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

1、取苗末端執(zhí)行器作為全自動移栽機構的核心部件，其結構形式將直接影響移栽機構的移栽質量和效率。目前無論是國內還是國外，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，且當應用于課題組開發(fā)的回轉式行星輪系缽苗移栽機構時軌跡的優(yōu)化難度較大;頂出式結構復雜，整機價格昂貴。該文根據旱田農作物的農藝要求（該文以玉米為例），結合作者所在課題組對回轉式行星輪系的研究，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）。首先對其進行詳細的力學計算和分析;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優(yōu)化軟件對其移栽軌跡和姿態(tài)進行優(yōu)化，確定其結構，根據優(yōu)化得到的參數對其進行結構設計、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。查閱并分析國內外文獻資料，了解現有自動取苗機構的各種形式并分析其各自存在的優(yōu)缺點，總結全自動移栽機取苗機構的發(fā)展方向，結合課題組現有創(chuàng)新設計平臺開發(fā)出適合玉米缽苗移栽農藝要求的夾缽式末端執(zhí)行器。
　　(2)根據秧苗自身的物理特性，不同類型的秧苗應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藝要求提出玉米缽苗移栽的設計要求，設計了一款由3個構件

4、組合而成的結構簡單且能滿足設計要求、機構創(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行運動學分析的前提，通過對機構的自由度進行分析計算后，根據機構中存在的虛約束位置和移栽的實際需求，將機構分為三種形式進行力學分析，推導其力學關系式，對最終得到的力學關系式應用MATLAB的數學圖形繪制功能逐個分析各個機構參數對于機構運行阻力的影響規(guī)律。
　　(4)基于理論分析，應用可視化編程語言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參數:驅動斜桿與水平方向的夾角α1=330°;秧針與地面的夾角α2=80°;機構左側滑道在坐標系中的坐標值XE=19;YE=-20;秧針的長度60mm和驅動桿的行程30mm等。利用雙臂夾缽式移栽機構計算機輔助分析優(yōu)化軟件，確定了應用該末端執(zhí)行器時，雙

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