两级非圆齿轮五杆驱动机构形成花卉移栽轨迹的设计方法.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CN104657546A(43)申请公布日2015.05.27(21)申请号201510053069.5(22)申请日2015.02.02(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)发明人赵雄代丽陈建能(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人杜军(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)A01C11/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称两级非圆齿轮五杆驱动机构形成花卉移栽轨迹的设计方法(57)摘要本发明公开了一种两级非圆齿轮五杆驱动机构形成花卉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：首先构建两级非圆齿轮五杆驱动机构，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和第二曲柄的角速度的变化规律，设计两级非圆齿轮，并校验两级非圆齿轮五杆驱动机构是否满足双曲柄的存在条件。本发明采用两级非圆齿轮五杆驱动机构来改变第一曲柄和第二曲柄的角速度比值，实现双环扣轨迹，从而实现取苗和植苗动作，不仅可以实现花卉移栽轨迹，也可以实现瓜果、蔬菜等多种作物的全自动移栽。CN104657546ACN104657546A权利要求书1/3页1.两级非圆齿轮五杆驱动机构形成花卉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、构建两级非圆齿轮五杆驱动机构；所述的两级非圆齿轮五杆驱动机构，包括第一曲柄、第一连杆、第二曲柄、第二连杆、主动非圆齿轮、第一中间非圆齿轮、第二中间非圆齿轮和从动非圆齿轮；所述第一曲柄的一端与主动非圆齿轮固定，另一端与第一连杆的一端铰接；第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接；所述第二曲柄的一端与从动非圆齿轮固定，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；所述的主动非圆齿轮与第一中间非圆齿轮啮合，第二中间非圆齿轮与从动非圆齿轮啮合；主动非圆齿轮固定在电机的输出轴上，从动非圆齿轮与机座铰接；电机驱动主动非圆齿轮，使得第一曲柄以角速度ω1转动，并通过两级非圆齿轮传动实现第二曲柄的角速度ω2；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形成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φx(t)和φy(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、通过所建立的双环扣轨迹数学模型反求出第一曲柄和第二曲柄的角速度变化规律，构造函数如下：式中，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，φ4为第二曲柄与水平面的初始夹角，β为第二连杆在t时刻与水平面的夹角；L1为第一曲柄的长度，L2为第一连杆的长度，L4为第二曲柄的长度，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F之间的距离；φ′1和φ′4均为中间变量；可由式(1)求出：步骤四、设计两级非圆齿轮；两级非圆齿轮的总传动比：2CN104657546A权利要求书2/3页式(3)中，i6,7为主动非圆齿轮与第一中间非圆齿轮的传动比，i8,9为第二中间非圆齿轮与从动非圆齿轮的传动比；给定i6,7的变化规律，求解主动非圆齿轮和第一中间非圆齿轮的节曲线方程，其节曲线均为阿基米德螺线；主动非圆齿轮的节曲线方程为：式中：其中，ka和k0均为常数，ka取1～1.2中的一个值、k0取值为1；和均为中间变量；a为主动非圆齿轮与第一中间非圆齿轮的中心距，n1为主动非圆齿轮的节曲线的曲边数，m1为主动非圆齿轮的节曲线的曲边的内分割数，m2为第一中间非圆齿轮的曲边的内分割数，r6为主动非圆齿轮对应转角的向径，第一中间非圆齿轮的节曲线方程为：式中：同理，通过i和i6,7计算i8,9，从而求解第二中间非圆齿轮和从动非圆齿轮的节曲线方程，其节曲线均为阿基米德螺线；步骤五、校验五杆机构是否满足双曲柄的存在条件：3CN104657546A权利要求书3/3页式中，L3为第一曲柄与机座的铰接点至第二曲柄与机座的铰接点之间的距离。2.根据权利要求1所述的两级