專利名稱：一種基于Arduino單片機(jī)的苗木嫁接機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于Arduino單片機(jī)的苗木嫁接機(jī)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(shí)品質(zhì)、增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的特點(diǎn)。采用苗木嫁接機(jī)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(diǎn)。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?，F(xiàn)有技術(shù)較少涉及苗木嫁接機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。苗木嫁接機(jī)器人由控制系統(tǒng)和機(jī)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(shí)現(xiàn)與葡萄枝硬度相似的苗木自動化嫁接。本實(shí)用新型專利主要涉及苗木嫁接機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型 需要解決的技術(shù)問題是苗木嫁接機(jī)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)苗木嫁接機(jī)器人完成取苗、搬運(yùn)、切削、接合、捆綁和排苗作業(yè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種基于Arduino單片機(jī)的苗木嫁接機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括單片機(jī)主控單元、舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元、步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。進(jìn)一步地，所述舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元包括舵機(jī)和機(jī)械夾持器，單片機(jī)主控單元的相關(guān)I/o 口與舵機(jī)的信號接口相連接，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，驅(qū)動機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)砧木和穗木的夾持。進(jìn)一步地，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元包括及57系列和42系列的步進(jìn)電機(jī)及其相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，單片機(jī)主控單元的相關(guān)I/o 口與步進(jìn)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，對砧木和穗木進(jìn)行搬運(yùn)，到達(dá)各自的供苗、切削和接合位置，并驅(qū)動切削刀實(shí)現(xiàn)砧木穗木的切削作業(yè)。[0010]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(shí)時顯示嫁接作業(yè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了良好的人機(jī)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(jī)構(gòu)，實(shí)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(shí)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(jī)的位置，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)初始位置的復(fù)位。本實(shí)用新型各實(shí)施例的樹苗嫁接控制系統(tǒng)，由于包括單片機(jī)主控單元、舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元、步進(jìn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)苗木嫁接機(jī)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(diǎn)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(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型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(jī)實(shí)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(jī)主控單元；2、舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元；3、步進(jìn)電機(jī)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，提供了一種苗木嫁接機(jī)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(jī)復(fù)位；然后，在砧木機(jī)械手放上砧木(并觸動其上的開關(guān))，機(jī)械手夾緊后，再在穗木機(jī)械手上放上穗木(并觸動其上的開關(guān))，機(jī)械手夾緊穗木后；相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動砧木和穗木機(jī)械手實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)，到達(dá)各自切削位置，驅(qū)動切削刀實(shí)現(xiàn)切削；切削完成后，砧木和穗木機(jī)械手沿原路返回；砧木機(jī)械手在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下，到達(dá)砧木穗木接合位置，實(shí)現(xiàn)砧木穗木接合；電動推桿驅(qū)動捆綁機(jī)構(gòu)伸出，實(shí)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(jī)構(gòu)復(fù)位；砧木穗木機(jī)械手夾持器松開，實(shí)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，本實(shí)用新型各實(shí)施例的樹苗嫁接控制系統(tǒng)，由于包括單片機(jī)主控單元
1、舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元2、步進(jìn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)苗木嫁接機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。所述的舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的方向和轉(zhuǎn)速的控制。所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)方向和轉(zhuǎn)速的控制。所述的12864液晶顯示單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，顯示苗木機(jī)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(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，控制電動推桿的驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。所述的電磁鐵驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，實(shí)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(jī)主控單元通過功能引腳相互連接，反饋復(fù)位信號，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手位置的復(fù)位。所述的微動檢測單元與單片機(jī)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:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(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(shí)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。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于Arduino單片機(jī)的苗木嫁接機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)主控單元、舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元、步進(jìn)電機(jī)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)位單元以及微動檢測單元；所述的單片機(jī)主控單元包括主副Arduino兩個控制器，通過功能引腳相互連接；所述的舵機(jī)機(jī)械手驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的12864液晶顯示單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的電動推桿驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的電磁鐵驅(qū)動單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的初始位置復(fù)位單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接；所述的 微動檢測單元與單片機(jī)主控單元通過功能引腳相互連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于Arduino單片機(jī)的苗木嫁接機(jī)器人控制系統(tǒng)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，該控制系統(tǒng)包括單片機(jī)主控單元、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動單元、12864液晶顯示單元、電動推桿驅(qū)動單元、舵機(jī)機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)苗木嫁接機(jī)器人完成取苗、搬運(yùn)、切削、接合、捆綁和排苗作業(yè)。
文檔編號G05B19/418GK203149383SQ20132015422
公開日2013年8月21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)