取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构

1.本发明属于农业机械领域，涉及再生稻毯苗宽窄行分插机构，具体涉及一种直取式取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系水稻毯苗宽窄行分插机构。


背景技术：

2.再生稻是利用收获后稻桩上存活的休眠芽进行培育，使其抽穗再次生长萌发成熟的一类水稻品种，具有生育期短，可以一种两收，节约种子、水、药、秧田以及增产增收等优点，是我国水稻种植系统的重要组成部分，传统再生稻种植以300mm为主，当再生稻分蘖后，机械收割时实际行距约200mm，该行距下履带底盘自走式收割机通过时易发生碾压情况，农业科研人员由此提出变再生稻等行距种植为宽窄行种植，不仅解决机械碾压再生稻头季稻稻桩的问题，同时有效改善水稻间通风、光照等环境条件。
3.目前国内为了在不改变传统育秧流水线仅更改核心工作部件(分插机构)的前提下完成水稻宽窄行机插秧技术与装备的研究，逐渐开展了行星轮机构形成空间轨迹的研究。然而当前空间宽窄行分插机构在取秧段存在横向偏移量、斜取秧的情况，故有必要从空间轨迹入手，针对取秧段横向偏移量、斜取秧的问题，设计一种取秧过程横向零偏移量的空间运动行星轮系式水稻毯苗宽窄行分插机构。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，通过空间交错轴分布实现空间移栽轨迹，并利用不完全非圆齿轮间歇特性，实现空间移栽轨迹取秧段的横向零偏移量。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.本发明取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，包括链轮箱、主动链轮、从动链轮、链轮轴、传动轴、链条、行星系、上移栽臂和下移栽臂；主动链轮固连在链轮轴上，并通过链条与从动链轮连接；从动链轮固连在传动轴上；链轮轴和传动轴均通过轴承支承在链轮箱上；传动轴两端均设有一个行星系。所述的行星系包括传动箱、不完全非圆太阳轮、上不完全非圆齿轮、下不完全非圆齿轮、上中间斜齿轮、下中间斜齿轮、上行星斜齿轮、下行星斜齿轮、传动轴、上中间轴、下中间轴、上行星轴、下行星轴、锁止弧凸弧、上锁止弧凹弧、下锁止弧凹弧、中间缓冲弧、上缓冲弧和下缓冲弧；所述的传动箱与传动轴固连；所述的不完全非圆太阳轮与链轮箱固连，并空套在传动轴上；上中间轴、下中间轴、上行星轴和下行星轴均通过轴承支承在传动箱上，上中间轴和下中间轴均与传动轴平行，上行星轴和下行星轴均与传动轴成一夹角，且夹角相等；所述的上不完全非圆齿轮固连在上中间轴上；固连在上中间轴上的上中间斜齿轮与上行星斜齿轮相啮合，上行星斜齿轮固连在上行星轴上；所述的下不完全非圆齿轮固连在下中间轴上；固连在下中间轴上的下中间斜齿轮与下行星斜齿轮啮合，下行星斜齿轮固连在下行星轴上；所述的锁止弧凸弧和中间缓冲弧均固连在不完全非圆太阳轮上，上锁止弧凹弧和上缓冲弧均固连在上中间轴上，下锁止
弧凹弧和下缓冲弧均固连在下中间轴上；上不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮啮合状态下，锁止弧凸弧与下锁止弧凹弧摩擦传动，与上锁止弧凹弧处于分离状态；下不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮啮合状态下，锁止弧凸弧与上锁止弧凹弧摩擦传动，与下锁止弧凹弧处于分离状态；上不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮刚进入啮合时，中间缓冲弧与上缓冲弧摩擦传动，与下缓冲弧处于分离状态；下不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮刚进入啮合时，中间缓冲弧与下缓冲弧摩擦传动，与上缓冲弧处于分离状态。每个行星系的上行星轴处均设有上移栽臂，每个行星系的下行星轴处均设有下移栽臂；上移栽臂的移栽臂壳体与上行星轴固连，下移栽臂的移栽臂壳体与下行星轴固连，上移栽臂和下移栽臂的凸轮固连在传动箱两端。上移栽臂的秧针头部端点在空间移栽轨迹取秧起始点至取秧结束点的取秧段时，不完全非圆太阳轮与下不完全非圆齿轮啮合，不与上不完全非圆齿轮啮合；下移栽臂的秧针头部端点在空间移栽轨迹取秧起始点至取秧结束点的取秧段时，不完全非圆太阳轮与上不完全非圆齿轮啮合，不与下不完全非圆齿轮啮合。
