混合驱动型可控花卉盘栽机构优化设计与试验研究

发布时间：2017-12-18 02:22

  本文关键词：混合驱动型可控花卉盘栽机构优化设计与试验研究

  更多相关文章： 花卉盘栽 五杆机构 逆向求解 优化设计 伺服控制

【摘要】：花卉盘栽是劳动密集型工作,美国和澳大利亚开发了全自动花卉移栽生产线,其花卉盘栽机构是由机械部分与电气部分共同构成,两者之间相互独立的机械部分与控制部分,完成盘栽动作需要多套机构协调配合,整套装置造价高,中小花卉生产企业难以承受。旱地穴盘苗移栽由于苗的运输范围大,常由两套机构——取苗机构和植苗机构配合完成钵苗从穴盘取出到栽植入田块功能,用一套机构实现移栽动作对机构设计提出更高的要求。混合驱动机构不仅能够兼并单自由度机构具有高的传动效率和承载能力,也能够兼并多自由度机构柔性高的特点。目前混合驱动机构其试验及应用研究单一,仅仅应用在压力机这类直线输出机构领域。论文利用灵活的混合驱动机构与花卉盘栽机构进行机构组合创新,设计一种通用性农作物移栽平台。论文基于MATLAB遗传算法工具箱优化混合驱动型可控花卉盘栽机构和基于ADAMS参数化建模仿真功能验证花卉盘栽机构的关键部件;设计花卉盘栽机构的控制系统,控制系统涉及对伺服电机原点回归模式类别进行选择和设计同步控制系统与匹配控制系统;生成三维模型以及二维图纸,加工成实物后进行装配调试,对在调试过程中出现控制系统原点回归模式失效的问题以及机构在盘栽过程中移栽臂出现晃动问题进行改进。最后进行花卉盘栽试验验证,并测试取苗与植苗的成功率。论文主要完成了以下内容:1)为了适应花卉的全自动化盘栽工作要求,提出了适合于花卉盘栽轨迹的混合驱动型可控花卉盘栽机构,根据盘栽工作需求规划了“单环扣”型花卉盘栽工作轨迹;2)建立混合驱动型可控花卉盘栽机构的数学模型,基于MATLAB开发了混合驱动型可控花卉盘栽机构反求设计与优化软件,以变速电机角速度波动率最小为优化目标,利用遗传算法工具箱对机构参数进行了优化,优化后的机架位置为(0,-150),(-267.20,61.87),五杆机构的杆长分别为152.8,324.55,336.56,100.4,302.6,341.00 mm;3)进行机构样机设计与机构虚拟仿真验证,对五杆机构、移栽臂机构包含移栽凸轮进行了结构设计,绘制了机构的三维模型以及二维加工图纸,并对花卉盘栽机构进行了装配;4)对混合驱动型可控花卉盘栽机构控制系统进行设计,采用伺服电机的位置模式实现机构所需的精确位置控制,将数学模型导出的高速脉冲的个数、高速脉冲频率以及脉冲方向写入STC15型号单片机,利用绝对值伺服电机原点回归模式功能使机构能回到指定的机构初始位置,在RS485通讯的基础上建立闭环系统控制系统,出现误差时进行实时反馈与补偿,控制系统的设计实现了机构所需同步控制与实时匹配控制要求,达到花卉盘栽机构所需的精确位置要求;5)开展了花卉盘栽机构的钵苗盘栽试验,并对试验过程中发现的机构与控制方面存在的问题进行了改进,花卉盘栽试验证明混合驱动型可控花卉盘栽机构能够实现花卉盘栽轨迹,同时也能很好的确保花卉盘栽过程中直立度和取苗与植苗的成功率。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S223

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本文编号：1302461