混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究

田宝俊; 韩喜英; 宋国将; 王芮雪

doi:10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.07.0016

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究

机器人机构设计与控制专栏 | 更新时间：2026-07-31

- 混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究
- Configuration Design and Research of a Hybrid Quadruped Perilla Sowing Robot
- 中北大学学报(自然科学版) 2026年47卷第4期页码：421-430
- 作者机构：
  
  1.山西电子科技学院智能制造工程学院，山西临汾 041000
  2.中北大学人力资源部，山西太原 030051
  3.中北大学机械工程学院，山西太原030051
- 作者简介：
  
  田宝俊（1971-），男，副教授，博士，主要从事机器人的研究。E⁃mail： tianbaojun@sxdzkj.edu.cn。
- 基金信息：
  
  山西省重点研发计划项目(202202150401018)
- DOI：10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.07.0016
  中图分类号： TP242
- 收稿：2025-07-31，
  
  网络首发：2026-07-31，
  
  纸质出版：2026-08-31
- 稿件说明：
移动端阅览
田宝俊，韩喜英，宋国将，等. 混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 421-430.

Tian Baojun， Han Xiying， Song Guojiang， et al. Configuration design and research of a hybrid quadruped perilla sowing robot［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 421-430.
田宝俊，韩喜英，宋国将，等. 混联式四足紫苏播种机器人构型设计与研究［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2026， 47（4）： 421-430. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.07.0016.

Tian Baojun， Han Xiying， Song Guojiang， et al. Configuration design and research of a hybrid quadruped perilla sowing robot［J］. Journal of North University of China（Natural Science Edition）， 2026， 47（4）： 421-430. DOI： 10.62756/jnuc.issn.1673-3193.2025.07.0016.

摘要

针对目前紫苏播种人工成本高等问题，本文提出了一种基于（2-UPU/RPU）

U混联机构的紫苏四足播种机器人，并对其进行了运动机理与空间的验证，使其代替人工完成紫苏播种作业。首先利用螺旋理论及

公式求解验证了2-UPU/RPU并联机构的自由度特征；然后应用封闭矢量法对并联机构进行了逆解分析，建立了速度雅可比矩阵模型，分析了机构奇异性存在条件；接着利用极限边界搜索法求解了机器人足端工作空间，并进行了运动/力传递的性能分析；最后设定不同播种点位并利用SOLIDWORKS中的MOTION对其进行了移动仿真。结果表明，该机构工作空间内部连续，且不存在奇异位置，传递性能良好，具备对足端株距、行距调整的灵活性及地形适应能力。该研究为紫苏种植的机械化、智能化发展提供了新的解决方案。

Abstract

Regarding the current issue of high labor costs associated with perilla seed sowing， a perilla quadruped seeding robot based on the （2-UPU/RPU）

U mixed coupling mechanism was proposed， so as to enable it to complete the perilla seeding operation instead of manual work. Firstly， the spiral theory and

formula were used to solve and verify the degree of freedom characteristics of the 2-UPU/RPU parallel mechanism. And the inverse solution analysis of the parallel mechanism was applied by the closed vector method to establish the velocity Jacobi matrix model and analyze the existence conditions of the mechanism’s singularity. Then the workspace at the foot end of the robot was solved by the limiting boundary search method， and the motion/force transfer performance analysis was carried out. Finally， different sowing point positions were set， and MOTION in SOLIDWORKS was utilized to simulate its movement. The results show that the mechanism’s workspace is internally continuous， and there is no singular position， the transfer performance is good， and it has the flexibility of adjusting the foot-end plant spacing and row spacing as well as the ability of adapting to the terrain. It provides a new solution for the mechanization and intelligent development of perilla planting.

关键词

Keywords

references

郑梅琴，肖清铁，吕荣海，等 . 紫苏生长与产量对种植密度、施肥及种植方式的响应［J］. 江西农业大学学报， 2018 ， 40 （ 1 ）： 15 - 23 .

Zheng Meiqin ， Xiao Qingtie ， Lü Ronghai ， et al . Response of growth and yield of perilla frutescens （L.）britt to its planting density， fertilization and planting patterns ［J］. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis （Natural Sciences Edition）， 2018 ， 40 （ 1 ）： 15 - 23 . （in Chinese）

Sang L F ， Wang H B ， Yu H N ， et al . A novel human-carrying quadruped walking robot ［J］. International Journal of Advanced Robotic Systems ， 2017 ， 14 （ 4 ）： 1729881417716592 .

Zhang J Z ， Li M ， Cao J D ， et al . Research on bionic jumping and soft landing of single leg system in quadruped robot ［J］. Journal of Bionic Engineering ， 2023 ， 20 （ 5 ）： 2088 - 2107 .

丰玉玺 . 四足轮腿式移动机器人的设计与性能分析［D］. 太原：中北大学， 2020 .

马世豪，李瑞琴，米文博，等 . 基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人轨迹规划与步态分析［J］. 中北大学学报（自然科学版）， 2020 ， 41 （ 5 ）： 397 - 404 .

Ma Shihao ， Li Ruiqin ， Mi Wenbo ， et al . Trajectory planning and gait analysis of quadruped walking robot based on 2-SPR/RUPR parallel mechanism ［J］. Journal of North University of China （Natural Science Edition）， 2020 ， 41 （ 5 ）： 397 - 404 . （in Chinese）

Wu Y F ， Guo S ， Li L Q ， et al . Design of a novel side-mounted leg mechanism with high flexibility for a multi-mission quadruped earth rover BJTUBOT ［J］. Frontiers of Mechanical Engineering ， 2023 ， 18 （ 2 ）： 24 .