7.优选地，所述上不完全非圆齿轮与下不完全非圆齿轮的结构完全相同但初始安装角不同，上中间斜齿轮、上行星斜齿轮、下中间斜齿轮、下行星斜齿轮的结构完全相同但初始安装角不同，上缓冲弧与下缓冲弧的结构完全相同但初始安装角不同，上锁止弧凹弧与下锁止弧凹弧的结构完全相同但初始安装角不同。
8.优选地，求解空间移栽轨迹取秧段满足横向零偏移量时的取秧起始点和取秧结束点坐标，具体如下：
9.建立以不完全非圆太阳轮的旋转中心a为坐标原点的绝对坐标系ax1y1z1，建立绕绝对坐标系ax1y1z1的z1轴旋转α-θ1且以传动箱的旋转中心为坐标原点的相对坐标系ax2y2z2，建立沿相对坐标系ax2y2z2的x2轴平移l
ab
且以上不完全非圆齿轮的旋转中心b为坐标原点的相对坐标系bx3y3z3，建立沿相对坐标系bx3y3z3的z3轴平移l
bc
且以上中间斜齿轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx4y4z4，建立绕相对坐标系cx4y4z4的z4轴旋转β且以上中间斜齿轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx5y5z5，建立沿相对坐标系cx5y5z5的x5轴平移l
cd
且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx6y6z6，建立绕相对坐标系dx6y6z6的x6轴旋转且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx7y7z7，建立绕相对坐标系dx7y7z7的z7轴旋转θ2+γ且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx8y8z8，建立沿相对坐标系dx8y8z8的x8轴平移l
ef
、沿相对坐标系dx8y8z8的y8轴平移-l
fg
、沿相对坐标系dx8y8z8的z8轴平移l
de
且以上移栽臂的秧针头部端点g为坐标原点的相对坐标系gx9y9z9；其中，α为传动箱初始安装角，θ1为传动箱相对初始安装角α的转角，l
ab
为点a与点b的距离，l
bc
为点b与点c的距离，β为上行星斜齿轮与上中间斜齿轮的偏置角，l
cd
为点c与点d的距离，为上行星斜齿轮或上中间斜齿轮螺旋角的两倍，θ2为上行星斜齿轮相对传动箱的转角，γ为上移栽臂的初始安装角，点e为上移栽臂的移栽臂壳体与上行星轴连接点，z7轴与z8轴重合且方向由点d指向点e，点f为上移栽臂的拨叉与弹簧座的夹槽所构成摩擦副的中心点，l
ef
为点e与点f的距离，l
fg
为点f与点g的距离，l
de
为点d与点e的距离。则有：
10.绝对坐标系ax1y1z1的参考矩阵
[0011][0012]
相对坐标系ax2y2z2相对绝对坐标系ax1y1z1的位置变换矩阵
[0013][0014]
相对坐标系ax2y2z2与相对坐标系bx3y3z3的位置变换矩阵为
[0015][0016]
相对坐标系bx3y3z3与相对坐标系cx4y4z4的位置变换矩阵为
[0017][0018]
相对坐标系cx4y4z4与相对坐标系cx5y5z5的位置变换矩阵为
[0019][0020]
相对坐标系cx5y5z5与相对坐标系dx6y6z6的位置变换矩阵为
[0021][0022]
相对坐标系dx6y6z6与相对坐标系dx7y7z7的位置变换矩阵为
[0023][0024]
相对坐标系dx7y7z7与相对坐标系dx8y8z8的位置变换矩阵为
[0025][0026]
相对坐标系dx8y8z8与相对坐标系gx9y9z9的位置变换矩阵为
[0027][0028]
则点g相对不完全非圆太阳轮的旋转中心a的坐标变换矩阵为
[0029]
pg＝m1m2m3m4m5m6m7m8m9
[0030]
