CN104082049A - 一种全自动嫁接机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动嫁接机，只要把育苗盘放在规定的位置进行定位就可以进行自动取苗，自动切割、对接固定；电控部分使用ARM单片机为中心，具有结构简单、体积小、设置方便等特点；机械部分采用坐标系方式精确定位，将砧木上苗和接穗上苗自动化，由机械将砧木和接穗切削，将砧木和接穗的切削处自动对齐，实现了苗木嫁接过程的全自动机械化；而且由于采用ARM方式控制，拥有更多的资源，有效减少了机械结构的复杂性。提高了工作生产效率。

Description

一种全自动嫁接机

技术领域

本发明涉及一种全自动嫁接机。

背景技术

由于植物生长特性的原因，同一种植物在同一地块连续播种的情况下，植物很容易生病发生烂根等情况，而通过苗木嫁接的方式能有效的避免这种情况的发生。现有的嫁接机皆半自动嫁接机，都是通过人工上砧木苗和接穗苗，在在使用嫁接夹将砧木和接穗的对接处固定，以实现植株嫁接。有改进型的嫁接机提高效率是通过在机台上多添加机械臂，用多人同时作业的方式提高生产效率。以上嫁接机的电控部分使用PLC编程控制，体积大，接线多，设置上不够灵活；不能进行全自动方式进行接苗，人工成本较大。

发明内容

本发明提供了一种全自动嫁接机。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全自动嫁接机，包括：主台、第一分台、第二分台、支架、触屏控制盒、电机安装台、步进电机、震盘、夹子导轨、持夹器、支撑横梁、穂苗传送装置、穂苗气动旋转手臂、穗苗气动剪刀及定位装置、砧木传送装置、砧木气动旋转手臂和砧木气动剪刀及定位装置；

穂苗传送装置和砧木传送装置分别相对安装在主台的两边，穂苗气动旋转手臂滑动连接在穂苗传送装置上，砧木气动旋转手臂滑动连接在砧木传送装置上；支撑横梁设在主台上、且位于穂苗传送装置和砧木传送装置的上方，穗苗气动剪刀及定位装置设在支撑横梁的一端与穂苗气动旋转手臂相匹配，砧木气动剪刀及定位装置设在支撑横梁的另一端与砧木气动旋转手臂相匹配，将主台不安装穂苗传送装置和砧木传送装置的另外两边定义为上方和下方；

第一分台与主台设有砧木传送装置的一边靠接；第二分台与主台设有穂苗传送装置的一边靠接；主台、第一分台和第二分台均设置在支架上；

震盘设在支撑横梁的上方，通过夹子导轨将夹子送向持夹器，持夹器将穂苗气动旋转手臂和砧木气动旋转手臂送来的苗木夹持；

电机安装台设在主台下方的支架上，步进电机安装在电机安装台上，触屏控制盒设在主台的上方，步进电机与触屏控制盒、穂苗气动旋转手臂、砧木气动旋转手臂、穂苗传送装置和砧木传送装置连接。

上述嫁接机整体采用气力驱动，作业快速，稳定，结构简单，操作方便、嫁接质量稳定、生产率高。

主台、第一、第二分台，都采用铝型材进行组装，连接部位皆采用螺栓连接固定。桌面采用钢板做底面，上部铺绝缘黑色塑料保护层，中间装有输送带。

为实现完全自动化操作，主台和分台下装有一步进电机安装台面用来安放电机，为输送带转动、气动旋转手臂运动提供动力。主台传送带沿X轴正方向运动，用于输送嫁接完成的苗木，分台传送带在Y轴上相向运动，用于移动穴盘。

触屏控制盒为嫁接机电控部分载体，通过螺杆固定在主台上表面，

本发明由于电控使用ARM单片机开发，比PLC方式拥有更多的资源，所以本发明中气动旋转手臂和气动剪刀的旋转全部采用霍尔电子感应器控制，避免了使用复杂的机械传动结构。

上述穂苗传送装置包括穂苗传送带、设在穂苗传送带两侧的接穗挡板和接穗固定铁块，接穗固定铁块与穂苗传送带通过螺杆固定，接穗固定铁块与穂苗传送带不会产生相对运动，接穗固定铁块两侧设有相对接穗挡板滑动的滚动轴承，穂苗气动旋转手臂安装在接穗固定铁块上；砧木传送装置包括砧木传动带、设在砧木传送带两侧的砧木挡板和砧木固定铁块，砧木固定铁块与砧木传送带通过螺杆固定，砧木固定铁块与砧木传送带不会产生相对运动，砧木固定铁块两侧设有相对砧木挡板滑动的滚动轴承，砧木气动旋转手臂安装在砧木固定铁块上。

