发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种可以进行机械辅助授粉系统，该系统可以自动检测稻田环境并进行辅助授粉。

技术方案：本发明提供一种可以进行机械辅助授粉系统，包括如下步骤：

S1、智能育种系统的三维建模；

S2、基于正交试验的育种系统不同工况的确定；

S3、基于动力学仿真的复杂工况下载荷的计算；

S4、智能育种系统静力学分析校核；

S5、基于应力曲线修正的系统疲劳寿命分析。

进一步地，S1.智能育种系统的三维建模本系统使用SolidWbrks软件进行建模，其可以归类为五个子系统，即驱动系统(1)、升降系统(2)、拨穗系统(3)、收放系统(4)和检测系统(5)。其中，驱动系统负责为装置的前进提供动力；升降系统负责升降圆弧平台以及其上的零部件；拨穗系统负责夹紧尼龙绳以及拨动稻穗授粉；收放系统负责尼龙绳的收放；检测系统负责检测稻田的环境，保证当前条件适合授粉等，五大系统相互配合，完成稻田的辅助授粉工作。

进一步地，S2基于正交试验的育种系统不同工况的确定：当该系统在水稻田间工作时，由于作业田间的风向和水稻的粗细、高低各有不同，育种系统所面临实际工况的种类有许多。因此，通过正交试验进行试验设计，田间风向主要包括无风、水平风向、垂直风向和混合风向这四种情况；水稻稻穗的直径分为d₁、d₂、d₃、d₄四种情况；其秸秆高度分为l₁、l₂、l₃、l₄四种情况，该方法中，根据各种因素的不同水平组合，总计挑选出16种不同的工况，在保证试验精度的同时简化工况数量，方便后续在Adams中进行动力学仿真，从而确定受力最大工况。

进一步地，S3基于动力学仿真的复杂工况下载荷的计算：根据上述S2正交试验得到的不同工况书籍进行Adams多体动力学分析，在软件中添加边界约束和驱动，约束包括移动副、转动副和固定副，并且需要为移动副和转动副添加约束。在本发明中，使用的是STEP函数来作为驱动函数。对于本装置中摆杆的摆动，其摆动的最佳范围为：

其中，α_min为摆动电机摆动的起始角度；α_max为摆动电机摆动的终止角度；L_min为水稻育种田中单株水稻稻穗长度的最小值；L_max为水稻育种田中单株水稻稻穗长度的最大值；R为尼龙绳至红外传感器之间的距离，这里为定值，取值为40厘米。

则其驱动函数可以写成：

step(time，0，0，t₁，0)+step(time，t₁，0，t₂，α_min)+step(time，t₂，α_min，t₃，α_max)

其中，该函数的含义为摆动装置在0到t₁的时间内未转动，在t₁到t₂的时间内，摆动电机从0度转动到α_min度，从t₂到t₃的时间内，摆动电机从α_min度转动到α_max度，依此类推，最终完成拨穗工作。统计全部工况中所受载荷的情况并做汇总，选出最大的载荷，以便进行静力学仿真。

进一步地，S4智能育种系统静力学分析校核：根据上述S3步骤中提取出不同工况下的最大载荷，在有限元分析软件中进行仿真计算。将S1步骤中建立的模型转化为x-t格式导入到ABAQUS中，对其进行边界约束和载荷施加，通过仿真计算在后处理界面中获取该智能育种系统在复杂多种工况下最大应力值，并根据其材料属性进行校核。

进一步地，S5基于应力曲线修正的系统疲劳寿命分析：根据上述S4中有限元静力学求解的结果进行系统的疲劳寿命分析，首先明确了该系统所受的疲劳载荷，这在上述S3中已经进行了叙述。其次需要确定材料的疲劳特性，即研究和确定材料的S-N曲线。最后将上述S4中有限元静力学分析模型导入Fe-Safe软件，即可分析出装置关键部位的寿命。在实际工作情况下，r不一定为-1，因此需要考虑r对S-N曲线的影响，对其进行修正后m和C的表达式为：

m·log S+log N＝log C

其中，b为结构的疲劳强度指数；σ_b为系统材料的强度极限；β_r为非对称循环下的有效应力集中系数。

有益效果：该发明方法通过多种传感器(红外传感器、风向传感器、温湿度传感器和光照度传感器等)的配合，在最佳的育种时空域条件下进行工作，可以极大程度提高育种的效率，降低劳动强度，对提高水稻的质量和产量均有很大的帮助，同时通过动、静力学以及疲劳寿命分析，验证其可靠性和安全性。