关键词:
大葱移栽
非圆齿轮行星轮系
非对称传动比
高阶齿轮副
精确位姿
摘要:
当前大葱自动移栽机采用杆机构实现送苗动作,效率难以提高,致使整机的作业速度低,创新设计一种高效的大葱自动送苗机构是提高整机效率的关键,非圆齿轮行星轮系机构具有结构简单,工作效率高的优点,可为此提供解决方案。为实现大葱自动送苗作业的大位移大转角运动要求,论文提出了非对称高阶传动,设计了一种非对称高阶非圆齿轮行星轮系机构应用于大葱送苗作业,建立了基于精确位姿点和轨迹形状控制点的行星轮系机构参数求解模型,利用MATLAB的GUI模块开发了机构参数优化设计软件,以送苗工作的轨迹要求与齿轮节曲线的凹凸性要求为优化目标从解域中筛选出了最佳参数解,确定了轮系传动比和机构各参数值,根据传动比求解齿轮节曲线,建立机构的三维模型并进行运动仿真,加工样机并进行了试验。论文主要研究内容如下:1)研究了非对称传动比高阶非圆齿轮副的设计方法,分析了该种齿轮副的结构组成与工作原理,并以此为基础提出了一种非对称高阶非圆齿轮行星轮系机构应用于大葱送苗作业。2)结合平面连杆机构刚体导引理论,提出了基于精确位姿和轨迹控制的行星轮系机构设计方法:根据给定的精确位姿条件建立铰链点解曲线并建立机构参数解域,引入轨迹形状控制点后对机构进行运动缺陷判别和解域筛选,计算获得轮系总传动比以设计齿轮节曲线。利用该方法建立了非对称高阶非圆齿轮行星轮系大葱送苗机构的理论设计模型,获得了机构参数解域,结合非对称传动比高阶非圆齿轮副的设计方法设计了大葱送苗机构的轮系节曲线。3)分析了大葱送苗机构的送苗工作轨迹,确定机构的运动学目标,并建立了机构参数解的两项优选原则。基于MATLAB的GUI模块编写了机构参数优化设计软件,实现设计结果的可视化输出,获得了大葱送苗机构的最优机构参数解。4)利用三维设计软件Solidworks完成了非对称高阶非圆齿轮行星轮系大葱送苗机构的三维建模,利用Adams软件对大葱送苗机构进行了虚拟仿真试验,验证了机构结构设计的正确性,加工送苗机构物理样机并搭建试验台,对送苗机构做了高速摄影试验和大葱送苗试验,最后对比并分析试验与理论的结果,测量得到机构经过各关键工作点时取苗臂的姿态角分别为167.41°、157.43°及17.26°,与理论值分别相差2.41°、2.43°及2.26°,在允许的误差范围之内,验证了基于精确位姿及轨迹控制的行星轮系机构设计方法的正确性。