一種全自動嫁接的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全自動嫁接機，只要把育苗盤放在規(guī)定的位置進行定位就可以進行自動取苗，自動切割、對接固定；電控部分使用ARM單片機為中心，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、設(shè)置方便等特點；機械部分采用坐標系方式精確定位，將砧木上苗和接穗上苗自動化，由機械將砧木和接穗切削，將砧木和接穗的切削處自動對齊，實現(xiàn)了苗木嫁接過程的全自動機械化；而且由于采用ARM方式控制，擁有更多的資源，有效減少了機械結(jié)構(gòu)的復雜性。提高了工作生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種全自動嫁接機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種全自動嫁接機。

【背景技術(shù)】
[0002]由于植物生長特性的原因，同一種植物在同一地塊連續(xù)播種的情況下，植物很容易生病發(fā)生爛根等情況，而通過苗木嫁接的方式能有效的避免這種情況的發(fā)生。現(xiàn)有的嫁接機皆半自動嫁接機，都是通過人工上砧木苗和接穗苗，在在使用嫁接夾將砧木和接穗的對接處固定，以實現(xiàn)植株嫁接。有改進型的嫁接機提高效率是通過在機臺上多添加機械臂，用多人同時作業(yè)的方式提高生產(chǎn)效率。以上嫁接機的電控部分使用PLC編程控制，體積大，接線多，設(shè)置上不夠靈活；不能進行全自動方式進行接苗，人工成本較大。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型提供了一種全自動嫁接機。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種全自動嫁接機，包括:主臺、第一分臺、第二分臺、支架、觸屏控制盒、電機安裝臺、步進電機、震盤、夾子導軌、持夾器、支撐橫梁、穂苗傳送裝置、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂、穗苗氣動剪刀及定位裝置、砧木傳送裝置、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂和砧木氣動剪刀及定位裝置；
[0006]穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置分別相對安裝在主臺的兩邊，穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂滑動連接在穂苗傳送裝置上，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂滑動連接在砧木傳送裝置上；支撐橫梁設(shè)在主臺上、且位于穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置的上方，穗苗氣動剪刀及定位裝置設(shè)在支撐橫梁的一端與穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂相匹配，砧木氣動剪刀及定位裝置設(shè)在支撐橫梁的另一端與砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂相匹配，將主臺不安裝穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置的另外兩邊定義為上方和下方；
[0007]第一分臺與主臺設(shè)有砧木傳送裝置的一邊靠接；第二分臺與主臺設(shè)有穂苗傳送裝置的一邊靠接；主臺、第一分臺和第二分臺均設(shè)置在支架上；
[0008]震盤設(shè)在支撐橫梁的上方，通過夾子導軌將夾子送向持夾器，持夾器將穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂和砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂送來的苗木夾持；
[0009]電機安裝臺設(shè)在主臺下方的支架上，步進電機安裝在電機安裝臺上，觸屏控制盒設(shè)在主臺的上方，步進電機與觸屏控制盒、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂、穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置連接。
[0010]上述嫁接機整體采用氣力驅(qū)動，作業(yè)快速，穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、嫁接質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高。
[0011]主臺、第一、第二分臺，都采用鋁型材進行組裝，連接部位皆采用螺栓連接固定。桌面采用鋼板做底面，上部鋪絕緣黑色塑料保護層，中間裝有輸送帶。
[0012]為實現(xiàn)完全自動化操作，主臺和分臺下裝有一步進電機安裝臺面用來安放電機，為輸送帶轉(zhuǎn)動、氣動旋轉(zhuǎn)手臂運動提供動力。主臺傳送帶沿X軸正方向運動，用于輸送嫁接完成的苗木，分臺傳送帶在Y軸上相向運動，用于移動穴盤。
[0013]觸屏控制盒為嫁接機電控部分載體，通過螺桿固定在主臺上表面，
[0014]本實用新型由于電控使用ARM單片機開發(fā)，比PLC方式擁有更多的資源，所以本實用新型中氣動旋轉(zhuǎn)手臂和氣動剪刀的旋轉(zhuǎn)全部采用霍爾電子感應器控制，避免了使用復雜的機械傳動結(jié)構(gòu)。
