验证了取苗机构理论模型求解方法的正确性。搭建取苗机构物理样机和试验台,通过空转试验得到同理论、仿真轨迹基本一致的实际轨迹,偏差在合理范围内,验证了结构设计方案的可行性。(6)选用三种基质盘根效果不同的钵苗进行单株取投试验,试验数据显示马鞭草、牛至、薄荷的提前投苗率分别为10.9%、5.4%、39.6%,接苗成功率为92.2%,95.7%,96.8%。其中,薄荷在高提前投苗率条件下依然维持高接苗成功率,故该机构为上述难题提供了一种解决方案。

关键词：取苗机构密植类作物关键位姿点轨迹约束直线轨迹参数优化

油菜纸钵苗移栽机气动取苗机构设计与轨迹分析

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农业机械学报 2017年第11期48卷 70-78页

作者：廖庆喜张照胡乔磊许博华中农业大学工学院武汉430070 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

针对传统机械式取苗机构结构复杂、控制不稳定等问题,设计了一种油菜纸钵苗移栽机嵌入式气动取苗机构。分析了嵌入式气动取苗机构的结构组成、工作原理及运动学模型,设计了取苗机构的驱动控制系统,基于ADAMS软件开展了机构参数变化对取... 详细信息

针对传统机械式取苗机构结构复杂、控制不稳定等问题,设计了一种油菜纸钵苗移栽机嵌入式气动取苗机构。分析了嵌入式气动取苗机构的结构组成、工作原理及运动学模型,设计了取苗机构的驱动控制系统,基于ADAMS软件开展了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态影响的研究,确定了取苗机构的优化参数。优化结果表明,当摇杆长度为220 mm,支撑臂长度为170 mm,旋转臂长度为160 mm,气缸Ⅰ原始长度为313 mm时,取苗阶段取苗轨迹高度可达130 mm。当取苗轨迹高度为80 mm时,取苗轨迹直线度偏差小于2 mm,取苗阶段取苗针偏角变化小于4°;投苗阶段取苗针偏角变化小于1°,满足油菜纸钵苗移栽机取苗投苗要求。试验结果表明,该取苗机构高速摄像呈现的取苗轨迹与理论分析基本吻合,台架试验取苗成功率达93.0%,投苗成功率达89.5%,满足机械自动化取苗的要求,验证了取苗机构设计的可行性。

关键词：油菜移栽机气动取苗机构控制系统

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二阶椭圆行星轮系取苗机构参数优化与试验

农业机械学报 2020年第S02期51卷 79-84,98页

作者：崔巍赵亮刘立晶刘忠军赵金辉赵郑斌现代农装科技股份有限公司北京100083 中国农业机械化科学研究院北京100083 土壤植物机器系统技术国家重点实验室北京100083

为了实现蔬菜移栽的自动取苗作业,基于二阶椭圆齿轮行星轮系设计了自动取苗机构,并建立该机构的运动学数学模型和运动仿真模型。通过分析自动移栽的农艺要求,确定了机械取苗过程中取苗爪理想的运动轨迹和取投苗姿态。在理论分析的基础上... 详细信息

为了实现蔬菜移栽的自动取苗作业,基于二阶椭圆齿轮行星轮系设计了自动取苗机构,并建立该机构的运动学数学模型和运动仿真模型。通过分析自动移栽的农艺要求,确定了机械取苗过程中取苗爪理想的运动轨迹和取投苗姿态。在理论分析的基础上,借助运动仿真优化了二阶椭圆齿轮行星轮系结构参数,包括椭圆齿轮偏心率、栽植鸭嘴相对于行星架初始安装角、行星架初始安装角、第一中间齿轮与第二中间齿轮夹角,最终得出一组最佳的参数组合。优化后的取苗机构能实现直线取苗和竖直投苗。在此基础上,设计了自动取苗试验台,进行取苗试验。试验结果显示,二阶椭圆行星轮系取苗机构工作效率为80株/min时,取苗成功率平均达到91.3%,达到了预期的设计目标。

关键词：移栽机二阶椭圆行星轮系取苗机构优化试验

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全自动番茄移栽机取苗机构的设计与试验

全自动番茄移栽机取苗机构的设计与试验

作者：钟蕾四川农业大学

学位级别：硕士

鉴于现有移栽机取苗机构存在针对性不强,取苗效果不好,苗垛损伤大等问题,本文研制了全自动番茄移栽机取苗机构,该装置整体包括曲柄、连杆、滑轨杆,取苗爪等部分,模仿人工取苗轨迹,可实现垂直取苗,竖直投苗。主要研究内容如下:(1)番茄钵... 详细信息

