基于3R开链杆运动分析的行星轮系花卉盆栽机构设计与试验

摘要

自2017年来，全国花卉消费额以年均10％以上的速度在递增。在盆栽花卉市场急剧扩张的情形下，对自动化盆栽花卉移栽设备的需求也日益增长，自动化花卉移栽技术的关键在于设计一个机构以实现花苗的夹取和栽植。现有的2R开链行星轮系式移栽机构由于受限于非圆齿轮的尺寸和结构，机构的夹苗至栽苗的位移量及机构运动的灵活性都会受到较大限制。论文提出基于3R开链杆运动分析的行星轮系花卉盆栽机构，通过分析行星轮系式开链杆组的运动规律，确定3R开链行星轮系式机构的形式。开发了3R开链行星轮系机构优化设计软件，结合花卉盆栽作业的运动要求，获得3R轮系式花卉盆栽机构的最优参数解，完成机构的三维设计及仿真并开展了试验研究。相较于2R开链行星轮系式移栽机构，3R轮系式花卉盆栽机构能实现更大的位移量和更合理的取和栽时的秧苗角度。　　论文的主要研究内容如下:　　1)分析2R开链行星轮系机构的运动特性，提出了基于3R开链杆运动分析的3R开链行星轮系机构，并对3R开链行星轮系机构形式进行了区分，确定论文所研究的轮系式花卉盆栽机构的基本形式。　　2)结合刚体引导理论，提出了先获得2R开链杆组的连杆末端轨迹，根据2R开链杆组轨迹与实际轨迹的在关键点位置上的偏差角度，确定3R开链行星轮系机构的其他相关设计参数，获得3R开链行星轮系机构数学模型。　　3)分析了花卉盆栽机构的作业要求，确定机构的静轨迹和动轨迹的设计要求。基于MATLAB编写了3R开链行星轮系机构优化设计软件，实现了设计结果的快速筛选及可视化输出，获得了3R轮系式花卉盆栽机构的最优参数解。　　4)利用Solidworks软件完成了3R轮系式花卉盆栽机构的三维建模，利用Adams软件对该机构进行仿真，验证了机构的设计方法的正确性。组装加工后的零件并完成实验，3R轮系式花卉盆栽机构的盆栽成功率达到69.14％。被栽入花盆的钵苗直立性良好。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1论文研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1国内外移栽机构

1．2．2国内外移栽机构现状总结

1．3 3R开链行星轮系机构的结构设计及设计方法分析

1．4论文的主要研究内容和技术路线

1．4．1论文的主要研究内容

1．4．2论文的技术路线

1．5本章小结

第二章行星轮系式移栽机构的运动分析

2．1 2R开链行星轮系机构特性

2．1．1一阶非圆齿轮行星轮系机构与二阶非圆齿轮行星轮系机构对比

2．1．2含非对称传动比二阶非圆齿轮的2R开链行星轮系机构的轨迹特点

2．2 3R开链行星轮系机构与2R开链行星轮系机构的关系及其形式

2．2．1 3R开链行星轮系机构与2R开链行星轮系机构的关系

2．2．2 3R开链行星轮系机构的形式

2．3本章小结

第三章3R开链行星轮系机构的数学模型的建立

3．1三位姿及曲柄长度条件下的2R开链行星轮系机构模型的求解

3．1．1获得杆组解域及行星架和连杆的相对转角关系

3．1．2非对称传动比二阶非圆齿轮的节曲线求解

3．2控制移栽臂相对连杆摆动的凸轮的数学模型的建立

3．3 3R开链行星轮系机构的数学模型的建立

3．4取苗针回缩条件下的轨迹模型建立

3．4．1控制取苗针位移的控制拉线的凸轮模型的建立

3．4．2取苗针回缩条件下的3R移栽机构的静轨迹及动轨迹

3．5本章小结

第四章基于3R开链行星轮系机构的花卉盆栽机构的参数优化设计

4．1花卉盆栽机构运动轨迹设计要求

4．1．1花卉盆栽机构静轨迹设计要求

4．1．2花卉盆栽机构动轨迹设计要求

4．2机构参数优化设计软件概述

4．2．1机构参数优化设计软件功能介绍

4．2．2机构参数优化设计软件介绍及使用说明

4．3 3R轮系式花卉盆栽机构的参数设计结果

4．4本章小结

第五章3R轮系式花卉盆栽机构的结构设计、虚拟仿真及盆栽实验

5．1花卉盆栽机构结构设计方案

5．1．1整体结构设计

5．1．2第一机架内的相关零件三维建模

5．1．3第二机架内的相关零件三维建模

5．1．4移栽臂的相关零件三维建模

5．1．5其他零件的三维建模及虚拟样机的装配

5．2机构的虚拟样机仿真试验

5．2．1导入文件并定义各零部件材料及密度

5．2．2添加约束和驱动并获得仿真结果

5．3花卉盆栽机构的盆栽实验

5．3．1花卉盆栽机构的空转实验

5．3．2花卉盆栽机构的盆栽实验

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