[0015]上述穂苗傳送裝置包括穂苗傳送帶、設(shè)在穂苗傳送帶兩側(cè)的接穗擋板和接穗固定鐵塊，接穗固定鐵塊與穂苗傳送帶通過螺桿固定，接穗固定鐵塊與穂苗傳送帶不會產(chǎn)生相對運動，接穗固定鐵塊兩側(cè)設(shè)有相對接穗擋板滑動的滾動軸承，穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂安裝在接穗固定鐵塊上；砧木傳送裝置包括砧木傳動帶、設(shè)在砧木傳送帶兩側(cè)的砧木擋板和砧木固定鐵塊，砧木固定鐵塊與砧木傳送帶通過螺桿固定，砧木固定鐵塊與砧木傳送帶不會產(chǎn)生相對運動，砧木固定鐵塊兩側(cè)設(shè)有相對砧木擋板滑動的滾動軸承，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂安裝在砧木固定鐵塊上。
[0016]工作時，步進電機通過齒輪轉(zhuǎn)動帶動接穗、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂前進后退，進行精確移動定位。
[0017]上述站木氣動旋轉(zhuǎn)手臂包括第一站木旋轉(zhuǎn)氣缸、站木行程可調(diào)氣缸、站木氣動抓手、砧木切刀和砧木塑料保護套，第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸22通過螺栓固定在砧木傳送裝置的砧木固定鐵塊上；砧木行程可調(diào)氣缸設(shè)在第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸上，兩者之間采用法蘭固定；砧木氣動抓手通過螺栓固定在砧木行程可調(diào)氣缸前端；砧木切刀安裝在砧木氣動抓手下部，并采用螺栓固定在砧木氣動抓手上，砧木塑料保護套套裝在砧木氣動機械手的頂端；
[0018]接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂包括第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸、接穗行程可調(diào)氣缸、接穗氣動抓手、接穗切刀和接穗塑料保護套，第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在接穗傳送裝置的接穗固定鐵塊上；接穗行程可調(diào)氣缸設(shè)在第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸上，兩者之間采用法蘭固定；接穗氣動抓手通過螺栓固定在接穗行程可調(diào)氣缸前端；接穗切刀安裝在接穗氣動抓手下部，并采用螺栓固定在接穗氣動抓手上，接穗塑料保護套套裝在接穗氣動機械手的頂端。
[0019]工作時，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂先由砧木傳送裝置移動到X軸O位置，在移動到要抓取砧木的X軸位置，砧木行程可調(diào)氣缸伸出活塞桿，砧木氣動機械手夾緊植物頸部，砧木塑料保護套防止夾傷植株，砧木切刀伸出，把植株從底部切斷，砧木行程可調(diào)氣缸收回活塞桿，由砧木傳送裝置移動到X軸O位置，第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸順時針旋轉(zhuǎn)90度，由砧木光電傳感器的砧木投光器和砧木受光器定位，砧木行程可調(diào)氣缸伸出活塞桿微調(diào)定位。由砧木剪刀剪切后在順時針旋轉(zhuǎn)90度，和接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂在原點處對接，持夾器送夾，砧木氣動抓手松開機械爪，砧木行程可調(diào)氣缸收回活塞桿，第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸逆時針旋轉(zhuǎn)180度原路返回。接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂工作過程和砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂的工作過程類似，此不在贅述。
[0020]上述定義支撐橫梁橫向上的兩端分別為接穗端和砧木端；
[0021]穗苗氣動剪刀及定位裝置包括:接穗氣動剪刀、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸、接穗投光器和接穗受光器，第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在支撐橫梁的接穗端上，接穗氣動剪刀通過螺桿固定在第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸上，接穗投光器和接穗受光器用螺栓固定在第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸下部不影響第一、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木；
[0022]砧木氣動剪刀及定位裝置包括:砧木氣動剪刀、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸、砧木投光器和砧木受光器，第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在支撐橫梁的砧木端上，砧木氣動剪刀通過螺桿固定在第二站木旋轉(zhuǎn)氣缸上，站木投光器和站木受光器用螺栓固定在第二站木旋轉(zhuǎn)氣缸下部不影響第一、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木。
[0023]當?shù)诙铀霘鈩有D(zhuǎn)手臂逆時針旋轉(zhuǎn)90度到達光電傳感器處，移動穂苗直到接穗投光器發(fā)射的光被擋住，接穗受光器無信號，停止調(diào)節(jié)接穗行程可調(diào)氣缸，第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸帶動接穗氣動剪刀順時針旋轉(zhuǎn)45度，剪切，在沿原路返回。砧木處相同，不做贅述。
[0024]上述持夾器為用來送夾子夾住嫁接苗木接口處，包括塑料構(gòu)件、小型氣動機械手、固定鋁型材和標準針式氣缸，固定鋁型材一端固定在支撐橫梁上，針式氣缸放在固定鋁型材槽內(nèi)，固定鋁型材另一端固定小型氣動機械手，塑料構(gòu)件裝在小型氣動機械手前端，小型氣動機械手的后端與夾子導軌接相接。
