CN104905387B - 一种留种花生自动剥壳控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种留种花生自动剥壳控制系统及控制方法，包括单片机主控单元，其特征是：所述单片机主控单元分别连接步进电机驱动单元、光电传感器单元、12864液晶显示单元、8路继电器控制单元、操纵键盘单元以及开关复位单元。本发明的单片机主控单元用于处理采集信号和发出控制指令；步进电机驱动单元对花生进行搬运，完成花生的自动搬运工作。光电传感器单元采集花生的位置信息上传到单片机主控单元，12864液晶显示单元主要用于实时显示剥壳作业状态，实现了良好的人机交互；进一步地，继电器控制单元驱动气缸，实现花生送入剥壳刀具、花生剥壳以及花生去皮。

Description

一种留种花生自动剥壳控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体地讲，涉及一种留种花生自动剥壳控制系统及控制方法。

背景技术

留种花生剥壳是用于种植花生最基础的一部分，只有保证花生种的完整，才能培育出好的花生。传统的留种花生剥壳为人力手工剥壳，手工剥壳不仅手指易疲劳、受伤，而且工效很低，所以花生产区广大农民迫切要求用机器来代替手工剥壳。留种花生剥壳机的诞生在很大程度上改变了这种局面，使花生产区的农民不必再采用最原始的剥壳方法进行剥壳，从而大大地减轻了农民的体力劳动，同时还提高了花生剥壳的效率。

自留种花生自动剥壳是一门新兴技术，国内起步较晚。目前国内花生脱壳机从其脱壳原理、结构和材料上基本可分为以打击、揉搓为主的钢纹杆——钢栅条凹板以挤压、揉搓为主的橡胶滚筒一一橡胶浮动凹板两大类，但脱壳质量均不高，破损率都大于8%，剥出的花生米只能用于榨油和食用，满足不了外贸出口和作种子的要求。探索先进的脱壳原理是解决脱壳机现存问题的重要途径。而本发明采用仿生原理，完全模仿人工剥花生，是现有技术所不具备的。

花生生产机械化是农业现代化的重要组成部分，是农业和农村经济持续快速发展的重要保证，在一些地区，用作种子和特殊用途的花生仁仍采用传统的手工剥壳，劳动生产率低，区域性发展不平衡。随着花生种植业的不断发展，国内外对花生留种剥壳的需求不断增大，提高花生脱壳机械化作业水平成为必然。花生留种脱壳机器人在提高劳动生产率，减轻劳动强度方面起到了积极的作用，促进了花生加工业的科技进步，为花生脱壳机械的发展提供了空间。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种留种花生自动剥壳控制系统及控制方法，实现花生剥壳的自动化控制。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种留种花生自动剥壳控制系统，包括单片机主控单元，其特征是：所述单片机主控单元分别连接步进电机驱动单元、光电传感器单元、12864液晶显示单元、8路继电器控制单元、操纵键盘单元以及开关复位单元。

作为对本技术方案的进一步限定，所述单片机主控单元采用MK60单片机控制器。

作为对本技术方案的进一步限定，所述步进电机驱动单元包括42系列的步进电机、步进电机驱动器和DC/DC电压转换电路，所述MK60单片机控制器的PTA8和PTA9引脚连接所述步进电机驱动器的方向信号接口和脉冲信号接口，所述步进电机设置于花生输送机构上。

作为对本技术方案的进一步限定，所述光电传感器单元包括两个光电开关，所述MK60单片机控制器的PTA15和PTA16引脚分别与两个所述光电开关相连，所述MK60单片机控制器的PTD0-PTD7引脚以及PTD8-PTD12引脚分别与所述12864液晶显示单元连接，所述MK60单片机控制器的PTB0-PTB7引脚连接所述8路继电器控制单元，所述MK60单片机控制器的PTB0-PTB7引脚PTC0-PTC7引脚连接所述操纵键盘单元，所述开关复位单元包括电源开关和复位开关，所述MK60单片机控制器的VCC引脚和RESET引脚连接所述电源开关和复位开关。

作为对本技术方案的进一步限定，所述花生输送机构设置于机架组件上，所述机架组件上还设置有花生摆正器、花生推送机构和移动组件机构，所述花生输送机构的下端正对所述花生摆正器，所述花生推送机构位于所述花生摆正器的一侧，所述移动组件机构上设置有花生剥壳机构，所述花生剥壳机构位于所述花生摆正器的另一侧，所述花生推送机构将所述花生摆正器内的花生推送到所述花生剥壳机构内。