工作时，步进电机通过齿轮转动带动接穗、砧木气动旋转手臂前进后退，进行精确移动定位。

上述砧木气动旋转手臂包括第一砧木旋转气缸、砧木行程可调气缸、砧木气动抓手、砧木切刀和砧木塑料保护套，第一砧木旋转气缸22通过螺栓固定在砧木传送装置的砧木固定铁块上；砧木行程可调气缸设在第一砧木旋转气缸上，两者之间采用法兰固定；砧木气动抓手通过螺栓固定在砧木行程可调气缸前端；砧木切刀安装在砧木气动抓手下部，并采用螺栓固定在砧木气动抓手上，砧木塑料保护套套装在砧木气动机械手的顶端；

接穗气动旋转手臂包括第一接穗旋转气缸、接穗行程可调气缸、接穗气动抓手、接穗切刀和接穗塑料保护套，第一接穗旋转气缸通过螺栓固定在接穗传送装置的接穗固定铁块上；接穗行程可调气缸设在第一接穗旋转气缸上，两者之间采用法兰固定；接穗气动抓手通过螺栓固定在接穗行程可调气缸前端；接穗切刀安装在接穗气动抓手下部，并采用螺栓固定在接穗气动抓手上，接穗塑料保护套套装在接穗气动机械手的顶端。

工作时，砧木气动旋转手臂先由砧木传送装置移动到X轴0位置，在移动到要抓取砧木的X轴位置，砧木行程可调气缸伸出活塞杆，砧木气动机械手夹紧植物颈部，砧木塑料保护套防止夹伤植株，砧木切刀伸出，把植株从底部切断，砧木行程可调气缸收回活塞杆，由砧木传送装置移动到X轴0位置，第一砧木旋转气缸顺时针旋转90度，由砧木光电传感器的砧木投光器和砧木受光器定位，砧木行程可调气缸伸出活塞杆微调定位。由砧木剪刀剪切后在顺时针旋转90度，和接穗气动旋转手臂在原点处对接，持夹器送夹，砧木气动抓手松开机械爪，砧木行程可调气缸收回活塞杆，第一砧木旋转气缸逆时针旋转180度原路返回。接穗气动旋转手臂工作过程和砧木气动旋转手臂的工作过程类似，此不在赘述。

上述定义支撑横梁横向上的两端分别为接穗端和砧木端；

穗苗气动剪刀及定位装置包括：接穗气动剪刀、第二接穗旋转气缸、接穗投光器和接穗受光器，第二接穗旋转气缸通过螺栓固定在支撑横梁的接穗端上，接穗气动剪刀通过螺杆固定在第二接穗旋转气缸上，接穗投光器和接穗受光器用螺栓固定在第二接穗旋转气缸下部不影响第一、第二接穗旋转气缸转动的地方，用来定位苗木；

砧木气动剪刀及定位装置包括：砧木气动剪刀、第二砧木旋转气缸、砧木投光器和砧木受光器，第二砧木旋转气缸通过螺栓固定在支撑横梁的砧木端上，砧木气动剪刀通过螺杆固定在第二砧木旋转气缸上，砧木投光器和砧木受光器用螺栓固定在第二砧木旋转气缸下部不影响第一、第二砧木旋转气缸转动的地方，用来定位苗木。

当第二接穗气动旋转手臂逆时针旋转90度到达光电传感器处，移动穂苗直到接穗投光器发射的光被挡住，接穗受光器无信号，停止调节接穗行程可调气缸，第二接穗旋转气缸带动接穗气动剪刀顺时针旋转45度，剪切，在沿原路返回。砧木处相同，不做赘述。

上述持夹器为用来送夹子夹住嫁接苗木接口处，包括塑料构件、小型气动机械手、固定铝型材和标准针式气缸，固定铝型材一端固定在支撑横梁上，针式气缸放在固定铝型材槽内，固定铝型材另一端固定小型气动机械手，塑料构件装在小型气动机械手前端，小型气动机械手的后端与夹子导轨接相接。

震盘内部放夹子，通过的夹子导轨把夹子自动排列送到持夹器，塑料构件内部通道较窄，当砧木和接穗无缝对接好后，标准针式气缸推动夹子进入较窄通道口，使夹口张开，并移动到嫁接植株接口处。机械手松开，夹子夹住植株，小型气动机械手放开恢复初始位置。

上述全自动嫁接机的电控部分采用模块化设计，电控部分包括电源模块、检测模块、ARM单片机模块、通信模块、人机交互模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块；

电源模块包括DC24V转DC5V电路，DC5V供电给检测模块、ARM单片机模块、通信模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块，DC24V供电给人机交互模块；

