基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法技术

本发明专利技术公开了基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法。现有双行星架轮系移栽机构设计方法求解难度大，所求解机构普遍振动大、姿态角不够大。本发明专利技术基于轨迹开展平面开链机构逆向设计，获得各杆长和相应角位移，保证实现理想轨迹；结合轨迹上关键位置的姿态信息将平面开链机构的虚杆拓展为第二杆和第三杆，即以轨迹上的关键位置点为端点，姿态角为倾斜角获得第三杆，第三杆为执行件，长度为已知，第二杆杆长可变，保证不同位置姿态要求；最后将不同杆对应的角位移进行拟合、传动比分配，完成非圆齿轮的设计。本发明专利技术采用变中心距非圆齿轮副实现变杆长需求，中心距变化使得到的移栽机构取苗角、推苗角及轨迹能够更加理想，且求解容易。且求解容易。且求解容易。

【技术实现步骤摘要】
基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法


[0001]本专利技术涉及一种行星轮系移栽机构设计方法，具体涉及一种基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法。

技术介绍

[0002]水稻钵苗机械移栽相比传统毯苗的机插具有不伤根、无缓苗期、可缩短生长期等优点，对促进水稻产量增长及扩大高纬度种植区可适种面积具有重要意义。现有的移栽机构主要以单行星架构型为主，单行星架轮系机构由于构型限制，在描述复杂移栽轨迹时往往难以兼顾取苗和植苗动作(或轨迹形状和作业姿态)。双行星架轮系构型设计移栽机构能够更好的实现理想轨迹姿态要求以及生成的非圆齿轮圆度较好，但是现有设计方法存在需要给定复杂约束条件以及求解复杂的方程等问题，此外，实现机构均采用固定轴，在姿态角实现上还有待提高；现有技术采用非圆齿轮与连杆机构组合传动的双行星架蔬菜钵苗移栽机构或凸轮传动式双行星架移栽机构同样受结构限制普遍存在振动大、作业效率低等不足。综上所述，双行星架轮系移栽机构可以有效实现复杂移栽轨迹姿态要求与较圆传动非圆齿轮，但是现有设计方法求解难度大、现有机构传动受结构限制普遍存在振动大、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、构建基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构；基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构主要由输入轴、太阳轮一、太阳轮二、中间轮一、中间轮二、中间轮三、中间轮四、第一行星架、行星轮一、行星轮二、栽植臂、行星轴、弹簧、行星轮四、轴承座、行星齿轮三和第二行星架组成；所述的第一行星架与输入轴固定；太阳轮一和太阳轮二固定，并空套在输入轴上；中间轮一、中间轮二、中间轮三及中间轮四同轴固定并与第一行星架构成转动副；所述的行星轮一固定在行星轴上；所述的行星轴与第一行星架构成转动副，并与第二行星架固定；所述的行星轮二与行星轮三固定，并空套在行星轴上；所述的行星轮四与轴承座构成转动副；所述的轴承座与第二行星架构成移动副，且轴承座与第二行星架之间设置弹簧；中间轮一和中间轮二均为不完全齿轮，太阳轮一与中间齿轮一啮合时，太阳轮二不与中间轮二啮合，太阳轮一不与中间齿轮一啮合时，太阳轮二与中间轮二啮合；所述的中间轮三与行星轮一啮合，中间轮四与行星轮二啮合，行星轮三与行星轮四啮合；所述栽植臂的壳体与行星轮四固定；栽植臂的凸轮与轴承座固定，且栽植臂的凸轮转动中心线与行星轮四的转动中心线同轴设置；步骤二、将基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构简化为由曲柄AB、杆BC、杆CP和滑块组成的平面开链机构，其中，第一行星架等效为曲柄AB，第二行星架等效为杆BC，栽植臂等效为杆CP，轴承座等效为滑块，曲柄AB一端与机架铰接，另一端与杆BC一端铰接，滑块与杆BC构成滑动副，杆CP与滑块铰接；然后，先将滑块视为与杆BC固定，基于给定期望轨迹开展平面开链机构运动反求，求解x轴正方向到曲柄AB的夹角和x轴正方向到虚杆BP的夹角步骤三、将取苗、推苗位置点精确姿态及若干个辅助位置点姿态要求定义为θ
