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基本信息
- 項目名稱：
- 基于智能機械臂的大蒜自動播種機的設(shè)計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 大蒜是我國重要的經(jīng)濟作物，已連續(xù)多年居我國農(nóng)產(chǎn)品出口第一位。長久以來大蒜播種完全依賴于人工播種，在研播種機無法解決蒜種正立問題且種子堵塞、損傷問題嚴(yán)重，均未得到推廣使用，我國迫切需要研究和開發(fā)大蒜播種機械。本研究主要運用單片機自動控制系統(tǒng)和機械臂，有效的保證大蒜種子朝向提高發(fā)芽率，保證大蒜的蒜形和產(chǎn)量 ,實現(xiàn)大蒜播種的自動化，對提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度、增加農(nóng)民收入具有重要意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品采用單片機控制智能機械臂自動完成大蒜播種過程，機械臂自動夾取大蒜種子后自動移動到播種區(qū)進(jìn)行插播種子，有效的解決了播種時正立問題，可以調(diào)整種子的插入深度和株距，保證了大蒜的發(fā)芽率、蒜形和產(chǎn)量。本項目首創(chuàng)性的將智能機械臂運用到大蒜播種機中，打破了目前國內(nèi)研制大蒜播種機滯留純機械設(shè)計的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了播種機械智能化、自動化。 作品系統(tǒng)設(shè)計： 一、機械臂是一種模擬人臂的機械裝置，具有多自由度，可以完成復(fù)雜的三維動作。機械臂動作靈活可靠，工作效率和質(zhì)量非常高，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著極其主要的作用，同時在國外一些發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工中得到大量應(yīng)用。本研究采用的是六自由度機械臂，它可以完成抓取、移動、轉(zhuǎn)動和翻轉(zhuǎn)等復(fù)雜動作。機械臂的驅(qū)動裝置是動作精密度很高的舵機,可以精確地驅(qū)動機械臂運動完成復(fù)雜的動作要求，因而控制機械臂能夠完成復(fù)雜的大蒜播種過程。 二、舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，是機器人、機電系統(tǒng)和航模的重要執(zhí)行機構(gòu)。舵機的控制信號是PWM信號，信號的周期為20ms；通過改變PWM信號的占空比控制舵機運動的不同位置，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。根據(jù)舵機控制所需的PWM寬度為0.5ms—2.5ms，周期為20ms。本研究采用T0產(chǎn)生0.5—2.5msPWM控制信號，T1設(shè)定動作延時時間使舵機有序平穩(wěn)的完成動作。通過設(shè)定T0、T1的工作模式和編譯控制程序，單片機控制舵機精確地運動。 三、本研究以52系列單片機作為控制芯片的主要研究對象。52系列單片機有8大部分組成，其為CPU、片內(nèi)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)I/O接口、可編程串行口、特殊功能寄存器、定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)。它具有指令控制簡單、運算速度快、工作可靠穩(wěn)定、能耗低等諸多優(yōu)點和優(yōu)勢。本研究主要運用單片機控制機械臂運動控制器—舵機的運動。 本研究中主要運用到單片機的T0和T1計時器產(chǎn)生控制舵機PWM信號，6個I/O分別連接6個舵機控制信號端口，RXD、TXD串行口與上位機通信。 四、控制系統(tǒng)電路設(shè)計 根據(jù)控制系統(tǒng)功能需要，外圍電路包括三大部分： (1)單片機功能匹配電路，使單片機正常工作和選擇合適的機器周期時間。 (2)串行口通信電路，實現(xiàn)與計算機的通信，下載控制程序和收集舵機工作在不同位置的數(shù)據(jù)。 (3)電源電路，為控制系統(tǒng)和機械臂提供電源。 五、控制程序的設(shè)計和調(diào)試 控制舵機的數(shù)據(jù)采取每步動作一個數(shù)組的形式，將一組數(shù)據(jù)發(fā)送給舵機后進(jìn)行延時，待延時結(jié)束時在進(jìn)行下一組的數(shù)據(jù)的發(fā)送，由此循環(huán)。