检测模块、ARM单片机模块、通信模块和人机交互模块依次连接，人机交互模块包括相互连接的第二存储模块和触屏模块，其中，第二存储模块和通信模块连接；

第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块均分别与ARM单片机模块连接；

上述触摸屏模块把设置参数通过通信模块发给ARM单片机模块，由ARM单片机模块计算并发出控制信号，通过检测模块的数据进行微调。

系统通过24V/10A直流开关电源供电，通过电源电路到5V电源供给单片机模块，存储模块、电机控制模块、继电器控制模块、通信模块、检测模块。人机交互模块采用24V电源供电。

上述人机交互模块还包括实时时钟。

实现自动化嫁接的核心是实现切割过的穂苗和砧木的精确对位，为此本发明中创新引用坐标系的方式，使用步进电机和新型光电传感器精确定位，实现自动化对接。

上述全自动嫁接机，坐标系的建立方法为：以主台上表面为水平面，在该表面上以砧木传送装置和接穗传送带的中心线为X轴，保证了砧木、穂苗气动旋转手臂各自的旋转轴距原点距离相同，垂直方向为Y轴，保证砧木、穂苗气动旋转手臂旋转后在同一直线上，水平方向上距持夹器末端5mm，处所在点为原点建立坐标系，原点的选择使夹子伸出正好夹住对接点；把穴盘放在第一、第二分台规定的初始位置，由于穴盘行距、列距固定不变，使苗木拿取有规律可循，保证取苗的顺利进行。

砧木、接穗气动旋转手臂在Y轴方向伸出导杆夹取苗木在回到X轴0位置点，保证了砧木和接穗气动旋转手臂的旋转轴心在X轴处于同一坐标；在X轴0位置点水平旋转90度，其中，砧木顺时针，接穗逆时针，使用砧木、接穗投光器定位，用可调行程气缸调节砧木、接穗位置，确定砧木接穗Y轴位置；定位完成。

上述全自动嫁接机的系统软件主要包括传感器量化解析函数，决策程序，控制程序，参数设定程序，显示程序，模式选择程序等。

上述全自动嫁接机的操作方法包括顺序相接的如下步骤：

A、系统启动时先进行初始化操作，然后设置各项参数，设置完成后计算穴盘的穴孔大小，作为气动手臂和传送带在X轴或Y轴上移送的最小间距；

B、判断手臂是否在X轴0位置，不是就移动到该位置，完成初始化；

D、若为自动模式：开始移动气动旋转手臂在X轴上行走，到目标位置后伸出气动旋转手臂用气爪夹住苗木，回到X轴0位置，顺时针旋转90度，用激光线性传感器做定位，调整活塞杆；然后旋转气动剪刀，把不需要的剪去，在顺时针旋转90度，砧木和接穗在切口处正好相连，用持夹器放夹子夹住切口，松开气爪收回活塞杆，逆时针旋转180度，回到初始状态，进行下一次的取苗作业；当一排取完后，控制分台上的步进电机把穴盘前移一个穴孔的距离，可以在一次进行循环，直到一个穴盘内苗木取完停下等待下一次大循环信号，砧木开关A闭合，接穗开关B闭合；

若为手动模式：与自动模式动作相同，所不同为进行每一个动作前判断手动调试开关C是否闭合，每闭合一次，完成一个动作。

上述开关C为手动模式中开关A和开关B的总开关。

上述激光线性传感器保括接穗投光器、接穗受光器、砧木投光器和砧木受光器。

由人在人机界面设置育苗穴盘的尺寸，穴孔数，然后存储并通过通信模块发给单片机。由单片机计算苗木之间的距离，通过控制步进电机移动到目标位置确定X轴距离，伸出气动手臂夹取苗木然后切断，在返回X轴0位置，90度旋转后，使用红外射线定位，确定Y轴位置；然后控制气动剪刀45度剪切，在旋转90度，砧木和接穗在同一垂直直线上并且分布在放夹器的上下两端在切口处对接，放夹器用嫁接夹在砧木和接穗对接处固定。放下嫁接苗，收回手臂再控制气缸旋转180度，嫁接过程完成，进行下一次取苗。

本发明未提及的技术均为现有技术。

本文是发明了一种全自动嫁接机，只要把育苗盘放在规定的位置进行定位就可以进行自动取苗，自动切割、对接固定；电控部分使用ARM单片机为中心，具有结构简单、体积小、设置方便等特点；机械部分采用坐标系方式精确定位，将砧木上苗和接穗上苗自动化，由机械将砧木和接穗切削，将砧木和接穗的切削处自动对齐，实现了苗木嫁接过程的全自动机械化；而且由于采用ARM方式控制，拥有更多的资源，有效减少了机械结构的复杂性。提高了工作生产效率。

