申请/专利权人：浙江理工大学

申请日：2018-12-24

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN109479467B

主分类号：A01C11/02

分类号：A01C11/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2019.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构。取载一体式机械结构对推进我国农业生产具有重要意义。本发明包括齿轮箱、中心齿轮、中心轴、一级上齿轮、一级上传动轴、上双曲柄机构、二级上齿轮一、二级上传动轴一、二级上齿轮二、二级上传动轴二、上移栽臂、一级下齿轮、一级下传动轴、下双曲柄机构、二级下齿轮一、二级下传动轴一、二级下齿轮二、二级下传动轴二和下移栽臂。本发明可通过调整轮系传动比大小、各齿轮轴的轴心位置、双曲柄机构曲柄长度，以获取取栽轨迹；双曲柄机构保证推秧凸轮能相对移栽臂壳体周转360°，设计时无需考虑推秧凸轮相对移栽臂壳体回摆给移栽效果造成的影响，使得取栽轨迹更容易获得，简化了设计过程。

主权项：1.一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，包括齿轮箱、中心齿轮、中心轴、一级上齿轮、一级上传动轴、上双曲柄机构、二级上齿轮一、二级上传动轴一、二级上齿轮二、二级上传动轴二、上移栽臂、一级下齿轮、一级下传动轴、下双曲柄机构、二级下齿轮一、二级下传动轴一、二级下齿轮二、二级下传动轴二和下移栽臂，其特征在于：所述上双曲柄机构和下双曲柄机构的结构完全相同，均由曲柄一、曲柄二和连杆组成；所述连杆的两端分别与曲柄一和曲柄二的一端铰接；所述的中心齿轮固定在中心轴上；中心轴与机架固定，齿轮箱通过轴承支承在中心轴上；所述的一级上齿轮与一级上传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级上传动轴和二级上传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；上双曲柄机构的曲柄一另一端与一级上传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，上双曲柄机构的曲柄二另一端与二级上传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级上齿轮一固定在二级上传动轴一上，并与二级上齿轮二啮合；二级上齿轮二固定在二级上传动轴二上，二级上传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上；所述的一级下齿轮与一级下传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级下传动轴和二级下传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；下双曲柄机构的曲柄一另一端与一级下传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，下双曲柄机构的曲柄二另一端与二级下传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级下齿轮一固定在二级下传动轴一上，并与二级下齿轮二啮合；二级下齿轮二固定在二级下传动轴二上，二级下传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上；二级上传动轴二伸出齿轮箱外的一端与上移栽臂的移栽臂壳体固定，二级下传动轴二伸出齿轮箱外的一端与下移栽臂的移栽臂壳体固定；上移栽臂和下移栽臂的结构完全一致；所述的上双曲柄机构和下双曲柄机构满足以下要求：①Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2和Lp2q2中最小值为Lp1p2；②Lp1p2与Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2、Lp2q2中最大值之和小于或等于剩余两者之和；其中，p1为曲柄一的回转中心，q1为曲柄一与连杆的铰接中心，Lp1q1为曲柄一的长度；p2为曲柄二的回转中心，Lp1p2为p1与p2的间距；q2为曲柄二与连杆的铰接中心，Lq1q2为连杆的长度，Lp2q2为曲柄二的长度。

