[发明专利]闭链五杆花卉移栽机构的设计方法

摘要

本发明公开了闭链五杆花卉移栽机构的设计方法。行星轮系移栽机构能实现轨迹的灵活性受限；双环扣轨迹的杆机构设计和调节参数困难。本发明机构的第一曲柄和第二曲柄底端焊接；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；叉形摆杆包括底端铰接的第一摆杆和第二摆杆；叉形摆杆的底端铰接于机架；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。本发明设计方法由第三连杆的自由端端点形成单环扣轨迹的数学模型、叉形摆杆与机架铰接点坐标及已知杆长条件反求其余各杆杆长。本发明实现单环扣状轨迹，机构简单，易于控制。

主权项

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φf(t)，其中，叉形曲柄与机架铰接点为坐标系原点O；φf(t)在X和Y轴方向的位移分别为φfx(t)和φfy(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φfx(t)、φfy(t)，并设定L3、xa、ya的值，通过下式求得L1、L2、L4、L5、j1、j2、j3、j4；构造函数如下：L4+L5=max(φ2fx(t)+φ2fy(t))L5-L4=min(φ2fx(t)+φ2fy(t))L4·cosj3+L5·cosj4=φfx(t)L4·sinj3+L5·sinj4=φfy(t)L1+L2=max((L4·cosj3+L3·cosj4-xa)2+(L4·sinj3+L3·sinj4-ya)2)L2-L1=min((L4·cosj3+L3·cosj4-xa)2+(L4·sinj3+L3·sinj4-ya)2)xa+L1·cosj1+L2·cosj2=L4·cosj3+L3·cosj4ya+L1·sinj1+L2·sinj2=L4·sinj3+L3·sinj4---(1)]]> 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，xa、ya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；xa+L7·cosj1+L8·cosj5+L9·cosj4=0ya+L7·sinj1+L8·sinj5+L9·sinj4=0---(2)]]> 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：L1+L4+L6≤L2+L3L1+L2+L4≤L3+L6L1+L3+L4≤L2+L6min(L6,L7,L8,L9)=L9max(L6,L7,L8,L9)=L6L6+L9≤L7+L8---(3)]]> 式(3)中，L6为机架的杆长。