鉴于现有移栽机取苗机构存在针对性不强,取苗效果不好,苗垛损伤大等问题,本文研制了全自动番茄移栽机取苗机构,该装置整体包括曲柄、连杆、滑轨杆,取苗爪等部分,模仿人工取苗轨迹,可实现垂直取苗,竖直投苗。主要研究内容如下:(1)番茄钵苗的物理特性研究。以“土豪”番茄品种作为研究对象,采用PVC材质72孔穴盘对其进行培育,在苗期40天时,展开钵苗形态(叶片数、苗高、宽)、钵体苗垛抗压力学特性、基质散落试验研究。试验结果表明:番茄钵苗到适栽期时苗高137.55mm,5～6片番茄叶、叶面幅宽109.9mm;番茄苗垛的最大抗压力5.302N,取苗针对苗垛的压缩位移小于11.936mm;苗垛从550mm掉落过程中平均基质破损率为2.17%。(2)取苗机构设计。以取苗机构能实现精准取投动作与苗垛在取苗时达到无损为目标,采用曲柄摇杆与滑轨组合使苗爪插拔作业,取苗爪的苗杆总长165mm,苗针50mm,CDJ2B16微型气缸控制取苗针伸缩,建立机构数学模型和运动方程,利用Matlab软件完成取苗机构各杆件参数的优化设计。(3)取苗机构三维设计与仿真分析。基于Solidworks软件对各机构建模与装配,检验该机构无干涉碰撞,摇杆与滑轨杆的最大变形值是0.199mm,取苗爪最大变形值是0.006036mm;利用Recur Dyn软件对取苗机构进行运动轨迹仿真,检验取苗机构的合理与正确性;再用EDEM模拟番茄苗钵体-取苗爪进行有限元仿真后得知苗针最优插入角度为38°,插入深度在23mm-33mm取苗效果好。(4)取苗机构进行番茄苗移栽的验证试验研究。采用高速摄像试验、苗针不同插入深度以及投苗姿态试验作为取苗机构的验证研究。试验结果表明:实际轨迹与仿真运动轨迹虽存在误差,但不显著;当取苗针插入深度在23mm-33mm时,取苗成功率最高可达92.86%,基质合格率均在85%以上,投苗姿态均为竖直状态,能满足竖直投入栽植鸭嘴机构中的要求。

关键词：移栽番茄钵苗苗垛取苗机构

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基于PSO算法的取苗机构的设计优化及仿真

计算机仿真 2023年第3期40卷 338-345,394页

作者：韩帅王卫兵鲁丁黄谞石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

针对自动移栽机取苗机构结构复杂、苗钵损伤率高、对于不同规格穴盘适应性差等问题,设计了一种插入及夹取同时作用于钵苗的取苗机构。基于苗针端点距离最小化的夹取特性,同时根据机构的运动学原理,利用解析法构建机构的运动学模型。运... 详细信息

针对自动移栽机取苗机构结构复杂、苗钵损伤率高、对于不同规格穴盘适应性差等问题,设计了一种插入及夹取同时作用于钵苗的取苗机构。基于苗针端点距离最小化的夹取特性,同时根据机构的运动学原理,利用解析法构建机构的运动学模型。运用基于罚函数的粒子群算法优选机构参数,通过虚拟样机进行运动学仿真分析的结果表明取苗机构运动曲线流畅,且运动轨迹满足夹苗基本要求,故本设计在机械结构上满足取苗要求。利用ADAMS与MATLAB联合PID控制系统仿真结果表明取苗机构整体平移控制系统无超调,无稳态误差,调节时间为0.113s,取苗机构旋转角度控制系统超调为0.6815%,无稳态误差,调节时间为2.967s。研究结果进一步贴合实际情况,可为后续实验平台的搭建提供参考依据。

关键词：取苗机构设计优化粒子群优化算法虚拟样机联合仿真

探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构优化设计与试验

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农业机械学报 2019年第10期50卷 64-71页

作者：尹大庆王佳照周脉乐杨禹超王金武东北农业大学工程学院哈尔滨150030 北方寒地现代农业装备技术重点实验室哈尔滨150030

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6.0开发可... 详细信息

为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作。以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6.0开发可视化辅助分析软件,优化得出满足要求的最佳参数,形成相应的理论轨迹。建立三维模型,对模型进行虚拟仿真设计,得出仿真轨迹。采用3D打印技术进行试验样机制造,运用高速摄影技术提取试验样机实际工作轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性。试验测得实际取苗针最大入钵力,运用相似理论原理,推算出试验样机最大入钵力,并得到钵土最佳基质比为0.4,进行试验样机取苗试验,取苗成功率为96.87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了机构设计的正确性与可行性。

关键词：蔬菜钵苗取苗机构探出取推钵式参数优化取苗试验

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夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

农业工程学报 2020年第21期36卷 39-48页

作者：李华马晓晓曹卫彬李树峰周文静岭南师范学院机电工程学院湛江524048 石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点试验室石河子832003

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸... 详细信息

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸轮轮廓曲线进行设计,结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点,基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化,并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系,建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型,利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析,验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验,通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性,验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明,取苗机构工作性能可靠、稳定,取苗频率为80株/min时,取苗成功率为92%,投苗成功率为94.2%,伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。

关键词：农业机械试验取苗机构夹茎式二阶椭圆齿轮番茄钵苗