[0025]震盤內(nèi)部放夾子，通過的夾子導軌把夾子自動排列送到持夾器，塑料構(gòu)件內(nèi)部通道較窄，當砧木和接穗無縫對接好后，標準針式氣缸推動夾子進入較窄通道口，使夾口張開，并移動到嫁接植株接口處。機械手松開，夾子夾住植株，小型氣動機械手放開恢復初始位置。
[0026]上述全自動嫁接機的電控部分采用模塊化設(shè)計，電控部分包括電源模塊、檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、人機交互模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊；
[0027]電源模塊包括DC24V轉(zhuǎn)DC5V電路，DC5V供電給檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊，DC24V供電給人機交互模塊；
[0028]檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊和人機交互模塊依次連接，人機交互模塊包括相互連接的第二存儲模塊和觸屏模塊，其中，第二存儲模塊和通信模塊連接；
[0029]第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊均分別與ARM單片機模塊連接；
[0030]上述觸摸屏模塊把設(shè)置參數(shù)通過通信模塊發(fā)給ARM單片機模塊，由ARM單片機模塊計算并發(fā)出控制信號，通過檢測模塊的數(shù)據(jù)進行微調(diào)。
[0031]系統(tǒng)通過24V/10A直流開關(guān)電源供電，通過電源電路到5V電源供給單片機模塊，存儲模塊、電機控制模塊、繼電器控制模塊、通信模塊、檢測模塊。人機交互模塊采用24V電源供電。
[0032]上述人機交互模塊還包括實時時鐘。
[0033]實現(xiàn)自動化嫁接的核心是實現(xiàn)切割過的穂苗和砧木的精確對位，為此本實用新型中創(chuàng)新引用坐標系的方式，使用步進電機和新型光電傳感器精確定位，實現(xiàn)自動化對接。
[0034]上述全自動嫁接機，坐標系的建立方法為:以主臺上表面為水平面，在該表面上以砧木傳送裝置和接穗傳送帶的中心線為X軸，保證了砧木、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂各自的旋轉(zhuǎn)軸距原點距離相同，垂直方向為Y軸，保證砧木、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂旋轉(zhuǎn)后在同一直線上，水平方向上距持夾器末端5mm，處所在點為原點建立坐標系，原點的選擇使夾子伸出正好夾住對接點；把穴盤放在第一、第二分臺規(guī)定的初始位置，由于穴盤行距、列距固定不變，使苗木拿取有規(guī)律可循，保證取苗的順利進行。
[0035]砧木、接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂在Y軸方向伸出導桿夾取苗木在回到X軸O位置點，保證了砧木和接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂的旋轉(zhuǎn)軸心在X軸處于同一坐標；在X軸O位置點水平旋轉(zhuǎn)90度，其中，砧木順時針，接穗逆時針，使用砧木、接穗投光器定位，用可調(diào)行程氣缸調(diào)節(jié)砧木、接穗位置，確定砧木接穗Y軸位置；定位完成。
[0036]上述全自動嫁接機的系統(tǒng)軟件主要包括傳感器量化解析函數(shù)，決策程序，控制程序，參數(shù)設(shè)定程序，顯示程序，模式選擇程序等。
[0037]上述全自動嫁接機的操作方法包括順序相接的如下步驟:
[0038]A、系統(tǒng)啟動時先進行初始化操作，然后設(shè)置各項參數(shù)，設(shè)置完成后計算穴盤的穴孔大小，作為氣動手臂和傳送帶在X軸或Y軸上移送的最小間距；
[0039]B、判斷手臂是否在X軸O位置，不是就移動到該位置，完成初始化；
[0040]D、若為自動模式:開始移動氣動旋轉(zhuǎn)手臂在X軸上行走，到目標位置后伸出氣動旋轉(zhuǎn)手臂用氣爪夾住苗木，回到X軸O位置，順時針旋轉(zhuǎn)90度，用激光線性傳感器做定位，調(diào)整活塞桿；然后旋轉(zhuǎn)氣動剪刀，把不需要的剪去，在順時針旋轉(zhuǎn)90度，砧木和接穗在切口處正好相連，用持夾器放夾子夾住切口，松開氣爪收回活塞桿，逆時針旋轉(zhuǎn)180度，回到初始狀態(tài)，進行下一次的取苗作業(yè)；當一排取完后，控制分臺上的步進電機把穴盤前移一個穴孔的距離，可以在一次進行循環(huán)，直到一個穴盤內(nèi)苗木取完停下等待下一次大循環(huán)信號，砧木開關(guān)A閉合，接穗開關(guān)B閉合；
[0041]若為手動模式:與自動模式動作相同，所不同為進行每一個動作前判斷手動調(diào)試開關(guān)C是否閉合,每閉合一次，完成一個動作。
[0042]上述開關(guān)C為手動模式中開關(guān)A和開關(guān)B的總開關(guān)。
[0043]上述激光線性傳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。
[0044]由人在人機界面設(shè)置育苗穴盤的尺寸，穴孔數(shù)，然后存儲并通過通信模塊發(fā)給單片機。由單片機計算苗木之間的距離，通過控制步進電機移動到目標位置確定X軸距離，伸出氣動手臂夾取苗木然后切斷，在返回X軸O位置，90度旋轉(zhuǎn)后，使用紅外射線定位，確定Y軸位置；然后控制氣動剪刀45度剪切，在旋轉(zhuǎn)90度，砧木和接穗在同一垂直直線上并且分布在放夾器的上下兩端在切口處對接，放夾器用嫁接夾在砧木和接穗對接處固定。放下嫁接苗，收回手臂再控制氣缸旋轉(zhuǎn)180度，嫁接過程完成，進行下一次取苗。
