偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

偏心齿轮－非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

叶秉良俞高红陈志威赵匀

浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州３１００１８

摘要：针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点，以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题，设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮－非圆齿轮行星系自动取苗机构。

在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上，建立了机构的运动学模型，开发了基于Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ６．０的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化。通过人机交互优化方法，得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律，进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数。

运动学；模型；优化；蔬菜移栽机；取苗机构；偏心齿轮－非圆齿轮

１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．　１００２－６８１９．２０１１．１２．００２

Ｓ２２３．９２Ａ１００２－６８１９（２０１１）－　１２－０００７－０６

２０１１－０３－２５２０１１－０５－２２

基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７５４７７）；浙江省现代农业装备与设

施产业创新团队项目（２００９Ｒ５０００１，２０１１Ｒ０９００１－１１）；浙江省自然科学基金

项目（Ｙ１１１０６９１）

作者简介：叶秉良（１９７２－），男，浙江东阳人，副教授，博士生，研究方

向：机构创新、数值分析与综合。杭州浙江理工大学机械与自动控制学院，

３１００１８。Ｅｍａｉｌ：　ｚｉｓｔ　＿ｖｂｌ＠ｚｓｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．

通信作者：赵匀（１９４３－），男，教授，博士生导师，研究方向：机构

创新、数值分析与综合。杭州浙江理工大学机械与自动控制学院，３１００１８。

Ｅｍａｉｌ：　ｚｈａｏｙｕｎ＠ｚｓｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

万方数据

万方数据

万方数据

万方数据

＠＠［１］ 李其昀，汪遵元．双输送带式栽植器主要结构参数的分析

［Ｊ］．农业机械学报，１９９７，２８（４）：　４６－４９．

Ｌｉ　Ｑｉｙｕｎ，　Ｗａｎｇ　Ｚｕｎｙｕａｎ．　Ｍａｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　

ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｗｉｔｈ　ｔｗｉｎ　ｃｏｎｖｅｙｅｒ　ｂｅｌｔ［Ｊ］．

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，　１９９７，　２８（４）：　４６－４９．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　

ａｂｓｔｒａｃｔ）

＠＠［２］ Ｓｕｇｇｓ　Ｃ　Ｗ，　Ｔｈｏｍａｓ　Ｔ　Ｎ，　Ｅｄｄｉｎｇｔｏｎ　Ｄ　Ｌ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｓｅｌｆ－ｆｅｅｄｉｎｇ　

ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ　ｆｏｒ　ｔｏｂａｃｃｏ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅ　ｃｒｏｐｓ［Ｊ］．　Ａｐｐｌｉｅｄ　

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，　１９８７，　３（２）：　１４８－１５２．

＠＠［３］ Ｓｈａｗ　Ｌ　Ｎ．　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ　ｆｏｒ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ［Ｊ］．　Ｐｒｏｃ．　Ｆｌａ．

Ｓｔａｔｅ　Ｈｏｒｔ．　Ｓｏｃ．　１９９７，　１１０：　２６２－２６３．

＠＠［４］ 王君玲，高玉芝，李成华．蔬菜移栽生产机械化的现状与

发展方向［Ｊ］．农机化研究，２００４（３）：　４２－４３．

＠＠［５］ 胡鸿烈，顾世康，曾爱军，等．导苗管式栽植器的设计与

试验［Ｊ］．农业工程学报，１９９５，１１（２）：　５９－６４．

Ｈｕ　Ｈｏｎｇｌｉｅ，　Ｇｕ　Ｓｈｉｋａｎｇ，　Ｚｅｎｇ　Ａｉｊｕｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｗｉｔｈ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ－ｇｕｉｄｉｎｇ　

ｔｕｂｅ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　１９９５，　１１（２）：　５９－６４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　

ａｂｓｔｒａｃｔ）

万方数据

＠＠［６］ Ｄｏｎｇ　Ｆｅｎｇ，　Ｂａｉ　Ｘｕｅｙｕａｎ，　Ｚｈａ　Ｊｉａｎｗｅｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｆｅｅｄｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｂｅｌｔ　ｃｏｎｖｅｙｅｒ　ｔｙｐｅ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００１，　１７（１）：　７４－７７．

＠＠［７］ 徐丽明，张铁中，史志清．玉米自动移栽机取苗机械的设 计［Ｊ］．中国农业大学学报，２０００，５（４）：　５８－６０．

Ｘｕ　Ｌｉｍｉｎｇ，　Ｚｈａｎｇ　Ｔｉｅｚｈｏｎｇ，　Ｓｈｉ　Ｚｈｉｑｉｎｇ．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ ｐｉｃｋｉｎｇ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｉｚｅ　ａｕｔｏ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ａｇｒｉｃｕｌｔｒｕａｌ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　２０００，　５（４）：　５８－６０． （ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）

