電動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言在中國工業(yè)韌帶發(fā)展中，很多高生產(chǎn)率高精度的機(jī)械加工設(shè)備從國外引進(jìn)，比如數(shù)控車床和銑床等，還有把幾種機(jī)床的功能集中在一起的加工中心等?？傊@類 CNC機(jī)床大大的提高了工作速度，產(chǎn)品的加工精度，降低了工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以大受歡迎。但是這類設(shè)備引進(jìn)費(fèi)用也是相當(dāng)?shù)陌嘿F，所以國內(nèi)很多企業(yè)的技術(shù)人員在原先的舊機(jī)床上進(jìn)行改進(jìn)，來達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，這類改進(jìn)同樣也大受歡迎。機(jī)械手是一種模仿人體上肢運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長期頻繁，單調(diào)的操作，如果沒有機(jī)械手那么工人的勞動(dòng)強(qiáng)度是很高的，有時(shí)候還要用行車員工件，生產(chǎn)速度大大延緩，這種情況采用機(jī)械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作。更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：（一）以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。（二）以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。（三）可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。1 任務(wù)要求與總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求許多娛樂場(chǎng)合設(shè)有投幣手動(dòng)抓物機(jī)械手。仿照娛樂場(chǎng)合中的手動(dòng)抓物機(jī)械手，設(shè)計(jì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，能夠配合機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)抓物。要求：在資料調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)；要求完成如下主要功能：（1）機(jī)械手的控制可以用單片機(jī)或PLC；（2）通過按鍵，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升、下降、左移、右移、手爪張開、閉合；（3）可采用上位機(jī)，遠(yuǎn)程控制機(jī)械手的上升、下降、左移、右移、手爪張開、閉合。（4）采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式。1.2 總體設(shè)計(jì)方案確定機(jī)械手的任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)要求初步擬定機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)方案、控制系統(tǒng)方案等。本課題主要涉及到一下三部分內(nèi)容：第一，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；第二，使機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的選擇。第三，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)施方案：（1）機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照模塊化的設(shè)計(jì)方法，將機(jī)械手分為底座、大臂、中臂、前臂和手爪四個(gè)部分，共四個(gè)自由度（不包括爪開關(guān)自由度）。（2）機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的設(shè)計(jì)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)，采用多關(guān)節(jié)型機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊，定位精度較高，控制靈活范圍廣，占地面積小，因此本設(shè)計(jì)采用多關(guān)節(jié)型機(jī)械手。（3）驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的選擇 機(jī)械手采用電動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便，驅(qū)動(dòng)力較大大等特點(diǎn)。（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本畢設(shè)采用機(jī)械手控制系統(tǒng)使用VB6.0編程軟件編制作上位機(jī)操作界面，人工手動(dòng)操作上位機(jī)輸出控制信號(hào)通過RS232串口通信發(fā)送給ATmega64單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號(hào)后使用內(nèi)部定時(shí)器模擬輸出伺服電機(jī)的控制脈沖，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制機(jī)械手的目的。機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。圖1-1機(jī)械手系統(tǒng)組成要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)械手的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。圖1-2 機(jī)械手控制系統(tǒng)2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)械手的骨架，機(jī)械結(jié)構(gòu)的好壞直接影響著機(jī)械手的功能。