基于空間機(jī)構(gòu)的水稻缽苗精準(zhǔn)栽植機(jī)構(gòu)的研究.pdf

1、水稻缽苗移栽技術(shù)是我國(guó)水稻生產(chǎn)上的一項(xiàng)新的增產(chǎn)栽培技術(shù)，目前主要采用拋秧和缽苗行栽作業(yè)，未能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)移栽。隨著機(jī)構(gòu)學(xué)理論、技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展，空間連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、運(yùn)動(dòng)連續(xù)以及可實(shí)現(xiàn)空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡等特點(diǎn)，而成為各類運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。本課題結(jié)合國(guó)家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“水稻高速種植機(jī)械研究”子課題“水稻缽苗有序栽植機(jī)械研究”，探討空間連桿機(jī)構(gòu)在農(nóng)業(yè)機(jī)械研究上的應(yīng)用，利用封閉鏈空間連桿機(jī)構(gòu)，解決具有復(fù)雜軌跡要求的水稻缽

2、苗精準(zhǔn)栽植問題，研究開發(fā)一種機(jī)械手式水稻缽苗精準(zhǔn)移栽機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)水稻缽苗的精準(zhǔn)移栽作業(yè)。研究成果對(duì)提高水稻種植機(jī)械化水平，促進(jìn)水稻生產(chǎn)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論研究?jī)r(jià)值。 課題從空間連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論分析入手，通過(guò)對(duì)水稻缽苗物理力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果分析，根據(jù)實(shí)際農(nóng)業(yè)中缽苗移栽技術(shù)要求，提出了實(shí)現(xiàn)水稻缽苗精準(zhǔn)移栽的、基于空間機(jī)構(gòu)的水稻缽苗精準(zhǔn)栽植機(jī)構(gòu)的技術(shù)方案；利用本課題建立了空間連桿機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一分析模型，并對(duì)其進(jìn)行了理論分析：完

3、成了該水稻缽苗精準(zhǔn)栽植機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化、試制和試驗(yàn)工作；針對(duì)水稻穴盤育苗的特性和拔秧要求，設(shè)計(jì)了撥桿式秧苗夾鉗裝置；在關(guān)鍵部件理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，完成了空間機(jī)械手式水稻缽苗行栽機(jī)的總體設(shè)計(jì)工作，并虛擬樣機(jī)仿真。主要研究結(jié)論如下： 1.通過(guò)對(duì)水稻缽苗物理力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果、國(guó)內(nèi)外水稻缽苗的栽植技術(shù)和實(shí)際農(nóng)業(yè)缽苗移栽技術(shù)要求的分析，確定了本課題的研究方案：結(jié)合空間機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用最優(yōu)的水稻缽苗機(jī)械手移栽技術(shù)，將空間連

4、桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用到水稻移栽技術(shù)上，設(shè)計(jì)一種單自由度水稻缽苗精準(zhǔn)栽植機(jī)械手機(jī)構(gòu)，使移栽秧苗的運(yùn)動(dòng)軌跡與農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的秧苗運(yùn)動(dòng)軌跡相似或逼近，保證水稻空間大范圍內(nèi)的精準(zhǔn)、定點(diǎn)定量的移栽。 2.通過(guò)矢量旋轉(zhuǎn)法對(duì)空間連桿機(jī)構(gòu)建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué)分析模型，以及MATLAB語(yǔ)言對(duì)空間連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析，為基于空間機(jī)構(gòu)的栽植機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)特性和受力分析提供前提條件。 3.通過(guò)對(duì)栽植機(jī)械手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論分析表明：基于可控空間變

5、桿長(zhǎng)RRRSR連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械手栽植機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)選取合理，機(jī)構(gòu)構(gòu)型可行，實(shí)現(xiàn)了空間大范圍內(nèi)秧苗的定點(diǎn)定量移栽，且運(yùn)動(dòng)連續(xù)可靠，結(jié)構(gòu)緊湊。 4.栽植機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果表明：秧苗的運(yùn)動(dòng)軌跡與農(nóng)業(yè)技術(shù)要求的特定軌跡逼近，并嚴(yán)格具有拔秧工作段和插秧工作點(diǎn)；測(cè)量的秧苗運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)比理論分析的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)偏小，存在少許誤差，分析其產(chǎn)生的因素有測(cè)量誤差、制造誤差和外力影響等。 5.通過(guò)對(duì)各種常見的機(jī)械手末端執(zhí)行器的特點(diǎn)分析，完成了撥桿

6、式單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型夾鉗裝置的設(shè)計(jì)，由固定板、夾板、撥桿、翻轉(zhuǎn)桿和墊圈等組成。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，夾持安全可靠，適合夾持不同尺寸和形狀工作的需要，實(shí)現(xiàn)了秧苗精確定量的夾取。 6.在各部件理論分析的基礎(chǔ)上，完成機(jī)械手式水稻缽苗行栽機(jī)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)。其性能檢測(cè)結(jié)果顯示：整機(jī)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)新穎，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，操作使用方便，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，且各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足農(nóng)藝要求。作業(yè)成本低，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效