水稻缽苗移栽機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及試驗研究.pdf

1、移栽機構(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，其運動機理復雜，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)式水稻缽苗移栽機構(gòu)并對其進行了設(shè)計。該機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學模型具有非線性、模糊性、強耦合性的特點，如運用遺傳算法、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、目標加權(quán)值都很難確定。因此，課題組采用人機交互可視化優(yōu)化方法對該水稻缽苗移栽機構(gòu)的參數(shù)進

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，普遍適用性差，優(yōu)化效率較低。此外，通過取秧試驗發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的移栽機構(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)缺點后，將參數(shù)導引優(yōu)化方法與模糊性能要求數(shù)值化相結(jié)合，對該移栽機進行優(yōu)化設(shè)計，開展相關(guān)試驗研究，改進該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，以提高優(yōu)化效率和機構(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構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，建立了移栽機構(gòu)的運動學模型。
　　2）從運動干涉、移栽效果、運動軌跡和姿態(tài)、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)等方面的要求，對水稻缽苗移栽機構(gòu)的運動學優(yōu)化目標進行研究，并應(yīng)用模糊數(shù)學理論采用合適的隸屬函數(shù)對目標要求進行描述，使模糊目標數(shù)值化，建立了水稻缽苗移栽機構(gòu)的10個數(shù)值化優(yōu)化目標。
　　3）運用“參數(shù)導引”優(yōu)化方法，基于Visual Basic可視化平臺自主開發(fā)水稻缽

4、苗移栽機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化軟件（計算機軟件著作權(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構(gòu)取秧試驗中出現(xiàn)的各種問題，分析了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足之處，并對移栽機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，最主要的設(shè)計是增加推秧裝置和優(yōu)化移栽臂的凸輪機構(gòu)。
　

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

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