2.1機(jī)械手的主體機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械手的主體骨架的設(shè)計(jì)，機(jī)械部分底座、大臂、中臂、前臂和手爪。2.2 機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在空間的位置而提供的3個(gè)自由度，可以有不同的運(yùn)動(dòng)組合，通?？梢詫⑵湓O(shè)計(jì)成如下四種形式：表2-1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)選型表結(jié)構(gòu)形式方案特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1直角坐標(biāo)型作機(jī)的手臂具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按直角坐標(biāo)配置結(jié)構(gòu)剛度較好，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最為簡(jiǎn)單，但其占空間較大，且運(yùn)動(dòng)軌跡單一2圓柱坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂至少有一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線按圓柱坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)剛度較好，運(yùn)動(dòng)所需功率較小，控制難度較小，但運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單，使用過程中效率不高3球坐標(biāo)型操作機(jī)的手臂具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，其軸線按極坐標(biāo)系配置結(jié)構(gòu)緊湊，但其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定難度，且機(jī)械手臂的剛度不足，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜4關(guān)節(jié)型操作機(jī)的手臂類似人的上肢關(guān)節(jié)動(dòng)作，具有三個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)最為緊湊，但控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度大，機(jī)械手臂的剛度差根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，工件要垂直升降、旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)?？紤]其復(fù)雜程度選擇關(guān)節(jié)型。2.3 機(jī)械手爪部設(shè)計(jì)夾持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。夾持式是最常見的一種方式，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。如圖2-1所示為夾持式手部結(jié)構(gòu)。圖2-1夾持試機(jī)械爪其手指夾緊工件是由舵機(jī)中的齒輪帶動(dòng)另一手爪齒輪使手指開閉。手部結(jié)構(gòu)中的齒輪齒條屬于傳力機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問題：(一)具有足夠的握力(即夾緊力)。在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開閉角。兩手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。(三)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。綜合上述考慮，由于機(jī)械爪性能要求及加工精度要求都比較高，現(xiàn)有的工具無法完成其制作要求，故決定通過購買獲得符合該要求機(jī)械爪。2.4 材料與型材選擇機(jī)械手的制作材料多種多樣，因此有多種方案可以選擇。方案一：使用及鋁合金材料相對(duì)于通常使用的鋼鐵材料，鋁有以下的重要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。基于這些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，鋁及其鋁合金在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。（1）質(zhì)量輕。鋁的密度約為2.7g/cm，只是鋼鐵的1/3。鋁合金不僅用應(yīng)用于飛機(jī)制造等方面，而且由于當(dāng)前節(jié)約能源的需要，車輛與舟船等常用交通運(yùn)輸工具的輕量化更加突出，鋁合金在這方面也得到更加廣闊的應(yīng)用。此外，在土木結(jié)構(gòu)和建筑門窗等方面，鋁合金制造的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)被廣泛采用。（2）耐腐蝕。鋁及鋁合金在大氣中不會(huì)“生銹”，耐大氣腐蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鐵。這是由于鋁對(duì)于空氣中的氧具有較大的親和力，因此，當(dāng)鋁的表面曝露大氣中時(shí)，其表面很快就能生成一層附著力強(qiáng)、致密的有一定保護(hù)下的自然氧化膜。盡管氧化膜的厚度很薄，只有0.010.05um，但這已經(jīng)賦予鋁及鋁合金優(yōu)良的耐大氣腐蝕性。特別是鋁的陽極氧化處理，由于鋁的陽極氧化膜是透明膜，既可以保持鋁原有的金屬質(zhì)感，而且又可大幅度的提高金屬鋁原表面的硬度。耐腐蝕性和耐磨損性，從而大大拓寬鋁及鋁合金的應(yīng)用范圍。（3）鋁容易形成各種合金。鋁合金可以滿足多方面新的性能要求，尤其可以滿足力學(xué)性能與腐蝕性能方面的需要。目前已經(jīng)使用的工業(yè)鋁合金品種以達(dá)400多種，形成8個(gè)系列，從延展性最好的低強(qiáng)度純鋁1XXX系列到超高強(qiáng)度的7XXX系合金，極限抗拉強(qiáng)度已經(jīng)高達(dá)690MPa。鋁合金可以通過熱處理進(jìn)一步強(qiáng)化，其強(qiáng)度甚至可以和優(yōu)質(zhì)合結(jié)鋼媲美。