全文数据：一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构技术领域本发明涉及取栽一体全自动蔬菜移栽机构，具体涉及一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，采用行星齿轮与双曲柄机构的结合，获得取苗移栽所需轨迹。背景技术移栽作为提高作物复种指数、延长作物生育期的技术被大量应用于蔬菜种植领域。随着科技的不断发展，推动移栽技术机械化自动化已成为未来发展的趋势。为了响应国家政策，实现机器换人的目标，同时结合国家蔬菜种植的实际情况，设计提出一种“移栽机构”。国外移栽技术的研究起步较早，到50年代已经发展出结构多样、类型齐全的半自动移栽机。由于各国农情的不同，欧美国家移栽机的工作部件一般采用多套装置组成，能实现取苗、输送和栽植一系列动作，但整机结构复杂，价格高昂。日本研制的蔬菜钵苗移栽机对结构进行了简化，采用两套机构，将取苗和输送机构结合，通过回转和滑道机构实现取苗和输送。但增加滑道机构，降低了工作效率，同时产生的磨损现象导致工作可靠性难保证。国内研究起步相对较晚，国内的移栽机应用多为半自动移栽机械，需要操作人员与机械有较好地配合，要求操作人员喂苗精准、迅速、无间断，导致劳动强度大，工作效率难以提升。在取栽一体全自动蔬菜移栽机的应用方面，我国研究处于初级阶段。虽然取载一体式机械发展已经有些成果，但对该领域的深入研究还远远不足，需要不断对该领域进行探索，并寻求在该领域的重大突破。目前，随着我国城镇化发展和土地流转的改革，使得农业生产对机械化的需求越发迫切。因此，补充增添一种取载一体式机械结构对推进我国农业生产具有重要意义。发明内容本发明的目的是提供一种应用于取栽一体全自动蔬菜移栽机的行星齿轮和双曲柄机构相结合的机构，使得取栽所需的轨迹更容易获得，简化了机构设计过程，以获取更为合理的作业运动轨迹。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明包括齿轮箱、中心齿轮、中心轴、一级上齿轮、一级上传动轴、上双曲柄机构、二级上齿轮一、二级上传动轴一、二级上齿轮二、二级上传动轴二、上移栽臂、一级下齿轮、一级下传动轴、下双曲柄机构、二级下齿轮一、二级下传动轴一、二级下齿轮二、二级下传动轴二和下移栽臂。所述上双曲柄机构和下双曲柄机构的结构完全相同，均由曲柄一、曲柄二和连杆组成；所述连杆的两端分别与曲柄一和曲柄二的一端铰接。所述的中心齿轮固定在中心轴上；中心轴与机架固定，齿轮箱通过轴承支承在中心轴上；所述的一级上齿轮与一级上传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级上传动轴和二级上传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；上双曲柄机构的曲柄一另一端与一级上传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，上双曲柄机构的曲柄二另一端与二级上传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级上齿轮一固定在二级上传动轴一上，并与二级上齿轮二啮合；二级上齿轮二固定在二级上传动轴二上，二级上传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上。所述的一级下齿轮与一级下传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级下传动轴和二级下传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；下双曲柄机构的曲柄一另一端与一级下传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，下双曲柄机构的曲柄二另一端与二级下传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级下齿轮一固定在二级下传动轴一上，并与二级下齿轮二啮合；二级下齿轮二固定在二级下传动轴二上，二级下传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上。