一种基于六杆机构的可调式栽植机构

本发明属于农业机械，具体是一种基于六杆机构的可调式栽植机构。

背景技术：

1、蔬菜是我国居民日常膳食的重要组成部分，机械化移栽已成为蔬菜生产的重要方向。以叶菜类为代表的密植型蔬菜（如小青菜、小油菜、结球生菜等）要求株距为100mm至250mm、行距小、种植密度高。现有栽植机构多围绕常规株距（300mm以上）进行设计，难以满足密植型蔬菜的小株距、小行距农艺要求。

2、更为关键的是，传统栽植机构通常仅针对单一目标株距进行设计，当作业株距发生变化时，主要通过调节行驶速度或传动比来改变株距，这会导致栽植器在入土和出土阶段产生过大的水平分速度，难以维持“有效零速栽植”状态，进而引发栽植直立度下降、穴口尺寸增大、地膜纵向贯通撕裂等问题。部分现有技术通过变差速行星轮系或调节曲柄导杆机构支点位置来实现株距可变，但其结构较复杂、小株距极限工况适应性有限，或在长期作业中易产生磨损。

3、现有技术中，公开号为cn118657713a的技术文件公开了插秧机作业质量检测方法及系统，通过对秧苗进行检测和株距计算实现缺苗判断，但该方法主要针对插秧作业，未涉及旱地移栽机构本身的结构设计与株距调节问题。公开号为cn115024060a的技术文件公开了一种多杆式植苗机构，采用平面连杆机构实现栽植轨迹输出，但其机构参数固定，无法进行变株距调节。

4、因此，有必要提供一种结构紧凑、调节灵活且在不同株距条件下均能保持优良栽植轨迹与姿态的可调式栽植机构。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种基于六杆机构的可调式栽植机构。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于六杆机构的可调式栽植机构，左右对称布置的两套六杆驱动机构、横向固定板，以及鸭嘴和鸭嘴开合机构；

3、所述六杆驱动机构包括机架支座、曲柄、可调杆三、连杆四、连杆五、可调杆六、连杆七；所述曲柄的一端与机架支座铰接于a点，并由电机驱动连续回转；曲柄的另一端、可调杆三的一端及连杆四的一端共同铰接于b点；可调杆三的另一端与可调杆六的一端铰接于c点；可调杆六的另一端与机架支座铰接于d点；连杆四的另一端与连杆五的一端铰接于e点；连杆五的另一端与所述栽植器刚性连接；连杆七的一端与机架支座铰接于g点，另一端与连杆五的中部铰接于f点；

4、所述可调杆三和可调杆六均为长度可调构件，用于通过协同改变其有效连接长度来调节栽植器末端的静轨迹形态及水平跨度；

5、还包括鸭嘴开合机构，其包括与驱动曲柄的轴同轴固连的凸轮、与机架支座铰接的凸轮摆杆、以及连接凸轮摆杆端部与鸭嘴栽植单元的拉线；所述凸轮按预设相位角安装，其轮廓经凸轮摆杆和拉线控制鸭嘴在入土至出土区段内的定点开合。

6、进一步地，所述可调杆三和可调杆六作为所述六杆驱动机构中的最优调节杆组，两者的长度协同变化被配置为：对栽植轨迹竖直方向位移的变化趋势产生相互抑制，而对水平方向跨度的变化进行调节，从而在不同株距下均保持植苗段轨迹为近似“γ”形且入土与出土点的水平偏移在预设阈值内。

7、进一步地，栽植频率与移栽机行驶速度的比值与所述可调杆三、可调杆六的长度变化相关联；当目标栽植株距在100mm至250mm范围内变化时，通过同时增大或减小所述可调杆三和可调杆六的长度，以改变栽植静轨迹，使得在叠加机组前进速度后，栽植器末端在植苗阶段的水平分速度趋近于零，实现多株距下的“有效零速栽植”。