附图说明

图1为本发明全自动嫁接机电控部分框图；

图2为电源电路；

图3存储模块电路；

图4为继电器控制模块电路；

图5为通信模块电路；

图6为检测模块的检测原理图；

图7为检测模块的开关量输入原理图；

图8为步进电机控制模块图；

图9为单片机模块图；

图10为本发明全自动嫁接机操作流程图；

图11本发明全自动嫁接机的结构示意图；

图12为本发明坐标系示意图；

图13为穗苗传送装置结构示意图；

图14为接穗、砧木气动旋转手臂结构示意图；

图15穗苗气动剪刀及定位装置示意图；

图16持夹器结构示意图。

图中，1主台；2第一分台；3第二分台；4支架；5电机安装台；6震盘；7触屏控制盒；8穂苗传送装置；9砧木传送装置；10穂苗气动旋转手臂；11穗苗气动剪刀及定位装置；12持夹器；13支撑横梁；14砧木气动剪刀及定位装置；15砧木气动旋转手臂；16接穗传送带；17接穗挡板；18接穗固定铁块；19砧木传送带；20砧木挡板；21砧木固定铁块；22第一砧木旋转气缸；23砧木行程可调气缸；24砧木气动抓手；25砧木切刀；26砧木塑料保护套；27接穗塑料保护套；28接穗切刀；29接穗气动抓手；30接穗行程可调气缸；31第一接穗旋转气缸；33接穗投光器；34接穗受光器；35接穗气动剪刀；36第二接穗旋转气缸；37砧木投光器；38砧木受光器；39砧木气动剪刀；40第二砧木旋转气缸；41塑料构件；42小型气动机械手；43固定铝型材；44标准针式气缸；45夹子导轨。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图所示的一种全自动嫁接机，包括：主台1、第一分台2、第二分台3、支架4、触屏控制盒7、电机安装台5、步进电机、震盘6、夹子导轨45、持夹器12、支撑横梁13、穗苗传送装置8、穗苗气动旋转手臂10、穗苗气动剪刀及定位装置11、砧木传送装置9、砧木气动旋转手臂15和砧木气动剪刀39及定位装置14；

穗苗传送装置8和砧木传送装置9分别相对安装在主台1的两边，穗苗气动旋转手臂10滑动连接在穗苗传送装置8上，砧木气动旋转手臂15滑动连接在砧木传送装置9上；支撑横梁13设在主台1上、且位于穗苗传送装置8和砧木传送装置9的上方，穗苗气动剪刀及定位装置11设在支撑横梁13的一端与穗苗气动旋转手臂10相匹配，砧木气动剪刀39及定位装置14设在支撑横梁13的另一端与砧木气动旋转手臂15相匹配，将主台1不安装穗苗传送装置8和砧木传送装置9的另外两边定义为上方和下方；

第一分台2与主台1设有砧木传送装置9的一边靠接；第二分台3与主台1设有穗苗传送装置8的一边靠接；主台1、第一分台2和第二分台3均设置在支架4上；

震盘6设在支撑横梁13的上方，通过夹子导轨45将夹子送向持夹器12，持夹器12将穗苗气动旋转手臂10和砧木气动旋转手臂15送来的苗木夹持；

电机安装台5设在主台1下方的支架4上，步进电机安装在电机安装台5上，触屏控制盒7设在主台1的上方，步进电机与触屏控制盒7、穗苗气动旋转手臂10、砧木气动旋转手臂15、穗苗传送装置8和砧木传送装置9连接。

穗苗传送装置8包括穂苗传送带、设在穂苗传送带两侧的接穗挡板17和接穗固定铁块18，接穗固定铁块18与穂苗传送带通过螺杆固定，接穗固定铁块18与穂苗传送带不会产生相对运动，接穗固定铁块18两侧设有相对接穗挡板17滑动的滚动轴承，穗苗气动旋转手臂10安装在接穗固定铁块18上；砧木传送装置9包括砧木传动带、设在砧木传送带19两侧的砧木挡板20和砧木固定铁块21，砧木固定铁块21与砧木传送带19通过螺杆固定，砧木固定铁块21与砧木传送带19不会产生相对运动，砧木固定铁块21两侧设有相对砧木挡板20滑动的滚动轴承，砧木气动旋转手臂15安装在砧木固定铁块21上。

