王艷新，蔣蕭澤，朱 莉，林智雙，李淑芝（.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，50000；.圍場縣第二中學(xué)，承德，068450）

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基于單片機(jī)控制的自動(dòng)松果采摘機(jī)設(shè)計(jì)

王艷新1，蔣蕭澤1，朱 莉1，林智雙1，李淑芝2
（1.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150000；2.圍場縣第二中學(xué)，承德，068450）

摘要：松果樹的枝干比較高，因此果農(nóng)在進(jìn)行采摘的時(shí)候存在很大的困難并且會(huì)耗費(fèi)很多的勞動(dòng)力。因此，本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)單片機(jī)控制的松果采摘機(jī)的自動(dòng)控制的系統(tǒng)。這種摘機(jī)不但可以高效并且快速的對(duì)松果進(jìn)行采摘，同時(shí)還能夠在對(duì)松果保持完好的前提下選擇非常好的保護(hù)措施，使用人工去進(jìn)行配合，可以進(jìn)行自動(dòng)的尋找和采摘，并且將松果送回等相關(guān)的控制動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：松果；采摘機(jī)；自動(dòng)化；單片機(jī)

0 引言

松果可以說是我國進(jìn)行生產(chǎn)的要干果之一。我國的松果種植面積較大，并且其產(chǎn)量以經(jīng)占到世界松果總產(chǎn)量的較前位置。當(dāng)前，松果采摘的作業(yè)主要依賴與人工完成，有著很高的危險(xiǎn)性，并且作業(yè)的環(huán)境也十分的惡劣，其不但耗費(fèi)時(shí)間好耗費(fèi)財(cái)力?，F(xiàn)在松果進(jìn)行采摘作業(yè)時(shí)，我國多使用人工進(jìn)行，其操作的勞動(dòng)的強(qiáng)度較大，并且人工進(jìn)行采摘也會(huì)造成成本的增加，并且其采摘的危險(xiǎn)較大，進(jìn)行采摘作業(yè)的環(huán)境較為危險(xiǎn)，進(jìn)行采摘時(shí)不但耗費(fèi)時(shí)間好耗費(fèi)財(cái)力。其效果也不好。所以，進(jìn)行自動(dòng)化收獲技術(shù)與開發(fā)研究蔬菜以及水果采摘機(jī)器有著非常深遠(yuǎn)的意義。

1 采摘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析

1.1系統(tǒng)組成

自動(dòng)松果采摘機(jī)主要有機(jī)械手末端系統(tǒng)和手臂的伸縮系統(tǒng)以及出料的系統(tǒng)。末端的機(jī)械手部分主要是完成松果的采摘。因?yàn)閷?duì)機(jī)械手自動(dòng)尋找松果的位置加以實(shí)現(xiàn)不但需要使用先進(jìn)的設(shè)備，并且儀器價(jià)格卻非常的貴。因此，在將機(jī)械手定位到指定松果位置這個(gè)過程需要相關(guān)人員去幫助完成。手臂收縮系統(tǒng)主要完成機(jī)械手的定位以及自動(dòng)送料的過程。出料系統(tǒng)主要完成松果打包以及配合收縮系統(tǒng)的工作，當(dāng)出料系統(tǒng)朝著收縮系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)輸送的時(shí)候，收縮系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)初始位置進(jìn)行恢復(fù)的持續(xù)過程。系統(tǒng)實(shí)際的流程為：

1.1.1我們將電源進(jìn)憲啟動(dòng)以后，通過人工對(duì)其進(jìn)行工作的協(xié)作，這時(shí)機(jī)械手臂會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的工作，通過采摘手的張開進(jìn)行松果的采摘。

1.1.2探尋松果位置。采摘手上傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測，使用機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)去對(duì)采摘手的位置進(jìn)行調(diào)整，松果處在采摘手的中間。

1.1.3采摘手工作。在確定松果處在采摘手中后，采摘手開始工作，直到傳感器傳達(dá)信號(hào)之后暫停。

1.1.4手臂的收縮。采摘手暫停工作，手臂收縮到指定的放料位置暫停。

1.1.5出料。手臂收縮到指定的出料口。采摘手張開，把松果放在指定的位置機(jī)械牛包裝。

1.1.6機(jī)械手回到初始的位置。出料系統(tǒng)傳達(dá)信號(hào)，機(jī)械手恢復(fù)，在下次進(jìn)行工作。

1.2夾持機(jī)構(gòu)

末端夾持結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接對(duì)松果的采摘效率以及損傷程度產(chǎn)生影響，在執(zhí)行器將果實(shí)抓牢固之后使用手腕的旋轉(zhuǎn)以及周轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)將果柄擰斷，這種形式對(duì)于松果這樣容易損傷的果實(shí)并不是很適用。假如使用電極或是一切刀直接將果柄卻段，那么對(duì)松果的果柄進(jìn)行定位有很大的需要。按照以上兩種方案，能夠獲得末端夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。使用采摘手和氣缸活塞的鏈接以及配合，把導(dǎo)桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成采摘手的夾以及合運(yùn)動(dòng)。采摘手經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)加上特定壓力傳感器的配合，能夠較好地降低構(gòu)果的損傷率。

