[发明专利]两自由度变曲柄五杆驱动机构形成移栽轨迹的设计方法

摘要

本发明公开了一种两自由度变曲柄五杆驱动机构形成移栽轨迹的设计方法。现有移栽机构轨迹不适用于花卉移栽。本发明的具体步骤如下：首先构建变曲柄五杆驱动机构，建立第二连杆的自由端端点形成双环扣轨迹的数学模型；然后通过所建立的数学模型反求出第一曲柄的长度变化规律，求出滑套在第一曲柄上的滑动速度；最后校验变曲柄五杆驱动机构是否满足双曲柄的存在条件。本发明采用变曲柄五杆驱动机构，实现双环扣轨迹，不仅可以实现花卉的移栽轨迹，并且可以实现瓜果、蔬菜、花卉等多种作物的全自动移栽。

主权项

两自由度变曲柄五杆驱动机构形成移栽轨迹的设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一、构建变曲柄五杆驱动机构；所述的变曲柄五杆驱动机构，包括第一曲柄、第一连杆、第二曲柄、第二连杆、滑套、旋转电机和直线电机；所述第一曲柄的一端与机架铰接，另一端与滑套通过滑动副连接；所述第一连杆的一端与滑套铰接，另一端与第二连杆的一端铰接；所述第二曲柄的一端与机架铰接，另一端与第二连杆的中部铰接；第二连杆的另一端自由设置；旋转电机驱动第一曲柄以角速度ω₁匀速转动，直线电机驱动滑套以速度V₁在第一曲柄上滑动，第二连杆的自由端端点处形成双环扣轨迹；步骤二、基于三次非均匀B样条曲线建立第二连杆的自由端端点处的双环扣轨迹数学模型；选取十一个数据点q0、q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9和q10作为三次非均匀B样条曲线的型值点，其中，q0和q10重合，可唯一求解到十三个控制顶点，再选取步长为0.005～0.02中的一个值插值生成拟合点坐标，进而拟合出双环扣轨迹；所述双环扣轨迹的曲线方程为φ(t)，φ(t)在水平方向和竖直方向的位移方程分别为φ_x(t)和φ_y(t)；所述的双环扣轨迹为封闭且带有两个环扣的平面圆滑曲线，包括依次顺序首尾连接的入钵段、取苗段、运苗段、植苗段和回复段；取苗段的起始段为q1与q3之间的曲线段；植苗段的起始段为q4与q5之间的曲线段；入钵段为取苗段的过渡段；步骤三、第一曲柄的角速度ω₁取一个定值，通过双环扣轨迹数学模型反求出第一曲柄的长度变化规律；构造函数如下：$\left\{\begin{array}{c}{L}_1\cos {\mathrm{\φ}}_1^{\′}+L_2\cos {\mathrm{\φ}}_2+(L_5+L_6)\cos \mathrm{\β}={\mathrm{\φ}}_x\left(t\right)\\ L_1\sin {\mathrm{\φ}}_1^{\′}+L_2\sin {\mathrm{\φ}}_2+(L_5+L_6)\sin \mathrm{\β}={\mathrm{\φ}}_y\left(t\right)\\ {\mathrm{\φ}}_1^{\′}={\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\ω}}_1\×t\end{array}\right.---\left(1\right)$式(1)中，φ₁为第一曲柄与水平面的初始夹角，φ₂为第一连杆在t时刻与水平面的夹角，β为第二连杆在t时刻与水平面的夹角；L₂为第一连杆的长度，L₅为第一连杆与第二连杆的铰接点至第二曲柄与第二连杆的铰接点之间的距离，L₆为第二曲柄与第二连杆的铰接点至第二连杆的自由端端点之间的距离；φ′₁为中间变量；可由式(1)求出第一曲柄的长度L₁的变化规律：L₁＝G[φ_x(t),φ_y(t)]  (2)步骤四、求解滑套在第一曲柄上的滑动速度V₁：V₁＝G′[φ_x(t),φ_y(t)]  (3)步骤五、校验变曲柄五杆驱动机构是否满足双曲柄的存在条件：$\left\{\begin{array}{c}{L}_1\≤L_2+L_5-L_3-L_4\\ L_1\≤L_5+L_3-L_2-L_4\\ L_1\≤L_2+L_3-L_4-L_5\end{array}\right.---\left(4\right)$式(4)中，L₃为第一曲柄与机架的铰接点至第二曲柄与机架的铰接点之间的距离。