砧木气动旋转手臂15包括第一砧木旋转气缸22、砧木行程可调气缸23、砧木气动抓手24、砧木切刀25和砧木塑料保护套26，第一砧木旋转气缸2222通过螺栓固定在砧木传送装置9的砧木固定铁块21上；砧木行程可调气缸23设在第一砧木旋转气缸22上，两者之间采用法兰固定；砧木气动抓手24通过螺栓固定在砧木行程可调气缸23前端；砧木切刀25安装在砧木气动抓手24下部，并采用螺栓固定在砧木气动抓手24上，砧木塑料保护套26套装在砧木气动机械手的顶端；

接穗气动旋转手臂包括第一接穗旋转气缸31、接穗行程可调气缸30、接穗气动抓手29、接穗切刀28和接穗塑料保护套27，第一接穗旋转气缸31通过螺栓固定在接穗传送装置的接穗固定铁块18上；接穗行程可调气缸30设在第一接穗旋转气缸31上，两者之间采用法兰固定；接穗气动抓手29通过螺栓固定在接穗行程可调气缸30前端；接穗切刀28安装在接穗气动抓手29下部，并采用螺栓固定在接穗气动抓手29上，接穗塑料保护套27套装在接穗气动机械手的顶端。

支撑横梁13横向上的两端分别为接穗端和砧木端；

穗苗气动剪刀及定位装置11包括：接穗气动剪刀35、第二接穗旋转气缸36、接穗投光器33和接穗受光器34，第二接穗旋转气缸36通过螺栓固定在支撑横梁13的接穗端上，接穗气动剪刀35通过螺杆固定在第二接穗旋转气缸36上，接穗投光器33和接穗受光器34用螺栓固定在第二接穗旋转气缸36下部不影响第一、第二接穗旋转气缸36转动的地方，用来定位苗木；

砧木气动剪刀39及定位装置14包括：砧木气动剪刀39、第二砧木旋转气缸40、砧木投光器37和砧木受光器38，第二砧木旋转气缸40通过螺栓固定在支撑横梁13的砧木端上，砧木气动剪刀39通过螺杆固定在第二砧木旋转气缸40上，砧木投光器37和砧木受光器38用螺栓固定在第二砧木旋转气缸40下部不影响第一、第二砧木旋转气缸40转动的地方，用来定位苗木。

持夹器12用来送夹子夹住嫁接苗木接口处，包括塑料构件41、小型气动机械手42、固定铝型材43和标准针式气缸44，固定铝型材43一端固定在支撑横梁13上，针式气缸放在固定铝型材43槽内，固定铝型材43另一端固定小型气动机械手42，塑料构件41装在小型气动机械手42前端，小型气动机械手42的后端与夹子导轨45接相接。

具体方法：砧木方，砧木气动旋转手臂15移动到目标X轴位置伸出活塞杆------砧木气动夹手夹住植株------砧木切刀25切断植株------砧木气动旋转手臂15移动到X轴0位置------砧木气动旋转手臂15顺时针旋转90度------调节砧木行程可调气缸23定位植株------砧木气动剪刀39剪切-------砧木气动旋转手臂15顺时针旋转90度------持夹器12送夹------夹住嫁接苗，持夹器12松开------气动旋转手臂收回，并逆时针旋转180度。当一行完成后步进电机控制分台滚动台面前移一个穴孔的距离，进行下一次接苗，直至穴盘上苗木全部接完；在等待下一次执行信号。

接穗苗木处与砧木苗木处的动作基本相似，只是气动旋转手臂2变成逆时针旋转。

如图1所示，全自动嫁接机的电控部分采用模块化设计，电控部分包括电源模块、检测模块、ARM单片机模块、通信模块、人机交互模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块；

电源模块包括DC24转DC5电路，DC5供电给检测模块、ARM单片机模块、通信模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块，DC24供电给人机交互模块；

检测模块、ARM单片机模块、通信模块和人机交互模块依次连接，人机交互模块包括相互连接的第二存储模块和触屏模块，其中，第二存储模块和通信模块连接；

第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块均分别与ARM单片机模块连接；

上述触摸屏模块把设置参数通过通信模块发给ARM单片机模块，由ARM单片机模块计算并发出控制信号，通过检测模块的数据进行微调。

电源电路

图2是电源模块，DC24V经过二极管D44单向保护，瞬态二极管D51保护，C11、C13滤波，输入到稳压芯片U3，极性电容C16、电感L1组成输出滤波电路，R7、D50组成电源指示电路。该电源具有短路保护、过流保护等功能。采用开关稳压集成电路LM2596，输出电流大，过流保护采用了瞬态电压抑制器P6KE33A，当P6KE33A的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能迅速的将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压迅速拉低，有效地保护后续电子线路中的精密元器件。

第一、第二存储模块电路

系统采用EEPROM总线连接存储器和单片机之间，存储器采用AT24CL1024，该芯片是2线串行EEPROM，可双向数据传输，有1048576可电擦除存储器和131072字节只读存储器，能保留数据40年。电路图如图3。

