试析基于空间机构的水稻钵苗精准栽植机构的研究

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1、中国农业大学博士学位论文基于空间机构的水稻钵苗精准栽植机构的研究姓名：肖丽萍申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：宋建农20070601摘要水稻钵苗移栽技术是我国水稻生产上的一项新的增产栽培技术，目前主要采用抛秧和钵苗行栽作业，未能实现精准移栽。随着机构学理论、技术与应用的发展，空间连杆机构具有结构简单、控制容易、运动连续以及可实现空问复杂运动轨迹等特点，而成为各类运动机构研究领域的新热点。本课题结合国家。十五”科技攻关项目。水稻高速种植机械研究”子课题。水稻钵苗有序栽植机械研究”，探讨空问连杆机构在农业机械研究上的应用，利用封闭链空间连杆机构，解决具有

2、复杂轨迹要求的水稻钵苗精准栽植问题，研究开发一种机械手式水稻钵苗精准移栽机构，以实现水稻钵苗的精准移栽作业．研究成果对提高水稻种植机械化水平，促进水稻生产的发展，具有重要的现实意义和理论研究价值．课题从空问连杆机构的基础理论分析入手，通过对水稻钵苗物理力学特性试验结果分析．根据实际农业中钵苗移栽技术要求，提出了实现水稻钵苗精准移栽的、基于空间机构的水稻钵苗精准栽植机构的技术方案；利用本课题建立了空间连杆机构的统一分析模型，并对其进行了理论分析；完成了该水稻钵苗精准栽植机械手机构的设计、参数优化，试制和试验工作；针对水稻穴盘育苗的特性和拔秧要求，设计了拨杆式秧苗夹钳

3、装置；在关键部件理论分析和试验研究的基础上，完成了空问机械手式水稻钵苗行栽机的总体设计工作，并虚拟样机仿真．主要研究结论如下：l通过对水稻钵茁物理力学特性试验结果、国内外水稻钵苗的栽植技术和实际农业钵苗移栽技术要求的分析，确定了本课题的研究方案：结合空间机构的优点，采用最优的水稻钵苗机械手移栽技术，将空间连杆机构应用到水稻移栽技术上，设计一种单自由度水稻钵苗精准栽植机械手机构，使移栽秧苗的运动轨迹与农业技术要求的秧苗运动轨迹相似或逼近，保证水稻空间大范围内的精准、定点定量的移栽。2通过矢量旋转法对空间连杆机构建立统一的数学分析模型，以及MATLAB语言对空间连轩机

4、构进行理论分析，为基于空间机构的栽植机构参数优化、轨迹规划、运动特性和受力分析提供前提条件．3通过对栽植机械手机构的结构设计、理论分析表明：基于可控空间变杆长剧醌飒连杆机构的机械手栽植机构的尺寸参数选取合理，机构构型可行，实现了空间大范围内秧苗的定点定量移栽，且运动连续可靠，结构紧凑．4栽植机构的试验结果表明：秧苗的运动轨迹与农业技术要求的特定轨迹逼近，并严格具有拔秧工作段和插秧工作点；测量的秧苗运动轨迹坐标数据比理论分析的运动轨迹数据偏小，存在少许误差，分析其产生的因素有测量误差、制造误差和外力影响等。5通过对各种常见的机械手末端执行器的特点分析，完成了拨杆式单

5、支点回转型夹钳装置的设计，由固定板，夹板、拨杆、翻转杆和垫圈等组成。该机构结构简单，体积小，质量轻，夹持安全可靠，适合夹持不同尺寸和形状工作的需要，实现了秧苗精确定量的夹取．6在各部件理论分析的基础上，完成机械手式水稻钵苗行栽机虚拟样机的设计。其性能检测结果显示：整机设计合理，结构新颖，具有结构简单，重量轻，操作使用方便，工作可靠等优点，且各项性能指标均达到或超过了设计指标，满足农艺要求．作业成本低，具有显著的社会经济效益，可大幅度减轻水稻移栽作业劳动强度，提高作业质量和生产效率．关键词：水稻，机械手，空间变杆长机构，运动分析，拨杆式夹钳AbstractThete

6、elmologyofmmsplantingriceseedlingst℃fonnedttacriceplantingteelmology．Nowadaysthethrowingseedling舭dplantinginrows∽usedlargely,but∞notplnntingseedlingpreei∞ly．Withthedevclolmaentof印削meelannismtheory,teelmologyandspplieation,spatiallinkagl{mechaaismha8receivedm．elaattentionfortheadvantag

7、esofthesimplemeehanim．controllingeasily,workingcontinuallyandgettingspatialintricatetracks．Basedonfiletask"theresearelaofricepottⅨl-seedlingplantingmechanism',thetaskstudiedtlaeairolyi-gofthespatialmechanisminagrie．1turaln址ch锄五嗣也andusedl量】曙closespatialmechanism,solvedtheproblemthatIrn

8、mplan