[0045]本實用新型未提及的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0046]本文是實用新型了一種全自動嫁接機，只要把育苗盤放在規(guī)定的位置進行定位就可以進行自動取苗，自動切割、對接固定；電控部分使用ARM單片機為中心，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、設(shè)置方便等特點；機械部分采用坐標系方式精確定位，將砧木上苗和接穗上苗自動化，由機械將砧木和接穗切削，將砧木和接穗的切削處自動對齊，實現(xiàn)了苗木嫁接過程的全自動機械化；而且由于采用ARM方式控制，擁有更多的資源，有效減少了機械結(jié)構(gòu)的復雜性。提高了工作生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1為本實用新型全自動嫁接機電控部分框圖；
[0048]圖2為電源電路；
[0049]圖3存儲模塊電路；
[0050]圖4為繼電器控制模塊電路；
[0051 ]圖5為通信模塊電路；
[0052]圖6為檢測模塊的檢測原理圖；
[0053]圖7為檢測模塊的開關(guān)量輸入原理圖；
[0054]圖8為步進電機控制模塊圖；
[0055]圖9為單片機模塊圖；
[0056]圖10為本實用新型全自動嫁接機操作流程圖；
[0057]圖11本實用新型全自動嫁接機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖12為本實用新型坐標系示意圖；
[0059]圖13為穗苗傳送裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖14為接穗、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖15穗苗氣動剪刀及定位裝置示意圖；
[0062]圖16持夾器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖中，I主臺；2第一分臺；3第二分臺；4支架；5電機安裝臺；6震盤；7觸屏控制盒；8穂苗傳送裝置；9砧木傳送裝置；10穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂；11穗苗氣動剪刀及定位裝置；12持夾器；13支撐橫梁；14砧木氣動剪刀及定位裝置；15砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂；16接穗傳送帶；17接穗擋板；18接穗固定鐵塊；19砧木傳送帶；20砧木擋板；21砧木固定鐵塊；22第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸；23砧木行程可調(diào)氣缸；24砧木氣動抓手；25砧木切刀；26砧木塑料保護套；27接穗塑料保護套；28接穗切刀；29接穗氣動抓手；30接穗行程可調(diào)氣缸；31第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸；33接穗投光器；34接穗受光器；35接穗氣動剪刀；36第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸；37砧木投光器；38砧木受光器；39砧木氣動剪刀；40第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸；41塑料構(gòu)件；42小型氣動機械手；43固定鋁型材；44標準針式氣缸；45夾子導軌。

【具體實施方式】
[0064]為了更好地理解本實用新型，下面結(jié)合實施例進一步闡明本實用新型的內(nèi)容，但本實用新型的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0065]實施例1
[0066]如圖所示的一種全自動嫁接機，包括:主臺1、第一分臺2、第二分臺3、支架4、觸屏控制盒7、電機安裝臺5、步進電機、震盤6、夾子導軌45、持夾器12、支撐橫梁13、穗苗傳送裝置8、穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10、穗苗氣動剪刀及定位裝置11、砧木傳送裝置9、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15和砧木氣動剪刀39及定位裝置14 ；
[0067]穗苗傳送裝置8和砧木傳送裝置9分別相對安裝在主臺I的兩邊，穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10滑動連接在穗苗傳送裝置8上，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15滑動連接在砧木傳送裝置9上；支撐橫梁13設(shè)在主臺I上、且位于穗苗傳送裝置8和砧木傳送裝置9的上方，穗苗氣動剪刀及定位裝置11設(shè)在支撐橫梁13的一端與穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10相匹配，砧木氣動剪刀39及定位裝置14設(shè)在支撐橫梁13的另一端與砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15相匹配，將主臺I不安裝穗苗傳送裝置8和砧木傳送裝置9的另外兩邊定義為上方和下方；
[0068]第一分臺2與主臺I設(shè)有砧木傳送裝置9的一邊靠接；第二分臺3與主臺I設(shè)有穗苗傳送裝置8的一邊靠接；主臺1、第一分臺2和第二分臺3均設(shè)置在支架4上；
[0069]震盤6設(shè)在支撐橫梁13的上方，通過夾子導軌45將夾子送向持夾器12，持夾器12將穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10和砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15送來的苗木夾持；
[0070]電機安裝臺5設(shè)在主臺I下方的支架4上，步進電機安裝在電機安裝臺5上，觸屏控制盒7設(shè)在主臺I的上方，步進電機與觸屏控制盒7、穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15、穗苗傳送裝置8和砧木傳送裝置9連接。
