非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构齿轮副的反求设计方法

摘要

本发明公开了非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构齿轮副的反求设计方法。现有水稻钵苗移栽机构只采用一个特殊方程表达式作为其中一个齿轮节曲线求解行星系齿轮副，数值优化可调空间小，得到的移栽机构取苗角和推秧角角度差不超过48°，秧苗直立度差，同时移栽臂回程容易把秧苗回带。本发明根据两个中间非圆齿轮的节曲线方程，正向求解行星系齿轮副，获得一组“非劣解”，得到的移栽机构在满足农艺要求条件下取苗角和推秧角的角度差达52°，保证秧苗直立度；且通过对正向设计的静轨迹进行局部微调，得到理想静轨迹后进行“反求设计”，获得一组参数，保证秧苗不回带。本发明使移栽机构能更好地满足轨迹和姿态要求，即直立度好且不回带秧苗。

主权项

非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构齿轮副的反求设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一、建立非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构的运动学模型，包括第一中间非圆齿轮旋转中心、行星非圆齿轮旋转中心和移栽臂秧针尖点的位移、速度方程；其中，移栽臂秧针尖点的位移曲线即为静轨迹曲线；步骤二、正向求解非圆齿轮行星系齿轮副：建立第一中间非圆齿轮和第二中间非圆齿轮的节曲线方程，求得太阳轮和行星非圆齿轮的节曲线方程；其中，第一中间非圆齿轮与第二中间非圆齿轮固定；基于可视化VB或Matlab开发优化界面平台，将静轨迹曲线可视化后作为优化目标，通过调节数值离散化处理后的设计变量对静轨迹曲线进行优化；设计变量包括构建太阳轮、第一中间非圆齿轮、第二中间非圆齿轮和行星非圆齿轮节曲线方程的各个参数，行星架的安装角参数，移栽臂的安装角参数及株距；步骤三、移栽臂秧针尖点的理想静轨迹曲线拟合；太阳轮为不完全非圆齿轮，其无齿部分处固定安装有凸锁止弧；第一中间非圆齿轮同轴固定有凹锁止弧，凸锁止弧与凹锁止弧摩擦传动；凸锁止弧与凹锁止弧工作时，移栽臂处于静轨迹的持苗段，持苗段轨迹呈以太阳轮回转中心为圆心的圆弧；持苗段轨迹不做反求计算，对静轨迹的非持苗段均做反求计算；将移栽臂秧针尖点的静轨迹回程段往外侧调整，然后在静轨迹的非持苗段按同一方向依次选取20个点q_i(i＝0,1,…,19)作为三次非均匀B样条曲线的型值点，可唯一求解到22个控制顶点，进而拟合出移栽臂秧针尖点的理想静轨迹曲线，再在理想静轨迹曲线上每相邻两个拟合点之间插值生成19～22个插值点；其中，q₀确定静轨迹的最高点，q₀到q₇为确定取苗环扣大小的静轨迹点，q₁₉确定静轨迹的最低点，q₁₈确定移栽臂推秧完成后回程角度的静轨迹点，q₁₇到q₁₁是影响移栽臂静轨迹回程段的关键点；q₁₀到q₈到是拟合静轨迹曲线的辅助点；步骤四、传动比的计算、分配及中心距的确定；将移栽机构模型转化为两个自由度的三杆机构模型，三杆机构包括曲柄和摆杆；曲柄的角位移为φ₅，摆杆的角位移为φ₇，移栽臂秧针尖点按照理想静轨迹曲线的非持苗段运动，移栽机构的总传动比为i＝dφ₅/dφ₇，取第二级传动比则第一级传动比i₁＝i/i₂；根据移栽机构的结构，给定第二中间非圆齿轮与行星非圆齿轮的中心距初值，再根据节曲线封闭条件和啮合条件，采用进退法搜索获得第二中间非圆齿轮与行星非圆齿轮的中心距和行星非圆齿轮的向径精确值，从而确定第二级传动比和第一级传动比的精确值；给定第一中间非圆齿轮与太阳轮的中心距初值，再根据节曲线封闭条件和啮合条件，采用进退法搜索获得第一中间非圆齿轮与太阳轮的中心距和第一中间非圆齿轮的向径精确值；步骤五、齿轮节曲线的坐标确定；根据第一级传动比及第一中间非圆齿轮与太阳轮的中心距计算求得太阳轮有齿部分的节曲线坐标和第一中间非圆齿轮的节曲线坐标；根据第二级传动比及第二中间非圆齿轮与行星非圆齿轮的中心距计算求得行星非圆齿轮和第二中间非圆齿轮的节曲线坐标。