[0065] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0066] 如图1和3所示，大移栽位移量的双行星架式穴盆苗取栽机构，包括第一机架2、输入轴1、第一机架第二轴5、第一机架第三轴10、第一太阳轮3、第一中间轮6、第二太阳轮 4、
第二中间轮8、小齿轮7、大齿轮11、中型齿轮一9、中型齿轮二12、第二机架13、移栽臂凸轮
14、拉线凸轮15、移栽臂摆杆17、拉线摆杆18、拉线摆动块19、移栽臂齿轮22、移栽臂壳体23、取苗针固定座24、取苗针25和拉线20。第一太阳轮3与支座固定；第二太阳轮4与第一太阳轮
3固定；输入轴1通过轴承支承在支座上，并与第一机架2固定；第一机架第二轴5和第一机架
第三轴10均通过轴承支承在第一机架2内；第一中间轮6、小齿轮7、第二中间轮8和中型齿轮
一9均固定在第一机架第二轴5上，大齿轮11固定在第一机架第三轴10上；中型齿轮二12空
套在第一机架第三轴10上；第一太阳轮3和第二太阳轮4都是不完全齿轮，第一太阳轮3与第
一中间轮6相啮合或第二太阳轮4与第二中间轮8相啮合；即当第一太阳轮3与第一中间轮6
相啮合时第二太阳轮4与第二中间轮8 不啮合，当第一太阳轮3与第一中间轮6刚脱开啮合
时，第二太阳轮4与第二中间轮8开始进入啮合状态；当第二太阳轮4与第二中间轮8相啮合
时第一太阳轮3与第一中间轮6 不啮合，当第二太阳轮4与第二中间轮8刚脱开啮合时，第一
太阳轮3与第一中间轮6开始进入啮合状态；小齿轮7与大齿轮11相啮合，中型齿轮一9与中
型齿轮二12相啮合；小齿轮7、大齿轮11、中型齿轮一9和中型齿轮二12都是圆齿轮；小齿轮7
与大齿轮11 的传动比是2：1；中型齿轮一9和中型齿轮二12的传动比是1：1。
[0067] 第二机架13与中型齿轮二12通过空套在第一机架第三轴10上的连接套固定，且第二机架13通过轴承支承在第一机架第三轴10伸出第一机架2外的一端；移栽臂凸轮14和拉
线凸轮15均固定在第一机架第三轴10上；第二机架第二轴16和第二机架第三轴21均通过轴
承支承在第二机架13内；移栽臂凸轮14是槽型的摆杆凸轮，拉线凸轮15是普通的摆杆凸轮；
移栽臂摆杆17一端铰接的滚子与移栽臂凸轮14构成凸轮副，中部与第二机架轴二16构成转
动副，另一端固定设有端部齿轮；端部齿轮与固定在第二机架第三轴21上的移栽臂齿轮22
相啮合；拉线摆杆18一端固定在第二机架第二轴16上，另一端铰接的滚子与拉线凸轮15构
成凸轮副；第二机架第二轴16伸出第二机架13外的一端固定有拉线摆动块19；第二机架第
三轴21伸出第二机架13外的一端与移栽臂壳体23固定；推杆27与拉线摆动块19通过拉线20
连接，并与移栽臂壳体23构成滑动副；拉线20套置在拉线线管 26内；弹簧28设置在移栽臂
壳体23内，一端与移栽臂壳体23固定，另一端与推杆27固定；取苗针固定座24与推杆27固
定；两根取苗针25呈10～30°夹角布置，尾部均与取苗针固定座24铰接，中部均与移栽臂壳
体23上的滑道构成滑动副。
[0068] 如图1、2、3、4和7所示，该大移栽位移量的双行星架式穴盆苗取栽机构的工作原理如下：
[0069] 当输入轴1被电机带动时，第一机架2匀速转动。在一个周期内，第一机架2转动一圈，第一太阳轮3带动第一中间轮6转动一圈，第二太阳轮4也带动第二中间轮8转动一圈，因
此，第一机架第二轴5相对第一机架2转动两圈；由于中型齿轮一9与中型齿轮二12的传动比
是1：1，所以第二机架13也相对第一机架2转动两圈，但第二机架13与第一机架2转向相反，
第二机架13相对地面也转动一圈；又由于小齿轮7与大齿轮11的传动比是2：1，则拉线凸轮
15和移栽臂凸轮14均相对第二机架13转动一圈。而移栽臂凸轮 14与移栽臂摆杆17作用，并
通过移栽臂摆杆17上的端部齿轮与移栽臂齿轮22啮合来控制第二机架第三轴，进而控制移