[0071]穗苗傳送裝置8包括穂苗傳送帶、設(shè)在穂苗傳送帶兩側(cè)的接穗擋板17和接穗固定鐵塊18，接穗固定鐵塊18與穂苗傳送帶通過螺桿固定，接穗固定鐵塊18與穂苗傳送帶不會產(chǎn)生相對運動，接穗固定鐵塊18兩側(cè)設(shè)有相對接穗擋板17滑動的滾動軸承，穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10安裝在接穗固定鐵塊18上；砧木傳送裝置9包括砧木傳動帶、設(shè)在砧木傳送帶19兩側(cè)的砧木擋板20和砧木固定鐵塊21，砧木固定鐵塊21與砧木傳送帶19通過螺桿固定，砧木固定鐵塊21與砧木傳送帶19不會產(chǎn)生相對運動，砧木固定鐵塊21兩側(cè)設(shè)有相對砧木擋板20滑動的滾動軸承，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15安裝在砧木固定鐵塊21上。
[0072]站木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15包括第一站木旋轉(zhuǎn)氣缸22、站木行程可調(diào)氣缸23、站木氣動抓手24、砧木切刀25和砧木塑料保護套26，第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸2222通過螺栓固定在砧木傳送裝置9的站木固定鐵塊21上；站木行程可調(diào)氣缸23設(shè)在第一站木旋轉(zhuǎn)氣缸22上,兩者之間采用法蘭固定；砧木氣動抓手24通過螺栓固定在砧木行程可調(diào)氣缸23前端；砧木切刀25安裝在砧木氣動抓手24下部，并采用螺栓固定在砧木氣動抓手24上，砧木塑料保護套26套裝在砧木氣動機械手的頂端；
[0073]接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂包括第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸31、接穗行程可調(diào)氣缸30、接穗氣動抓手29、接穗切刀28和接穗塑料保護套27，第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸31通過螺栓固定在接穗傳送裝置的接穗固定鐵塊18上；接穗行程可調(diào)氣缸30設(shè)在第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸31上，兩者之間采用法蘭固定；接穗氣動抓手29通過螺栓固定在接穗行程可調(diào)氣缸30前端；接穗切刀28安裝在接穗氣動抓手29下部，并采用螺栓固定在接穗氣動抓手29上，接穗塑料保護套27套裝在接穗氣動機械手的頂端。
[0074]支撐橫梁13橫向上的兩端分別為接穗端和砧木端；
[0075]穗苗氣動剪刀及定位裝置11包括:接穗氣動剪刀35、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸36、接穗投光器33和接穗受光器34，第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸36通過螺栓固定在支撐橫梁13的接穗端上，接穗氣動剪刀35通過螺桿固定在第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸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轉(zhuǎn)氣缸36下部不影響第一、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸36轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木；
[0076]砧木氣動剪刀39及定位裝置14包括:砧木氣動剪刀39、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸40、砧木投光器37和站木受光器38,第二站木旋轉(zhuǎn)氣缸40通過螺栓固定在支撐橫梁13的站木端上，砧木氣動剪刀39通過螺桿固定在第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸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轉(zhuǎn)氣缸40下部不影響第一、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸40轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木。
[0077]持夾器12用來送夾子夾住嫁接苗木接口處，包括塑料構(gòu)件41、小型氣動機械手42、固定鋁型材43和標準針式氣缸44，固定鋁型材43 —端固定在支撐橫梁13上，針式氣缸放在固定鋁型材43槽內(nèi)，固定鋁型材43另一端固定小型氣動機械手42，塑料構(gòu)件41裝在小型氣動機械手42如端，小型氣動機械手42的后端與夾子導軌45接相接。
[0078]具體方法:站木方，站木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15移動到目標X軸位置伸出活塞桿------砧木氣動夾手夾住植株------砧木切刀25切斷植株------砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂
15移動到X軸O位置------砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15順時針旋轉(zhuǎn)90度------調(diào)節(jié)砧木行程可調(diào)氣缸23定位植株------砧木氣動剪刀39剪切-------砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂15順時針旋轉(zhuǎn)90度------持夾器12送夾------夾住嫁接苗，持夾器12松開------氣動旋轉(zhuǎn)手臂收回，并逆時針旋轉(zhuǎn)180度。當一行完成后步進電機控制分臺滾動臺面前移一個穴孔的距離，進行下一次接苗，直至穴盤上苗木全部接完；在等待下一次執(zhí)行信號。
