（定稿）旋转式水稻钵苗移栽机构的设计（全套下载）

要求解加速度，可以通过在速度的基础上对时间求导数。

通过式，对时间求导得行星椭圆齿轮相对行星架的角加速度通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到中间椭圆齿轮旋转中心的加速度方程通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到行星椭圆齿轮旋转中心的加速度方程通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到取苗针尖点的加速度方程.本章小结对椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的工作原理进行了介绍，对机构中涉及的运动学分析参数进行了说明分析了椭圆与不完全非圆齿轮椭圆齿轮与椭圆齿轮的传动特性，并分析了相关参数对传动比的影响建立了机构的位移速度，加速度模型，为软件的开发奠定了基础。

第三章旋转式水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件的运用根据第二章建立的椭圆不完全非圆齿轮运动学模型，可知该移栽机构的非匀速间歇传动的运动学优化是个复杂多目标优化问题，且各个优化目标之间具有非线性强耦合性和模糊性等特点。

普通的多目标优化方法不能很好的解决该移栽机构的运动学优化问题，即无法找出移栽机构各结构参数的合理组合，达到机构的工作要求。

本文应用.编程平台，把已经建立的运动学方程编成程序代码，开发了椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件，利用.的可视化功能使移栽机构的运动直观实时的显示，通过改变机构的结构参数，移栽轨迹能够得到相应的调整，为移栽机构的参数优化奠定了基础。

.优化软件的运用思路椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的多目标参数优化具有非线性交互性模糊性等特点，如果要对比较复杂的问题进行优化，通常可选择运用惩罚函数的方法进行求解分析。

在惩罚函数的方程式中惩罚因子的确定是关键，由于在水稻钵苗移栽机构应用中，惩罚因子不能确定，如果取值过大会使函数过早收敛于非极值点，但取值过小则函数收敛性较差。

当然还有其他的些解决复杂优化问题的方法，例如遗传算法模拟退火神经网络算法等，但这些方法都具有定程度的局限性，特别是各个目标的加权值很难确定。

因此，需要寻找种符合水稻移栽机构这种复杂问题的优化方法。

人机交互优化方法有效的结合了人的定性判断与计算机定量分析的功能，把人对事物的认识辨别能力与计算机精确的计算能力结合在起，两者相辅相成，解决复杂问题的参数优化。

为了使人与计算机之间能够进行比较好的数据传递与沟通，需要选择个可视化的软件平台，其中与编程软件都具有强大的可视化功能，是人机交互优化的最佳平台。

，将机构涉及到的相关变量和常量列于表本文椭圆不完全非圆齿轮运动学分析的相关规则说明坐标方向的设定采用右手坐标系。

在三角函数计算过程中，根据右手坐标系建立各三角函数之间关系以及判断各运动参数的矢量方向。

角位移的设定角位移规定以轴为起始边，逆时针方向为正，顺时针为负。

.椭圆齿轮不完全非圆齿轮传动特性分析椭圆齿轮不完全非圆齿轮节曲线模型建立椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合实现的非匀速间歇传动是移栽机构轨迹形成的关键组成部分。

图.为椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合关系图，其中椭圆齿轮与凹锁住弧固接在起，不完全非圆齿轮与凸锁住弧固接，假定不完全非圆齿轮固定不动，椭圆齿轮围绕不完全非圆齿轮顺时针旋转实现啮合传动，为椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合点。

不完全非圆齿轮的节圆半径为，椭圆齿轮的节圆半径为，凸锁住弧的半径为圆心角为.不完全非圆齿轮有齿部分的节圆曲线对应的圆心角为.从图.的初始位置开始，椭圆齿轮开始运动，当椭圆齿轮围绕不完全非圆齿轮顺时针转过的的角度小于等于时图.为等于时的状态，椭圆齿轮相对行星架转过的角度.当行星架顺时针转过的角度大于时如图.，椭圆齿轮相对行星架开始转动。

设椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合点到椭圆齿轮旋转中心的距离为，可得出如下公式式中的变化范围为从到.由椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合关系可知，当行星架转过时，椭圆齿轮相对行星架转过，即可得出如下关系式式中不完全非圆齿轮与椭圆齿轮的中心距变化范围为从到把式代入式中，可得由椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合关系可知，椭圆齿轮的节圆曲线弧长与不完全非圆齿轮有齿部分的节圆曲线弧长相等，椭圆齿轮相对行星架顺时针转过角度时，不完全非圆齿轮相对行星架逆时针转过，即利用数值积分分可求出，求解的程序框图如图.所示，.，图.求解的程序框图把式代入式中式中，利用反三角函数可求得把式代入式中，可求得关于的表达式式中从变化到.如图.的椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的初始位置，利用几何关系方程，可求出凹锁住弧所对的圆心角为式中凸锁止弧的半径凹锁止弧的最长边的长度为传动比分析如图.所示，不完全非圆齿轮有齿部分为非圆节曲线，椭圆齿轮为与不完全非圆齿轮共轭的椭圆节曲线。

不完全非圆齿轮固定，行星架的角位移，瞬时角速度为椭圆齿轮为从动轮，相对行星架的转角为，瞬时角速度为。

初始位置时。

为主动轮不完全非圆齿轮与从动轮椭圆齿轮的啮合点。

设两齿轮传动的传动比为，由传动规律可知由初始位置开始，不完全非圆齿轮与椭圆齿轮的传动比可表示为当及时，传动比达到最小值当时，传动比达到最大值由的表达式可知，是关于以为周期的周期函数。

影响的参数为，和，下面分别改变其中个参数，分析其对的影响。

分析对的影响取的变化范围为从到，如图.所示。

水稻钵苗有序移栽的工作机理与机构创新进行了详细研究，本研究采用的移栽秧苗为塑料钵盘苗，如图.所示，钵盘育苗采用呈阵列式穴口的钵盘，各穴口相互独立，钵盘为穴横向穴，纵向穴。

利用钵盘育秧进行移栽能够保留秧苗的营养土质，且秧苗间相互独立易机械移栽，并用育秧的塑料钵盘可重复使用。

本取秧方式采用两片取秧爪夹住水稻钵苗的茎杆根部，夹紧茎杆，将钵苗从钵穴中拨出，完成取秧动作，取秧后夹持秧至推秧位置，推秧爪张开，释放钵苗并推苗入田，完成移栽动作。

为了实现该水稻钵苗的有序移栽方式，同时考虑机构工作效率和平稳性。

本论文提出了种旋转式有序移栽机构，在旋转箱体上呈布置三个移栽臂，提高了工作平稳性，旋转周移栽三次，移栽效率高，移栽效率将不低于株分钟行，其移栽效率远远高于现正在应用的有序移栽机构，本论文研究的旋转式有序移栽机构是种高速水稻钵苗移栽机构。

实现方案水稻钵苗移栽机构的设计要求通过了解水稻钵苗移栽的农艺要求，提出如图.的移栽轨迹，该机构的取秧方式为弹簧片夹取式取秧，为了避免取秧时弹簧片与秧苗的干涉，移栽轨迹在取秧部分为“环扣状”。

即由两个弹簧片运行到土钵表面时，弹簧片从钵苗的下方运行到钵苗茎部开始取秧，夹紧秧苗的茎杆根部，在图中的位置从穴盘中取出带土钵苗，再沿夹持钵苗至图中的位置，在推秧杆的作用下，弹簧片松开，释放并推出钵苗，植入水田中，然后弹簧片经图中位置，为重新下次取秧做准备，完成次移栽周期。

机构的实现方案移栽机构简图根据移栽轨迹要求，设计出种旋转式椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构，在个旋转箱体上对称布置了三套移栽臂，旋转周移栽两次。

如图.所示为旋转式椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构传动简图图示为机构的初始安装位置，该机构由驱动部分和移栽臂两部分组成，驱动部分是个非匀速间歇传动行星轮系机构，由个椭圆齿轮个不完全非圆齿轮个凹锁止弧个凸锁止弧组成，行星架顺时针转动作为输入运动构件，行星轮为输出运动构件移栽臂与行星轴固接，通过凸轮带动拨叉摆动实现推秧杆往复移动，再带动两弹簧片闭合张开实现取秧推秧，移栽臂的设计方案如图.所示，其中拨叉与凸轮的作用是弹簧片实现移栽过程的关键。

.本文的工作安排根据水稻移栽的农艺特点与轨迹要求，提出了种新型水稻钵苗移栽机构，使水稻移栽达到高效率低振动的工作要求。

本文采用的是椭圆齿轮不完全非圆齿轮行星轮系作为传动部件，设计出种新的水稻钵苗移栽机构椭圆齿轮不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。