栽臂壳体23相对第二机架13的相对摆动。另外，拉线凸轮 15与拉线摆杆18作用控制拉线摆
动块19摆动，从而通过拉线20控制取苗针固定座24上的取苗针25回缩，拉线20没有拉力时
取苗针25在弹簧28作用下前伸复位；取苗针25完全回缩时，移栽臂壳体23上的滑道使两根
取苗针25松开，完成放苗动作；取苗针25完全前伸时，移栽臂壳体23上的滑道使两根取苗针
25夹紧，完成夹苗动作。
[0070] 本发明采用双行星架式，取苗的轨迹控制更加灵活，一定程度上解决了受限于单行星架式移栽机构的非圆齿轮的尺寸与结构而导致的移栽位移量较低的问题，能实现更大
的移栽位移量，特别适用于盆栽类的作业要求。如图7所示，本发明在移栽作业过程中取苗
针头部尖点形成移栽轨迹34，从秧箱30取苗，并将所取的钵苗栽入由输送带29从秧箱30 右
侧运输入的花盆31内，花盆31经本发明栽完苗后运输出去。本发明从秧箱30取苗后，秧箱30
会水平移动一个穴盆33位置，使本发明可以取出下一颗钵苗32，待水平方向一行钵苗取完
后，秧箱30还会沿秧箱30方向向下输送下一行钵苗，秧箱30输送钵苗的机构是成熟技术。本
发明与秧箱30和输送带29相互配合工作，起到自动化栽植作业的效果。
[0071] 如图4所示，该大移栽位移量的双行星架式穴盆苗取栽机构的设计方法，具体如下：
[0072] 步骤一、求解单行星架式杆组的参数解和传动比，具体如下：
[0073] ①将第二机架13和移栽臂壳体23视为固定在一起的一根连杆，第二机架13和移栽臂壳体23的夹角为0°，然后将连杆视为一端与第一机架2铰接，另一端与取苗针固定，形成
单行星架式杆组；在与输入轴1垂直的一个平面内设置坐标系XOY，设输入轴1的中心轴线在
坐标系XOY的投影点Q0坐标为(x0,y0)，给连杆与取苗针固定的那端端点预设轨迹，当连杆与
取苗针固定的那端端点从预设轨迹上预设的位置点P1(x1,y1)运动到预设的位置点 Pi(xi,
yi),i＝2或3时，连杆与第一机架2的动铰链点从位置点Qc1(xc1,yc1)运动到位置点 Qci(xci,
yci)，Qci(xci,yci)与Qc1(xc1,yc1)的坐标变换存在以下关系：
[0074] 其中：
[0075] 位移变换矩阵
[0076] 位移变换矩阵中各元素：D11i＝cosθ1i，D12i＝‑sinθ1i，D13i＝xi‑x1cosθ1i+y1sinθ1i， D21i＝sinθ1i，D22i＝cosθ1i，D23i＝yi‑x1sinθ1i‑y1cosθ1i，D31i＝0，D32i＝0，D33i＝1；θ1i＝θi‑θ1；θ1i为θi与θ1的角度差；θi为连杆与取苗针固定的那端端点在位置点Pi时取苗针的方位角，是预先设定的已知量；θ1为连杆与取苗针固定的那端端点在位置点P1时取苗针的方位角，是预
先设定的已知量；T为转置符号。方位角定义为顺时针转到X轴正方向的转角。
[0077] 根据第一机架杆长不变的条件，有：[Qci‑Q0]T[Qci‑Q0]＝[Qc1‑Q0]T[Qc1‑Q0]。
[0078] 结合第一机架杆长不变的条件和位移变换矩阵方程，得：
[0079] Ai1(x0xc1+y0yc1)+Ai2(y0xc1‑x0yc1)+Ai3x0+Ai4y0+Ai5xc1+Ai6yc1+Ai7＝0 (1)
[0080] 其中
[0081] Ai1＝1‑D11i，Ai2＝D12i，Ai3＝‑D13i，Ai4＝‑D23i
[0082] Ai5＝D11iD13i+D21iD23i，Ai6＝D12iD13i+D22iD23i，
[0083] 预设轨迹上三个位置点P1，P2和P3对应的取苗针方位角分别设为θ1，θ2和θ3，则由式(1)得：
[0084]
[0085] 其中
[0086] G20＝A21x0+A22y0+A25，K20＝A21y0‑A22x0+A26
[0087] N20＝A23x0‑A24y0+A27，G30＝A31x0+A32y0+A35
