育苗盤機(jī)械手定位精度試驗(yàn)方法研究

徐 文，王永志

（吉林工商學(xué)院 生物工程學(xué)院，吉林 長春 130507）

育苗盤機(jī)械手定位精度試驗(yàn)方法研究

徐 文，王永志

（吉林工商學(xué)院 生物工程學(xué)院，吉林 長春 130507）

單純依靠提高氣缸行程的精度的方法，很難滿足育苗盤機(jī)械手與穴盤的對(duì)中精度要求，為了保證機(jī)械手在拔取育苗時(shí)進(jìn)行可靠的工作，設(shè)計(jì)了一種附加在氣缸的輸出桿上的精密距離微調(diào)裝置，通過調(diào)節(jié)這種微調(diào)裝置，可以方便地達(dá)到機(jī)械手在氣爪與穴盤對(duì)精度的要求。本文根據(jù)移栽要求，采用了一種雙向循環(huán)式育苗盤機(jī)械手定位精度試驗(yàn)方法，對(duì)這種附加距離微調(diào)裝置的育苗盤機(jī)械手的定位精度和重復(fù)定位精度進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，機(jī)械手的重復(fù)定位精度和定位精度誤差很小，可滿足移栽工作要求。

育苗盤機(jī)械手；定位精度；試驗(yàn)方法

現(xiàn)代化蔬菜花卉的育苗體系以穴盤育苗為代表，移栽是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。育苗盤機(jī)械手作為工廠化種苗生產(chǎn)工藝中自動(dòng)移栽秧苗的一種重要器具，可以有效提高移栽的生產(chǎn)效率。自行研制的附加在育苗盤機(jī)械手氣缸輸出桿上的精密距離微調(diào)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)，可以滿足育苗盤機(jī)械手與穴盤的對(duì)中精度要求。為了檢驗(yàn)該裝置的栽植均勻度，本文設(shè)計(jì)了一種雙向循環(huán)式檢測方法，直接對(duì)育苗盤機(jī)械手的重復(fù)定位精度和定位精度進(jìn)行測量，得到了更精確的測量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，該裝置可以有效提高機(jī)械手與穴盤的對(duì)中精度，能準(zhǔn)確地按照作業(yè)要求的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行移栽動(dòng)作，可以提高移栽工作效率。

一、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.測量基本要求

機(jī)械手的精度包括了定位精度和重復(fù)定位精度。實(shí)際位置與理想位置之間的誤差稱為定位誤差。它影響機(jī)械臂運(yùn)行的位置精度。要測量育苗盤機(jī)械手的定位精度和重復(fù)定位精度，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件應(yīng)沿著或圍繞軸線運(yùn)動(dòng)到一系列目標(biāo)位置，同時(shí)能夠在各目標(biāo)位置停留足夠長的時(shí)間以便觀測者測量和記錄機(jī)械手實(shí)際位置。機(jī)械手應(yīng)按程序以同一進(jìn)給速度在目標(biāo)位置間移動(dòng)。

2.運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的定位和重復(fù)定位

如圖1所示，為保證測量結(jié)果的精確性，采用雙向評(píng)定方式即運(yùn)動(dòng)構(gòu)件以正反兩個(gè)方向依次趨近5個(gè)目標(biāo)位置。將運(yùn)動(dòng)構(gòu)件完成一次往復(fù)作為一個(gè)循環(huán)，共進(jìn)行5次循環(huán)測量，循環(huán)方式采用線性循環(huán)測量方式。

圖1 定位誤差和重復(fù)定位誤差循環(huán)測量示意圖

3.機(jī)械手運(yùn)行方式

機(jī)械手的運(yùn)行方式有分步運(yùn)行和兩軸聯(lián)動(dòng)兩種，分別測量在這兩種運(yùn)行方式下的定位精度和重復(fù)定位精度。機(jī)械手進(jìn)給系統(tǒng)兩軸的工作行程分別為LX=550mm和LY=480mm，X軸和Y軸檢測目標(biāo)位置數(shù)分別為5個(gè)，檢測方向?yàn)殡p向趨進(jìn)。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

1.實(shí)驗(yàn)器具和測量條件

實(shí)驗(yàn)中需要配備的工具要可靠安全，實(shí)驗(yàn)的育苗盤機(jī)械手需要狀態(tài)良好，實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程中不可以隨便更換設(shè)備和操作人員。根據(jù)測量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，使測量機(jī)械手和檢測儀器、工具在檢測環(huán)境中處于等溫狀態(tài)。此外，在檢測時(shí)要避免外部環(huán)境的溫度、氣流、日曬等方面的直接影響。

