[发明专利]二次不等幅非圆齿轮传动行星轮系取苗机构的设计方法

说明书

本发明公开了二次不等幅非圆齿轮传动行星轮系取苗机构的设计方法。现有反求得到的行星轮系总传动比常会出现过大值、过小值、波动过大等情况，且没有考虑移栽臂姿态要求。本发明基于给定的理想取苗轨迹和关键点的位置与秧针姿态角要求，建立两杆机构的平面模型，求解模型获得连杆的杆长和转动中心，筛选合理的解，优化数据值，结合理想取苗轨迹计算总传动比；将两自由度的连杆降为单自由度，以两级齿轮的行星轮系作为连杆运动的驱动件，分配两级传动比，从而得出了一种二次不等幅齿轮传动行星轮系取苗机构。本发明使行星轮系传动更为平稳，设计出的取苗机构准确性和可靠性都较高。

技术领域

本发明涉及齿轮设计方法，具体涉及一种二次不等幅非圆齿轮传动行星轮系取苗机构的设计方法。

背景技术

秧苗移栽是蔬菜生产过程中的重要环节，约有60％以上的蔬菜品种采用育苗栽植方式。使用移栽机的机械移栽相比人工移栽效率高且实用性强，全自动蔬菜移栽机的核心工作部件主要由取苗机构和植苗机构组成，从取苗到植苗操作都是由机械自动完成，相比仅有植苗机构的半自动移栽机，提高了工作效率，降低了漏苗率。取苗机构是自动移栽机的标志，是制约自动移栽机发展的瓶颈。

取苗机构是穴盘苗自动移栽机的核心工作部件，实现自动取苗和投苗功能。目前，机械手式取苗机构的应用范围大且实用性较强，这类取苗机构模拟人手从钵盘中取出钵苗，然后送入植苗机构中，结构简单但能实现复杂的运动轨迹。目前主要通过反求法设计取苗机构，该方法先给定理想的工作轨迹，反求行星轮系的总传动比，再采用一定的方法分配总传动比到两级非圆齿轮副，然后确定非圆齿轮节曲线，根据节曲线的特征选择合适的齿廓设计方法生成齿形。该“反求设计”方法看似简单，但如果轨迹复杂，反求得到的行星轮系总传动比常会出现过大值、过小值、波动过大等情况，直接造成不能形成两级可用的非圆齿轮副。而且，上述的反求设计方法只是针对取苗轨迹开展研究，没有考虑移栽臂姿态要求，实际上取苗和投苗两个阶段的移栽臂姿态对取苗成功率的影响较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种二次不等幅非圆齿轮传动行星轮系取苗机构的设计方法。该方法基于给定的理想取苗轨迹和关键点的位置与姿态角要求，建立两杆机构的平面模型，求解模型获得连杆的杆长和转动中心，筛选合理的解，优化数据值，结合理想取苗轨迹计算总传动比；将两自由度的连杆降为单自由度，以两级齿轮的行星轮系作为连杆运动的驱动件，分配两级传动比，从而得出了一种二次不等幅齿轮传动行星轮系取苗机构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明具体步骤如下：

步骤一、根据取苗要求，确定取苗轨迹的五个关键点的坐标以及秧针在各关键点的姿态角：关键点A处秧针开始进入钵苗盘，设定秧针在A点的姿态角为γ₁，秧针的姿态角定义为秧针与水平面的夹角；关键点B处秧针夹紧钵苗，设定秧针在B点的姿态角为γ₂；关键点C为取苗结束点，设定秧针在C点的姿态角为γ₃；关键点D为持苗阶段点，设定秧针在D点的姿态角为γ₄；关键点E落苗点，设定秧针在E点的姿态角为γ₅。

步骤二、建立五位姿二杆开链机构的数学模型，求解五位姿二杆开链机构的两杆杆长；所述的五位姿二杆开链机构由杆Ⅰ和杆Ⅱ组成，其中FG表示杆Ⅰ，GP表示杆Ⅱ，F为固定铰链点，G为动铰链点，P为杆Ⅱ自由端端点。

2.1建立杆Ⅱ从关键点A运动到另外的第i个关键点时的坐标及位姿转换关系矩阵，i＝2,3,4,5：

其中，关键点A对应杆Ⅱ的位姿为q₁，位姿包括坐标和姿态角；中间变量