直流電機(jī)作為該裝置動(dòng)力源，采摘手夾緊松果的動(dòng)作達(dá)成是由絲杠以及雙面齒條進(jìn)行螺旋傳動(dòng)，推動(dòng)雙面齒條的運(yùn)動(dòng)；齒條以及齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，令嚙合的兩個(gè)齒輪對(duì)轉(zhuǎn)，從而對(duì)兩壓板的夾緊與松開加以實(shí)現(xiàn)；通過鋼絲以及軟軸傳動(dòng)還有采摘手的夾持，切割刀片在軟軸的帶動(dòng)下繞手指外廓做將近1周的旋轉(zhuǎn)，王朝處在手指外周上任意位置松果柄的切割。這樣不但節(jié)省了檢測果柄這一過程，并且還對(duì)切割果柄的準(zhǔn)確度以及采摘效率給予了提升。

2 單片機(jī)系統(tǒng)

2.1單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

單片機(jī)控制器屬于CPU的中樞神經(jīng)，它有定時(shí)的控制邏輯電路，和指令的寄存器（register）以及譯碼器，還有地址指針DPTR以及程序的計(jì)數(shù)器PC和堆棧指針SP等。這里程序計(jì)數(shù)器PC是通過16位（8+8）寄存器組成的計(jì)數(shù)器。

2.251單片機(jī)是很普遍使用集成控制器芯片

控制電路的結(jié)合74HC00芯片功能的設(shè)計(jì)中，輸入信號(hào)的因果判斷的控制。 STC89C51由采摘系統(tǒng)構(gòu)成了SCM單片機(jī)系統(tǒng)接收信號(hào)來自哪里，并進(jìn)行分析，計(jì)算，整理，對(duì)應(yīng)的機(jī)械零件的輸出信號(hào)的控制操作。

該系統(tǒng)是專門設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)主要由普通的單片機(jī)最小系統(tǒng)的演變。除了簡單的輸入和輸出接口，該系統(tǒng)還加入了特殊的保護(hù)電路，擴(kuò)展電路保護(hù)電路正常運(yùn)行和有效執(zhí)行的多功能控制。

3 輸入電路及I/0接口

串口電路主要用在對(duì)電路功能進(jìn)行拓展，本設(shè)計(jì)是主要對(duì)于采摘機(jī)電路而研制的。為了能夠很好的對(duì)全能化加以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了擴(kuò)種電路，能夠很好的對(duì)其他的多功能控制加以實(shí)現(xiàn)。

XO：電源啟動(dòng)。人土對(duì)按鈕進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)械手到達(dá)指定位置驅(qū)動(dòng)機(jī)械手土作。

X1：傳感器1?？刂茩C(jī)械手左、右移動(dòng)，直至被抓物體位十采摘手中央。

X2：傳感器2?？刂茩C(jī)械手前、后移動(dòng)，直至被抓物體位十采摘手中央。

X3：接收由傳感器1，2通過74HC00芯片傳來的信號(hào)，控制采摘手土作。

X4：壓力傳感器。檢測采摘手壓力，直至達(dá)到給定壓力以后，采摘手停止土作，并且機(jī)械手收縮送料。

XS：傳感器3。檢測機(jī)械手是否到達(dá)出料位置，控制機(jī)械手放料。

X6：傳感器4。檢測機(jī)械手是否送料成功，控制機(jī)械手返回初始位置。

4 結(jié)束語

本文整體的對(duì)松果采摘的效率和勞動(dòng)力以及損傷率還有采摘困難等多種問題進(jìn)行了考慮，通過51單片機(jī)去對(duì)機(jī)械手的施工進(jìn)行控制，合理的對(duì)新型采摘機(jī)械手自身的優(yōu)越性能加以實(shí)現(xiàn)，對(duì)農(nóng)民無法進(jìn)行采摘沒和果樹高的問題進(jìn)行了客服。

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Pine nuts picking machine design based on single-chip microcomputer control

Wang Yanxin1，Jiang Xiaoze1，Zhu Li1，Lin Zhishuang1，Li Shuzhi2
（1.Northeast Forestry University，Harbin，150000；2.paddock county second middle school，Chengde，068450）

Abstract：The branches of pine trees is relatively high，therefore farmers in picking the very difficult and takes a lot of labor.Therefore，this paper designs the A for the single-chip microcomputer to control the pineal picking machine of automatic control system.The hook can not only efficiently and quickly on pineal harvested can also select the very good protection measures remain intact in the premise of the pineal，using artificial to mix，can automatically search and picking，and the pineal returned to the control action.

Keywords：pineal gland；picking machine； automation；single chip microcomputer