2.實(shí)驗(yàn)測試

編制育苗盤機(jī)械手控制程序，使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)構(gòu)件按照程序雙向依次趨近目標(biāo)。同時(shí)，機(jī)械手在每個(gè)目標(biāo)位置停留30—60秒，等待測量儀采集和記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)采用線性循環(huán)測量，測5次。應(yīng)使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)構(gòu)件按照程序雙向趨進(jìn)目標(biāo)，并在每個(gè)測量位置上停留幾秒鐘，以便準(zhǔn)確記錄實(shí)際位置。

3.測量與數(shù)據(jù)記錄

定位精度測量與重復(fù)定位精度測量可用同一個(gè)循環(huán)圖（如圖1所示），采用游標(biāo)卡尺在紙帶上畫點(diǎn)的方法進(jìn)行測量。分別從正向和反向兩個(gè)方向趨進(jìn)目標(biāo)。

三、數(shù)據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述實(shí)驗(yàn)步驟，得到如表1—4所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 分步運(yùn)動(dòng)時(shí)X軸數(shù)據(jù)記錄表

表2 分步運(yùn)動(dòng)時(shí)Y軸數(shù)據(jù)記錄表

表3 兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)X軸數(shù)據(jù)記錄表

表4 聯(lián)動(dòng)時(shí)Y軸數(shù)據(jù)記錄表

式中，Li（i=1，2…m）為育苗盤機(jī)械手目標(biāo)位置，即運(yùn)動(dòng)構(gòu)件停留的理想位置。下標(biāo)i表示沿軸線或繞軸線選擇的各目標(biāo)位置。

Lij（i=1，2…n，j=1，2…m）為育苗盤機(jī)械手正向趨近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)的實(shí)際位置，即運(yùn)動(dòng)構(gòu)件每次向目標(biāo)位置正向趨近時(shí)實(shí)際測得實(shí)際位置。下標(biāo)i表示各目標(biāo)位置，下標(biāo)j表示循環(huán)的次數(shù)。

Lij′（i=1，2…n，j=1，2…m）為育苗盤機(jī)械手反向趨近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)的實(shí)際位置。

育苗盤機(jī)械手在各目標(biāo)點(diǎn)重復(fù)定位標(biāo)準(zhǔn)差可由公式4求得：

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入以上公式，得出如表5所示育苗盤機(jī)械手的定位精度和重復(fù)定位精度。

表5 育苗盤機(jī)械手定位精度和重復(fù)定位精度

圖2 分步運(yùn)動(dòng)時(shí)X軸方向上定位精度與重復(fù)定位精度

圖3 分步運(yùn)動(dòng)時(shí)Y軸方向上定位精度與重復(fù)定位精度

圖4 兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)X軸方向定位精度與重復(fù)定位精度

圖5 兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)Y軸方向定位精度與重復(fù)定位精度

機(jī)械手分步運(yùn)動(dòng)時(shí)X軸方向定位精度和重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)如圖2所示，Y方向定位精度和重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)如圖3所示。機(jī)械手兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)X軸方向定位精度和重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)如圖4所示，Y方向定位精度和重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)如圖5所示。

四、結(jié)論

1.從圖2、3、4、5可以看出機(jī)械手具有很高的重復(fù)定位精度和定位精度。因此，機(jī)械手可滿足移栽精度的要求。

2.機(jī)械手運(yùn)行時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)理論軌跡和實(shí)際軌跡相差很小。因此，機(jī)械手的運(yùn)行精度能夠進(jìn)行移栽工作。

3.在試驗(yàn)中采用了游標(biāo)卡尺作為測量工具，定位點(diǎn)是在紙帶上量出目標(biāo)距離后，手工標(biāo)記出來。測量受人為因素影響較大。如果采用激光干涉儀測量可得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)、并可嘗試采用自動(dòng)化測量方法。

[1]顧瑞龍.控制理論及電液控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2]張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

[2]成躍.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展[M].農(nóng)業(yè)科技推廣，2005，（7）.

[4]孫軍.國外農(nóng)業(yè)工廠化生產(chǎn)現(xiàn)狀[J].農(nóng)村新技術(shù)，2001，（2）.

[5]李其昀.機(jī)械化育苗移栽的現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，（3）：26-27.

[6]程前，石秀峰.國內(nèi)現(xiàn)行移栽機(jī)械取苗分苗機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2013，（3）：15-16+18.

[8]張麗華，邱立春，田素博.穴盤苗自動(dòng)移栽機(jī)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2009，（5）：28-31.

[9]劉煒，劉繼展.穴盤苗移栽機(jī)器人末端執(zhí)行器綜述[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，（7）:6-10.

[責(zé)任編輯：樊保臣]

TH16

A

1674-3288（2014）02-0091-04

2013-12-12

徐文（1967-），男，吉林長春人，博士，吉林工商學(xué)院生物工程學(xué)院教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。