继电器控制模块

继电器控制模块主要功能是通过继电器的吸合控制电磁阀，从而控制外部气缸的旋转移动。由于单片机IO口的驱动能力有限，使用了一款电流放大芯片ULN2803，能有效增加驱动能力从而控制继电器的吸合，防止干扰，如图4。

通信模块

单片机和触屏之间采用串行通信，MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器，能在5V电压供电时提供EIA/TIA/-232-E电平。使用简单稳定性高。由MAX232的11和12脚分别接在单片机的10脚和9脚上，如图5。

检测模块

检测模块主要用来检测气动抓手、放夹器是否工作正常；定位苗木，防止旋转后苗木距离太远，不能嫁接，使用松下公司的激光线性传感器LA510，24V直流供电，最小检测物体0.1mm，输出为1-5V模拟电压，由投光器和受光器组成。模拟信号接入接线端子，检测高精度电阻R48上的电压，接单片机AD口检测原理图见图6。每个气缸中都装有磁感应开关即霍尔开关，由于磁感应开关是开关量信号，为了防止干扰加光耦隔离。8路开关量输入(原理见图7)，开关信号DIN12经过光耦tpl521-4隔离，把开关量信号转变为电信号DCH12，同样接到CD4051的输入端1脚，然后经过编码由三个二进制控制输入端A、B、C接到传单片机。其余诸路为同一方式接入，此处不一一列举。

电机控制模块

步进电机也选用24V电供电型号TDA209-S，为减小震动，使用电机配套驱动器DA4550A。步进电机驱动器的脉冲信号和方向控制信号可由单片机的I/O端口通过循环使用定时器中断产生，为防止干扰用光耦做一步隔离。单片机的第10脚和11脚输出脉冲信号，接光耦第二脚PB0和第四脚PB1，方向控制信号为单片机第12叫接光耦第6脚即PB2。原理图见图8

人机交互模块

人机交互模块主要用来设置参数和显示界面动画。采用威纶通MT607iH触摸屏，内置存储器、实时时钟、串口通信接口。与单片机通过RS232或RS485相连。通过触屏界面设置育苗盘的相关参数，记录放置育苗盘的初始位置，作为工作启动控制的总开关。

单片机模块

单片机模块主要用来计算气动手臂要移动的距离；手机气动抓手和放夹器及苗木定位的开关量信号是否正常进行调整及放置需嫁接苗木传送带的前进距离。数据量比较大，故单片机采用atmega128，是高性能、低功耗的8位AVR微处理器，内部有128KB Flash，4K SRAM，4K的EEPROM,8路10位A/D转换，2通道8位PWM，6路分辨率可编程(2到16位)的PWM，76个可编程I/O口，其中JTAG1为程序下载口，完成程序的烧写，为系统功能实现提供了基础和保障。AIN0—AIN3为模拟量输入接自身AD，D_A、D_B、D_C接开关量输入电路，JR1到JR8接继电器输出电路，TXD RXD接通信电路。见图9

坐标系的建立

实现自动化嫁接的核心是实现切割过的穂苗和砧木的精确对位，为此本发明中创新引用坐标系的方式，使用步进电机和新型光电传感器精确定位，实现自动化对接。以主台11上表面为水平面，在该表面上以砧木传送装置9和接穗传送带16的中心线为X轴(保证了砧木穗苗气动旋转手臂10各自的旋转轴距原点距离相同)垂直方向为Y轴(保证砧木及穗苗气动旋转手臂10旋转后在同一直线上)，水平方向上距持夹器12末端5mm(夹子伸出正好夹住对接点)处所在点为原点建立坐标系。把穴盘放在分台规定的初始位置，由于穴盘行距、列距固定不变，使苗木拿取有规律可循，保证取苗的顺利进行。

气动旋转手臂在Y轴方向伸出导杆夹取苗木在回到X轴0位置点，保证了砧木和接穗气动旋转手臂的旋转轴心在X轴处于同一坐标；在X轴0位置点水平旋转90度(砧木顺时针，接穗逆时针)，使用光电传感器定位用可调行程气缸调节砧木、接穗位置，确定砧木接穗Y轴位置；定位完成。坐标系见附图2

