面向插秧轨迹和姿态要求的旋转式分插机构的设计方法研究

According to agronomic requirements of the the rice planting and kinematic characteristics of the transplanting mechanism,this projiet plans and designs the best planting trajectory and athletic stance rotary transplanting mechanism,that improves design accuracy,and greatly reduces the optimization of the number of targets and constraints,and simplifys the Multi-objective optimization problem of the otary transplanting institutions.Using numerical poin set to express the planting track of the rotary transplanting mechanism and the pitch curve of the noncircular gear,building the kinematic model of the rotary transplanting mechanism on their mapping relation,which solves the problem of the function of the type and characteristics of the non-circular gear pitch curve value on the optimization design about rotary transplanting mechanism that is difficult to find out.Avoid the restrictions to design a predetermined noncircular gear pitch curve function type rotary transplanting mechanism,and greatly improve the flexibility of rotary transplanting mechanism design,at the end,the designned trajectory is in keeping with the planned planting trajectory,and breakthrough the transplanter design method at home and abroad must have noncircular gear pitch curve function type to design the transplanting mechanism.

本项目研究根据水稻栽植的农艺要求和分插机构的运动特点规划的最佳插秧轨迹和秧爪的运动姿态进行旋转式分插机构的设计，提高了设计精度，大大减少了优化的目标数量和约束条件，使得旋转式分插机构的多目标优化问题简化；研究把旋转式分插机构的插秧轨迹和非圆齿轮的节曲线均采用数值点集表示，利用它们之间的映射关系建立旋转式分插机构的运动学模型，解决旋转式分插机构在优化设计中，非圆齿轮节曲线的函数类型和特征值难以寻找的问题；避免了事先确定好的非圆齿轮节曲线的函数类型对旋转式分插机构设计的限制，大大提高了旋转式分插机构设计的灵活性，设计出的旋转式分插机构的插秧轨迹将于与规划好的插秧轨迹一致，突破了目前国内外插秧机设计方法中必须先有非圆齿轮节曲线函数类型，才能进行分插机构设计的方法。

本研究把旋转式分插机构的非圆齿轮节曲线用数值点形式表示，提出了无函数表达非圆齿轮节曲线的设计方法，并应用数值分析的方法对分插机构的秧针进行运动学研究，设计了旋转式分插机构的人机交互设计和优化分析软件，研究了设计变量对秧针运动轨迹和运动姿态的影响，完成了对行星架初始安装角等分插机构参数的优化。研究了由目标静轨迹求解分插机构总传动比的方法，通过对总传动比离散数据点进行拟合得到了较优的总传动比，通过不同的假设函数，求解出多组分传动比，并利用基于人际交互的辅助优化设计方法求解出一组最优解，建立一个由插秧轨迹和秧爪运动姿态求解旋转式分插机构的设计软件平台，实现了根据水稻栽植的农艺要求和分插机构的运动特点规划的最佳插秧轨迹和秧爪的运动姿态进行旋转式分插机构的设计，简化了旋转式分插机构的多目标优化问题的求解过程，解决了我国高速插秧机设计中主要依靠经验，创新困难的问题。本项目的研究成果《水稻钵形毯状苗机插技术研发与应用》 获2014年浙江省科技发明二等奖、2016-2017年度神农中华农业科技成果二等奖，该成果把传统的毯状苗与钵形苗的特点结合在一起，从栽植臂秧爪的运动轨迹和工作姿态两个方面出发，设计了一种新型的水稻育秧和机械插秧方法。在项目实施期间获得授权国家授权发明专利17件，实用新型16件，软件登记11件，发表研究论文4篇，其中2篇被EI收录；向农机生产企业转让国家发明专利1件，研发的新型旋转式分插机构形成产业化，装备到我国的高速插秧机上，产生了显著的经济效益和社会效益；培养研究生13人，博士生1人，为我国插秧机生产企业培养了优秀的设计人才。