[0079]接穗苗木處與站木苗木處的動作基本相似,只是氣動旋轉(zhuǎn)手臂2變成逆時針旋轉(zhuǎn)。
[0080]如圖1所示，全自動嫁接機的電控部分采用模塊化設(shè)計，電控部分包括電源模塊、檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、人機交互模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制|吳塊；
[0081 ] 電源模塊包括DC24轉(zhuǎn)DC5電路，DC5供電給檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊，DC24供電給人機交互模塊；
[0082]檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊和人機交互模塊依次連接，人機交互模塊包括相互連接的第二存儲模塊和觸屏模塊，其中，第二存儲模塊和通信模塊連接；
[0083]第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊均分別與ARM單片機模塊連接；
[0084]上述觸摸屏模塊把設(shè)置參數(shù)通過通信模塊發(fā)給ARM單片機模塊，由ARM單片機模塊計算并發(fā)出控制信號，通過檢測模塊的數(shù)據(jù)進行微調(diào)。
[0085]電源電路
[0086]圖2是電源模塊，DC24V經(jīng)過二極管D44單向保護，瞬態(tài)二極管D51保護，C11、C13濾波，輸入到穩(wěn)壓芯片U3，極性電容C16、電感LI組成輸出濾波電路，R7、D50組成電源指示電路。該電源具有短路保護、過流保護等功能。采用開關(guān)穩(wěn)壓集成電路LM2596，輸出電流大，過流保護采用了瞬態(tài)電壓抑制器P6KE33A，當P6KE33A的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能迅速的將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓迅速拉低，有效地保護后續(xù)電子線路中的精密元器件。
[0087]第一、第二存儲模塊電路
[0088]系統(tǒng)采用EEPROM總線連接存儲器和單片機之間，存儲器采用AT24CL1024，該芯片是2線串行EEPR0M，可雙向數(shù)據(jù)傳輸，有1048576可電擦除存儲器和131072字節(jié)只讀存儲器，能保留數(shù)據(jù)40年。電路圖如圖3。
[0089]繼電器控制模塊
[0090]繼電器控制模塊主要功能是通過繼電器的吸合控制電磁閥，從而控制外部氣缸的旋轉(zhuǎn)移動。由于單片機1 口的驅(qū)動能力有限，使用了一款電流放大芯片ULN2803，能有效增加驅(qū)動能力從而控制繼電器的吸合，防止干擾，如圖4。
[0091]通信模塊
[0092]單片機和觸屏之間采用串行通信，MAX232是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器，能在5V電壓供電時提供EIA/TIA/-232-E電平。使用簡單穩(wěn)定性高。由MAX232的11和12腳分別接在單片機的10腳和9腳上，如圖5。
[0093]檢測模塊
[0094]檢測模塊主要用來檢測氣動抓手、放夾器是否工作正常；定位苗木，防止旋轉(zhuǎn)后苗木距離太遠，不能嫁接，使用松下公司的激光線性傳感器LA510，24V直流供電，最小檢測物體0.1_，輸出為1-5V模擬電壓，由投光器和受光器組成。模擬信號接入接線端子，檢測高精度電阻R48上的電壓，接單片機AD 口檢測原理圖見圖6。每個氣缸中都裝有磁感應開關(guān)即霍爾開關(guān)，由于磁感應開關(guān)是開關(guān)量信號，為了防止干擾加光耦隔離。8路開關(guān)量輸入(原理見圖7)，開關(guān)信號DIN12經(jīng)過光耦tpl521-4隔離，把開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘朌CH12，同樣接到⑶4051的輸入端I腳，然后經(jīng)過編碼由三個二進制控制輸入端A、B、C接到傳單片機。其余諸路為同一方式接入，此處不一一列舉。
[0095]電機控制模塊
[0096]步進電機也選用24V電供電型號TDA209-S，為減小震動，使用電機配套驅(qū)動器DA4550A。步進電機驅(qū)動器的脈沖信號和方向控制信號可由單片機的I/O端口通過循環(huán)使用定時器中斷產(chǎn)生，為防止干擾用光耦做一步隔離。單片機的第10腳和11腳輸出脈沖信號，接光耦第二腳PBO和第四腳PB1，方向控制信號為單片機第12叫接光耦第6腳即PB2。原理圖見圖8
[0097]人機交互模塊
[0098]人機交互模塊主要用來設(shè)置參數(shù)和顯示界面動畫。采用威綸通MT607iH觸摸屏，內(nèi)置存儲器、實時時鐘、串口通信接口。與單片機通過RS232或RS485相連。通過觸屏界面設(shè)置育苗盤的相關(guān)參數(shù)，記錄放置育苗盤的初始位置，作為工作啟動控制的總開關(guān)。
[0099]單片機模塊
[0100]單片機模塊主要用來計算氣動手臂要移動的距離；手機氣動抓手和放夾器及苗木定位的開關(guān)量信號是否正常進行調(diào)整及放置需嫁接苗木傳送帶的前進距離。數(shù)據(jù)量比較大，故單片機采用atmegal28，是高性能、低功耗的8位AVR微處理器，內(nèi)部有128KB Flash,4K SRAM, 4K的EEPROM，8路10位A/D轉(zhuǎn)換，2通道8位PWM，6路分辨率可編程(2到16位)的PWM，76個可編程I/O 口，其中JTAGl為程序下載口，完成程序的燒寫，為系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)和保障。AINO—AIN3為模擬量輸入接自身AD，D_A、D_B、D_C接開關(guān)量輸入電路，JRl到JR8接繼電器輸出電路，TXD RXD接通信電路。見圖9