选定传动箱相对初始安装角α的转角θ1取值分别为θ11和θ12时，上行星斜齿轮相对传动箱的转角θ2分别选定为θ21和θ22，并设此时上移栽臂的秧针头部端点g分别位于取秧起始点和取秧结束点位置，则将θ11和θ21代入坐标变换矩阵pg中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵pg中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧起始点在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标，同样，将θ12和θ22代入坐标变换矩阵pg中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵pg中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧结束点在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标。
[0031]
更优选地，|θ11-θ12|等于上锁止弧凹弧和下锁止弧凹弧的弧度ε，也等于锁止弧凸弧的有效摩擦传动弧度。
[0032]
本发明具有的有益效果是：
[0033]
相对于分插机构平面运动轨迹，分插机构空间移栽轨迹能够在不改变传统育秧流程的前提下有效地实现宽窄行移栽，但现有宽窄行分插机构实现的空间轨迹在取秧段均存在着横向偏移量的问题，取秧段横向偏移量将导致分插机构斜取秧，造成伤秧问题。本发明在不改变秧箱结构前提下，通过空间交错轴分布实现空间移栽轨迹，并利用不完全非圆齿轮的间歇特性，同时利用缓冲弧与锁止弧配合，在分插机构取秧阶段以锁止弧啮合代替不完全非圆齿轮啮合，有效地实现分插机构取秧段的平面运动轨迹，进而解决取秧段横向偏移量的问题，避免伤根问题的发生，有利于提高取秧成功率和取秧质量。
附图说明
[0034]
图1是本发明实现的空间移栽轨迹以及该空间移栽轨迹的侧向轨迹示意图；
[0035]
图2是本发明利用d-h矩阵求解空间移栽轨迹的解析图；
[0036]
图3是本发明锁止弧凸弧与上锁止弧凹弧的传动示意图；
[0037]
图4是本发明的总传动比曲线图；
[0038]
图5是本发明中上移栽臂与上行星轴的安装关系示意图；
[0039]
图6是本发明中不完全非圆太阳轮与上不完全非圆齿轮、锁止弧凸弧与上锁止弧凹弧、中间缓冲弧与上缓冲弧的间歇传动示意图；
[0040]
图7是本发明的机构运动简图；
[0041]
图8是本发明中各齿轮的啮合传动示意图；
[0042]
图9是本发明中上移栽臂或下移栽臂的剖视图；
[0043]
图中：1、上移栽臂，2、传动箱，3、上行星斜齿轮，4、上行星轴，5、上中间斜齿轮，6、上中间轴，7、上不完全非圆齿轮，8、不完全非圆太阳轮，9、传动轴，10、下中间斜齿轮，11、下中间轴，12、下移栽臂，13、下不完全非圆齿轮，14、下行星轴，15、下行星斜齿轮，16、链轮箱，17、主动链轮，18、链轮轴，19、链条，20、从动链轮，21、下锁止弧凹弧，22、锁止弧凸弧，23、上锁止弧凹弧，24、下缓冲弧，25、中间缓冲弧，26、上缓冲弧，27、弹簧，28、弹簧座，29、推秧杆，30、秧针，31、固连块，32、拨叉，33、移栽臂壳体，34、凸轮。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0045]
如图7所示，取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，包括链轮箱16、主动链轮17、从动链轮20、链轮轴18、传动轴9、链条19、行星系、上移栽臂1和下移栽臂12；主动链轮17固连在链轮轴18上，并通过链条19与从动链轮20连接；从动链轮20固连在传动轴9上；链轮轴18和传动轴9均通过轴承支承在链轮箱16上；传动轴9两端均设有一个行星系。