作为对本技术方案的进一步限定，所述花生输送机构包括左立梁和右立梁，所述左立梁连接左斜梁，所述右立梁连接右斜梁，所述左斜梁和右斜梁上设置有漏斗和传送带机构，所述传送带机构包括两个大带轮和拨齿带，其中一个所述大带轮通过光轴连接小带轮，所述小带轮通过短平带连接步进电机的输出轴，所述传送带机构上端的下侧还设置有滑道，所述滑道的下端正对所述花生摆正器，所述漏斗的下端开口正对所述拨齿带，所述拨齿带位于所述左斜梁和右斜梁之间。

作为对本技术方案的进一步限定，所述花生推送机构包括单臂气缸，所述单臂气缸固定在气缸支架上，所述单臂气缸的推杆上连接花生推板。

作为对本技术方案的进一步限定，所述移动组件机构包括上移动光轴和下移动光轴，所述上移动光轴和下移动光轴上设置有对称的能够左右移动的左支撑角铝和右支撑角铝，所述左支撑角铝上连接左气缸推动机构，所述右支撑角铝上连接右气缸推动机构，所述左气缸推动机构包括连接在所述左支撑角铝上的左气缸推，所述左气缸推连接左横向气缸，所述左横向气缸固定在左气缸支撑座上，所述右气缸推动机构包括连接在所述右支撑角铝上的右气缸推，所述右气缸推连接右横向气缸，所述右横向气缸固定在右气缸支撑座上，所述左气缸支撑座和右气缸支撑座固定在所述机架组件上，所述上移动光轴和下移动光轴分别通过左上滑动块、右上滑动块、左下滑动块和右下滑动块与所述左支撑角铝和右支撑角铝连接。

作为对本技术方案的进一步限定，所述花生剥壳机构包括固定在所述左支撑角铝上的左上气缸和左上机械爪以及左下气缸和左下机械爪、固定在所述右支撑角铝上的右上气缸和右上机械爪以及右下气缸和右下机械爪，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪在气缸的推动下配合使用，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪均为扇形，且所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪闭合时能够围成一个圆形，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪的圆心角均为85度，弧长均为16.3mm。

一种留种花生自动剥壳控制方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）将花生放入漏斗中，单片机主控单元驱动步进电机带动短平带转动，短平带带动拨齿带转动，拨齿带上的拨齿拨动漏斗开口处的花生，单个花生落入拨齿带上，拨齿带运动带动花生前移，花生从拨齿带的前端掉落，花生穿过左斜梁和右斜梁之间的间隙掉落到滑道，再沿滑道竖直掉落入花生摆正器；

（2）光电传感器单元检测到滑到内有花生落下并将检测信息发送到单片机主控单元，单片机主控单元驱动移动组件机构将花生剥壳机构推送到正对花生摆正器的位置；

（3）单臂气缸的推杆通过花生推板将花生摆正器内的花生推送到花生剥壳机构；

（4）左上机械爪、右上机械爪、左下机械爪和右下机械爪在各自气缸的推动下闭合；

（5）移动组件机构的左横向气缸和右横向气缸收缩，带动左支撑角铝和右支撑角铝反向运动，左上机械爪、左下机械爪与右上机械爪、右下机械爪分离，花生壳被剥开，完成一次剥壳工作，然后移动组件结构和花生剥壳机构复位。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的单片机主控单元用于处理采集信号和发出控制指令；步进电机驱动单元对花生进行搬运，完成花生的自动搬运工作。光电传感器单元采集花生的位置信息上传到单片机主控单元，12864液晶显示单元主要用于实时显示剥壳作业状态，实现了良好的人机交互；进一步地，继电器控制单元驱动气缸，实现花生送入剥壳刀具、花生剥壳以及花生去皮。操纵键盘单元检测输入按键信号，并将其反映给单片机主控单元；开关复位单元控制MK60单片机控制器的供电和机器的复位工作。从而实现留种花生自动剥壳机的自动化剥壳作业，节省人力，提高剥壳效率。

