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1、石河子大学机电学院2007级本科生毕业设计目 录 摘要1第一章 绪 论21.1 研究的目的和意义21.2本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析21.2.1 国内穴盘育苗移栽机控制技术的研究现状21.2.2 国外穴盘育苗移栽机控制技术的研究现状31.3 本课题需要重点研究的内容4第二章 系统的总体设计52.1 系统设计任务介绍52.2 系统概述62.3 系统基本功能模块72.3.1 单片机辅助电路72.3.2 开关量输入模块92.3.3 气缸驱动模块102.3.4 同步带电机驱动模块12第三章 系统的软件设计143.1 软件设计概述143.2.1 编程软件的介绍153.2.2 使用Keil C
2、51编写仿真程序16第四章 Proteus仿真184.1 Proteus单片机仿真概述184.1.1 进入Proteus ISIS184.1.2 工作界面184.2 绘制系统电路图194.3 KeilC与Proteus连接调试20第五章 系统干扰设计215.1 硬件抗干扰设计215.2 软件抗干扰设计21第六章 总结与展望226.1 总结226.2 展望22参考文献23附录24致 谢261摘要自动取苗机构是穴盘苗自动移栽机的关键机构之一,为提高移栽机的自动化程度，通过对自动移苗机控制系统的功能分析，以单片机为控制核心，结合各种气动装置和步进电机等元件对控制系统的硬件和软件进行了设计，编制了相应
3、的控制程序，实现了取苗机构的自动准确拔苗、放苗。Summary: Auto-transplanter is one of the key mechanism of the automatically taken automatically plug seedlings transplanting machine. With the purpose of improving the transplanting machine automation ，After the function analysis of the machines control systemthe control syst
4、em is designed by microcontrollerWith the assistant of all kind of pneumatic equipment，steppingmotor and so on，detailed research is done to the hardware and the software of the control system，and achieve the targets of pulling seedlings accurately，transplanting automaticly朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典关键字：单片机 自动控
5、制 取苗机构 移栽机 第一章 绪 论1.1 研究的目的和意义随着兵团加工蕃茄、线辣椒、棉花移栽的需要,减少定苗人工用量，提高经济效益，需设计一种配合移栽机需求的穴盘育苗自动取苗机构自动控制。移栽是当前田间生产的主要栽植方式，但我国生产的幼苗自动移栽机，大都属于半自动机器。幼苗仍需人工供给，不仅劳动强度大，工作效率低，而且作业质量难以保证。因此要实现幼苗移栽的自动化，必须解决幼苗的供给问题。世界人口日益增加，蔬菜等农产品的需求量也日渐增长，世界各国对农业生产的发展都给予了极大的重视和关注。世界人口日益增加，蔬菜等农产品的需求量也日渐增长，世界各国对农业生产的发展都给予了极大的重视和关注。人工移栽
