摘 要

潮汐苗床育苗系统的产生和发展是现代工业技术应用在农业生产上的成果，自从上世纪80年代以来，潮汐苗床育苗技术在发达国家已经成为了蔬菜育苗的主要技术方式，如何实现潮汐苗床育苗系统的高度自动化已经成为现在一个新的研究方向。车载潮汐苗床搬运机械手是潮汐苗床育苗系统中的主要作业机械，它担任着苗床的移动、放置等任务，是不可或缺的重要工作部件。对搬运机械手控制系统的研究可以提高整个育苗系统的自动化程度，在实际应用方面具有重大的意义。

本次以潮汐苗床育苗系统中执行搬运的机械手作为研究对象，对机械手的控制系统展开研究和设计，本次设计的主要研究内容包括以下几个部分：

首先，本文对车载潮汐苗床搬运机械手的工作环境进行查阅和分析，根据育苗架和苗床的结构分布，确定了机械手的运动方案。

其次结合搬运机械手的控制要求和性能参数，对控制系统的硬件部分进行选型，包括电机选型，PLC选型以及相关传感器的选型，确定了以国产合信PLC作为主控制器，通过直流伺服电机作为驱动电机控制机械手的运动。根据硬件的选型方案绘制了本次设计的电气原理图。

最后，对搬运机械手控制系统的I/O接口进行分配，通过顺序功能图对机械手的手动功能模块，自动搬运功能模块，以及自动卸载功能模块进行分析，并编写梯形图程序实现对机械手运动的控制。

关键词：潮汐苗床；PLC；搬运机械手；自动化控制

Abstract

The emergence and development of the tidal bed nursery system is the result of the application of modern industrial technology in agricultural production. Since the 1980s, the tidal bed nursery technology has become the main technical method of vegetable seedlings in developed countries. How to implement the tidal bed nursery system The high degree of automation has become a new research direction. The vehicle-mounted tidal bed transporting manipulator is the main working machine in the tidal bed nursery system. It is responsible for the movement and placement of the seed bed and is an indispensable important work part. The research on the control system of the handling manipulator can improve the automation degree of the whole seedling raising system, and has great significance in practical application.

This time, the manipulator that carries the transportation in the tidal bed nursery system is taken as the research object, and the control system of the manipulator is researched and designed. The main research contents of this design include the following parts:

First of all, this article consults and analyzes the working environment of the vehicle-mounted tidal bed-handling manipulator. According to the structure distribution of the nursery frame and the bed, the movement scheme of the manipulator is determined.

Secondly, according to the control requirements and performance parameters of the handling robot, the hardware part of the control system is selected, including the selection of the motor, the selection of the PLC and the selection of related sensors. It is determined that the domestic Hexin PLC is used as the main controller. Servo motor is used as drive motor to control the movement of the manipulator. The electrical schematic of this design is drawn according to the hardware selection scheme.

Finally, the I/O interface of the handling robot control system is allocated, the manual function modules, automatic handling function modules, and automatic unloading function modules of the manipulator are analyzed by sequential function diagrams, and the ladder diagram program is written to control the movement of the manipulator.

Key words : Tide seedbed; PLC; carrying manipulator; automatic control

目录

摘 要 I

Abstract II

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 潮汐育苗系统的研究现状 1

1.2.2苗床搬运的研究现状 2

1.3 苗床搬运机械手的实际应用场景 3

1.4本文主要研究内容 4

第2章 机械手控制系统方案设计 6

2.1 机械手控制系统组成结构 6

2.2机械手基本结构 6

2.3搬运机械手控制分析 7

2.3.1 机械手操作流程 7

2.3.2 工作位置的定位方案 9

2.4机械手控制系统I/O节点规划 10

2.5 本章小结 11

第3章 硬件系统设计 13

3. 1 控制器选型 13

3. 2 驱动机构选型 14

3.2.1驱动电机选型 14

3.2.2顶升推杆选型 15

3.3检测开关选型 15

3.4 电气接线图 16

3.4.1搬运机械手控制系统主电路图 16

3.4.2 PLC的I/O接线图 17

3.4.3过载报警电路图 17

3.5电气元件选型 19

3.6本章小结 19

第四章 软件设计 20

4.1 I/O分配方案 20

4.2 潮汐苗床搬运机械手总体功能设计 21

4.2 搬运机械手各功能模块设计 22

4.2.1手动操作功能模块 22

4.2.2自动操作功能模块 23

4.2.3 回原位功能模块 25

4.2.4 其他程序设计 26

4.3梯形图程序设计 27

4.3.1 主程序 27

4.3.2公用程序 28

4.3.3 回原点程序 28

4.3.4 手动程序 28

4.3.5 自动搬运程序与自动卸载程序 28

4.4本章小结 29

第五章 程序的仿真与调试 30

5.1选用仿真软件 30

5.2程序调试步骤 30

5.2.1输入程序 30

5.2.2检查硬件 30

5.2.3调试手动模式的输入和输出 30

5.2.4调试自动运行模块 31

5.2.5调试回原点模块 31

5.3程序调试时发现的一些问题 31

5.4程序调试结果 31

5.5本章小结 31

第六章 结论与展望 33

参考文献 35

致谢 36

附录A 37

搬运机械手控制系统梯形图程序块 37

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

潮汐苗床育苗系统是现代工业技术在农业上的一个很好的应用。以往的传统农业是顺应环境，依靠传统经验进行生产，而现代农业是通过大规模地应用工业设备和科学技术对自然进行改造， 使生产科学化发展，把工业设备和现代科技应用在农业生产上，使农业生产走上区域化、专业化的道路，大幅提高农产品的产量。潮汐苗床育苗技术相比于传统育苗技术，不仅可以节省肥料，减少病虫病害、使灌溉效率更高、促进农作物生长的优点，而且在优化农业生产环境，提高劳动生产效率方面也有着其特有的优势。使人们真正享受到现代科技应用于农业生产的好处。

潮汐式育苗系统融合了自动控制技术、通讯技术、传感器技术、计算机数据库管理技术的复杂综合系统。本文的研究对象车载潮汐苗床搬运机械手是对育苗系统进行存取的主要设备，负责苗床的在育苗架上的搬运和存放，因此车载潮汐苗床搬运机械手控制系统直接影响着整个系统的运行情况。将搬运机械手应用在潮汐苗床育苗系统中，主要有以下几方面的好处：

（1）潮汐式育苗系统相较于传统育苗方式空间利用率更高，育苗成活率也更高，将搬运机械手应用在育苗系统中，可以提高工作效率，带来更多经济效益。