基于空間機構的水稻缽苗精準栽植機構的研究.pdf

1、水稻缽苗移栽技術是我國水稻生產(chǎn)上的一項新的增產(chǎn)栽培技術，目前主要采用拋秧和缽苗行栽作業(yè)，未能實現(xiàn)精準移栽。隨著機構學理論、技術與應用的發(fā)展，空間連桿機構具有結構簡單、控制容易、運動連續(xù)以及可實現(xiàn)空間復雜運動軌跡等特點，而成為各類運動機構研究領域的新熱點。本課題結合國家“十五”科技攻關項目“水稻高速種植機械研究”子課題“水稻缽苗有序栽植機械研究”，探討空間連桿機構在農(nóng)業(yè)機械研究上的應用，利用封閉鏈空間連桿機構，解決具有復雜軌跡要求的水稻缽

2、苗精準栽植問題，研究開發(fā)一種機械手式水稻缽苗精準移栽機構，以實現(xiàn)水稻缽苗的精準移栽作業(yè)。研究成果對提高水稻種植機械化水平，促進水稻生產(chǎn)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義和理論研究價值。 課題從空間連桿機構的基礎理論分析入手，通過對水稻缽苗物理力學特性試驗結果分析，根據(jù)實際農(nóng)業(yè)中缽苗移栽技術要求，提出了實現(xiàn)水稻缽苗精準移栽的、基于空間機構的水稻缽苗精準栽植機構的技術方案；利用本課題建立了空間連桿機構的統(tǒng)一分析模型，并對其進行了理論分析：完

3、成了該水稻缽苗精準栽植機械手機構的設計、參數(shù)優(yōu)化、試制和試驗工作；針對水稻穴盤育苗的特性和拔秧要求，設計了撥桿式秧苗夾鉗裝置；在關鍵部件理論分析和試驗研究的基礎上，完成了空間機械手式水稻缽苗行栽機的總體設計工作，并虛擬樣機仿真。主要研究結論如下： 1.通過對水稻缽苗物理力學特性試驗結果、國內外水稻缽苗的栽植技術和實際農(nóng)業(yè)缽苗移栽技術要求的分析，確定了本課題的研究方案：結合空間機構的優(yōu)點，采用最優(yōu)的水稻缽苗機械手移栽技術，將空間連

4、桿機構應用到水稻移栽技術上，設計一種單自由度水稻缽苗精準栽植機械手機構，使移栽秧苗的運動軌跡與農(nóng)業(yè)技術要求的秧苗運動軌跡相似或逼近，保證水稻空間大范圍內的精準、定點定量的移栽。 2.通過矢量旋轉法對空間連桿機構建立統(tǒng)一的數(shù)學分析模型，以及MATLAB語言對空間連桿機構進行理論分析，為基于空間機構的栽植機構參數(shù)優(yōu)化、軌跡規(guī)劃、運動特性和受力分析提供前提條件。 3.通過對栽植機械手機構的結構設計、理論分析表明：基于可控空間變

5、桿長RRRSR連桿機構的機械手栽植機構的尺寸參數(shù)選取合理，機構構型可行，實現(xiàn)了空間大范圍內秧苗的定點定量移栽，且運動連續(xù)可靠，結構緊湊。 4.栽植機構的試驗結果表明：秧苗的運動軌跡與農(nóng)業(yè)技術要求的特定軌跡逼近，并嚴格具有拔秧工作段和插秧工作點；測量的秧苗運動軌跡坐標數(shù)據(jù)比理論分析的運動軌跡數(shù)據(jù)偏小，存在少許誤差，分析其產(chǎn)生的因素有測量誤差、制造誤差和外力影響等。 5.通過對各種常見的機械手末端執(zhí)行器的特點分析，完成了撥桿

6、式單支點回轉型夾鉗裝置的設計，由固定板、夾板、撥桿、翻轉桿和墊圈等組成。該機構結構簡單，體積小，質量輕，夾持安全可靠，適合夾持不同尺寸和形狀工作的需要，實現(xiàn)了秧苗精確定量的夾取。 6.在各部件理論分析的基礎上，完成機械手式水稻缽苗行栽機虛擬樣機的設計。其性能檢測結果顯示：整機設計合理，結構新穎，具有結構簡單，重量輕，操作使用方便，工作可靠等優(yōu)點，且各項性能指標均達到或超過了設計指標，滿足農(nóng)藝要求。作業(yè)成本低，具有顯著的社會經(jīng)濟效