二级上传动轴二伸出齿轮箱外的一端与上移栽臂的移栽臂壳体固定，二级下传动轴二伸出齿轮箱外的一端与下移栽臂的移栽臂壳体固定；上移栽臂和下移栽臂的结构完全一致。所述的上双曲柄机构和下双曲柄机构满足以下要求：①Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2和Lp2q2中最小值为Lp1p2；②Lp1p2与Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2、Lp2q2中最大值之和小于或等于剩余两者之和；其中，p1为曲柄一的回转中心，q1为曲柄一与连杆的铰接中心，Lp1q1为曲柄一的长度；p2为曲柄二的回转中心，Lp1p2为p1与p2的间距；q2为曲柄二与连杆的铰接中心，Lq1q2为连杆的长度，Lp2q2为曲柄二的长度。所述一级上齿轮与一级下齿轮的几何参数完全相同，二级上齿轮一与二级下齿轮一的几何参数完全相同，二级上齿轮二与二级下齿轮二的几何参数完全相同。所述的中心齿轮、一级上齿轮、一级下齿轮、二级上齿轮一、二级下齿轮一、二级上齿轮二和二级下齿轮二均为圆齿轮，或均为非圆齿轮。本发明的有益效果是：1、本发明采用行星齿轮与双曲柄机构，结合传动比特性和摇摆特性，可通过调整轮系传动比大小、各齿轮轴的轴心位置、双曲柄机构曲柄长度，以获取取栽所需的轨迹，使取栽位置更为准确合理。2、本发明采用双曲柄机构外接，可确保两曲柄的周转角度，保证旋转时曲柄不与齿轮轴发生干涉的现象，同时设计参数保证双曲柄的实现，使得机构整体旋转与移栽臂开合巧妙结合，保证上移栽臂内部推秧凸轮能相对移栽臂壳体周转360°，设计时便无需考虑推秧凸轮相对移栽臂壳体回摆时给移栽效果造成的影响，这使得取栽所需的轨迹更容易获得，简化了机构设计过程。3、本发明对取载一体式机械结构进行了补充，提供了不同的设计思路，对该领域的研究和完善提供一定程度的帮助。附图说明图1是本发明的结构原理俯视示意图。图2是本发明的结构原理侧视示意图。图3是本发明的轮系啮合装配示意图。图4是本发明的双曲柄机构示意图。图5是本发明的移栽臂结构剖视示意图。图6是本发明的移栽机构整体侧面示意图。图7是本发明的移栽机构移栽示意图。图8是本发明的移栽机构动态移栽轨迹图。图中：1、齿轮箱，2、二级下传动轴二，3、二级下传动轴一、4、下双曲柄机构，5、一级下齿轮，6、一级上齿轮，7、上双曲柄机构，8、二级上传动轴一，9、二级上传动轴二，10、上移栽臂，11、二级上齿轮二，12、二级上齿轮一，13、一级上传动轴，14、中心轴，15、中心齿轮，16、一级下传动轴，17、二级下齿轮一，18、二级下齿轮二，19、下移栽臂，20、曲柄一，21、连杆，22、曲柄二，23、夹片，24、推秧杆，25、移栽臂壳体，26、拨叉，27、推秧凸轮，28、弹簧。具体实施方式下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明。如图1、2和3所示，一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，包括齿轮箱1、中心齿轮15、中心轴14、一级上齿轮6、一级上传动轴13、上双曲柄机构7、二级上齿轮一12、二级上传动轴一8、二级上齿轮二11、二级上传动轴二9、上移栽臂10、一级下齿轮5、一级下传动轴16、下双曲柄机构4、二级下齿轮一17、二级下传动轴一3、二级下齿轮二18、二级下传动轴二2和下移栽臂19。如图4所示，上双曲柄机构7和下双曲柄机构4的结构完全相同，均由曲柄一20、曲柄二22和连杆21组成；连杆21两端分别与曲柄一20和曲柄二22的一端铰接。中心齿轮15固定在中心轴14上；中心轴14与机架固定，齿轮箱1通过轴承支承在中心轴14上；齿轮箱1绕中心轴14进行旋转；一级上齿轮6与一级上传动轴13固定，并与中心齿轮15啮合；一级上传动轴13和二级上传动轴一8均通过轴承支承在齿轮箱1上；上双曲柄机构7的曲柄一20另一端与一级上传动轴13伸出齿轮箱1外的一端固定，上双曲柄机构7的曲柄二22另一端与二级上传动轴一8伸出齿轮箱1外的一端固定；二级上齿轮一12固定在二级上传动轴一8上，并与二级上齿轮二11啮合；二级上齿轮二11固定在二级上传动轴二9上，二级上传动轴二9通过轴承支承在齿轮箱1上。