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工厂化育苗技术在温室栽培中的应用越来越广泛,钵苗移栽是工厂化育苗的重要环节。针对人工移栽效率低、成本高、难以适应大面积生产的难题,开发了一种基于二自由度并联机构的穴盘钵苗移栽机。本文对移栽机构进行了运动学和动力学研究,提高了移栽机的工作效率和移栽精度,同时对电机的选取提供依据,并对物理样机进行了试验研究,主要工作如下:
1)对钵苗移栽特性进行了实验研究。测量了钵苗的高度和重量,通过实验研究确定苗龄为2周、钵体含水率为60%的钵苗最适合移栽,并且利用平动二自由度移栽实验平台测出钵苗可承受的最大加速度为45m/s2。为移栽路径和运动规律设计提供依据。
2)对取苗爪的移栽路径和运动规律进行了规划设计。针对三段式直角过渡路径效率低、易产生振动的缺点,将移栽路径优化为圆弧过渡。并根据移栽平稳性的要求,优选正弦、5次多项式、7次多项式三种运动规律进行分析比较。结果表明:在相同的移栽路径和最大加速度条件下,5次多项式运动规律相对于正弦和7次多项式运动规律最大速度最小、效率分别提高了4.1%和11.9%,所以确定其为移栽运动规律。
3)针对动平台、取苗爪带来的惯性力大,容易引起杆件弹性变形影响抓取精度,对移栽机构进行了刚柔耦合的弹性动力学仿真分析。运用ANSYS软件将细长杆从动臂和副主动臂柔性化,在ADAMS中建立移栽机构的刚柔结合的仿真模型。仿真分析了在取苗最大加速度60m/s2和送苗最大加速度45m/s2下,动平台及取苗爪质量对移栽轨迹的影响。根据仿真结果,对动平台及取苗爪结构、材料进行了优化设计,确定其质量和为1064g,由弹性变形带来的取苗轨迹误差小于0.34mm,送苗轨迹误差小于0.22mm,满足移栽要求。
4)对移栽机构进行了刚体逆动力学分析。建立了移栽机构的运动学模型,在此基础上应用虚功原理,建立了反映取苗爪运动状态和主动关节输入转矩关系的刚体逆动力学模型。并运用ADAMS软件对主动关节的转速和转矩进行了仿真分析,为伺服电机的选取提供了参数依据。
5)研制了物理样机,对移栽轨迹进行了试验研究,验证了圆弧过渡轨迹设计和刚柔结合仿真分析的正确性。进行了钵苗的移栽实验,移栽成功率高于91.4%,符合生产的要求。