CN103213128A - 一种苗木嫁接机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Arduino单片机的苗木嫁接机器人控制系统，属于机器人技术领域。其特征在于，该控制系统包括单片机主控单元、步进电机驱动单元、12864液晶显示单元、电动推杆驱动单元、舵机机械手驱动单元、电磁铁驱动单元、微动开关检测单元以及初始位置复位单元。通过单片机主控单元中主副Arduino控制器的相互通讯，按照一定的逻辑顺序，控制相应的其他单元，从而驱动相应的机构，实现苗木嫁接机器人完成取苗、搬运、切削、接合、捆绑和排苗作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种苗木嫁接机器人控制系统，适用于树苗的自动化硬枝嫁接。
背景技术
树苗嫁接可加快优良树种繁育、改善果实品质、增强抗病能力和环境适应能力。嫁接是一门古老的技艺，有关嫁接的最早记载当属《尚书》中关于柑桔的嫁接，距今约有3000多年的历史。但迄今为止，树苗嫁接仍然延续传统的手工方式，劳动强度大、生产效率低、嫁接苗木的成活率也不高，不适应种植业季节性强的特点。采用苗木嫁接机器人进行自动化苗木嫁接作业，则可以有效避免手工嫁接的缺点。
自动嫁接技术是一门新兴技术，国内起步较晚，近年来，我国个别农业高校和科研院所已开始研究苗木自动嫁接设备，并取得了一定进展，但是由于自动化程度不高、结构复杂、维护调整困难等诸多因素，推广应用受到较多的限制。现有技术较少涉及苗木嫁接机器人及其控制系统。
苗木嫁接机器人由控制系统和机械系统组成，主要用于葡萄硬枝嫁接，也可通过更换不同类型的切削刀，实现与葡萄枝硬度相似的苗木自动化嫁接。本发明专利主要涉及苗木嫁接机器人的控制系统。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是苗木嫁接机器人的控制系统，即：提供一种基于Arduino控制器与其他单元的相互配合，从而驱动相应的机构，实现苗木嫁接机器人完成取苗、搬运、切削、接合、捆绑和排苗作业。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种苗木嫁接机器人控制系统，包括单片机主控单元、舵机机械手驱动单元、步进电机驱动单元、12864液晶显示单元、电动推杆驱动单元、电磁铁驱动单元、初始位置复位单元以及微动（开关）检测单元。
进一步地，所述单片机主控单元，包括主Arduino控制器和副Arduino控制器，分别控制砧木和穗木处理机构。主Arduino控制器的模拟口A3与副Arduino控制器的10号I/O口相互连接，实现数据交换。
进一步地，所述舵机机械手驱动单元包括舵机和机械夹持器，单片机主控单元的相关I/O口与舵机的信号接口相连接，控制舵机的转速和转向，驱动机械夹持机构，实现砧木和穗木的夹持。
进一步地，所述步进电机驱动单元包括及57系列和42系列的步进电机及其相应的步进电机驱动器，单片机主控单元的相关I/O口与步进电机驱动器的方向信号和脉冲信号口相连接，控制步进电机的转向和转速，对砧木和穗木进行搬运，到达各自的供苗、切削和接合位置，并驱动切削刀实现砧木穗木的切削作业。
进一步地，所述12864液晶显示单元，与主Arduino控制器的13、2三个I/O口相连接，采用串行数据传输控制，主要用于实时显示嫁接作业状态，实现了良好的人机交互。
进一步地，所述电动推杆驱动单元，与主Arduino控制器的3、4 I/O口相连接，驱动捆绑机构，实现嫁接苗木的捆绑。
进一步地，所述电磁铁驱动单元，包括固态继电器及其相应电路，与主Arduino控制器的10号I/O口相连接，驱动绑带切刀，实现嫁接苗木捆绑完毕后，捆绑带的切断。
进一步地，所述微动开关检测单元，与主副Arduino控制器各自的模拟口A0相连接，通过检测高低电平的逻辑判断，检测砧木和穗木是否完成供苗。
进一步地，所述初始位置复位单元，与主Arduino控制器的0、1I/O相连接，通过检测步进电机的位置，实现步进电机初始位置的复位。
本发明各实施例的树苗嫁接控制系统，由于包括单片机主控单元、舵机机械手驱动单元、步进电机驱动单元、12864液晶显示单元、电动推杆驱动单元、电磁铁驱动单元、初始位置复位单元以及微动开关检测单元，从而实现苗木嫁接机器人的自动化嫁接作业。
本控制系统的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的逻辑结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明控制对象的逻辑顺序示意图。
图3为主Arduino控制器的I/O接口的占用情况示意图。
图4为副Arduino控制器的I/O接口的占用情况示意图。
图5为主副Arduino控制器的通信示意图。
图6为主Arduino控制器控制一个步进电机实例的示意图。
图7为主Arduino控制器与微动开关的连接示意图。
图8为主Arduino控制器与复位传感器（接近开关）的连接示意图。