附图说明

图1为本发明的原理方框图。

图2为本发明的电路结构图。

图3为本发明实施例的总体结构示意图。

图4为本发明实施例的立体图。

图5为本发明实施例的机架组件结构示意图。

图6为本发明实施例的花生剥壳机构的结构示意图。

图7为本发明实施例的剥壳机构移动组件结构示意图。

图8为本发明实施例的推送花生机构的结构示意图。

图9为本发明实施例的花生摆正器的结构示意图。

图10为本发明实施例的花生剥壳机构的机械爪完全闭合时结构示意图。

图11为本发明实施例的花生输送机构结构示意图。

图中，1-机架组件；2-花生剥壳机构；3-移动组件结构；4-花生推送机构；5-滑道；6-底座；7-长立柱；8-横梁；9-竖梁；10-短立柱；11-花生滑道支撑梁；12-右上气缸；13-左上气缸；14-右下气缸；15-左下气缸；16-右上机械爪；17-左上机械爪；18-右下机械爪；19-左下机械爪；20-右支撑角铝；21-右横向气缸；22-左横向气缸；23-右气缸推；24-左气缸推；25-右气缸支撑座；26-左气缸支撑座；27-左下滑动块；28-左上滑动块；29-右上滑动块；30-右下滑动块；31-左上固定块；32-右下固定块；33-左下固定块；34-右上固定块；35-上移动光轴；36-下移动光轴；37-左支撑角铝；38-单臂气缸；39-气缸支架；40-花生推板；41-花生摆正器，42-花生输送机构，43-漏斗，44-大带轮，45-拨齿带，46-光轴，47-小带轮，48-短平带，49-步进电机，50-左立梁，51-右立梁，52-左斜梁，53-右斜梁。

具体实施方式:

下面结合实施例，进一步说明本发明。

参见图1-图11，本发明包括单片机主控单元，所述单片机主控单元分别连接步进电机驱动单元、光电传感器单元、12864液晶显示单元、8路继电器控制单元、操纵键盘单元以及开关复位单元。

所述单片机主控单元采用MK60单片机控制器，所述步进电机驱动单元包括42系列的步进电机、步进电机驱动器和DC/DC电压转换电路，所述MK60单片机控制器的PTA8和PTA9引脚连接所述步进电机驱动器的方向信号接口和脉冲信号接口，所述光电传感器单元包括两个光电开关，所述MK60单片机控制器的PTA15和PTA16引脚分别与两个所述光电开关相连，所述MK60单片机控制器的PTD0-PTD7引脚以及PTD8-PTD12引脚分别与所述12864液晶显示单元连接，所述MK60单片机控制器的PTB0-PTB7引脚连接所述8路继电器控制单元，所述MK60单片机控制器的PTB0-PTB7引脚PTC0-PTC7引脚连接所述操纵键盘单元，所述开关复位单元包括电源开关和复位开关，所述MK60单片机控制器的VCC引脚和RESET引脚连接所述电源开关和复位开关。

所述花生输送机构42设置于机架组件1上，所述机架组件1上设置有花生摆正器41、花生推送机构4和移动组件机构3，所述花生输送机构42的下端正对所述花生摆正器41，所述花生推送机构4位于所述花生摆正器41的一侧，所述移动组件机构3上设置有花生剥壳机构2，所述花生剥壳机构2位于所述花生摆正器41的另一侧，所述花生推送机构4将所述花生摆正器41内的花生推送到所述花生剥壳机构2内。

所述花生输送机构42包括左立梁50和右立梁51，所述左立梁50连接左斜梁52，所述右立梁51连接右斜梁53，所述左斜梁52和右斜梁53上设置有漏斗43和传送带机构，所述传送带机构包括两个大带轮44和拨齿带45，其中一个所述大带轮44通过光轴46连接小带轮47，所述小带轮47通过短平带48连接步进电机49的输出轴，所述传送带机构上端的下侧还设置有滑道5，所述滑道5的下端正对所述花生滑道41，所述漏斗43的下端开口正对所述拨齿带45，所述拨齿带45位于所述左斜梁52和右斜梁53之间。漏斗43用于放置花生，漏斗43的开口（图中未示出）恰好允许单个花生落下，拨齿带45的拨齿拨动花生落到拨齿带45上，步进电机49带动拨齿带45向上运行，花生运行到最高处后从拨齿带45下落到滑道5内。