通過不斷地調(diào)整程序和運行試驗，編譯成比較完善的控制程序。在本研究中，自動播種系統(tǒng)運動參數(shù)相對比較固定，并且要求循環(huán)播種。通過實際測試，不斷修改進(jìn)機械臂運行中出現(xiàn)問題時控制舵機數(shù)據(jù)，不斷完善和提高機械臂的工作性能。 六、自動播種裝置的可行性研究 本研究采用的單片機和機械臂，其在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，工作性能穩(wěn)定可靠，效率高。通過制作試驗?zāi)Ｐ湍M，初步達(dá)到了設(shè)計方案重要的大蒜播種時種子正立的要求，具有科學(xué)性和可行性。本方案有很不少改進(jìn)的地方和缺陷，但具有很大的創(chuàng)新性，結(jié)合了當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)自動化和農(nóng)業(yè)機器人在農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用潮流，同時對我國農(nóng)業(yè)機械研發(fā)具有很高借鑒意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計發(fā)明目的和基本思路: （1）大蒜是我國重要的經(jīng)濟作物，已連續(xù)多年居我國農(nóng)產(chǎn)品出口第一位，但目前大蒜種植完全依賴于人工點播，在研播種機無法解決蒜種正立問題且種子堵塞、損傷問題嚴(yán)重，均未得到推廣使用，嚴(yán)重制約了我國大蒜產(chǎn)量和質(zhì)量的快速提高。本作品首創(chuàng)性的將智能機械臂應(yīng)用到大蒜播種中，有效地解決了播種時種子正立入土的技術(shù)問題，同時種子損傷極小、株距整齊均勻，提高了播種效率，保障了大蒜的發(fā)芽率和蒜形質(zhì)量，大大提高大蒜的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。 （2）本作品采用單片機控制智能機械臂自動完成大蒜播種過程，機械臂自動夾取大蒜種子后自動移動到播種區(qū)進(jìn)行插播種子，保證了種子正立入土，種子的插播深度和株距都可以控制調(diào)節(jié)，整個過程實現(xiàn)了自動控制。 2.創(chuàng)新點 （1）目前在研的各類大蒜播種機均屬于純機械設(shè)計，本作品創(chuàng)新性的運用智能機械臂和單片機控制系統(tǒng)，打破了大蒜播種機設(shè)計研究只停滯機械的局面。 （2）本作品采用智能機械臂,可以自動完成抓取、移動、播種等復(fù)雜動作，有效地保證了種子正立入土和精確播種，減少了種子損傷，大大提高了大蒜播種的效率和質(zhì)量。本作品實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的機械的自動化以及精準(zhǔn)化，符合當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 本研究將智能機械臂應(yīng)用于大蒜播種，在播種質(zhì)量、確保蒜種正立入土、播種精度、播種均勻度、減小種子損傷率等方面都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)播種方式（大蒜點播機、 壓穴式大蒜栽種機、多功能大蒜栽種機）。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性先進(jìn)性： （1）大蒜種植依賴人工點播，勞動強度大，效率低下。本作品改變了傳統(tǒng)大蒜種植模式，實現(xiàn)自動化播種，保證了種子的正立問題，提高了勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。 （2）本作品首創(chuàng)性的將智能機械臂運用到大蒜播種機中，打破了目前國內(nèi)研制大蒜播種機滯留純機械設(shè)計的現(xiàn)狀。 （3）智能機械臂和單片機控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，性能穩(wěn)定可靠，工作效率高，本作品具有科學(xué)性和先進(jìn)性 （4）本作品著重解決了大蒜入土?xí)r的正立問題，播種均勻，種子破損率極低，提高了出苗率，保證了蒜形質(zhì)量，大大提高了產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。 （5）本作品操作簡單，實現(xiàn)智能控制。 （6）適應(yīng)性較強。