其中：1、单片机主控单元；2、舵机机械手驱动单元；3、步进电机驱动单元；4、12864液晶显示单元；5、电动推杆驱动单元；6、电磁铁驱动单元；7、初始位置复位单元；8、微动检测单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，提供了一种苗木嫁接机器人的控制过程。首先，启动系统，系统进行初始化，步进电机复位；然后，在砧木机械手放上砧木（并触动其上的开关），机械手夹紧后，再在穗木机械手上放上穗木（并触动其上的开关），机械手夹紧穗木后；相应的步进电机驱动砧木和穗木机械手实现搬运，到达各自切削位置，驱动切削刀实现切削；切削完成后，砧木和穗木机械手沿原路返回；砧木机械手在步进电机的驱动下，到达砧木穗木接合位置，实现砧木穗木接合；电动推杆驱动捆绑机构伸出，实现嫁接苗木的捆绑作业；而后，电磁铁驱动绑带切断刀，切断捆绑带；电动推杆驱动捆绑机构复位；砧木穗木机械手夹持器松开，实现嫁接苗木排出，一次嫁接作业完成；显示屏显示嫁接作业状态，并提示下一次嫁接是否准备就绪。
综上所述，本发明各实施例的树苗嫁接控制系统，由于包括单片机主控单元1、舵机机械手驱动单元2、步进电机驱动单元3、液晶显示单元4、电动推杆驱动单元5、电磁铁驱动单元6、初始位置复位单元7以及微动(开关)检测单元8，从而实现苗木嫁接机器人的自动化嫁接作业，节省人力，提高嫁接效率。
所述的单片机主控单元包括主副Arduino两个控制器，通过功能引脚相互连接，实现控制系统的数据交换。所述的舵机机械手驱动单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，实现舵机的方向和转速的控制。所述的步进电机驱动单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，实现步进电机方向和转速的控制。所述的12864液晶显示单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，显示苗木机器人的嫁接作业状态以及嫁接耗时。所述的电动推杆驱动单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，控制电动推杆的驱动电机的正反转。所述的电磁铁驱动单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，实现电磁铁供电的通断控制。所述的初始位置复位单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，反馈复位信号，实现机械手位置的复位。所述的微动检测单元与单片机主控单元通过功能引脚相互连接，反馈供苗信号。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述控制系统包括(1) 单片机主控单元、(2)舵机机械手驱动单元、(3)步进电机驱动单元、(4)12864液晶显示单元、(5)电动推杆驱动单元、(6)电磁铁驱动单元、(7) 初始位置复位单元以及(8)微动检测单元。
2.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的单片机主控单元(1)包括主副Arduino两个控制器，通过功能引脚相互连接，实现控制系统的数据交换。
3.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的舵机机械手驱动单元(2)与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，实现舵机的方向和转速的控制。
4.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的步进电机驱动单元(3)与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，实现步进电机方向和转速的控制。
5.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的12864液晶显示单元(4) 与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，显示苗木机器人的嫁接作业状态以及嫁接耗时。
6.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的电动推杆驱动单元(5)与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，控制电动推杆的驱动电机的正反转。
7.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的电磁铁驱动单元(6)与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，实现电磁铁供电的通断控制。
8.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的初始位置复位单元(7)与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，反馈复位信号，实现机械手位置的复位。
9.根据权利要求1所述的苗木嫁接机器人控制系统，其特征在于，所述的微动检测单元(8) 与单片机主控单元(1)通过功能引脚相互连接，反馈供苗信号。
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