專利名稱：一種苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，適用于樹苗的自動化硬枝嫁接。
背景技術(shù)：
樹苗嫁接可加快優(yōu)良樹種繁育、改善果實品質(zhì)、增強抗病能力和環(huán)境適應(yīng)能力。嫁接是一門古老的技藝，有關(guān)嫁接的最早記載當(dāng)屬《尚書》中關(guān)于柑桔的嫁接，距今約有3000多年的歷史。但迄今為止，樹苗嫁接仍然延續(xù)傳統(tǒng)的手工方式，勞動強度大、生產(chǎn)效率低、嫁接苗木的成活率也不高，不適應(yīng)種植業(yè)季節(jié)性強的特點。采用苗木嫁接機器人進(jìn)行自動化苗木嫁接作業(yè)，則可以有效避免手工嫁接的缺點。自動嫁接技術(shù)是一門新興技術(shù)，國內(nèi)起步較晚，近年來，我國個別農(nóng)業(yè)高校和科研院所已開始研究苗木自動嫁接設(shè)備，并取得了一定進(jìn)展，但是由于自動化程度不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)調(diào)整困難等諸多因素，推廣應(yīng)用受到較多的限制。現(xiàn)有技術(shù)較少涉及苗木嫁接機器人及其控制系統(tǒng)。苗木嫁接機器人由控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成，主要用于葡萄硬枝嫁接，也可通過更換不同類型的切削刀，實現(xiàn)與葡萄枝硬度相似的苗木自動化嫁接。本發(fā)明專利主要涉及苗木嫁接機器人的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是苗木嫁接機器人的控制系統(tǒng)，即:提供一種基于Arduino控制器與其他單元的相互配合，從而驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)，實現(xiàn)苗木嫁接機器人完成取苗、搬運、切削、接合、捆綁和排苗作業(yè)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，包括單片機主控單元、舵機機械手驅(qū)動單元、步進(jìn)電機驅(qū)動單元、12864液晶顯示單元、電動推桿驅(qū)動單元、電磁鐵驅(qū)動單元、初始位置復(fù)位單元以及微動(開關(guān))檢測單元。進(jìn)一步地,所述單片機主控單元,包括主Arduino控制器和副Arduino控制器,分別控制站木和穗木處理機構(gòu)。主Arduino控制器的模擬口 A3與副Arduino控制器的10號I/O 口相互連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。進(jìn)一步地，所述舵機機械手驅(qū)動單元包括舵機和機械夾持器，單片機主控單元的相關(guān)I/o 口與舵機的信號接口相連接，控制舵機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，驅(qū)動機械夾持機構(gòu)，實現(xiàn)砧木和穗木的夾持。進(jìn)一步地，所述步進(jìn)電機驅(qū)動單元包括及57系列和42系列的步進(jìn)電機及其相應(yīng)的步進(jìn)電機驅(qū)動器，單片機主控單元的相關(guān)I/o 口與步進(jìn)電機驅(qū)動器的方向信號和脈沖信號口相連接，控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，對砧木和穗木進(jìn)行搬運，到達(dá)各自的供苗、切削和接合位置，并驅(qū)動切削刀實現(xiàn)砧木穗木的切削作業(yè)。進(jìn)一步地，所述12864液晶顯示單元，與主Arduino控制器的13、2三個I/O 口相連接，采用串行數(shù)據(jù)傳輸控制，主要用于實時顯示嫁接作業(yè)狀態(tài)，實現(xiàn)了良好的人機交互。
進(jìn)一步地,所述電動推桿驅(qū)動單元,與主Arduino控制器的3、4 I/O 口相連接,驅(qū)動捆綁機構(gòu)，實現(xiàn)嫁接苗木的捆綁。進(jìn)一步地，所述電磁鐵驅(qū)動單元，包括固態(tài)繼電器及其相應(yīng)電路，與主Arduino控制器的10號I/O 口相連接，驅(qū)動綁帶切刀，實現(xiàn)嫁接苗木捆綁完畢后，捆綁帶的切斷。進(jìn)一步地,所述微動開關(guān)檢測單元,與主副Arduino控制器各自的模擬口 AO相連接，通過檢測高低電平的邏輯判斷，檢測砧木和穗木是否完成供苗。進(jìn)一步地,所述初始位置復(fù)位單元,與主Arduino控制器的O、11/0相連接,通過檢測步進(jìn)電機的位置，實現(xiàn)步進(jìn)電機初始位置的復(fù)位。本發(fā)明各實施例的樹苗嫁接控制系統(tǒng)，由于包括單片機主控單元、舵機機械手驅(qū)動單元、步進(jìn)電機驅(qū)動單元、12864液晶顯示單元、電動推桿驅(qū)動單元、電磁鐵驅(qū)動單元、初始位置復(fù)位單元以及微動開關(guān)檢測單元，從而實現(xiàn)苗木嫁接機器人的自動化嫁接作業(yè)。本控制系統(tǒng)的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的邏輯結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明控制對象的邏輯順序示意圖。圖3為主Arduino控制器的I/O接口的占用情況示意圖。圖4為副Arduino控制器的I/O接口的占用情況示意圖。圖5為主副Arduino控制器的通信示意圖。圖6為主Arduino控制器控制一個步進(jìn)電機實例的示意圖。圖7為主Arduino控制器與微動開關(guān)的連接示意圖。圖8為主Arduino控制器與復(fù)位傳感器(接近開關(guān))的連接示意圖。其中:1、單片機主控單元；2、舵機機械手驅(qū)動單元；3、步進(jìn)電機驅(qū)動單元；4、12864液晶顯示單元；5、電動推桿驅(qū)動單元；6、電磁鐵驅(qū)動單元；7、初始位置復(fù)位單元；8、微動檢測單元。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種苗木嫁接機器人的控制過程。