系统软件

系统软件主要包括传感器量化解析函数，决策程序，控制程序，参数设定程序，显示程序，模式选择程序等。流程图如图10。系统启动时先进行初始化操作，然后设置各项参数，设置完成后计算穴盘的穴孔大小，作为气动手臂和传送带在X轴或Y轴上移送的最小间距。判断手臂是否在X轴0位置，不是就移动到该位置，完成初始化。自动模式：开始移动气动手臂在X轴上行走，到目标位置后伸出气动旋转手臂用气爪夹住苗木，回到X轴0位置，顺时针旋转90度，用松下激光线性传感器做定位，调整活塞杆；然后旋转气动剪刀，把不需要的剪去，在顺时针旋转90度，砧木和接穗在切口处正好相连，用持夹器12放夹子夹住切口，松开气爪收回活塞杆，逆时针旋转180度，回到初始状态，进行下一次的取苗作业。当一排取完后，控制分台上的步进电机把穴盘前移一个穴孔的距离，可以在一次进行循环，直到一个穴盘内苗木取完停下等待下一次大循环信号(砧木开关A闭合，接穗开关B闭合)。手动模式和自动模式动作相同，是一种手动调动模式，用于调整位置对位，所不同为在进行每一个动作前判断开关C是否闭合，每闭合一次，完成一个动作。

Claims (8)

1.一种全自动嫁接机，其特征在于：包括：主台、第一分台、第二分台、支架、触屏控制盒、电机安装台、步进电机、震盘、夹子导轨、持夹器、支撑横梁、穂苗传送装置、穂苗气动旋转手臂、穗苗气动剪刀及定位装置、砧木传送装置、砧木气动旋转手臂和砧木气动剪刀及定位装置；

穂苗传送装置和砧木传送装置分别相对安装在主台的两边，穂苗气动旋转手臂滑动连接在穂苗传送装置上，砧木气动旋转手臂滑动连接在砧木传送装置上；支撑横梁设在主台上、且位于穂苗传送装置和砧木传送装置的上方，穗苗气动剪刀及定位装置设在支撑横梁的一端与穂苗气动旋转手臂相匹配，砧木气动剪刀及定位装置设在支撑横梁的另一端与砧木气动旋转手臂相匹配，将主台不安装穂苗传送装置和砧木传送装置的另外两边定义为上方和下方；

第一分台与主台设有砧木传送装置的一边靠接；第二分台与主台设有穂苗传送装置的一边靠接；主台、第一分台和第二分台均设置在支架上；

震盘设在支撑横梁的上方，通过夹子导轨将夹子送向持夹器，持夹器将穂苗气动旋转手臂和砧木气动旋转手臂送来的苗木夹持；

电机安装台设在主台下方的支架上，步进电机安装在电机安装台上，触屏控制盒设在主台的上方，步进电机与触屏控制盒、穂苗气动旋转手臂、砧木气动旋转手臂、穂苗传送装置和砧木传送装置连接。

2.如权利要求1所述的全自动嫁接机，其特征在于：穂苗传送装置包括穂苗传送带、设在穂苗传送带两侧的接穗挡板和接穗固定铁块，接穗固定铁块与穂苗传送带通过螺杆固定，接穗固定铁块与穂苗传送带不会产生相对运动，接穗固定铁块两侧设有相对接穗挡板滑动的滚动轴承，穂苗气动旋转手臂安装在接穗固定铁块上；砧木传送装置包括砧木传动带、设在砧木传送带两侧的砧木挡板和砧木固定铁块，砧木固定铁块与砧木传送带通过螺杆固定，砧木固定铁块与砧木传送带不会产生相对运动，砧木固定铁块两侧设有相对砧木挡板滑动的滚动轴承，砧木气动旋转手臂安装在砧木固定铁块上。

3.如权利要求2所述的全自动嫁接机，其特征在于：砧木气动旋转手臂包括第一砧木旋转气缸、砧木行程可调气缸、砧木气动抓手、砧木切刀和砧木塑料保护套，第一砧木旋转气缸22通过螺栓固定在砧木传送装置的砧木固定铁块上；砧木行程可调气缸设在第一砧木旋转气缸上，两者之间采用法兰固定；砧木气动抓手通过螺栓固定在砧木行程可调气缸前端；砧木切刀安装在砧木气动抓手下部，并采用螺栓固定在砧木气动抓手上，砧木塑料保护套套装在砧木气动机械手的顶端；

接穗气动旋转手臂包括第一接穗旋转气缸、接穗行程可调气缸、接穗气动抓手、接穗切刀和接穗塑料保护套，第一接穗旋转气缸通过螺栓固定在接穗传送装置的接穗固定铁块上；接穗行程可调气缸设在第一接穗旋转气缸上，两者之间采用法兰固定；接穗气动抓手通过螺栓固定在接穗行程可调气缸前端；接穗切刀安装在接穗气动抓手下部，并采用螺栓固定在接穗气动抓手上，接穗塑料保护套套装在接穗气动机械手的顶端。

