[发明专利]混合驱动五杆花卉盘栽机构的参数优化方法

说明书

本发明公开了混合驱动五杆花卉盘栽机构的参数优化方法。旱地穴盘苗移栽通常由取苗和植苗机构配合完成移栽工作，一套机构实现取苗和植苗动作的设计难度大。本发明根据花卉移栽工作要求拟定机构初始轨迹，反求混合驱动五杆花卉盘栽机构的角位移规律，确定常速电机和可调速电机的控制参数；以变速电机的角加速度波动最小为目标基于遗传算法优化混合驱动五杆花卉盘栽机构参数，得到设计变量运算结果。本发明基于遗传算法来优化五杆机构的尺寸、机架所处的位置、取苗凸轮所需的角位移以及两个原动件的角位移转动规律，综合设计出适合于全自动花卉移栽取苗和植苗轨迹姿态要求的混合驱动五杆花卉盘栽机构，为全自动化花卉移栽提供另一种设计思路。

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及混合驱动五杆花卉盘栽机构的参数优化方法。

背景技术

目前的半自动移栽机械发展已经基本成熟，移栽机械自动植苗部分能达到农艺要求，但是移栽机械的取苗部分真正效率高，结构简单，能让农民接受并且可以大面积推广的还没有研制成功。而现有的全自动移栽机依靠机电与液压系统实现，成本造价高，机械复杂，动作的完成需要多套机构协调配合，并没有能广泛推广的成熟机型。

美国和澳大利亚研究的取苗机构是由机、电、气共同构成，具有独立的机械部分与控制部分，采用四针气缸驱动式；徐明丽等人研发了一种应用于玉米移栽的四杆式取苗机构，由于该机构为纯粹的杆机构，高速时动力性能非常差；非圆齿轮驱动的单自由度双曲柄五杆机构，缺乏柔性，只能实现水田作物移栽，不适合用于旱地农作物移栽；非圆齿轮行星轮系高速钵苗移栽机构为双臂布置，取苗效率高，需要满足轮系中太阳轮转角的单调性，导致设计方法对于轨迹的精细化调整困难。同时全自动化移栽轨迹的形状往往会比半自动化移栽的轨迹要大，通过逆向设计计算出的非圆齿轮轮系尺寸比较庞大，机构的动力学性能也很差。

可见，当前花卉盘栽机多为由气缸、液压杆及电磁阀组成的复杂系统，整机的价格昂贵不利于推广，旱地穴盘苗移栽通常由取苗和植苗机构配合完成移栽工作，用一套机构实现取苗和植苗动作则机构的设计难度更大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为实现移栽机构的轻简化和运动设计的灵活性，提供混合驱动五杆花卉盘栽机构的参数优化方法：根据花卉移栽工作要求拟定机构初始轨迹，反求混合驱动五杆花卉盘栽机构的角位移规律，确定常速电机和可调速电机的控制参数；以变速电机的角加速度波动最小为目标基于遗传算法优化混合驱动五杆花卉盘栽机构参数，得到设计变量运算结果。

本发明具体如下：

1构建混合驱动五杆花卉盘栽机构

混合驱动五杆花卉盘栽机构包括常速电机、可调速电机、摇杆、连杆一、曲柄、机座和T形移栽臂；所述的T形移栽臂包括移栽凸轮、拨叉、弹簧座、弹簧、转动片、秧针、推苗爪、推苗杆和壳体；移栽凸轮、拨叉、弹簧座和弹簧均设置在壳体内；所述曲柄的一端固定在常速电机的输出轴上，另一端与T形移栽臂的壳体底部铰接于点D；常速电机的底座固定在机座上；曲柄与T形移栽臂壳体铰接的那端固定移栽凸轮；所述摇杆的一端固定在可调速电机的输出轴上，另一端与连杆一的一端铰接于点B；可调速电机的底座固定在机座上；所述连杆一的另一端与T形移栽臂壳体的内端铰接于点C；常速电机驱动曲柄，曲柄的角速度大小和方向不变；常速电机由单片机控制转速、转向和启停；可调速电机采用伺服电机，可调速电机通过控制单片机发出的脉冲调节摇杆的角速度大小和方向。所述拨叉的中部与壳体铰接，底部与移栽凸轮构成凸轮副，顶部弧形块与弹簧座构成摩擦力方向与推苗杆成一夹角的滚动摩擦副；所述弹簧座与推苗杆固定；推苗杆与壳体构成滑动副；推苗杆尾部与壳体通过弹簧连接，头部与推苗爪固定；两片转动片对称铰接在壳体外，且分别与一根秧针的尾部固定；两根秧针的头部分别穿过推苗爪两侧的安装孔。

2构建混合驱动五杆花卉盘栽机构的逆向设计模型