两自由度五杆花卉移栽机构研究内容与STM32控制系统技术路线

摘要：本文阐述了混合驱动型取栽一体化花卉盆栽机构的研究内容与技术路线。研究核心围绕两自由度全铰链五杆机构展开，涵盖了机构选型、特性分析、B样条曲线轨迹拟合、反求数学模型建立及三维仿真验证。文章还详细介绍了基于STM32ZET6的闭环控制系统设计与DDA直线插补算法的应用，最后通过实地移栽试验验证了理论设计的正确性，为花卉自动化移栽提供了系统的技术方案。

关键词：花卉盆栽机构；五杆并联机构；取栽一体化；B样条轨迹拟合；混合驱动控制

1论文主要研究内容

论文首先通过机构选型确定了以两自由度全铰链五杆机构作为混合驱动型取栽一体化花卉盆栽机构的载体，接着对五杆机构的特性进行分析，包括如何进行奇异避免，曲柄存在条件，运动空间域的求解，再进行优化求解，设计出机构三维模型，最后对机构进行控制系统的设计以及进行移栽试验。论文主要进行了以下几方面的研究：

(1)机构构型选型与特性分析

选取全铰链五杆机构作为移栽机的构型，并对五杆机构的特性进行分析，包括如何进行奇异避免，曲柄存在条件以及运动空间域的求解，对后文优化程序编写中涉及到的约束条件提供了理论依据。

(2)尖嘴形工作轨迹拟合与参数求解

根据花卉移栽作业的农艺要求，在CAD中选取19个移栽轨迹形状控制点，利用B样条曲线拟合出一种“尖嘴形”工作轨迹，通过轨迹建立五杆并联机构的反求数学模型，编写优化算法，求解出合适的机构构型参数并得到两原动件之间的运动关系。

(3)三维建模与Adams仿真验证

根据优化得出的机构构型参数，通过三维建模软件Proe建立机构的三维实体模型，包括连杆、拨叉、凸轮、移栽臂壳体等零件，并将其装配后导入Adams中，对机构进行仿真，验证机构设计的正确性，仿真无误后对零件进行加工、装配。

(4)闭环运动控制系统设计

对机构的运动控制系统进行设计，控制方法采用DDA直线插补的思想，将两个电机的运动函数关系通过微小的直线段拟合出来，通过STM32ZET6芯片编写驱动程序，保证两个电机的同步联动控制，通过读取电机尾端的编码器实现闭环反馈控制，并通过RS232串口通讯将机构的运动信息反馈到PC端，方便操作者观察其运动情况。

(5)电控集成与移栽实验分析

对控制系统的线路进行设计，将其整合布置在电控箱内，并将机构的控制系统与试验台的控制系统整合整合起来，实现统一控制，之后对实验设备进行调试，在设备调试好的基础上进行花卉移栽实验，并将实验的结果与理论结果进行对比分析。