6、劳动强度大、效率低，而机械化移栽能减轻种植户的劳动强度,提高作业效率，以便达到增产、增收的目的，因此实现移栽作业的机械化已成为我国农作物移栽种植中迫切需要解决的问题。目前，一些发达国家生产的移栽机具通用性较强，工作可靠性较好，但其结构复杂，造价也比较昂贵，而国内适用于大面积移栽的幼苗移栽机还不成熟，因此，研制适应我国国情的移栽机具，对转变我国农业生产中劳动密集型的特点,降低生产成本,节约劳动力具有理论和实用价值。移栽机核心部件 取苗机构的设计。穴盘苗娇嫩易伤， 而取苗机构是直接与苗坨接触的工作部件，其设计要基于苗坨的物理和生理特性，在保证成功提起和放置苗坨的情况下， 使其具有一定的柔性，以减少
7、穴苗损伤率和苗坨破碎率。设计时应着重考虑的因素有夹持指数量、夹持指形状、夹持力及动作实现方式。 目前，国外的一些移栽机械手虽然具有良好的移栽效果，但结构复杂、成本偏高、通用性差，只适用于某一类穴盘苗的移栽。因此，提高通用性、简化机构及降低制造成本是移栽取苗机构设计需要解决的关键问题。若取苗机构夹持指针的张开角度和入土深度可调，其通用性必将有很大程度地提高。1.2本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析1.2.1 国内穴盘育苗移栽机控制技术的研究现状我国70 年代开始研制裸根苗移栽机，最早用于甜菜移栽，80年代研制成半自动蔬菜移栽机，同时也从国外引进了多种适合于移栽蔬菜烟叶甜菜等经济作物的移栽机
8、械，但均因育苗技术落后，配套性能差，以及机具本身性能不稳定和生产率低等原因，都未得到推广使用，近几年来，随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，推动了移栽机械的研制开发工作，目前国内已经研制开发的钵苗移栽机主要以半自动为主，全自动移栽机因结构复、成本高，目前尚处在研究起步阶段。我国台湾省研制的移植288288cm2 格草花种苗穴盘移苗机，穴盘移苗机，每次移苗作业时，一次可平行移植6株种苗到下方软钵中，移栽速度与自动软钵上钵机的作业速度配合。该种苗移植机主要由控制系统、触摸屏人机接口、种苗穴盘供盘机构、穴盘定位机构、种苗夹持机构和软钵与托盘定位输送带等组成。其后方自动取苗机构是由步进，电机驱动
9、的，夹持机构则是以气压驱动，所有动作都采用可编程逻辑控制器plc 进行顺序控制，并可进行单步控制。吉林农业大学研究了一种空气整根自动移苗机。根据温室生产特点，温室全自动移栽机采用双秧盘结构与秧盘输送带结构2种形式 。双秧盘形式的下部不是输送带，而是一个大的秧盘框。育苗秧盘位于上部，由全自动落苗机构将秧苗移植到下部大秧盘或输送带上的花盆中。移栽机设有选择开关，可适应多种尺寸的秧盘，移栽机的操作移栽机的移行机构由步进电机驱动，置精度很高，移栽的全部工作由单片机控制。移栽机的操作键可装在一个很小的控制盒上，用电缆与移栽机相连，可以在一定范围内对移栽机遥控,操作简单，使用维修方便。农业大学2001级硕
10、士研究生孙刚 ,对生菜自动移苗机进行了初步研究，设计了一套龙门式的移苗机构，采用运行C /OS 一II 嵌入式操作系统的16位微控制器作为核心控制系统。在移苗机构 、移苗手爪的设计和机构稳定性等方面还有待完善和提高。中国农业大学2003 级硕士研究生强丽慧 ,对生菜 自动移苗机进行了改进研究 ,主要从三维辅助设计和理论研究角度对移苗机进行 了改进设计 。首次设计了倾斜插缩一垂直取放移苗装置，为改善移栽，准确性，设计了位置传感器和步进电机驱动同步带移苗装置 。沈阳农业大学张诗 、田苏博等2007年分别对穴盘苗 ，自动移栽机的移栽机械手和控制部分进行了研究，应用ADAMS对机械手进行了运动学仿真及