行星系包括传动箱2、不完全非圆太阳轮8、上不完全非圆齿轮7、下不完全非圆齿轮13、上中间斜齿轮5、下中间斜齿轮10、上行星斜齿轮3、下行星斜齿轮15、传动轴9、上中间轴6、下中间轴11、上行星轴4、下行星轴14、锁止弧凸弧22、上锁止弧凹弧23、下锁止弧凹弧21、中间缓冲弧25、上缓冲弧26和下缓冲弧24；传动箱2与传动轴9固连；不完全非圆太阳轮8与链轮箱16固连，并空套在传动轴9上；上中间轴6、下中间轴11、上行星轴4和下行星轴14均通过轴承支承在传动箱2上，上中间轴6和下中间轴11均与传动轴9平行，上行星轴4和下行星轴14均与传动轴9成一夹角，且夹角相等；上不完全非圆齿轮7固连在上中间轴6上；固连在上中间轴6上的上中间斜齿轮5与上行星斜齿轮3相啮合，上行星斜齿轮3固连在上行星轴4上；下不完全非圆齿轮13固连在下中间轴11上；固连在下中间轴11上的下中间斜齿轮10与下行星斜齿轮15啮合，下行星斜齿轮15固连在下行星轴14上；如图8所示，锁止弧凸弧22和中间缓冲弧25均固连在不完全非圆太阳轮8上，上锁止弧凹弧23和上缓冲弧26均固连在上中间轴6上，下锁止弧凹弧21和下缓冲弧24均固连在下中间轴11上；如图6所示，上不完全非圆齿轮7与不完全非圆太阳轮8啮合状态下，锁止弧凸弧22与下锁止弧凹弧21摩擦传动，与上锁止弧凹弧23处于分离状态；下不完全非圆齿轮13与不完全非圆太阳轮8啮合状态下，锁止弧凸弧22与上锁止弧凹弧23摩擦传动，与下锁止弧凹弧21处于分离状态；上不完全非圆齿轮7与不完全非圆太阳轮8刚进入啮合时，中间缓冲弧25与上缓冲弧26摩擦传动，与下缓冲弧24处于分离状态；下不完全非圆齿轮13与不完全非圆太阳轮8刚进入啮合时，中间缓冲弧25与下缓冲弧24摩擦传动，与上缓冲弧26处于分离状态。如图7和图9所示，每个行星系的上行星轴4处均设有上移栽臂1，每个行星系的下行星轴14处均设有下移栽臂12；上移栽臂1的移栽臂壳体33与上行星轴4固连，下移栽臂12的移栽臂壳体33与下行星轴14固连，上移栽臂1和下移栽臂12的凸轮34固连在传动箱2两端。
[0046]
如图8所示，上不完全非圆齿轮7与下不完全非圆齿轮13的结构完全相同但初始安装角不同，上中间斜齿轮5、上行星斜齿轮3、下中间斜齿轮10、下行星斜齿轮15的结构完全相同但初始安装角不同，上缓冲弧26与下缓冲弧24的结构完全相同但初始安装角不同，上
锁止弧凹弧23与下锁止弧凹弧21的结构完全相同但初始安装角不同。
[0047]
其中，上移栽臂1和下移栽臂12的结构完全相同，均采用现有技术，如图9所示，包括移栽臂壳体33、秧针30、推秧杆29、凸轮34、弹簧27、弹簧座28和拨叉32；推秧杆29与移栽臂壳体33构成滑动副，固定在推秧杆29后部的弹簧座28与移栽臂壳体33通过弹簧27连接；拨叉32的中部与移栽臂壳体33铰接，一端与凸轮34构成凸轮副，另一端与弹簧座28的夹槽构成摩擦副；两个秧针30间距设置，后部均固连在移栽臂壳体33前部并与移栽臂壳体33通过固连块31固连，固连块31起到加固秧针30的作用；推秧杆29前部一体成型的推秧块开设有两个夹槽，两个秧针30前部与两个夹槽分别构成滑动副。当移栽臂壳体33转动至使凸轮34的回程段与拨叉32接触时，弹簧27带动推秧杆29前移，两个秧针30前部夹紧实现取秧苗；凸轮34的推程段与拨叉32接触时，拨叉32带动推秧杆29后移，两个秧针30前部打开，松开秧苗。
[0048]
如图1、图2、图3、图5和图6所示，行星系宽窄行分插机构的空间移栽轨迹是通过空间交错轴(上行星轴4和下行星轴14均与传动轴9成一夹角)、固连在上中间轴6上的上中间斜齿轮5与固连在上行星轴4上的上行星斜齿轮3相啮合以及固连在下中间轴11上的下中间斜齿轮10与固连在下行星轴14上的下行星斜齿轮15啮合实现的。在空间移栽轨迹中取秧起始点p1至取秧结束点p2为取秧段，要避免空间移栽轨迹在取秧段横向(z方向)偏移，需要避免上中间斜齿轮5与上行星斜齿轮3或下中间斜齿轮10与下行星斜齿轮15在取秧段的啮合，故做如下进一步限定：上移栽臂1的秧针头部端点g在空间移栽轨迹取秧起始点p1至取秧结束点p2的取秧段时，不完全非圆太阳轮8与下不完全非圆齿轮13啮合，不与上不完全非圆齿轮7啮合，由锁止弧凸弧22与上锁止弧凹弧23传动代替保证不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7再次啮合时的准确性，此时上中间斜齿轮5与上行星斜齿轮3相对静止；下移栽臂12的秧针头部端点g在空间移栽轨迹取秧起始点p1至取秧结束点p2的取秧段时，不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7啮合，不与下不完全非圆齿轮13啮合，由锁止弧凸弧22与下锁止弧凹弧21传动代替保证不完全非圆太阳轮8与下不完全非圆齿轮13再次啮合时的准确性，此时下中间斜齿轮10与下行星斜齿轮15相对静止。