（4）加工成型性好。鋁及鋁合金的壓力加工產(chǎn)品，如板、管、棒、型、線、箔和粉都可以生產(chǎn)，并且其產(chǎn)品都已近得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。另外，許多鋁的零部件和工藝品還可以通過鑄造工藝得到。鋁合金還可以進(jìn)行車、銑、鏜、刨等機(jī)械加工。（5）熱傳導(dǎo)性高。鋁的熱傳導(dǎo)性雖次于銅，其導(dǎo)熱率相當(dāng)高，約為銅的50%60%，而單位重量的導(dǎo)熱性則優(yōu)于銅。不論加熱還是冷卻，鋁都是很好的金屬介質(zhì)。為此，在食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)和航空工業(yè)中，鋁材是被廣泛采用的熱交換器材料。此外，鋁是生產(chǎn)金屬廚具首選材料。（6）導(dǎo)電性好。鋁是兩個(gè)常用的高電導(dǎo)率金屬之一，電導(dǎo)體級(jí)別的鋁是IACS（國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)）的62%，然而鋁的密度只有銅的1/3，因此，單位重量的鋁卻是相同單位重量的銅導(dǎo)電性的兩倍。（7）光反射性強(qiáng)。拋光的鋁對(duì)于無線電波、可見光波，直至紅外光波等所有電磁光波都具有極強(qiáng)的反射性。拋光的鋁表面對(duì)于白光的反射率達(dá)到80%以上。（8）無低溫脆性。鋁的低溫拉伸強(qiáng)度比較高，可以用于低溫結(jié)構(gòu)材料。（9）耐克輻射性。鋁的熱中子吸收截面小，僅為0.23x10Pa左右，適合與熱中子可反應(yīng)堆使用。（10）沖擊吸收性比較好。鋁及鋁合金的沖擊吸收性好，適于制作汽車的保險(xiǎn)杠。（11）非磁性，沖擊不產(chǎn)生火花。鋁及鋁合金是非磁性的，且受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花。這一性能在某些特殊用途時(shí)是非?？少F的特性，由此可作為電器設(shè)備的屏蔽材料，或作為易燃易爆的器材、儀表材料等。（12）可焊接。鋁及鋁合金通過惰性氣體電弧焊接后的外觀、耐腐蝕性和力學(xué)性能都比較好，可以滿足焊接結(jié)構(gòu)件的需要。（13）無毒性。鋁對(duì)于生物體是無毒的。鋁的缺點(diǎn)：盡管鋁具有上述優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，但是鋁也有其本身的缺點(diǎn)和弱點(diǎn)，其中有一些缺點(diǎn)可能就是從優(yōu)點(diǎn)衍生的。其主要缺點(diǎn)是：（1）鋁的硬度比較低，與此同時(shí)其耐磨性也比較差。（2）鋁在凝固時(shí)體積收縮率比較大，大約為6.6%。（3）鋁的線膨脹系數(shù)比較高。（4）鋁的熔點(diǎn)比較低，鋁和鋁合金的使用溫度不可能超過200攝氏度，因此起高溫的使用受到限制。（5）鋁的彈性模量只有剛的1/3。機(jī)械手使用的材料大部分是用于結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)該是金屬材料，而且所承載的力度和運(yùn)動(dòng)后不應(yīng)該產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和斷裂，從力學(xué)的角度看即具有足夠的強(qiáng)度。因此主要材料選用各種不銹鋼管和鋁合金管。這兩者比較，重量輕，壽命高，因此除了特別講究強(qiáng)度，剛度以及抗摩擦磨損性的機(jī)構(gòu)，一般更多選用不銹鋼管作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料。方案二：使用有機(jī)玻璃材料有機(jī)玻璃的特性： （1）高度透明性。有機(jī)玻璃是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達(dá)到92，比玻璃的透光度高。稱為人造小太陽的太陽燈的燈管是石英做的，這是因?yàn)槭⒛芡耆高^紫外線。普通玻璃只能透過0.6的紫外線，但有機(jī)玻璃卻能透過73。 （2）機(jī)械強(qiáng)度高。有機(jī)玻璃的相對(duì)分子質(zhì)量大約為200萬，是長鏈的高分子化合物，而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機(jī)玻璃的強(qiáng)度比較高，抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高718倍。有一種經(jīng)過加熱和拉伸處理過的有機(jī)玻璃，其中的分子鏈段排列得非常有次序，使材料的韌性有顯著提高。用釘子釘進(jìn)這種有機(jī)玻璃，即使釘子穿透了，有機(jī)玻璃上也不產(chǎn)生裂紋。這種有機(jī)玻璃被子彈擊穿后同樣不會(huì)破成碎片。因此，拉伸處理的有機(jī)玻璃可用作防彈玻璃，也用作軍用飛機(jī)上的座艙蓋。（3）重量輕。有機(jī)玻璃的密度為1.18kg/dm3，同樣大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金屬鋁（屬于輕金屬）的43。（4）易于加工。有機(jī)玻璃不但能用車床進(jìn)行切削，鉆床進(jìn)行鉆孔，而且能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成各種形狀的器具，也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工成大到飛機(jī)座艙蓋，小到假牙和牙托等形形色色的制品。 有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）具有質(zhì)地堅(jiān)硬，可加熱塑形。絕熱絕緣，對(duì)X線、MRI檢查無影響等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外曾一度得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是力學(xué)性能差，主要是脆性大，抗沖擊性能差，受到第二次意外打擊時(shí)，有機(jī)玻璃易破碎。以后有學(xué)者對(duì)有機(jī)玻璃進(jìn)行了改進(jìn)，在其中加入了增強(qiáng)纖維（短碳纖維），制成了短碳纖維增強(qiáng)聚甲基丙烯酸甲酯。經(jīng)測(cè)試，其抗拉彈性模量（剛性）和抗沖擊強(qiáng)度比有機(jī)玻璃提高了2倍，硬度高，線膨脹系數(shù)常溫時(shí)相當(dāng)于有機(jī)玻璃在-400的數(shù)值。