＠＠［８］ Ｌｉ　Ｑｉｙｕｎ，　Ｚｈａ　Ｊｉａｎｗｅｎ，　Ｄｉｎｇ　Ｍｅｉｘｉａ．　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ ｓｌｉｄｅｗａｙ　ｐａｒｔｉｎｇ－ｂｏｗｌ－ｗｈｅｅｌ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ ｔｈｅ　ＣＳＡＥ，　２００３，　１９（５）：　９８－　１０３．

＠＠［９］ 张诗，田素博，邱立春，等．穴盘苗自动移栽机械手的结 构设计与仿真［Ｊ］．沈阳农业大学学报，２００７，３８（３）：　４３７ －４３９．

Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｉ，　Ｔｉａｎ　Ｓｕｂｏ，　Ｑｉｕ　Ｌｉｃｈｕｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ　ｐｏｔｔｅｄ　ｔｒａｙ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２００７，　３８（３）：　４３７－４３９．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）＠＠［１０］　Ｃｈｏｉ　Ｗ　Ｃ，　Ｋｉｍ　Ｄ　Ｃ，　Ｒｙｕ　Ｉ　Ｈ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｐｉｃｋ－ｕｐ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒｓ［Ｊ］．　ＡＳＡＥ，　２００１， ４５（１）：　１３－　１９．

＠＠［１１］　Ｋｏｎｏｓｕｋｅ　Ｔｓｕｇａ．　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｕｌｌｙ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］．　ＪＡＲＱ，　２０００，　３４：２１－２８．

＠＠［１２］伊藤尚胜，清水修一，和田俊郎，等．移植机的苗移植机 构［Ｐ］．中国专利：ＺＬ９９１１８７４０．７，２０００．０５．

＠＠［１３］尹建军，赵匀，张际先．高速插秧机差速分插机构的工作 原理及其ＣＡＤ／ＣＡＥ［Ｊ］．农业工程学报，２００３，１９（３）：　９０ －９４．

Ｙｉｎ　Ｊｉａｎｊｕｎ，　Ｚｈａｏ　Ｙｕｎ，　Ｚｈａｎｇ　Ｊｉｘｉａｎ．　Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ＣＡＤ／ＣＡＥ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ－ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｅｌｌｉｐｔｉｃ　ｇｅａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｒｉｃｅ ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００３，　１９（３）：　９０－９４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）

＠＠［１４］　Ｂｒｅｗｅｒ　Ｈ　Ｌ．　Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｓｅｅｄｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｒｏｍ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｔｒａｙｓ　ｔｏ　ｓｈｉｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅｓ［Ｊ］．　ＡＳＡＥ， １９９４，　３７（４）：　１０４３－　１０５１．

＠＠［１５］俞高红，钱孟波，赵匀，等．偏心齿轮－非圆齿轮行星系分 插机构运动机理分析［Ｊ］．农业机械学报，２００９，４０（３）：　８１ －８４．

Ｙｕ　Ｇａｎｈｏｎｇ，　Ｑｉａｎ　Ｍｅｎｇｂｏ，　Ｚｈａｏ　Ｙｕｎ，　ｅｔ　ａｌ．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｉｔｈ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｇｅａｒｓ　ａｎｄ　ｎｏｎ－ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｇｅａｒｓ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，　２００９，　４０（３）：　８１－８４．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）

＠＠［１６］赵匀．农业机械分析与综合［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００８．

＠＠［１７］李革，陈孝明，俞高红，等．基于ＶＢ的旋转式分插机构 运动干涉判别方法［Ｊ］．农业机械学报，２００７，３８（１１）：　４４ －４７．

Ｌｉ　Ｇｅ，　Ｃｈｅｎ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ，　Ｙｕ　Ｇａｏｈｏｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．　Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍｏｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，　２００７，　３８（１１）：　４４－４７．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）

＠＠［１８］王文明，窦卫国，王春光，等．２ＺＴ－２型甜菜移栽机移植 系统的参数分析［Ｊ］．农业机械学报，２００９，４０（１）：　６９－７３．Ｗａｎｇ　Ｗｅｎｍｉｎｇ，　Ｄｏｕ　Ｗｅｉｇｕｏ，　Ｗａｎｇ　Ｃｈｕｎｇｕａｎｇ，　ｅｔ　ａｌ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　２ＺＴ－２　ｂｅｅｔ　ｔｒａｎｓｐｌａｎｔｅｒ［Ｊ］．　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，　２００９，　４０（１）：　６９－７３．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）

Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｐｉｃｋ－ｕｐ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｐｌａｎｅｔａｒｙ　ｇｅａｒ　ｔｒａｉｎ　ｗｉｔｈ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｇｅａｒ　ａｎｄ　

ｎｏｎ－ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｇｅａｒ

Ｙｅ　ＢｉｎｇｌｉａｎｇＹｕ　ＧａｏｈｏｎｇＣｈｅｎ　ＺｈｉｗｅｉＺｈａｏ　Ｙｕｎ

万方数据