平动二自由度钵苗移栽机器人机构设计及运动学仿真

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为促进钵苗生长,穴盘钵苗移栽是工厂化育苗栽培必不可少的重要环节,本文针对人工移栽生产效率低、难以实现大面积作业的问题,开发了一种平动二自由度钵苗移栽机器人,其由两组主动支链、两组平行四边形从动支链、静平台和移栽动平台组成,本文进行了平动二自由度钵苗移栽机器人的机构设计及试验研究等,论文主要取得了以下研究成果:   1)为保证机构具有良好的传动性能,引入了移栽机构传动角、钵苗移栽机器人机构空间与尺度之比、安装尺寸等约束条件,并利用提出的全域综合性能指标,将钵苗移栽机器人的尺度综合问题归结为一类有约束的非线性规划问题。在满足将钵苗从供苗盘移栽到植苗盘的条件下,求解出主动臂、从动臂等相关机构尺寸参数。   2)规划了动平台的移栽轨迹,将取苗爪取苗、移苗、植苗的每段运动规律设计为停止→加速→减速→停止。求解出满足此运动规律的摆线、5次及7次多项式的解析式,并比较分析了其位移、速度、加速度、跃度的变化曲线,在位移相同、机构允许的震动强度下,选择运动时间较短的5次多项式运动规律作为控制函数。   3)建立钵苗移栽机器人的三维模型,对移栽动平台进行了多刚体运动学仿真,并得出两主动臂的角速度、角加速度等相关参数曲线,为电机参数的确定、机构的虚拟样机仿真、控制系统的研究提供了重要的理论依据。   4)测量了钵苗的高度、钵苗的重量、最佳钵体含水率等钵苗物理特性,应用自制的一套简易测量钵苗允许承受最大加速度的试验台,试验分析得出钵土含水率为20%,苗龄为两周的黄瓜苗,允许承受的最大加速度为30m/s2。基于以上所得数据,试验移栽24棵钵苗样本,植苗运动时间与理论时间误差均小于10%,精准度良好,钵土破碎率为4.2%,均符合课题设计要求。
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