一级下齿轮5与一级下传动轴16固定，并与中心齿轮15啮合；一级下传动轴16和二级下传动轴一3均通过轴承支承在齿轮箱1上；下双曲柄机构4的曲柄一20另一端与一级下传动轴16伸出齿轮箱1外的一端固定，下双曲柄机构4的曲柄二22另一端与二级下传动轴一3伸出齿轮箱1外的一端固定；二级下齿轮一17固定在二级下传动轴一3上，并与二级下齿轮二18啮合；二级下齿轮二18固定在二级下传动轴二2上，二级下传动轴二2通过轴承支承在齿轮箱1上。如图1、5和6所示，二级上传动轴二9伸出齿轮箱外的一端与上移栽臂10的移栽臂壳体25固定，二级下传动轴二2伸出齿轮箱外的一端与下移栽臂19的移栽臂壳体25固定；上移栽臂10和下移栽臂19的结构完全一致，均包括移栽臂壳体25、推秧杆24、推秧凸轮27、拨叉26、夹片23和弹簧28，可采用成熟的技术，如专利号为201110164729.9的专利公开的栽植臂。以上移栽臂10为例，移栽臂壳体25固定在二级上传动轴二9上；推秧凸轮27固定在齿轮箱1上，并空套在移栽臂壳体25内；推秧杆24与移栽臂壳体25构成滑动副；推秧杆24尾部与移栽臂壳体25通过弹簧28连接，头部伸出移栽臂壳体25外；拨叉26中部铰接在移栽臂壳体25内，顶端与推秧杆24中部的滑槽构成滚动摩擦副，底端与推秧凸轮构成凸轮副；两片夹片23对中设置，且分别嵌入固定在推秧杆24头部的限位槽的两个夹槽内；夹片23的尾部与移栽臂壳体25固定，头部自由设置。为保证上移栽臂10的两片夹片23正确开合，应保证上移栽臂10内部推秧凸轮27能相对移栽臂壳体25周转360°，即二级上传动轴二9与固定在其上的二级上齿轮二11能相对于齿轮箱周转360°，从而对双曲柄机构7参数设计以保证其实现双曲柄，带动二级上齿轮一12周转360°并将运动传输至推秧凸轮27，实现上移栽臂10的两片夹片23正确开合。同理，下移栽臂19的两片夹片23正确开合也应保证下双曲柄机构4实现双曲柄；所以，如图4所示，上双曲柄机构7和下双曲柄机构4应满足以下要求：①Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2和Lp2q2中最小值为Lp1p2；②Lp1p2与Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2、Lp2q2中最大值之和小于或等于剩余两者之和；其中，p1为曲柄一20的回转中心，q1为曲柄一与连杆21的铰接中心，Lp1q1为曲柄一20的长度；p2为曲柄二22的回转中心，Lp1p2为p1与p2的间距即双曲柄机构机架长度；q2为曲柄二与连杆21的铰接中心，Lq1q2为连杆21的长度，Lp2q2为曲柄二22的长度。满足以上要求时，对上双曲柄机构7和下双曲柄机构4的参数进行调整以获取较为合理的空间尺寸。一级上齿轮6与一级下齿轮5的几何参数完全相同，二级上齿轮一12与二级下齿轮一17的几何参数完全相同，二级上齿轮二11与二级下齿轮二18的几何参数完全相同。中心齿轮15、一级上齿轮6、一级下齿轮5、二级上齿轮一12、二级下齿轮一17、二级上齿轮二11和二级下齿轮二18均可为圆齿轮，也可通过计算调整选取所需节曲线生成非圆齿轮，使获得轨迹满足设计要求。该行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构的工作原理是：动力从外部输入中心轴14后，使齿轮箱1相对于中心齿轮15进行周转运动，齿轮箱1周转带动固定在一级上传动轴13上的一级上齿轮6和固定在一级下传动轴16上的一级下齿轮5与中心齿轮15发生相对转动，从而通过一级上传动轴13将动力传递给上双曲柄机构7，通过一级下传动轴16将动力传递给下双曲柄机构4。曲柄一20通过连杆21将动力传给曲柄二22。上双曲柄机构7的曲柄二22经二级上传动轴一8使二级上齿轮一12发生转动，下双曲柄机构4的曲柄二22经二级下传动轴一3使二级下齿轮一17发生转动。与二级上齿轮一12啮合的二级上齿轮二11，将动力输送到上移栽臂10上，使之相对于齿轮箱1转动；与二级下齿轮一17啮合的二级下齿轮二18，将动力输送到下移栽臂19上，使之相对于齿轮箱1转动。