对该水稻移栽机构的运动学特性进行分析，包括椭圆齿轮不完全非圆齿轮的传动特性分析椭圆椭圆齿轮的传动特性分析中间椭圆齿轮与行星椭圆齿轮的相对角位移角速度分析移栽臂秧针尖点的相对位移速度和加速度分析。

根据己建立的移栽机构运动学模型，开发水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件，进行软件各模块的功能介绍。

利用优化软件进行移栽机构的结构参数优化，分析该结构参数对工作轨迹的影响，找到组能满足移栽轨迹要求的较优结构参数。

以优化后的结构参数作为初始参数，对移栽机构进行整体设计。

利用.导出齿轮的点，在中绘出二维图，导入到.中进行建模生成三维图，再进但摆栽机的结构复杂成本高对整地和育秧的质量要求较高，同时半硬塑胶穴盘成本也高，从国内引进试验来看，并不适合我国国情。

.秧盘移动.秧盘静，启动顶杆.顶杆推出钵秧机构顶秧过程图.日本的水稻钵苗摆栽机如图.所示为日本洋马农机株式会社的竹山智洋发明的另种钵苗移栽机专利号为.，该移栽机由驱动装置和两个移栽爪组成。

该移栽机构的驱动装置由两套行星轮系机构串联组成，其中回转箱相当于行星架，第回转箱内包含个齿轮其中有个是扇形齿轮和套摆动凸轮机构，第二回转箱有个齿轮。

第二回转箱与第回转箱中的行星轮固接，由第二回转箱内的行星轴输出运动，通过驱动移栽爪来实现取苗和移栽苗动作。

该水稻钵苗移栽机构的结构很复杂，设计制造成本比较高，而且可靠性不高，所以该水稻钵苗移栽机构未能得到实际应用。

图.钵苗移栽机构国内发展概况我国在年代后期，水稻钵体育秧技术有了较大的发展，中国农业大学吉林大学江苏大学八农垦大学等院校都开始进行钵体育秧技术与移栽技术研究。

我国目前的有序钵苗移栽机构有较多种方式，现介绍几种如下对辊式拔秧机构中国农业大学工学院研制了种型为的水稻钵苗行栽机，该行栽机采用对辊式拔秧机构，实现水稻穴盘育苗的自动拔秧，机构如图.所示。

该机构的输秧拔秧装置要由输秧辊压秧板上拔秧辊和下拔秧辊等组成。

其工作原理是.机架.托盘.拨杆.输秧辊.秧苗.压盘板.支座.上拔秧辊.下拔秧辊图.对辊式拔秧机构钵苗通过人工放在托板上，然后喂入到输秧辊上，按定传动比拔秧辊带动输秧辊转动，当上下拔秧辊的夹秧板对接时，通过夹秧板外缘弹性材料的变形产生夹紧力，夹持上下拔秧辊中间的钵苗并带动其起运动，最后使得钵苗与钵盘脱离上下拔秧辊转过定角度后，夹秧扳松开钵苗落入导苗管，完成拔秧工作。

试验结果表明，培育秧苗时钵盘的湿度对拔秧力影响较大，而且钵苗在拔秧辊释放钵苗后沿导苗管滑落入水田中，很难控制移栽秧苗的直立度，秧苗容易倒伏，会影响缓苗作业，并且效率低。

机械手式抛秧机构如图.所示为八农垦大学设计的机械手式抛秧机构。

其工作原理秧钳的固定套与滚筒为刚性联接，固定套随筒回转，滚筒内的凸轮固定不动，其最大突变点离秧盘最近且对应于取秧位置当挡铁撞击开闭凸轮，秧钳闭合夹秧，伸缩杆在弹簧的作用下快速缩到凸轮的凹处，将秧苗从秧盘中拔出秧钳随滚筒回转过程中，伸缩杆的端斜面与凸轮的外轮廓接触并受其作用向外逐渐伸长当滚筒转过时，开闭凸轮的撞杆受到挡铁的撞击，使其转过后将秧钳撑开，在秧钳回转惯性力及重力作用下，秧苗抛向地面，抛出秧苗后秧钳直保持张开状态，直到取苗位置时又开始重复上面所述的动作。

该机械手抓取秧苗的准确度和伤秧是该机构要解决的关键问题。

该机构在栽植苗时，由秧钳通过回转惯性力和重力作用将秧苗抛向地面，是种