11、合成运动的轨迹分析，确定了最优工作速度，验证了机械手设计的合理性，完成了穴盘苗移栽机械手样机的试制。1.2.2 国外穴盘育苗移栽机控制技术的研究现状穴盘苗移栽机技术的研究开发始于 20 世纪 80年代， 到目前为止，穴盘苗取苗过程的实现方式有两种，一种是依托现有工业机器人的穴盘苗自动移栽机，另一种是研制独立机电系统的穴盘苗自动移栽机。（1）以工业机器人为本体的穴盘苗自动移栽机以工业机器人为本体的穴盘苗自动移栽机是最简单的实现移栽作业的种植机械。它主要利用工业机器人的机械本体和控制器，并安装能完成移栽的末端执行器、视觉传感器，以组成一个移栽机器人系统。1987 年美国奥本大学 Kutz 等人设计
12、的苗圃植物移栽机器人，其本体为 Puma 560 机器人，末端执行器为自主设计的平行夹持指夹苗机构，可以将种苗从 392 孔穴盘移栽至 36 孔的生长盘中。利用电脑辅助设计系统模拟实际作业情况结果表明：穴盘与生长盘排放的相对位置对作业效率影响较大，穴盘与生长盘并排放置时移栽效率最高。1992 年 K.C.Ting 和 Y.Yang 等人研制的移栽机器人以四自由度工业机器人 ADEPT SCARA 为本体，带传感器的滑移指针（ Sliding Needles with Sensor 简称 SNS ）夹持器为末端执行器。其位于顶部的视觉传感器检测穴苗的位置，力觉传感器可避免 SNS夹持器夹苗时用力
13、过大而损伤穴苗， 在苗盘相邻的情况下，移栽单个苗的时间为 2.603.25 s。该研究证明了应用移栽机器人实施移栽作业的可行性。(2) 以独立机电系统为主体的穴盘苗自动移栽机为了智能扩张和提高农业机器人的柔性生产能力，许多专家针对农业生产的不同特性而研制出的穴盘苗自动移栽机具有独立机电系统，该系统通常由机械部分和控制部分组成。1995 年日本研制的 PT6000 型移栽机器人是第台识别有无缺苗的移栽机器人，专用于穴盘苗移栽。这种机器人的取苗部分主要部件包括机械手和插入式拔苗器 ，工作时，穴盘输送系统将穴盘苗移动至拔苗器下方 ，经光电传感器检测，在穴孔内无缺苗时， 拔苗器将穴苗抓起，用机械手带动
14、到空的盆状容器所在位置。2001 年韩国 K.H.Ryu 等人借助笛卡尔坐标系开发出一种育苗移栽机器人，其取苗部分由步进电机、气缸、气动卡盘和夹取指组成，电机的作用是使指针在夹取前旋转至适当的位置，以避免夹苗时损伤叶片，气缸的作用是推动指针插入苗坨，气动卡盘的作用是通过开合来实现对穴苗的抓取、保持和释放当土壤湿度较低时，该机械手移栽就不能很好地完成移栽任务，为此 Ryu 等人针对这一问题进行了改进，改进后的夹取器的2 个手指成 15 每个手指均由 1 个气缸驱动，其灵活性和可靠性有所提高，但结构相对复杂。2002 年韩国 W.C.Choi 研制出一种蔬菜移栽机其取苗机械手由五杆形成的路径发生器
15、 、夹取指针和指针驱动器3 部分构成，样机试验证明苗龄，指针插入深度， 夹持位置和抓苗速度对移栽成功率均有影响 ，每分钟抓 30 株 23 d 苗龄的苗，成功率为 97%。（3）投入生产实践的穴盘苗自动移栽机澳大利亚 Transplant Systems 公司生产的 XT616型移栽机是茶叶穴盘苗专用移栽机系列之一。该移栽机体积相对较小、可靠性和灵活性较高适用于大型育苗生产线和中小育苗户。XT616 型移栽机之所以成为一种开放式农业机器人的典型，体现在3个方面：1）采用可编程控制器实现对驱动装置（步进电机、气缸）的控制，只要保留足够的接口，便可控制足够自由度的机械部分或接收传感器信号，通过简单的更改程序，便可调整机械手末端的动作幅度，配有多种不同规格的机械手末端执行器，以适应不同规格的穴盘苗移栽，提高了移栽本体的利用率，输送平台可折叠，可充分节省空间及成本。荷兰飞梭公司生产的PIC-O-Mat PC-11/4自动移栽机的夹苗装置为指针插入式结构，1个机械臂上有4个夹苗装置，移栽速率为6000株，是人工移栽速率的6-7倍。1.3 本课题需要重点研究的内容（1）根据取苗机构及其工作原理，确定需要检测的输入量及需要控制的输出量。根据系统性能指标要求，确定系统