[0088] K30＝A31y0‑A32x0+A36，N30＝A33x0+A34y0+A37
[0089] 此时Q0可以为坐标系XOY中的任一点，设定连杆和第一机架2的铰接轴与输入轴1 中心轴线的距离为r，则有关系式：
[0090] (xc1‑x0)2+(yc1‑y0)2＝r2 (3)
[0091] 从而得到Q0的解曲线：
[0092]
[0093] ②将x0限定在预设范围内，并以预设步长对x0取值，通过式(4)求对应的y0值，得(x0, y0)的解曲线。然后将(x0,y0)代入式(2)和(3)，得Qc1(xc1,yc1)的解曲线。
[0094] ③将r限定预设范围，并按预设步长对r取值，针对每个r值，重复步骤②，从而得到多组布尔梅斯特曲线。当r的预设步长小于0.05(趋近0)时，获得(x0,y0)以及(xc1,yc1)的解
域面。
[0095] ④对于每个(x0,y0)以及(xc1,yc1)解，进行如下计算：
[0096]
[0097] l为连杆35的长度(连杆和第一机架2的铰接轴与连杆和取苗针固定位置的距离)，为连杆与取苗针固定的那端端点在位置点P1时第一机架2的方位角， 为连杆与取苗针
固定的那端端点在位置点P1时连杆35的方位角，ψ为推杆27完全推出状态下取苗针头部尖
点和移栽臂壳体23转动中心的连线与推杆27的夹角；
[0098] 由于第一机架2和连杆的杆长不变，任一组(x0,y0)以及对应的(xc1,yc1)解均满足下式：
[0099]
[0100] 连杆与取苗针固定的那端端点在位置点Pi时第一机架2的方位角，以及连杆与取苗针固定的那端端点在位置点Pi时连杆35的方位角由式(5)计算得到：
[0101]
[0102] 将获得的每组 以及 进行三次样条拟合，从而得到 与 的转角关系式， 为连杆35的方位角函数表达， 为第一机架2的方位角函数表达。
[0103] ⑤根据180mm＜l＜240mm，100mm＜r＜140mm，以及 与 转角关系曲线的单调性，选取l、r、 ψ的一个较优解，以及较优解对应的(x0,y0)、(xc1,yc1)和 与 的转角
关系式；
[0104] 通过式(6)得连杆与取苗针固定的那端端点P(xp，yp)的完整运动轨迹：
[0105]
[0106] 至此，求解出单行星架式杆组的参数解，单行星架式杆组的参数解包括连杆和第一机架2的铰接轴与输入轴1中心轴线的距离r、连杆35的长度l、取苗针与移栽臂壳体23的
夹角ψ、第一机架2的方位角 连杆35的方位角
[0107] ⑥利用 与 的转角关系式，得到 的函数式，则由 函数式求一次导数再求倒数后，便得到第一机架2与连杆35的传动比 函数式；
[0108] 然后对传动比曲线进行重构：
[0109] 如图5(a)所示，在传动比曲线上寻找两个分隔点，将传动比曲线分隔成曲线段I、II 和III，接着将曲线段I平移拼接至曲线段III，并将拼接后的传动比曲线移至从太阳轮
组件转角为零开始，重构后的传动比曲线如图5(b)所示，重构后的传动比i0曲线中太阳轮
组件转角为0～(α2‑α1)对应的曲线段A为第一太阳轮3与第一中间轮6的传动比关系曲线，太
阳轮组件转角为(α2‑α1)～360°对应的曲线段B为第二太阳轮4与第二中间轮8的传动比关系
曲线。其中，太阳轮组件由第一太阳轮3和第二太阳轮4组成；两个分隔点对应的太阳轮组件
转角α(主动轮转角)分别为α1和α2，需保证两个分隔点对应的传动比i值相同，且保证
保证两个分隔点对应的传动比i值相同，是为了保证第二太阳轮4的起始
和终止位置极径与第一太阳轮3的终止和起始位置极径分别相等；保证
是为了保证第一中间轮6和第二中间轮8的节曲线为封闭曲线，第一中间轮6和第二中间轮8
的首尾极角差值Δβ均为360°。
[0110] 第一太阳轮3的极径与第一中间轮6的极径关系、第二太阳轮4的极径与第二中间轮8 的极径关系、第一中间轮6相对第一太阳轮3转过的角度以及第二中间轮8相对第二太