4.如权利要求1-3任意一项所述的全自动嫁接机，其特征在于：支撑横梁横向上的两端分别为接穗端和砧木端；

穗苗气动剪刀及定位装置包括：接穗气动剪刀、第二接穗旋转气缸、接穗投光器和接穗受光器，第二接穗旋转气缸通过螺栓固定在支撑横梁的接穗端上，接穗气动剪刀通过螺杆固定在第二接穗旋转气缸上，接穗投光器和接穗受光器用螺栓固定在第二接穗旋转气缸下部不影响第一、第二接穗旋转气缸转动的地方，用来定位苗木；

砧木气动剪刀及定位装置包括：砧木气动剪刀、第二砧木旋转气缸、砧木投光器和砧木受光器，第二砧木旋转气缸通过螺栓固定在支撑横梁的砧木端上，砧木气动剪刀通过螺杆固定在第二砧木旋转气缸上，砧木投光器和砧木受光器用螺栓固定在第二砧木旋转气缸下部不影响第一、第二砧木旋转气缸转动的地方，用来定位苗木。

5.如权利要求1-3任意一项所述的全自动嫁接机，其特征在于：持夹器用来送夹子夹住嫁接苗木接口处，包括塑料构件、小型气动机械手、固定铝型材和标准针式气缸，固定铝型材一端固定在支撑横梁上，针式气缸放在固定铝型材槽内，固定铝型材另一端固定小型气动机械手，塑料构件装在小型气动机械手前端，小型气动机械手的后端与夹子导轨接相接。

6.如权利要求1-3任意一项所述的全自动嫁接机，其特征在于：全自动嫁接机的电控部分采用模块化设计，电控部分包括电源模块、检测模块、ARM单片机模块、通信模块、人机交互模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块；

电源模块包括DC24转DC5电路，DC5供电给检测模块、ARM单片机模块、通信模块、第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块，DC24供电给人机交互模块；

检测模块、ARM单片机模块、通信模块和人机交互模块依次连接，人机交互模块包括相互连接的第二存储模块和触屏模块，其中，第二存储模块和通信模块连接；

第一存储模块、继电器控制模块和电机控制模块均分别与ARM单片机模块连接；

所述触摸屏模块把设置参数通过通信模块发给ARM单片机模块，由ARM单片机模块计算并发出控制信号，通过检测模块的数据进行微调。

7.如权利要求1-3任意一项所述的全自动嫁接机，其特征在于：坐标系的建立方法为：以主台上表面为水平面，在该表面上以砧木传送装置和接穗传送带的中心线为X轴，保证了砧木、穂苗气动旋转手臂各自的旋转轴距原点距离相同，垂直方向为Y轴，保证砧木、穂苗气动旋转手臂旋转后在同一直线上，水平方向上距持夹器末端5mm，处所在点为原点建立坐标系，原点的选择使夹子伸出正好夹住对接点；把穴盘放在第一、第二分台规定的初始位置，由于穴盘行距、列距固定不变，使苗木拿取有规律可循，保证取苗的顺利进行；

砧木、接穗气动旋转手臂在Y轴方向伸出导杆夹取苗木在回到X轴0位置点，保证了砧木和接穗气动旋转手臂的旋转轴心在X轴处于同一坐标；在X轴0位置点水平旋转90度，其中，砧木顺时针，接穗逆时针，使用砧木、接穗投光器定位，用可调行程气缸调节砧木、接穗位置，确定砧木接穗Y轴位置；定位完成。

8.如权利要求1-3任意一项所述的全自动嫁接机，其特征在于：全自动嫁接机的操作方法包括顺序相接的如下步骤：

A、系统启动时先进行初始化操作，然后设置各项参数，设置完成后计算穴盘的穴孔大小，作为气动手臂和传送带在X轴或Y轴上移送的最小间距；

B、判断手臂是否在X轴0位置，不是就移动到该位置，完成初始化；

D、若为自动模式：开始移动气动旋转手臂在X轴上行走，到目标位置后伸出气动旋转手臂用气爪夹住苗木，回到X轴0位置，顺时针旋转90度，用激光线性传感器做定位，调整活塞杆；然后旋转气动剪刀，把不需要的剪去，在顺时针旋转90度，砧木和接穗在切口处正好相连，用持夹器放夹子夹住切口，松开气爪收回活塞杆，逆时针旋转180度，回到初始状态，进行下一次的取苗作业；当一排取完后，控制分台上的步进电机把穴盘前移一个穴孔的距离，可以在一次进行循环，直到一个穴盘内苗木取完停下等待下一次大循环信号，砧木开关A闭合，接穗开关B闭合；

若为手动模式：与自动模式动作相同，所不同为进行每一个动作前判断手动调试开关C是否闭合，每闭合一次，完成一个动作。