可以通過改變程序數(shù)據(jù)，調(diào)整判斷基準(zhǔn)、動作順序以及運動距離，解決了因土壤質(zhì)量、播種密度要求、播種深度要求、大蒜品種的不同導(dǎo)致的無法作業(yè)問題。 （7）本研究方法可以運用其他農(nóng)業(yè)機械中，具有借鑒和推廣價值和意義。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.技術(shù)特點和優(yōu)勢 ①保證了蒜種正立入土和在土壤中正立。 ②播種精度高，蒜種破損率小。 ③種植密度可調(diào)，株行距均勻，播種深度。 ④可移植于其他機械，具有借鑒價值。 2.適用范圍： ①適用于不同土質(zhì)和不同品種的大蒜種植，適用性強、范圍廣。 ②可以調(diào)整大蒜的插播深度、株距大小，適用于不同播種要求。 3.市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測： ①我國大蒜出口貿(mào)易發(fā)展十分迅速，是單項出口額最大的農(nóng)產(chǎn)品?，F(xiàn)在研大蒜播種機無法解決蒜種正立入土和在土壤中直立的技術(shù)難題，同時蒜種損傷、出苗率低，未得到大面積推廣使用。大蒜種植完全依賴人工點播，勞動強度大、效率低下，市場迫切需要播種精度高的大蒜播種機。 ②本作品首創(chuàng)性的運用了智能機械臂，有效地保證了播種時正立問題，極大地減少傷種率，保證了發(fā)芽率和蒜形質(zhì)量，大大提高了播種效率和質(zhì)量，有利于促進(jìn)農(nóng)民的增產(chǎn)增收和大蒜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；同時也對自動控制系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)機器人在農(nóng)業(yè)機械運用起到一定的借鑒意義和推廣價值，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，其前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 我國現(xiàn)研制大蒜播種機對比： 1.大蒜點播技術(shù) 首先用壓穴錐壓穴，然后用機械傳送蒜種到種穴，在傳送過程中，蒜種根部朝向處于自由狀態(tài)，蒜種投放到種穴時，蒜種根部方向完全由落種瞬間朝向及落種位置隨機確定。這種播種技術(shù)的缺點很明顯，大蒜種植時的一個重點要求就是必須保證蒜種根部向下。如果大蒜根部不是向下，就會延長發(fā)芽時間，影響發(fā)芽率、蒜苗生長方向和蒜形，導(dǎo)致大蒜產(chǎn)量和質(zhì)量嚴(yán)重下降。 2.壓穴式大蒜栽種機 先用半球面形機械壓出孔穴，然后將蒜種投放到穴內(nèi)，利用穴內(nèi)球面控制蒜瓣根部朝向,最后覆土。該方式利用種穴形狀和重力作用基本解決了蒜種根部向下的問題，但蒜瓣直立度沒有保證，對發(fā)芽時間、蒜苗生長方向和蒜形產(chǎn)生較大影響，而且機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，費用較高，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；? 3.多功能大蒜栽種技術(shù) 播種設(shè)備由動力、供料器、根部向下控制器、開溝器等組成，先由開溝器開溝，根部控制器通過自動感應(yīng)調(diào)整蒜種根部朝向，使種子在入土前完成正立，然后通過傳送裝置將蒜種插入土壤中。該技術(shù)解決了蒜種輸送過程中要求根部向下的技術(shù)問題，但沒有解決蒜種在土壤中要求直立的難題，且易產(chǎn)生堵塞、種子損傷的現(xiàn)象。雖然提高了播種效率，但依然存在明顯缺陷，所以一直停留在試驗田研究階段，沒有在大面積生產(chǎn)中大規(guī)模推廣和應(yīng)用。 以上大蒜播種機均為純機械式設(shè)計，都未達(dá)到大蒜播種生產(chǎn)要求，未能得到大面積推廣使用。相對比，本作品首創(chuàng)性的將智能機械臂應(yīng)用到自動大蒜播種裝置中，打破了同類研究滯留在純機械設(shè)計的局面；有效地解決了大蒜播種中正立問題，種子損傷極小，播種深度和株距可控可調(diào)，大大提高了發(fā)芽率和蒜形質(zhì)量，保障了大蒜的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。因而，本作品具有科學(xué)性和創(chuàng)新性，對對自動控制系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)機器人在農(nóng)業(yè)機械運用起到一定的借鑒意義和推廣價值，運用前景廣闊。