[0101]坐標系的建立
[0102]實現(xiàn)自動化嫁接的核心是實現(xiàn)切割過的穂苗和砧木的精確對位，為此本實用新型中創(chuàng)新引用坐標系的方式，使用步進電機和新型光電傳感器精確定位，實現(xiàn)自動化對接。以主臺11上表面為水平面，在該表面上以砧木傳送裝置9和接穗傳送帶16的中心線為X軸(保證了砧木穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10各自的旋轉(zhuǎn)軸距原點距離相同)垂直方向為Y軸(保證砧木及穗苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂10旋轉(zhuǎn)后在同一直線上)，水平方向上距持夾器12末端5mm(夾子伸出正好夾住對接點)處所在點為原點建立坐標系。把穴盤放在分臺規(guī)定的初始位置，由于穴盤行距、列距固定不變，使苗木拿取有規(guī)律可循，保證取苗的順利進行。
[0103]氣動旋轉(zhuǎn)手臂在Y軸方向伸出導桿夾取苗木在回到X軸O位置點，保證了砧木和接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂的旋轉(zhuǎn)軸心在X軸處于同一坐標；在X軸O位置點水平旋轉(zhuǎn)90度(砧木順時針，接穗逆時針)，使用光電傳感器定位用可調(diào)行程氣缸調(diào)節(jié)砧木、接穗位置，確定砧木接穗Y軸位置；定位完成。坐標系見附圖2
[0104]系統(tǒng)軟件
[0105]系統(tǒng)軟件主要包括傳感器量化解析函數(shù)，決策程序，控制程序，參數(shù)設(shè)定程序，顯示程序，模式選擇程序等。流程圖如圖10。系統(tǒng)啟動時先進行初始化操作，然后設(shè)置各項參數(shù)，設(shè)置完成后計算穴盤的穴孔大小，作為氣動手臂和傳送帶在X軸或Y軸上移送的最小間距。判斷手臂是否在X軸O位置，不是就移動到該位置，完成初始化。自動模式:開始移動氣動手臂在X軸上行走，到目標位置后伸出氣動旋轉(zhuǎn)手臂用氣爪夾住苗木，回到X軸O位置，順時針旋轉(zhuǎn)90度，用松下激光線性傳感器做定位，調(diào)整活塞桿；然后旋轉(zhuǎn)氣動剪刀，把不需要的剪去，在順時針旋轉(zhuǎn)90度，砧木和接穗在切口處正好相連，用持夾器12放夾子夾住切口，松開氣爪收回活塞桿，逆時針旋轉(zhuǎn)180度，回到初始狀態(tài)，進行下一次的取苗作業(yè)。當一排取完后，控制分臺上的步進電機把穴盤前移一個穴孔的距離，可以在一次進行循環(huán)，直到一個穴盤內(nèi)苗木取完停下等待下一次大循環(huán)信號(砧木開關(guān)A閉合，接穗開關(guān)B閉合)。手動模式和自動模式動作相同，是一種手動調(diào)動模式，用于調(diào)整位置對位，所不同為在進行每一個動作前判斷開關(guān)C是否閉合，每閉合一次，完成一個動作。
【權(quán)利要求】
1.一種全自動嫁接機，其特征在于:包括:主臺、第一分臺、第二分臺、支架、觸屏控制盒、電機安裝臺、步進電機、震盤、夾子導軌、持夾器、支撐橫梁、穂苗傳送裝置、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂、穗苗氣動剪刀及定位裝置、砧木傳送裝置、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂和砧木氣動剪刀及定位裝置； 穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置分別相對安裝在主臺的兩邊，穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂滑動連接在穂苗傳送裝置上，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂滑動連接在砧木傳送裝置上；支撐橫梁設(shè)在主臺上、且位于穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置的上方，穗苗氣動剪刀及定位裝置設(shè)在支撐橫梁的一端與穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂相匹配，砧木氣動剪刀及定位裝置設(shè)在支撐橫梁的另一端與砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂相匹配，將主臺不安裝穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置的另外兩邊定義為上方和下方； 第一分臺與主臺設(shè)有砧木傳送裝置的一邊靠接；第二分臺與主臺設(shè)有穂苗傳送裝置的一邊靠接；主臺、第一分臺和第二分臺均設(shè)置在支架上； 震盤設(shè)在支撐橫梁的上方，通過夾子導軌將夾子送向持夾器，持夾器將穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂和砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂送來的苗木夾持； 電機安裝臺設(shè)在主臺下方的支架上，步進電機安裝在電機安裝臺上，觸屏控制盒設(shè)在主臺的上方，步進電機與觸屏控制盒、穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂、砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂、穂苗傳送裝置和砧木傳送裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的全自動嫁接機，其特征在于:穂苗傳送裝置包括穂苗傳送帶、設(shè)在穂苗傳送帶兩側(cè)的接穗擋板和接穗固定鐵塊，接穗固定鐵塊與穂苗傳送帶通過螺桿固定，接穗固定鐵塊與穂苗傳送帶不會產(chǎn)生相對運動，接穗固定鐵塊兩側(cè)設(shè)有相對接穗擋板滑動的滾動軸承，穂苗氣動旋轉(zhuǎn)手臂安裝在接穗固定鐵塊上；砧木傳送裝置包括砧木傳動帶、設(shè)在砧木傳送帶兩側(cè)的砧木擋板和砧木固定鐵塊，砧木固定鐵塊與砧木傳送帶通過螺桿固定，砧木固定鐵塊與砧木傳送帶不會產(chǎn)生相對運動，砧木固定鐵塊兩側(cè)設(shè)有相對砧木擋板滑動的滾動軸承，砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂安裝在砧木固定鐵塊上。