[0049]
在传统宽窄行分插机构设计中，秧针取秧苗过程中会出现斜取秧情况，即秧针沿z方向偏移的情况，取秧效果不佳，为避免斜取秧情况的发生，需要设计空间移栽轨迹中由取秧起始点p1至取秧结束点p2的整个取秧段不发生斜取秧情况，从而达到宽窄行分插机构的直取秧效果。由传动比曲线可知，当空间移栽轨迹取秧段不发生横向偏移时，需要保证不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7或下不完全非圆齿轮13的传动比无穷大，即不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7或下不完全非圆齿轮13不啮合，传动箱(杆一l1)与杆二(上移栽臂或下移栽臂)l2不发生相对运动，此时传动箱与上移栽臂或下移栽臂均绕不完全非圆太阳轮的旋转中心a公转，整个行星系宽窄行分插机构的总传动比也为无穷大，如图4所示。
[0050]
如图1、图2和图3所示，利用d-h矩阵求解空间移栽轨迹取秧段满足横向零偏移量时的取秧起始点p1和取秧结束点p2坐标(取秧起始点p1、取秧结束点p2和推秧点p3为空间移栽轨迹的三个关键点)，具体如下：
[0051]
建立以不完全非圆太阳轮的旋转中心a为坐标原点的绝对坐标系ax1y1z1，建立绕绝对坐标系ax1y1z1的z1轴旋转α-θ1且以传动箱的旋转中心(也是不完全非圆太阳轮的旋转
中心a)为坐标原点的相对坐标系ax2y2z2，建立沿相对坐标系ax2y2z2的x2轴平移l
ab
且以上不完全非圆齿轮的旋转中心b为坐标原点的相对坐标系bx3y3z3，建立沿相对坐标系bx3y3z3的z3轴平移l
bc
且以上中间斜齿轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx4y4z4，建立绕相对坐标系cx4y4z4的z4轴旋转β且以上中间斜齿轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx5y5z5，建立沿相对坐标系cx5y5z5的x5轴平移l
cd
且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx6y6z6，建立绕相对坐标系dx6y6z6的x6轴旋转且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx7y7z7，建立绕相对坐标系dx7y7z7的z7轴旋转θ2+γ且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx8y8z8，建立沿相对坐标系dx8y8z8的x8轴平移l
ef
、沿相对坐标系dx8y8z8的y8轴平移-l
fg
、沿相对坐标系dx8y8z8的z8轴平移l
de
且以上移栽臂的秧针头部端点g为坐标原点的相对坐标系gx9y9z9；其中，α为传动箱初始安装角，θ1为传动箱相对初始安装角α的转角(规定逆时针转动为正)，l
ab
为点a与点b的距离，l
bc
为点b与点c的距离，β为上行星斜齿轮与上中间斜齿轮的偏置角，即点a与点b连线和点c与点d连线的夹角，l
cd
为点c与点d的距离，为上行星斜齿轮或上中间斜齿轮螺旋角的两倍，θ2为上行星斜齿轮相对传动箱的转角，γ为上移栽臂的初始安装角，点e为上移栽臂1的移栽臂壳体与上行星轴4连接点，z7轴与z8轴重合且方向由点d指向点e，点f为上移栽臂1的拨叉32与弹簧座28的夹槽所构成摩擦副的中心点，l
ef
为点e与点f的距离，l
fg
为点f与点g的距离，l
de
为点d与点e的距离。则有：
[0052]
绝对坐标系ax1y1z1的参考矩阵
[0053][0054]
相对坐标系ax2y2z2相对绝对坐标系ax1y1z1的位置变换矩阵
[0055][0056]
相对坐标系ax2y2z2与相对坐标系bx3y3z3的位置变换矩阵为
[0057][0058]
相对坐标系bx3y3z3与相对坐标系cx4y4z4的位置变换矩阵为