所述花生推送机构包括单臂气缸38，所述单臂气缸38固定在气缸支架39上，所述单臂气缸38的推杆上连接花生推板40。

所述移动组件机构3包括上移动光轴35和下移动光轴36，所述上移动光轴35和下移动光轴36上设置有对称的能够左右移动的左支撑角铝37和右支撑角铝20，所述左支撑角铝37上连接左气缸推动机构，所述右支撑角铝20上连接右气缸推动机构。

所述左气缸推动机构包括连接在所述左支撑角铝37上的左气缸推24，所述左气缸推24连接左横向气缸22，所述左横向气缸22固定在左气缸支撑座26上，所述右气缸推动机构包括连接在所述右支撑角铝20上的右气缸推23，所述右气缸推23连接右横向气缸21，所述右横向气缸21固定在右气缸支撑座25上，所述左气缸支撑座26和右气缸支撑座25固定在所述机架组件1上。

所述上移动光轴35和下移动光轴36分别通过左上滑动块28、右上滑动块29、左下滑动块27和右下滑动块30与所述左支撑角铝37和右支撑角铝20连接，所述上移动光轴35和下移动光轴36通过左上固定块31、左下固定块33、右上固定块34和右下固定块32与所述机架组件1连接。

所述花生剥壳机构包括固定在所述左支撑角铝37上的左上气缸13和左上机械爪17以及左下气缸15和左下机械爪19、固定在所述右支撑角铝20上的右上气缸12和右上机械爪16以及右下气缸14和右下机械爪18，所述左上机械爪17、左下机械爪15、右上机械爪16和右下机械爪18在各自气缸的推动下配合使用。

所述左上机械爪17、左下机械爪15、右上机械爪16和右下机械爪18均为扇形，且所述左上机械爪17、左下机械爪15、右上机械爪16和右下机械爪18闭合时能够围成一个圆形。

所述左上机械爪17、左下机械爪15、右上机械爪16和右下机械爪18的圆心角均为85度，弧长均为16.3mm。。

所述机架组件包括底座6，所述底座6上连接两个长立柱7和两个短立柱10，两个所述长立柱7之间以及两个所述短立柱10之间均连接有横梁8，两个所述长立柱7和短立柱10之间连接有竖梁9，其中一个所述横梁8上连接花生滑道支撑梁11，花生滑道支撑梁11上设置所述花生推送机构4和花生摆正器41。

本发明还公开了一种留种花生自动剥壳控制方法，包括以下步骤：

（1）将花生放入漏斗43中，单片机主控单元驱动步进电机49带动短平带48转动，短平带48带动拨齿带45转动，拨齿带45上的拨齿拨动漏斗43开口处的花生，单个花生落入拨齿带45上，拨齿带45运动带动花生前移，花生从拨齿带45的前端掉落，花生穿过左斜梁52和右斜梁53之间的间隙掉落到滑道5，再沿滑道5竖直掉落入花生摆正器41；

（2）光电传感器单元检测到滑道5内有花生落下并将检测信息发送到单片机主控单元，单片机主控单元驱动移动组件机构3将花生剥壳机构2推送到正对花生摆正器41的位置；

（3）单臂气缸38的推杆通过花生推板40将花生摆正器41内的花生推送到花生剥壳机构2；

（4）左上机械爪17、右上机械爪16、左下机械爪19和右下机械爪18在各自气缸的推动下闭合；

（5）移动组件机构3的左横向气缸22和右横向气缸21收缩，带动左支撑角铝37和右支撑角铝20反向运动，左上机械爪17、左下机械爪19与右上机械爪16、右下机械爪18分离，花生壳被剥开，完成一次剥壳工作，然后移动组件结构3和花生剥壳机构2复位。

Claims (6)

1.一种留种花生自动剥壳控制系统，包括单片机主控单元，其特征是：所述单片机主控单元分别连接步进电机驱动单元、光电传感器单元、12864液晶显示单元、8路继电器控制单元、操纵键盘单元以及开关复位单元，所述单片机主控单元采用MK60单片机控制器，所述步进电机驱动单元包括42系列的步进电机、步进电机驱动器和DC/DC电压转换电路，所述MK60单片机控制器的PTA8和PTA9引脚连接所述步进电机驱动器的方向信号接口和脉冲信号接口，所述步进电机设置于花生输送机构上，所述光电传感器单元包括两个光电开关，所述MK60单片机控制器的PTA15和PTA16引脚分别与两个所述光电开关相连，所述MK60单片机控制器的PTD0-PTD7引脚以及PTD8-PTD12引脚分别与所述12864液晶显示单元连接，所述MK60单片机控制器的PTB0-PTB7引脚连接所述8路继电器控制单元，所述MK60单片机控制器的PTC0-PTC7引脚连接所述操纵键盘单元，所述开关复位单元包括电源开关和复位开关，所述MK60单片机控制器的VCC引脚和RESET引脚连接所述电源开关和复位开关，所述花生输送机构设置于机架组件上，所述机架组件上还设置有花生摆正器、花生推送机构和移动组件机构，所述花生输送机构的下端正对所述花生摆正器，所述花生推送机构位于所述花生摆正器的一侧，所述移动组件机构上设置有花生剥壳机构，所述花生剥壳机构位于所述花生摆正器的另一侧，所述花生推送机构将所述花生摆正器内的花生推送到所述花生剥壳机构内。