高海豹 . 基于R+（3-CPR）+U混联机构的四足穴播机器人构型设计及轨迹规划［D］. 太原：中北大学， 2022 .

王祎才，杨正，李晓军，等 . 基于平行四连杆机构的垂直入土式玉米穴播机设计与试验［J］. 中国农机化学报， 2022 ， 43 （ 10 ）： 18 - 24 .

Wang Yicai ， Yang Zheng ， Li Xiaojun ， et al . Design and experiment of vertical submerged corn hole seeder based on parallel four-bar linkage mechanism ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization ， 2022 ， 43 （ 10 ）： 18 - 24 . （in Chinese）

赵武云，戴飞，杨杰，等 . 玉米全膜双垄沟直插式精量穴播机设计与试验［J］. 农业机械学报， 2013 ， 44 （ 11 ）： 91 - 97 .

Zhao Wuyun ， Dai Fei ， Yang Jie ， et al . Design and experiment of direct insert precision hill-seeder with corn whole plastic-film mulching on double ridges ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2013 ， 44 （ 11 ）： 91 - 97 . （in Chinese）

石林榕，赵武云，孙伟，等 . 电驱式小区玉米膜上直插穴播机的研制与试验［J］. 农业工程学报， 2017 ， 33 （ 4 ）： 32 - 38 .

Shi Linrong ， Zhao Wuyun ， Sun Wei ， et al . Development and experiment of electric driving insert hill-drop planter on film for plot corn ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2017 ， 33 （ 4 ）： 32 - 38 . （in Chinese）

石林榕，赵武云，孙伟，等 . 电驱式玉米膜上直插穴播机前进速度补偿机构参数优化［J］. 农业机械学报， 2017 ， 48 （ 8 ）： 87 - 94 .

Shi Linrong ， Zhao Wuyun ， Sun Wei ， et al . Parameters optimization of speed compensation mechanism of electric driving maize planter with dibbling on membrane ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2017 ， 48 （ 8 ）： 87 - 94 . （in Chinese）

石林榕，赵武云，孙步功，等 . 非圆齿轮驱动式玉米直插穴播机设计与试验［J］. 农业机械学报， 2024 ， 55 （ 10 ）： 157 - 167 .

Shi Linrong ， Zhao Wuyun ， Sun Bugong ， et al . Design and experiment of non-circular gear-driven maize hole seeder with vertical insertion ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2024 ， 55 （ 10 ）： 157 - 167 . （in Chinese）

王芮雪，田宝俊，李瑞琴，等 . 基于3-UPS/PPR的推拿机器人运动学分析及仿真［J］. 机械传动， 2025 ， 49 （ 2 ）： 161 - 169 .

Wang Ruixue ， Tian Baojun ， Li Ruiqin ， et al . Kinematics analysis and simulation of massage robots based on 3-UPS/PPR ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2025 ， 49 （ 2 ）： 161 - 169 . （in Chinese）

李沐桐，李天宇，官晓东，等 . 旱地回转扎穴式播种器设计与试验［J］. 农业机械学报， 2018 ， 49 （ 2 ）： 48 - 57 .

Li Mutong ， Li Tianyu ， Guan Xiaodong ， et al . Design and experiment of rotary hole seeder for dryland ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2018 ， 49 （ 2 ）： 48 - 57 . （in Chinese）

衣淑娟，孙亭瀚，陈涛，等 . 谷子穴播机勺链式导种装置设计与试验［J］. 农业机械学报， 2024 ， 55 （ 8 ）： 39 - 52 .

Yi Shujuan ， Sun Tinghan ， Chen Tao ， et al . Design and test of spoon chain seed guide device for grain hole seeder ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ， 2024 ， 55 （ 8 ）： 39 - 52 . （in Chinese）

梁美彦 . 基于STM32的四足仿生机器人设计与实验研究［J］. 测试技术学报， 2019 ， 33 （ 1 ）： 34 - 42 .

Liang Meiyan . Design and experimental research on quadruped bionic robot based on STM32 ［J］. Journal of Test and Measurement Technology ， 2019 ， 33 （ 1 ）： 34 - 42 . （in Chinese）

黄真，赵永生，赵铁石 . 高等空间机构学［M］. 2版 . 北京：高等教育出版社， 2014 .

田世刚，陈俊锟，沈奇，等 . 紫苏不同种植方式的产量及经济效益分析［J］. 中国油料作物学报， 2016 ， 38 （ 2 ）： 202 - 206 .

Tian Shigang ， Chen Junkun ， Shen Qi ， et al . Yield and economic benefit of perilla with different cultivation methods ［J］. Chinese Journal of Oil Crop Sciences ， 2016 ， 38 （ 2 ）： 202 - 206 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向量子信息的单光子探测的机制、器件及电路设计研究进展

超重力强化氢氧化钾耦合甘氨酸钾溶液脱除密闭空间CO2的研究

OFDM中基于DFT的自适应信道估计算法

动爆试验中的自适应冲击波超压测试传感研究

基于聚氨酯波形整形器的霍普金森杆脉宽拓展试验方法