[0059]
[0060]
相对坐标系cx4y4z4与相对坐标系cx5y5z5的位置变换矩阵为
[0061][0062]
相对坐标系cx5y5z5与相对坐标系dx6y6z6的位置变换矩阵为
[0063][0064]
相对坐标系dx6y6z6与相对坐标系dx7y7z7的位置变换矩阵为
[0065][0066]
相对坐标系dx7y7z7与相对坐标系dx8y8z8的位置变换矩阵为
[0067][0068]
相对坐标系dx8y8z8与相对坐标系gx9y9z9的位置变换矩阵为
[0069][0070]
则点g相对不完全非圆太阳轮的旋转中心a的坐标变换矩阵为
[0071]
pg＝m1m2m3m4m5m6m7m8m9
[0072]
选定传动箱相对初始安装角α的转角θ1取值分别为θ11和θ12时，上行星斜齿轮相对传动箱的转角θ2分别选定为θ21和θ22，并设此时上移栽臂的秧针头部端点g分别位于取秧起始点p1和取秧结束点p2位置，则将θ11和θ21代入坐标变换矩阵pg(pg中除θ1和θ2外的其余参数均为给定的已知量)中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵pg中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧起始点p1在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标，同样，将θ12和θ22代入坐标变换矩阵pg中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵pg中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧结束点p2在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标，而|θ11-θ12|等于上锁止弧凹弧23和下锁止弧凹弧21的弧度ε(图3和图6中锁止弧凸弧22的有效摩擦传动弧度也为ε)，上移栽臂或下移栽臂的秧针头部端点g由取秧段取秧起始点p1运动至取秧结束点p2过程中对应的传动箱绕不完全非圆太阳轮旋
转中心公转的角度也为ε。
[0073]
本发明的工作原理如下：
[0074]
如图8所示，动力从链轮轴18输入，经主动链轮17、链条19、从动链轮20和传动轴9传给传动箱2，传动箱2旋转带动上不完全非圆齿轮7、下不完全非圆齿轮13、上中间斜齿轮5、下中间斜齿轮10、上行星斜齿轮3和下行星斜齿轮15绕不完全非圆太阳轮8公转；上不完全非圆齿轮7与不完全非圆太阳轮8啮合状态下，锁止弧凸弧22与下锁止弧凹弧21摩擦传动，与上锁止弧凹弧23处于分离状态，上行星斜齿轮3与上中间斜齿轮5啮合传动，上行星轴4带动上移栽臂1的移栽臂壳体33；下不完全非圆齿轮13与不完全非圆太阳轮8啮合状态下，锁止弧凸弧22与上锁止弧凹弧23摩擦传动，与下锁止弧凹弧21处于分离状态，下行星斜齿轮15与中间斜齿轮10啮合传动，下行星轴14带动下移栽臂12的移栽臂壳体33。而上移栽臂1的秧针头部端点g在空间移栽轨迹取秧起始点p1至取秧结束点p2的取秧段时，不完全非圆太阳轮8与下不完全非圆齿轮13啮合，不与上不完全非圆齿轮7啮合，由锁止弧凸弧22与上锁止弧凹弧23传动代替保证不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7再次啮合时的准确性，此时上中间斜齿轮5与上行星斜齿轮3相对静止，下移栽臂12的秧针头部端点g在空间移栽轨迹取秧起始点p1至取秧结束点p2的取秧段时，不完全非圆太阳轮8与上不完全非圆齿轮7啮合，不与下不完全非圆齿轮13啮合，由锁止弧凸弧22与下锁止弧凹弧21传动代替保证不完全非圆太阳轮8与下不完全非圆齿轮13再次啮合时的准确性，此时下中间斜齿轮10与下行星斜齿轮15相对静止，此时，上移栽臂1或下移栽臂12的凸轮34回程段与拨叉32接触，弹簧27带动推秧杆29前移，两个秧针30前部夹紧实现取秧苗；当秧针头部端点g在空间移栽轨迹的推秧点(点p3)时，凸轮34的推程段与拨叉32接触，拨叉32带动推秧杆29后移，两个秧针30前部打开，松开秧苗并实现推秧工作。

技术特征：
