闭链五杆花卉移栽机构及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105519289A(43)申请公布日2016.04.27(21)申请号201610023749.7(22)申请日2016.01.14(71)申请人浙江理工大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街928号(72)发明人代丽赵雄陈建能(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人杜军(51)Int.Cl.A01C11/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称闭链五杆花卉移栽机构及其设计方法(57)摘要本发明公开了闭链五杆花卉移栽机构及其设计方法。行星轮系移栽机构能实现轨迹的灵活性受限；双环扣轨迹的杆机构设计和调节参数困难。本发明机构的第一曲柄和第二曲柄底端焊接；第一曲柄的顶端与第二连杆的一端铰接，第二曲柄的顶端与第三连杆的中部铰接；叉形摆杆包括底端铰接的第一摆杆和第二摆杆；叉形摆杆的底端铰接于机架；第二连杆的另一端与第一摆杆的顶端铰接；第一连杆的一端与第二摆杆的顶端铰接，另一端与第三连杆的一端铰接；第三连杆的另一端自由设置。本发明设计方法：由第三连杆的自由端端点形成单环扣轨迹的数学模型、叉形摆杆与机架铰接点坐标及已知杆长条件反求其余各杆杆长。本发明实现单环扣状轨迹，机构简单，易于控制。CN105519289ACN105519289A权利要求书1/2页1.闭链五杆花卉移栽机构，其特征在于：包括叉形摆杆、第一连杆、第二连杆、叉形曲柄和第三连杆；所述的叉形曲柄包括底端焊接在一起的第一曲柄和第二曲柄；叉形曲柄的底端铰接于机架，并由电机驱动；所述第一曲柄的顶端与第二连杆的一端铰接，第二曲柄的顶端与第三连杆的中部铰接；所述的叉形摆杆包括底端铰接在一起的第一摆杆和第二摆杆；叉形摆杆的底端铰接于机架；所述第二连杆的另一端与第一摆杆的顶端铰接；所述第一连杆的一端与第二摆杆的顶端铰接，另一端与第三连杆的一端铰接；所述第三连杆的另一端自由设置并形成单环扣轨迹；所述的单环扣轨迹为封闭且带有单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；所述取苗段的起始点和结束点均为单环扣的开始点，其结束段为平行于穴盘盘口下侧壁且直线度为1mm/10mm的直线段；所述植苗段的起始点为植苗开始点，其起始段为竖直设置且直线度为1mm/10mm的直线段；所述的入钵段为取苗段的过渡段。2.闭链五杆花卉移栽机构的设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一、构建闭链五杆花卉移栽机构；叉形曲柄的底端铰接于机架，并由电机驱动；叉形曲柄包括底端焊接在一起的第一曲柄和第二曲柄；第一曲柄的顶端与第二连杆的一端铰接，第二曲柄的顶端与第三连杆的中部铰接；叉形摆杆的底端铰接于机架；叉形摆杆包括底端铰接在一起的第一摆杆和第二摆杆；第二连杆的另一端与第一摆杆的顶端铰接；第一连杆的一端与第二摆杆的顶端铰接，另一端与第三连杆的一端铰接；第三连杆的另一端自由设置；步骤二、基于三次非均匀B样条曲线建立第三连杆的自由端端点所形成的单环扣轨迹数学模型；选取n个数据点作为三次非均匀B样条曲线的型值点，可唯一求解到n+2个控制顶点，其中，n≥11；再选取步长为0.005～0.02中的一个值插值生成拟合点坐标，进而拟合出单环扣轨迹；建立第三连杆的自由端端点在坐标系XOY中所形成的位移方程φf(t)，其中，叉形曲柄与机架铰接点为坐标系原点O；φf(t)在X和Y轴方向的位移分别为φfx(t)和φfy(t)，t为沿取苗轨迹运动方向依次编号的拟合点序号，t＝1时，第三连杆的自由端端点处于初始位置；步骤三、通过所建立的单环扣轨迹数学模型反求出第二摆杆的角位移j1，具体为：由步骤二中拟合出的φfx(t)、φfy(t)，并设定L3、xa、ya的值，通过下式求得L1、L2、L4、L5、j1、j2、j3、j4；构造函数如下：2CN105519289A权利要求书2/2页式(1)中，L1为第二摆杆的杆长，L2为第一连杆的杆长，L3为第一连杆与第三连杆的铰接点至第三连杆与第二曲柄铰接点的距离，L4为第二曲柄的杆长，L5为第三连杆与第二曲柄的铰接点至第三连杆自由端端点的距离，xa、ya分别为叉形摆杆与机架铰接点的横坐标和纵坐标，j1为第二摆杆的角位移，j2为第一连杆的角位移，j3为第二曲柄的角位移，j4为第三连杆的角位移；步骤四、通过第二摆杆的角位移j1联立推导出第二连杆的杆长L8，具体为：设定L7、L9的值，通过下式求得L8和j5；式(2)中，L7为第一曲柄的杆长，L8为第二连杆的杆长，L9为第一摆杆的杆长，j5为第二连杆的角位移；步骤五、校验闭链五杆花卉移栽机构是否满足杆长条件：式(3)中，L6为机架的杆长。3CN105519289A说明书1/5页闭链