水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及試驗(yàn)研究.pdf

1、移栽機(jī)構(gòu)是決定水稻缽苗全自動高速移栽作業(yè)質(zhì)量的核心工作部件，其運(yùn)動機(jī)理復(fù)雜，工作性能要求多。本文作者所在的課題組提出了一種橢圓齒輪-不完全非圓齒輪行星輪系旋轉(zhuǎn)式水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)并對其進(jìn)行了設(shè)計。該機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型具有非線性、模糊性、強(qiáng)耦合性的特點(diǎn)，如運(yùn)用遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化方法，不僅對問題的依賴性大，而且需要依靠懲罰函數(shù)來逼近極值，懲罰因子、目標(biāo)加權(quán)值都很難確定。因此，課題組采用人機(jī)交互可視化優(yōu)化方法對該水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)

2、行了優(yōu)化，但是該優(yōu)化方法需要設(shè)計者深入了解優(yōu)化參數(shù)、優(yōu)化目標(biāo)，普遍適用性差，優(yōu)化效率較低。此外，通過取秧試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的移栽機(jī)構(gòu)雖能滿足缽苗移栽工作要求，但是由于存在取秧時間長、無推秧裝置等問題，機(jī)構(gòu)取秧和推秧效果不佳。因此，本文在研究了不同優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，將參數(shù)導(dǎo)引優(yōu)化方法與模糊性能要求數(shù)值化相結(jié)合，對該移栽機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，開展相關(guān)試驗(yàn)研究，改進(jìn)該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，以提高優(yōu)化效率和機(jī)構(gòu)工作性能。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　

3、1）介紹了橢圓-不完全非圓齒輪行星輪系水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，建立了移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型。
　　2）從運(yùn)動干涉、移栽效果、運(yùn)動軌跡和姿態(tài)、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)等方面的要求，對水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行研究，并應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論采用合適的隸屬函數(shù)對目標(biāo)要求進(jìn)行描述，使模糊目標(biāo)數(shù)值化，建立了水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)的10個數(shù)值化優(yōu)化目標(biāo)。
　　3）運(yùn)用“參數(shù)導(dǎo)引”優(yōu)化方法，基于Visual Basic可視化平臺自主開發(fā)水稻缽

4、苗移栽機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化軟件（計算機(jī)軟件著作權(quán)登記號：2014SR102877），并應(yīng)用該軟件優(yōu)化得到滿足一組水稻缽苗移栽工作要求的參數(shù)：a=24.482 mm，k=0.991 mm，η=283°，λ=5°，δ0=29°，φ0=70°，S=153mm。
　　4）針對課題組以往的水稻移栽機(jī)構(gòu)取秧試驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，分析了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足之處，并對移栽機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，最主要的設(shè)計是增加推秧裝置和優(yōu)化移栽臂的凸輪機(jī)構(gòu)。
　

5、　5）根據(jù)優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)參數(shù)和改進(jìn)設(shè)計結(jié)果對水稻缽苗移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用UG7.5建立機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型，并將其導(dǎo)入ADAMS中，開展機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)，在仿真后處理中對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，得到機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動軌跡和機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后的取秧時間。通過比較機(jī)構(gòu)仿真分析和理論分析的運(yùn)動軌跡，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的正確性，同時通過比較機(jī)構(gòu)改進(jìn)前后取秧時間，驗(yàn)證凸輪機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計的正確性與有效性。
　　6）研制移栽機(jī)構(gòu)物理樣機(jī)，將其安裝在課題

6、組自主設(shè)計的水稻缽苗移栽試驗(yàn)臺上進(jìn)行高速攝影運(yùn)動學(xué)試驗(yàn)。通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)試驗(yàn)掌握了機(jī)構(gòu)移栽工作軌跡和姿態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果，并將其與理論結(jié)果進(jìn)行比較。兩種結(jié)果基本一致，表明優(yōu)化設(shè)計后機(jī)構(gòu)能夠滿足移栽工作要求，優(yōu)化設(shè)計方法和改進(jìn)設(shè)計是正確的。
　　7）開展移栽機(jī)構(gòu)在不同轉(zhuǎn)速、不同凸輪機(jī)構(gòu)和有無推苗裝置三種情況下的取秧試驗(yàn)。通過試驗(yàn)分析得出不同取秧速度對取秧成功率的影響情況，以及改進(jìn)凸輪機(jī)構(gòu)前后移栽機(jī)構(gòu)取秧成功率和增加推秧裝置前后的推秧成功率情