上移栽臂10或下移栽臂19中，移栽臂壳体25与推秧凸轮27发生相对转动，由于上双曲柄机构7和下双曲柄机构4的存在，移栽臂壳体25与推秧凸轮27能相对周转360°，设计时便无需考虑推秧凸轮相对移栽臂壳体回摆时给移栽效果造成的影响，这使得取栽所需的轨迹更容易获得，简化了机构设计过程。移栽臂壳体25与推秧凸轮27发生相对转动时，由于弹簧28作用，推秧杆24与拨叉26相互碰撞，使得拨叉26始终与推秧凸轮27接触，在转动过程中，由于推秧凸轮27的非圆轮廓线作用，拨叉26相对移栽臂壳体25转动，带动推秧杆24相对移栽臂壳体25前后移动，由于推秧杆24的两个夹槽作用，在推秧杆24和移栽臂壳体25相对平动过程中，两片夹片23有连续的夹紧、放开动作，在夹紧时取苗，放开时推秧杆24迅速弹出栽苗。如图7所示，在A点位置取苗，在B点位置栽苗，从而实现蔬菜秧苗的机械化移栽，其中移栽轨迹可按需求进行调整，本实施例移栽轨迹如图8所示。

权利要求：1.一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，包括齿轮箱、中心齿轮、中心轴、一级上齿轮、一级上传动轴、上双曲柄机构、二级上齿轮一、二级上传动轴一、二级上齿轮二、二级上传动轴二、上移栽臂、一级下齿轮、一级下传动轴、下双曲柄机构、二级下齿轮一、二级下传动轴一、二级下齿轮二、二级下传动轴二和下移栽臂，其特征在于：所述上双曲柄机构和下双曲柄机构的结构完全相同，均由曲柄一、曲柄二和连杆组成；所述连杆的两端分别与曲柄一和曲柄二的一端铰接；所述的中心齿轮固定在中心轴上；中心轴与机架固定，齿轮箱通过轴承支承在中心轴上；所述的一级上齿轮与一级上传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级上传动轴和二级上传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；上双曲柄机构的曲柄一另一端与一级上传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，上双曲柄机构的曲柄二另一端与二级上传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级上齿轮一固定在二级上传动轴一上，并与二级上齿轮二啮合；二级上齿轮二固定在二级上传动轴二上，二级上传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上；所述的一级下齿轮与一级下传动轴固定，并与中心齿轮啮合；一级下传动轴和二级下传动轴一均通过轴承支承在齿轮箱上；下双曲柄机构的曲柄一另一端与一级下传动轴伸出齿轮箱外的一端固定，下双曲柄机构的曲柄二另一端与二级下传动轴一伸出齿轮箱外的一端固定；二级下齿轮一固定在二级下传动轴一上，并与二级下齿轮二啮合；二级下齿轮二固定在二级下传动轴二上，二级下传动轴二通过轴承支承在齿轮箱上；二级上传动轴二伸出齿轮箱外的一端与上移栽臂的移栽臂壳体固定，二级下传动轴二伸出齿轮箱外的一端与下移栽臂的移栽臂壳体固定；上移栽臂和下移栽臂的结构完全一致；所述的上双曲柄机构和下双曲柄机构满足以下要求：①Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2和Lp2q2中最小值为Lp1p2；②Lp1p2与Lp1p2、Lp1q1、Lq1q2、Lp2q2中最大值之和小于或等于剩余两者之和；其中，p1为曲柄一的回转中心，q1为曲柄一与连杆的铰接中心，Lp1q1为曲柄一的长度；p2为曲柄二的回转中心，Lp1p2为p1与p2的间距；q2为曲柄二与连杆的铰接中心，Lq1q2为连杆的长度，Lp2q2为曲柄二的长度。2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，其特征在于：所述一级上齿轮与一级下齿轮的几何参数完全相同，二级上齿轮一与二级下齿轮一的几何参数完全相同，二级上齿轮二与二级下齿轮二的几何参数完全相同。3.根据权利要求1所述的一种行星齿轮双曲柄机构组合式移栽机构，其特征在于：所述的中心齿轮、一级上齿轮、一级下齿轮、二级上齿轮一、二级下齿轮一、二级上齿轮二和二级下齿轮二均为圆齿轮，或均为非圆齿轮。

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