[发明专利]闭链五杆花卉移栽机构的设计方法

权利要求书

1.闭链五杆花卉移栽机构的设计方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

步骤一、构建闭链五杆花卉移栽机构；

叉形曲柄的底端铰接于机架，并由电机驱动；叉形曲柄包括底端焊接在一起的第一曲柄和第二曲柄；第一曲柄的顶端与第二连杆的一端铰接，第二曲柄的顶端与第三连杆的中部铰接；叉形摆杆的底端铰接于机架；叉形摆杆包括底端铰接在一起的第一摆杆和第二摆杆；第二连杆的另一端与第一摆杆的顶端铰接；第一连杆的一端与第二摆杆的顶端铰接，另一端与第三连杆的一端铰接；第三连杆的另一端自由设置；

步骤二、基于三次非均匀B样条曲线建立第三连杆的自由端端点所形成的单环扣轨迹数学模型；

选取n个数据点作为三次非均匀B样条曲线的型值点，可唯一求解到n+2个控制顶点，其中，n≥11；再选取步长为0.005～0.02中的一个值插值生成拟合点坐标，进而拟合出单环扣轨迹；建立第三连杆的自由端端点在坐标系XOY中所形成的位移方程φ_f(t)，其中，叉形曲柄与机架铰接点为坐标系原点O；φ_f(t)在X和Y轴方向的位移分别为φ_fx(t)和φ_fy(t)，t为沿取苗轨迹运动方向依次编号的拟合点序号，t＝1时，第三连杆的自由端端点处于初始位置；

步骤三、通过所建立的单环扣轨迹数学模型反求出第二摆杆的角位移j₁，具体为：由步骤二中拟合出的φ_fx(t)、φ_fy(t)，并设定L₃、x_a、y_a的值，通过下式求得L₁、L₂、L₄、L₅、j₁、j₂、j₃、j₄；构造函数如下：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_4+L_5=\max \left(\sqrt{{{\mathrm{\φ}}^2}_{fx}\left(t\right)+{{\mathrm{\φ}}^2}_{fy}\left(t\right)}\right)\\ L_5-L_4=\min \left(\sqrt{{{\mathrm{\φ}}^2}_{fx}\left(t\right)+{{\mathrm{\φ}}^2}_{fy}\left(t\right)}\right)\\ L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_5\·{\mathrm{cosj}}_4={\mathrm{\φ}}_{fx}\left(t\right)\\ L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_5\·{\mathrm{sinj}}_4={\mathrm{\φ}}_{fy}\left(t\right)\\ L_1+L_2=\max \left(\sqrt{{(L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4-x_a)}^2+{(L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4-y_a)}^2}\right)\\ L_2-L_1=\min \left(\sqrt{{(L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4-x_a)}^2+{(L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4-y_a)}^2}\right)\\ x_a+L_1\·{\mathrm{cosj}}_1+L_2\·{\mathrm{cosj}}_2=L_4\·{\mathrm{cosj}}_3+L_3\·{\mathrm{cosj}}_4\\ y_a+L_1\·{\mathrm{sinj}}_1+L_2\·{\mathrm{sinj}}_2=L_4\·{\mathrm{sinj}}_3+L_3\·{\mathrm{sinj}}_4\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中，L₁为第二摆杆的杆长，L₂为第一连杆的杆长，L₃为第一连杆与第三连杆的铰接点至第三连杆与第二曲柄铰接点的距离，L₄为第二曲柄的杆长，L₅为第三连杆与第二曲柄的铰接点至第三连杆自由端端点的距离，x_a、y_a分别为叉形摆杆与机架铰接点的横坐标和纵坐标，j₁为第二摆杆的角位移，j₂为第一连杆的角位移，j₃为第二曲柄的角位移，j₄为第三连杆的角位移；

步骤四、通过第二摆杆的角位移j₁联立推导出第二连杆的杆长L₈，具体为：设定L₇、L₉的值，通过下式求得L₈和j₅；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_a+L_7\·{\mathrm{cosj}}_1+L_8\·{\mathrm{cosj}}_5+L_9\·{\mathrm{cosj}}_4=0\\ y_a+L_7\·{\mathrm{sinj}}_1+L_8\·{\mathrm{sinj}}_5+L_9\·{\mathrm{sinj}}_4=0\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，L₇为第一曲柄的杆长，L₈为第二连杆的杆长，L₉为第一摆杆的杆长，j₅为第二连杆的角位移；

步骤五、校验闭链五杆花卉移栽机构是否满足杆长条件：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_1+L_4+L_6\≤L_2+L_3\\ L_1+L_2+L_4\≤L_3+L_6\\ L_1+L_3+L_4\≤L_2+L_6\\ \min (L_6,L_7,L_8,L_9)=L_9\\ max(L_6,L_7,L_8,L_9)=L_6\\ L_6+L_9\≤L_7+L_8\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，L₆为机架的杆长。