i
，i＝1,2,..,N，N为取苗、推苗位置点和所有辅助位置点的总个数；然后计算在θ
i
对应位置的杆BC杆长L
2i
、杆BC角位移及杆CP角位移通过三次B样条拟合插值获得角位移和角位移曲线，设辅助位置点位姿为变量，L2变化最小为目标函数，单调为约束条件，利用差分进化算法进行参数优化设计，获得最终的曲柄AB角位移杆BC角位移和杆CP角位移表达式；步骤四、设中间轮三和行星轮一均为圆齿轮，则中间轮三和行星轮一之间的传动比i
34
＝1；然后根据曲柄AB角位移杆BC角位移和杆CP角位移表达式，求解太阳轮一和中间轮一之间的传动比以及太阳轮二和中间轮二之间的传动比，并引入修正系数k对中间轮四和行星轮二之间的传动比i
56
和行星齿轮三和行星轮四之间的传动比i
78
进行分配，求得中间轮四和行星轮二之间的传动比i
56
和行星齿轮三和行星轮四之间的传动比i
78
；接着，对i1传动比曲线进行分割和重新拼接重构，以满足中间轮一和中间轮二节曲线的封闭性要求；采用进退法搜索获得中间轮一与太阳轮一的中心距精确值a1和中间轮一向径的精确值R
12
，继而得到太阳轮一向径的精确值R
11
和中间轮一的角位移采用进退法搜索算出中间轮二向径的精确值R
22
，继而得到太阳轮二向径的精确值R
21
；令第一行星架回转中心与中间轮一回转中心连线和第一行星架回转中心与行星轮一回转中心连线夹角为γ，求解中间轮四和行星轮二的中心距a2，再采用进退法搜索算出行星轮二的向径精确值R
42
，继而得到中间轮四向径的精确值R
41
；采用进退法搜索算出行星轮四向径R
52
，继而得到行星轮三向径R
51
的精确值；
步骤五、求解太阳轮一、太阳轮二、中间轮一、中间轮二、中间轮四、行星轮二、行星轮三、行星轮四、中间轮三和行星轮一的节曲线x轴及y轴坐标表达式。2.根据权利要求1所述基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法，其特征在于：步骤二中求解x轴正方向到曲柄AB的夹角和x轴正方向到虚杆BP的夹角的具体过程如下：按逆时针在给定期望轨迹上取若干数据点P
i
，i＝1,2,....n，n≥6，且首末数据点重合，采用三次B样条曲线插值拟合方法，求得n+2个控制顶点d
i
，i＝1,
…
,n+2，然后利用控制顶点d
i
并根据德布尔递推公式，计算得到期望轨迹曲线上的一系列离散点P(u)；建立全局坐标系Oxy，设定L1为曲柄AB的长度，L为虚杆BP的长度，虚杆BP为曲柄AB与杆BC的铰链点B和杆CP的端点P之间的假想连杆，为x轴正方向到曲柄AB的夹角，为x轴正方向到虚杆BP的夹角；曲柄AB绕铰链点A做周转运动过程中，虚杆BP的端点P从沿期望轨迹定向运动，曲柄AB回转两周，虚杆BP走完整个期望轨迹；根据端点P与铰链点A的最大、最小距离求得：回转两周，虚杆BP走完整个期望轨迹；根据端点P与铰链点A的最大、最小距离求得：其中，x
A
为铰链点A的x轴坐标，y
A
为铰链点A的y轴坐标，x
P
为端点P的x轴坐标，y
P
为端点P的y轴坐标，max表示取最大值，min表示取最小值；端点P在位置时，α＝π，α为∠BAP数值，β为铰链点A和端点P连线与x轴夹角数值；端点P在位置时，α＝0，端点P在位置到位置之间时，位置之间时，端点P在位置到位置之间时，位置之间时，位置之间时，其中，3.根据权利要求1所述基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法，其特征
在于：步骤三中，θ
i
对应位置的杆BC杆长L
2i
、杆BC角位移及杆CP角位移分别由式(5)、(6)和(7)计算(6)和(7)计算(6)和(7)计算其中，铰链点C由式(8)计算其中，L3为杆CP的长度。4.根据权利要求1所述基于变杆长的双行星架非圆齿轮系移栽机构设计方法，其特征在于：步骤四具体如下：设第二行星架相对第一行星架传动比为I1，栽植臂相对第二行星架转角与第一行星架转角传动比为I2，则有，则有式中，当太阳轮一和中间轮一啮合时，i1＝i
11
，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国环，俞高红，孙良，周海丽，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：