2.根据权利要求1所述的留种花生自动剥壳控制系统，其特征是：所述花生输送机构包括左立梁和右立梁，所述左立梁连接左斜梁，所述右立梁连接右斜梁，所述左斜梁和右斜梁上设置有漏斗和传送带机构，所述传送带机构包括两个大带轮和拨齿带，其中一个所述大带轮通过光轴连接小带轮，所述小带轮通过短平带连接步进电机的输出轴，所述传送带机构上端的下侧还设置有滑道，所述滑道的下端正对所述花生摆正器，所述漏斗的下端开口正对所述拨齿带，所述拨齿带位于所述左斜梁和右斜梁之间。

3.根据权利要求1所述的留种花生自动剥壳控制系统，其特征是：所述花生推送机构包括单臂气缸，所述单臂气缸固定在气缸支架上，所述单臂气缸的推杆上连接花生推板。

4.根据权利要求1所述的留种花生自动剥壳控制系统，其特征是：所述移动组件机构包括上移动光轴和下移动光轴，所述上移动光轴和下移动光轴上设置有对称的能够左右移动的左支撑角铝和右支撑角铝，所述左支撑角铝上连接左气缸推动机构，所述右支撑角铝上连接右气缸推动机构，所述左气缸推动机构包括连接在所述左支撑角铝上的左气缸推，所述左气缸推连接左横向气缸，所述左横向气缸固定在左气缸支撑座上，所述右气缸推动机构包括连接在所述右支撑角铝上的右气缸推，所述右气缸推连接右横向气缸，所述右横向气缸固定在右气缸支撑座上，所述左气缸支撑座和右气缸支撑座固定在所述机架组件上，所述上移动光轴和下移动光轴分别通过左上滑动块、右上滑动块、左下滑动块和右下滑动块与所述左支撑角铝和右支撑角铝连接。

5.根据权利要求4所述的留种花生自动剥壳控制系统，其特征是：所述花生剥壳机构包括固定在所述左支撑角铝上的左上气缸和左上机械爪以及左下气缸和左下机械爪、固定在所述右支撑角铝上的右上气缸和右上机械爪以及右下气缸和右下机械爪，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪在气缸的推动下配合使用，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪均为扇形，且所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪闭合时能够围成一个圆形，所述左上机械爪、左下机械爪、右上机械爪和右下机械爪的圆心角均为85度，弧长均为16.3mm。

6.一种留种花生自动剥壳控制方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）将花生放入漏斗中，单片机主控单元驱动步进电机带动短平带转动，短平带带动拨齿带转动，拨齿带上的拨齿拨动漏斗开口处的花生，单个花生落入拨齿带上，拨齿带运动带动花生前移，花生从拨齿带的前端掉落，花生穿过左斜梁和右斜梁之间的间隙掉落到滑道，再沿滑道竖直掉落入花生摆正器；

（2）光电传感器单元检测到滑道内有花生落下并将检测信息发送到单片机主控单元，单片机主控单元驱动移动组件机构将花生剥壳机构推送到正对花生摆正器的位置；

（3）单臂气缸的推杆通过花生推板将花生摆正器内的花生推送到花生剥壳机构；

（4）左上机械爪、右上机械爪、左下机械爪和右下机械爪在各自气缸的推动下闭合；

（5）移动组件机构的左横向气缸和右横向气缸收缩，带动左支撑角铝和右支撑角铝反向运动，左上机械爪、左下机械爪与右上机械爪、右下机械爪分离，花生壳被剥开，完成一次剥壳工作，然后移动组件机构和花生剥壳机构复位。