3.如權(quán)利要求2所述的全自動嫁接機，其特征在于:砧木氣動旋轉(zhuǎn)手臂包括第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸、站木行程可調(diào)氣缸、站木氣動抓手、站木切刀和站木塑料保護套，第一站木旋轉(zhuǎn)氣缸22通過螺栓固定在砧木傳送裝置的砧木固定鐵塊上；砧木行程可調(diào)氣缸設(shè)在第一砧木旋轉(zhuǎn)氣缸上，兩者之間采用法蘭固定；砧木氣動抓手通過螺栓固定在砧木行程可調(diào)氣缸前端；砧木切刀安裝在砧木氣動抓手下部，并采用螺栓固定在砧木氣動抓手上，砧木塑料保護套套裝在砧木氣動機械手的頂端； 接穗氣動旋轉(zhuǎn)手臂包括第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸、接穗行程可調(diào)氣缸、接穗氣動抓手、接穗切刀和接穗塑料保護套，第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在接穗傳送裝置的接穗固定鐵塊上；接穗行程可調(diào)氣缸設(shè)在第一接穗旋轉(zhuǎn)氣缸上，兩者之間采用法蘭固定；接穗氣動抓手通過螺栓固定在接穗行程可調(diào)氣缸前端；接穗切刀安裝在接穗氣動抓手下部，并采用螺栓固定在接穗氣動抓手上，接穗塑料保護套套裝在接穗氣動機械手的頂端。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的全自動嫁接機，其特征在于:支撐橫梁橫向上的兩端分別為接糖端和站'木端； 穗苗氣動剪刀及定位裝置包括:接穗氣動剪刀、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸、接穗投光器和接穗受光器，第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在支撐橫梁的接穗端上，接穗氣動剪刀通過螺桿固定在第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸上，接穗投光器和接穗受光器用螺栓固定在第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸下部不影響第一、第二接穗旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木； 砧木氣動剪刀及定位裝置包括:砧木氣動剪刀、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸、砧木投光器和砧木受光器，第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺栓固定在支撐橫梁的砧木端上，砧木氣動剪刀通過螺桿固定在第二站木旋轉(zhuǎn)氣缸上，站木投光器和站木受光器用螺栓固定在第二站木旋轉(zhuǎn)氣缸下部不影響第一、第二砧木旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動的地方，用來定位苗木。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的全自動嫁接機，其特征在于:持夾器用來送夾子夾住嫁接苗木接口處，包括塑料構(gòu)件、小型氣動機械手、固定鋁型材和標準針式氣缸，固定鋁型材一端固定在支撐橫梁上，針式氣缸放在固定鋁型材槽內(nèi)，固定鋁型材另一端固定小型氣動機械手，塑料構(gòu)件裝在小型氣動機械手前端，小型氣動機械手的后端與夾子導軌接相接。
6.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的全自動嫁接機，其特征在于:全自動嫁接機的電控部分采用模塊化設(shè)計，電控部分包括電源模塊、檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、人機交互模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊； 電源模塊包括DC24轉(zhuǎn)DC5電路，DC5供電給檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊、第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊，DC24供電給人機交互模塊； 檢測模塊、ARM單片機模塊、通信模塊和人機交互模塊依次連接，人機交互模塊包括相互連接的第二存儲模塊和觸屏模塊，其中，第二存儲模塊和通信模塊連接； 第一存儲模塊、繼電器控制模塊和電機控制模塊均分別與ARM單片機模塊連接； 所述觸屏模塊把設(shè)置參數(shù)通過通信模塊發(fā)給ARM單片機模塊，由ARM單片機模塊計算并發(fā)出控制信號，通過檢測模塊的數(shù)據(jù)進行微調(diào)。
【文檔編號】A01G1/06GK204047277SQ201420415734
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王全智, 許建民, 魏躍, 顏志明, 解振強, 賈思振, 王媛花, 王珊, 蔡善亞, 李大為 申請人:江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院