1.取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，包括链轮箱、主动链轮、从动链轮、链轮轴、传动轴、链条、行星系、上移栽臂和下移栽臂；主动链轮固连在链轮轴上，并通过链条与从动链轮连接；从动链轮固连在传动轴上；链轮轴和传动轴均通过轴承支承在链轮箱上；传动轴两端均设有一个行星系；其特征在于：所述的行星系包括传动箱、不完全非圆太阳轮、上不完全非圆齿轮、下不完全非圆齿轮、上中间斜齿轮、下中间斜齿轮、上行星斜齿轮、下行星斜齿轮、传动轴、上中间轴、下中间轴、上行星轴、下行星轴、锁止弧凸弧、上锁止弧凹弧、下锁止弧凹弧、中间缓冲弧、上缓冲弧和下缓冲弧；所述的传动箱与传动轴固连；所述的不完全非圆太阳轮与链轮箱固连，并空套在传动轴上；上中间轴、下中间轴、上行星轴和下行星轴均通过轴承支承在传动箱上，上中间轴和下中间轴均与传动轴平行，上行星轴和下行星轴均与传动轴成一夹角，且夹角相等；所述的上不完全非圆齿轮固连在上中间轴上；固连在上中间轴上的上中间斜齿轮与上行星斜齿轮相啮合，上行星斜齿轮固连在上行星轴上；所述的下不完全非圆齿轮固连在下中间轴上；固连在下中间轴上的下中间斜齿轮与下行星斜齿轮啮合，下行星斜齿轮固连在下行星轴上；所述的锁止弧凸弧和中间缓冲弧均固连在不完全非圆太阳轮上，上锁止弧凹弧和上缓冲弧均固连在上中间轴上，下锁止弧凹弧和下缓冲弧均固连在下中间轴上；上不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮啮合状态下，锁止弧凸弧与下锁止弧凹弧摩擦传动，与上锁止弧凹弧处于分离状态；下不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮啮合状态下，锁止弧凸弧与上锁止弧凹弧摩擦传动，与下锁止弧凹弧处于分离状态；上不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮刚进入啮合时，中间缓冲弧与上缓冲弧摩擦传动，与下缓冲弧处于分离状态；下不完全非圆齿轮与不完全非圆太阳轮刚进入啮合时，中间缓冲弧与下缓冲弧摩擦传动，与上缓冲弧处于分离状态；每个行星系的上行星轴处均设有上移栽臂，每个行星系的下行星轴处均设有下移栽臂；上移栽臂的移栽臂壳体与上行星轴固连，下移栽臂的移栽臂壳体与下行星轴固连，上移栽臂和下移栽臂的凸轮固连在传动箱两端；上移栽臂的秧针头部端点在空间移栽轨迹取秧起始点至取秧结束点的取秧段时，不完全非圆太阳轮与下不完全非圆齿轮啮合，不与上不完全非圆齿轮啮合；下移栽臂的秧针头部端点在空间移栽轨迹取秧起始点至取秧结束点的取秧段时，不完全非圆太阳轮与上不完全非圆齿轮啮合，不与下不完全非圆齿轮啮合。2.根据权利要求1所述取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，其特征在于：所述上不完全非圆齿轮与下不完全非圆齿轮的结构完全相同但初始安装角不同，上中间斜齿轮、上行星斜齿轮、下中间斜齿轮、下行星斜齿轮的结构完全相同但初始安装角不同，上缓冲弧与下缓冲弧的结构完全相同但初始安装角不同，上锁止弧凹弧与下锁止弧凹弧的结构完全相同但初始安装角不同。3.根据权利要求1所述取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，其特征在于：求解空间移栽轨迹取秧段满足横向零偏移量时的取秧起始点和取秧结束点坐标，具体如下：建立以不完全非圆太阳轮的旋转中心a为坐标原点的绝对坐标系ax1y1z1，建立绕绝对坐标系ax1y1z1的z1轴旋转α-θ1且以传动箱的旋转中心为坐标原点的相对坐标系ax2y2z2，建立沿相对坐标系ax2y2z2的x2轴平移l
ab
且以上不完全非圆齿轮的旋转中心b为坐标原点的相对坐标系bx3y3z3，建立沿相对坐标系bx3y3z3的z3轴平移l
bc
且以上中间斜齿轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx4y4z4，建立绕相对坐标系cx4y4z4的z4轴旋转β且以上中间斜齿
轮的旋转中心c为坐标原点的相对坐标系cx5y5z5，建立沿相对坐标系cx5y5z5的x5轴平移l
cd