阳轮4的角度可通过式 获得，其中，i1为中型齿轮一9与中型齿轮二12的传动比，
a为第一中间轮6和第一太阳轮3以及第二中间轮8相对第二太阳轮4的中心距，r1为第一太
阳轮3或第二太阳轮4的极径，r2为第一中间轮6或第二中间轮8的极径，β为第一中间轮6相
对第一太阳轮3转过的角度或第二中间轮8相对第二太阳轮4的角度。
[0111] 均匀取多个α值，分别获得对应的r1、r2和β值；在极坐标系下依次连接各(α，r1) 点和(β，r2)点，获得第一太阳轮3、第二太阳轮4、第一中间轮6和第二中间轮8的节曲线；进一步可求解得第一太阳轮3、第二太阳轮4、第一中间轮6和第二中间轮8的齿廓。
[0112] 步骤二、根据移栽臂壳体23在实际移栽作业时偏转角度最大值和移栽臂摆杆17在实际移栽作业时偏转角度的最大值求解角度放大系数k，k的值等于移栽臂摆杆17上的端部
齿轮与移栽臂齿轮22的传动比；在连杆与取苗针固定的那端端点P(xp，yp)的完整运动轨迹
上选取多个角度控制点Pt，针对每个控制点Pt计算 和 的值，确定第二机架13的角度值
(第二机架13的角度值等于 )，然后根据移栽臂壳体23在实际移栽作业时与每个控制点对
应位置处要求的角度值和角度放大系数k求解移栽臂摆杆17在实际移栽作业时与每个控制
点对应位置处的偏转角度εt；将移栽臂摆杆17相对第二机架13的各偏转角度离散值利用样
条拟合得到移栽臂摆杆17的偏转角度εt函数；设定 为第二机架13 相对第一机架
2的转角；由于第一机架2转动一圈，第一机架第二轴5相对第一机架2转动两圈，且中型齿轮
一9与中型齿轮二12的传动比是1：1，所以第二机架13也相对第一机架2转动两圈；又由于小
齿轮7与大齿轮11的传动比是2：1，则移栽臂凸轮14相对第二机架13转动一圈；因此，移栽臂
凸轮14的转动角度为 移栽臂凸轮14的转动角度和移栽臂摆杆17的偏转角度均求得
后，便能建立移栽臂凸轮14的转动角度和移栽臂摆杆17的偏转角度的函数关系式
其中，ε0为移栽臂摆杆17的初始偏转角度；接着，给定移栽臂凸轮14的基圆
半径、移栽臂摆杆17长度和固定在移栽臂摆杆17上的滚子的半径，建立移栽臂凸轮14的数
学模型，并确定由移栽臂摆杆17和移栽臂凸轮14 组成的凸轮副的中心距；求解移栽臂壳体
23的实际偏转角度
[0113] 如图6所示，根据角度放大系数k来设计移栽臂摆杆17上的端部齿轮及移栽臂齿轮22 的齿数、模数，以及端部齿轮和移栽臂齿轮22的中心距。然后，将由移栽臂摆杆17和移栽
臂凸轮14组成的凸轮副的中心距与端部齿轮和移栽臂齿轮22的中心距求和，得到第二机架
13的长度b，推杆27完全推出状态下取苗针头部尖点到移栽臂壳体23转动中心的距离d＝l‑
b。
[0114] 由式 获得移栽臂壳体23与第二机架13铰接轴在坐标系 XOY的投影点p′(xp′,yp′)轨迹；将拉线凸轮15视为不起作用时，由式
获得取苗针25与取苗针固定座24的铰接点在坐标系XOY的投影点m
(xm,ym)的轨迹。
[0115] 拉线摆动块19拉出拉线20的长度即为取苗针25的位移量，取苗针25位移量的最大值lwymax由穴盘的深度确定。设拉线摆杆18的最大偏转角度为Δηmax，根据余弦定理，由式
确定拉线摆动块19的长度(拉线摆动块19的转动中心到拉线摆动块
19与拉线20固定处的距离)Rl。
[0116] 选取实际移栽作业时取苗针25开始前伸、完全前伸、开始回缩及完全回缩的位置点作为移栽轨迹34上的关键点，确定对应的拉线摆杆18的偏转角度Δη，并读取对应的拉线
凸轮15的转动角度 然后利用样条拟合获得拉线凸轮15的转动角度与拉线摆杆18的
偏转角度函数关系式 给定拉线凸轮15的基圆半径、拉线摆杆18长度和固定在
拉线摆杆18上的滚子的半径，建立拉线凸轮15的模型。
[0117] 取苗针25的位移量lwy由式 求得 ，然后由式求得取苗针25前端尖点mz(xmz,ymz)的坐标。取苗针25前端
尖点形成的轨迹即为移栽轨迹34。
