温室穴盘苗并联高速移栽机设计与试验

发布时间：2018-04-05 21:07

本文选题：温室移栽机　切入点：并联机构　出处：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：穴盘苗移栽是设施农业育苗生产及移栽中的主要作业之一,研究温室穴盘苗高速自动移栽机对降低生产成本、提高生产能力以及促进设施农业生产力发展具有重要的意义。现有产业化应用的温室穴盘苗移栽机大都为三坐标龙门架式结构,其体积庞大、惯性大、相对刚度低、价格高昂、柔性作业能力差。针对这些问题,本文拟设计一种以并联机构为主体的移栽机系统,综合并联机构速度快、精度高、相对刚度大、动态性能好、反解求解简单等一系列优点以满足现有设施农业对自动化温室移栽机高性价比的需求。针对该移栽机系统的设计,本文的主要研究工作如下:首先,对移栽对象涉及的苗钵、育苗容器以及目标容器的情况进行研究,掌握相关参数;构建移栽机的总体布局;并根据移栽对象的各个参数提出移栽机主体并联机构的各项技术参数要求。其次,运用基于方位特征集的拓扑结构设计方法,对满足方位特征集要求的支链进行拓扑综合,并优选出合适的支链组合了5种较优并联机构,计算比较它们的拓扑结构数个关键特征参数,最终优选出满足本移栽机设计需求的的并联机构机型:2-HSOC{-R//R//R-P4R-}?1-HSOC{-R//R(-P4R)//R-}。然后,建立优选出的并联机构数学模型,寻找由动平台到静平台的位姿映射关系并求出并联机构的正、逆解表达式和速度、加速度方程,通过MATLAB得到动平台理论运动曲线;同时在ProE中建立三维模型,并进行运动学仿真得到仿真曲线,对比理论曲线,验证理论推导的正确性。接下来,根据并联机构雅克比方程行列式与机构奇异位形的关系分析了优选并联机构的5种奇异位形;结合连杆传动中对压力角的要求对支链中的相应角度进行限制;通过MATLAB搜索得到并联机构的可达空间,并确定工作空间与可达空间的位置姿态关系;尝试通过工作空间上的特殊点降低并联机构尺寸优化难度,并以整机体积最小为优化目标函数采用遍历搜寻的方法,得出较优的尺寸组合。随后,基于模块化动平台的设计构想,尝试设计了多种末端执行器;在ADAMS中建立并联机构多刚体模型进行动力学仿真,研究各支链驱动力矩峰值情况和动平台质量、质心变化对峰值力矩的影响,从而选定驱动器规格、并预测在该驱动器规格下动平台的最大可承受质量;最后将模型连杆全柔性化,通过刚柔耦合多体动力学仿真探究动平台运动误差情况以及动平台质量对误差的影响,验证设计方案能否符合移栽机设计要求。最后,试制实物验证样机并进行相关试验。建立了样机的开环控制系统;统计动平台逐个定位到穴孔中心位置的误差,并对控制系统进行补偿;通过误差补偿试验发现定位平均误差值由7.611mm降低到1.208mm;选取一条较远对角线移栽轨迹,进行并联机构验证性运动试验,试验结果发现,在加速度峰值为20m/s2(2.04g),速度峰值为2m/s时,整机运行过程变形较小,取投苗阶段精度较高。
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【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S223.9

【参考文献】