且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx6y6z6，建立绕相对坐标系dx6y6z6的x6轴旋转且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx7y7z7，建立绕相对坐标系dx7y7z7的z7轴旋转θ2+γ且以上行星斜齿轮的旋转中心d为坐标原点的相对坐标系dx8y8z8，建立沿相对坐标系dx8y8z8的x8轴平移l
ef
、沿相对坐标系dx8y8z8的y8轴平移-l
fg
、沿相对坐标系dx8y8z8的z8轴平移l
de
且以上移栽臂的秧针头部端点g为坐标原点的相对坐标系gx9y9z9；其中，α为传动箱初始安装角，θ1为传动箱相对初始安装角α的转角，l
ab
为点a与点b的距离，l
bc
为点b与点c的距离，β为上行星斜齿轮与上中间斜齿轮的偏置角，l
cd
为点c与点d的距离，为上行星斜齿轮或上中间斜齿轮螺旋角的两倍，θ2为上行星斜齿轮相对传动箱的转角，γ为上移栽臂的初始安装角，点e为上移栽臂的移栽臂壳体与上行星轴连接点，z7轴与z8轴重合且方向由点d指向点e，点f为上移栽臂的拨叉与弹簧座的夹槽所构成摩擦副的中心点，l
ef
为点e与点f的距离，l
fg
为点f与点g的距离，l
de
为点d与点e的距离；则有：绝对坐标系ax1y1z1的参考矩阵相对坐标系ax2y2z2相对绝对坐标系ax1y1z1的位置变换矩阵相对坐标系ax2y2z2与相对坐标系bx3y3z3的位置变换矩阵为相对坐标系bx3y3z3与相对坐标系cx4y4z4的位置变换矩阵为相对坐标系cx4y4z4与相对坐标系cx5y5z5的位置变换矩阵为
相对坐标系cx5y5z5与相对坐标系dx6y6z6的位置变换矩阵为相对坐标系dx6y6z6与相对坐标系dx7y7z7的位置变换矩阵为相对坐标系dx7y7z7与相对坐标系dx8y8z8的位置变换矩阵为相对坐标系dx8y8z8与相对坐标系gx9y9z9的位置变换矩阵为则点g相对不完全非圆太阳轮的旋转中心a的坐标变换矩阵为p
g
＝m1m2m3m4m5m6m7m8m9选定传动箱相对初始安装角α的转角θ1取值分别为θ11和θ12时，上行星斜齿轮相对传动箱的转角θ2分别选定为θ21和θ22，并设此时上移栽臂的秧针头部端点g分别位于取秧起始点和取秧结束点位置，则将θ11和θ21代入坐标变换矩阵p
g
中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵p
g
中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧起始点在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标，同样，将θ12和θ22代入坐标变换矩阵p
g
中的θ1和θ2，求得的坐标变换矩阵p
g
中第一行第四列元素、第二行第四列元素、第三行第四列元素分别为取秧结束点在绝对坐标系ax1y1z1中的x1、y1、z1坐标。4.根据权利要求3所述取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，其特征在于：|θ11-θ12|等于上锁止弧凹弧和下锁止弧凹弧的弧度，也等于锁止弧凸弧的有效摩擦传动弧度。

技术总结
本发明公开了取秧横向零偏移量空间移栽轨迹的行星系宽窄行分插机构，其行星系包括传动箱、不完全非圆太阳轮、上不完全非圆齿轮、下不完全非圆齿轮、上中间斜齿轮、下中间斜齿轮、上行星斜齿轮、下行星斜齿轮、传动轴、上中间轴、下中间轴、上行星轴、下行星轴、锁止弧凸弧、上锁止弧凹弧、下锁止弧凹弧、中间缓冲弧、上缓冲弧和下缓冲弧。本发明通过空间交错轴分布实现空间移栽轨迹，并利用不完全非圆齿轮的间歇特性，在分插机构取秧阶段以锁止弧啮合代替不完全非圆齿轮啮合，有效地实现分插机构取秧段的平面运动轨迹，进而解决取秧段横向偏移量的问题，避免伤根问题的发生，有利于提高取秧成功率和取秧质量。功率和取秧质量。功率和取秧质量。


技术研发人员：姜凯雯 孙良 张荣榜 徐豪聪
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/7/27