首先，啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，步進(jìn)電機復(fù)位；然后，在砧木機械手放上砧木(并觸動其上的開關(guān))，機械手夾緊后，再在穗木機械手上放上穗木(并觸動其上的開關(guān))，機械手夾緊穗木后；相應(yīng)的步進(jìn)電機驅(qū)動砧木和穗木機械手實現(xiàn)搬運，到達(dá)各自切削位置，驅(qū)動切削刀實現(xiàn)切削；切削完成后，砧木和穗木機械手沿原路返回；砧木機械手在步進(jìn)電機的驅(qū)動下，到達(dá)砧木穗木接合位置，實現(xiàn)砧木穗木接合；電動推桿驅(qū)動捆綁機構(gòu)伸出，實現(xiàn)嫁接苗木的捆綁作業(yè)；而后，電磁鐵驅(qū)動綁帶切斷刀，切斷捆綁帶；電動推桿驅(qū)動捆綁機構(gòu)復(fù)位；砧木穗木機械手夾持器松開，實現(xiàn)嫁接苗木排出，一次嫁接作業(yè)完成；顯示屏顯示嫁接作業(yè)狀態(tài)，并提示下一次嫁接是否準(zhǔn)備就緒。綜上所述，本發(fā)明各實施例的樹苗嫁接控制系統(tǒng)，由于包括單片機主控單元1、舵機機械手驅(qū)動單元2、步進(jìn)電機驅(qū)動單元3、液晶顯示單元4、電動推桿驅(qū)動單元5、電磁鐵驅(qū)動單元6、初始位置復(fù)位單元7以及微動(開關(guān))檢測單元8，從而實現(xiàn)苗木嫁接機器人的自動化嫁接作業(yè)，節(jié)省人力，提高嫁接效率。所述的單片機主控單元包括主副Arduino兩個控制器，通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。所述的舵機機械手驅(qū)動單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)舵機的方向和轉(zhuǎn)速的控制。所述的步進(jìn)電機驅(qū)動單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)步進(jìn)電機方向和轉(zhuǎn)速的控制。所述的12864液晶顯示單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，顯示苗木機器人的嫁接作業(yè)狀態(tài)以及嫁接耗時。所述的電動推桿驅(qū)動單元與單片機主控單元通過功能弓I腳相互連接，控制電動推桿的驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)。所述的電磁鐵驅(qū)動單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)電磁鐵供電的通斷控制。所述的初始位置復(fù)位單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，反饋復(fù)位信號，實現(xiàn)機械手位置的復(fù)位。所述的微動檢測單元與單片機主控單元通過功能引腳相互連接，反饋供苗信號。最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括(I)單片機主控單元、(2)舵機機械手驅(qū)動單元、(3)步進(jìn)電機驅(qū)動單元、(4) 12864液晶顯示單元、(5)電動推桿驅(qū)動單元、(6)電磁鐵驅(qū)動單元、(7)初始位置復(fù)位單元以及(8)微動檢測單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機主控單元(I)包括主副Arduino兩個控制器，通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的舵機機械手驅(qū)動單元(2)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)舵機的方向和轉(zhuǎn)速的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的步進(jìn)電機驅(qū)動單元(3)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)步進(jìn)電機方向和轉(zhuǎn)速的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的12864液晶顯示單元(4)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，顯示苗木機器人的嫁接作業(yè)狀態(tài)以及嫁接耗時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電動推桿驅(qū)動單元(5)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，控制電動推桿的驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電磁鐵驅(qū)動單元(6)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，實現(xiàn)電磁鐵供電的通斷控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的初始位置復(fù)位單元(7)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接，反饋復(fù)位信號，實現(xiàn)機械手位置的復(fù)位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的微動檢測單元(8)與單片機主控單元(I)通過功能引腳相互連接 ，反饋供苗信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Arduino單片機的苗木嫁接機器人控制系統(tǒng)，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，該控制系統(tǒng)包括單片機主控單元、步進(jìn)電機驅(qū)動單元、12864液晶顯示單元、電動推桿驅(qū)動單元、舵機機械手驅(qū)動單元、電磁鐵驅(qū)動單元、微動開關(guān)檢測單元以及初始位置復(fù)位單元。通過單片機主控單元中主副Arduino控制器的相互通訊，按照一定的邏輯順序，控制相應(yīng)的其他單元，從而驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)，實現(xiàn)苗木嫁接機器人完成取苗、搬運、切削、接合、捆綁和排苗作業(yè)。
文檔編號B25J9/16GK103213128SQ20131010862
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者孫群, 張龍, 趙棟杰, 張翠華, 趙穎 申請人:聊城大學(xué)