8、进一步地，所述可调杆三和可调杆六之间通过双向螺杆连接，通过旋转所述双向螺杆以实现两杆长度的精确协同调节。

9、进一步地，所述可调杆三和连杆四在b端通过固定销轴连接，以构成一个结构可拆分的浮动三角杆，保证力学传递的稳定性且便于调节。

10、进一步地，所述凸轮摆杆的输出臂与输入臂的长度比为2，以在满足鸭嘴张开量不少于70mm的条件下减小凸轮的升程和结构尺寸。

11、进一步地，所述凸轮的轮廓包括推程段、远休止段、回程段和近休止段；其中，推程段采用正弦加速度运动规律，回程段采用余弦加速度运动规律；所述凸轮与曲柄的安装相位角被设定为：当曲柄转至植苗最低点附近时，凸轮处于远休止段工作区域，使鸭嘴保持全开状态。

12、进一步地，所述横向固定板同时与左右两套六杆驱动机构的连杆五和连杆七的末端铰接点刚性连接，形成整体框架；所述多个鸭嘴栽植单元为四个，以满足150mm窄行距条件下的四行同步密植作业。

13、进一步地，所述机架支座包括竖直设置的基板和固定于基板两侧的侧板；曲柄、可调杆三、连杆四、连杆五、可调杆六、连杆七均安装于基板的一侧；凸轮和凸轮摆杆安装于基板的另一侧。

14、进一步地，所述栽植器通过定位板固定于连杆五的末端，且栽植器末端鸭嘴的中心轴线与水平方向的姿态角在植苗最低点附近趋近于90°，以保证栽植直立度。

15、进一步地，所述鸭嘴栽植单元还包括固定于横向固定板上的鸭嘴支架，鸭嘴与鸭嘴支架铰接；所述拉线上位于凸轮摆杆和鸭嘴之间的部分套置有线管。

16、一种基于六杆机构的可调式栽植机构的调节方法，包括以下步骤：

17、（1）确定目标栽植株距，并保持栽植频率恒定；

18、（2）根据机组行驶速度与栽植株距及栽植频率的函数关系，设定移栽机行驶速度；

19、（3）依据预先标定的杆长-株距配置方案，同步调节所述可调杆三和可调杆六的长度，以改变栽植静轨迹的水平跨度，使栽植器末端轨迹在垂直方向保持稳定，而在水平方向产生与目标株距相匹配的环扣；

20、（4）启动电机，使曲柄在所述调节后的参数下驱动栽植器运动，在植苗阶段获得相对于地面的近似零水平分速度，实现变株距条件下的有效零速栽植。

21、进一步地，所述预先标定的杆长-株距配置方案通过以下方式获得：以待调杆长参数为优化变量，以不同株距下栽植动轨迹最低点及最高点偏差、植苗段姿态角偏差为约束，以综合运动误差最小为目标进行优化求解，获得与各目标株距对应的最优可调杆三与可调杆六的长度组合。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、1、本发明通过采用具有三个固定铰链点的stephenson-iii型六杆机构作为核心驱动机构，仅需一个动力源即可驱动栽植器完成包含近似“γ”形环扣的平面复合运动轨迹。该构型结构紧凑、运动链短、支承稳定性好，非常适用于窄行距多行密植工况，克服了传统行星轮系或多连杆机构结构复杂、占用空间大的问题。

24、2、本发明通过将关键的三角杆边长设计为长度可调的双杆结构（可调杆三和可调杆六），并依据二者对栽植轨迹的耦合影响规律进行协同调节，可在不改变机构整体构型的前提下，仅通过调整螺杆即可改变栽植器末端静轨迹的水平跨度，即在一个完整运动周期内，栽植器末端点p在水平方向（x轴方向）上位移的最大值与最小值之差。从而在100mm至250mm的宽株距范围内均能生成具备“有效零速栽植”特征的高质量栽植轨迹。这从根本上解决了传统机构仅适配单一株距、株距改变导致栽植质量严重下降的瓶颈问题。

25、3、本发明通过精确设计凸轮摆杆式鸭嘴开合控制机构及其与曲柄的安装相位角，实现了鸭嘴开合动作与主栽植轨迹的精确时序同步。采用摆杆两臂不等长设计，在保证大张开量的同时减小了凸轮尺寸，并通过对推程、回程运动规律的优化，确保了机构运行的平稳性和钵苗投放的可靠性。

26、试验表明，本发明机构在30r/min转速下，于100mm、150mm、200mm、250mm四种目标株距条件下，平均株距变异系数仅为2.89%，平均栽植合格率高达95.27%，平均破膜程度控制在6.72%，各项指标均显著优于行业标准，验证了其设计的合理性与株距调节方案的可行性。