耐介質(zhì)試驗(yàn)在常溫下350h，幾乎無明顯增重、增容。板材壓模復(fù)合材料中隨機(jī)走向的纖維，可阻止裂紋的擴(kuò)展。具有板材薄、重量輕、有良好的抗沖擊能力，不釋放毒性物質(zhì).綜合上述兩種方案：（1）由于該機(jī)械手為機(jī)械模型，機(jī)械強(qiáng)度要求并不是很高，有機(jī)玻璃的機(jī)械強(qiáng)度足以滿足該機(jī)械手運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。（2）從制作難度考慮，有機(jī)玻璃受熱容易形變，相比鋁合金更容易加工制作。（3）從成本考慮，有機(jī)玻璃比鋁合金便宜很多，相同體積的鋁合金比有機(jī)玻璃貴510倍。集合以上優(yōu)缺點(diǎn)故選擇方案二。2.5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇一般情況下機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇按照動(dòng)力源分為液壓、氣壓和電動(dòng)三大類，根據(jù)需要，也可以將這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前廣泛采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較如下表：表2-2:常用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性特性輸出功率和使用范圍控制性能和安全性結(jié)構(gòu)性能安裝和維護(hù)要求效率和制造成本氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸將過大只適用于小型，快速驅(qū)動(dòng)壓縮性大，對(duì)速度、位置精確控制困難。阻尼效果差。低速不易控制，排氣有噪音結(jié)構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化。易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，密封問題不突出安裝要求不高，能在惡劣環(huán)境種工作，維護(hù)方便效率低，（為0.150.2）氣源方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低液壓驅(qū)動(dòng)油壓高，可獲得較大的輸出功率，適用于重型，低速驅(qū)動(dòng)器液體不可壓縮，壓力、流量易控制，反應(yīng)靈敏，可無級(jí)調(diào)速、能實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，傳動(dòng)平穩(wěn)，泄漏對(duì)環(huán)境污染結(jié)構(gòu)較氣動(dòng)要小，易于標(biāo)準(zhǔn)化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，密封問題顯得重要安裝要求高（防泄漏），要配置液壓元設(shè)備，安裝面積大，維護(hù)要求較高效率中等為0.30.6，管路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高交直流普通電動(dòng)機(jī)適用于抓其重量較大而速度低的中、重型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng) 輸出力較大控制性能差，慣性大，不易精確定位對(duì)環(huán)境無影響電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，需減速裝置，傳動(dòng)體積較大安裝維修方便成本低效率為0.5左右步進(jìn)、伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力較小、伺服電機(jī)可大一些適用于運(yùn)動(dòng)控制要求嚴(yán)格的中、小型機(jī)器人控制性能好，控制靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)速度、位置的精確控制，對(duì)環(huán)境無影響體積小，需減速裝置維修使用較復(fù)雜成本較高效率為0.5左右綜合考慮以上驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)以及工作要求，選擇伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)方式。2.6 電機(jī)類型選擇方案 在日常系統(tǒng)所采用的電機(jī)，一般采用直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)。方案一：使用直流電機(jī)直流電機(jī)工作原理：直流電動(dòng)機(jī)是使電機(jī)的繞組在直流磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)感應(yīng)出交流電，經(jīng)過機(jī)械整流，得到直流電。廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。直流電機(jī)能提供較大力矩，能夠輕易驅(qū)動(dòng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)。在極限位置放置限位開關(guān)，可控制機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)。方案二：使用步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可固定角度轉(zhuǎn)動(dòng)，不需限位開關(guān)便可控制機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置。方案三：使用舵機(jī)圖2-2舵機(jī) 圖2-3舵機(jī)接線圖圖2-4舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖舵機(jī)工作原理：舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。舵機(jī)可在0180精確轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠提供較大力矩并且擁有保持位置的功能，反應(yīng)靈敏，可很好的完成機(jī)械手運(yùn)動(dòng)要求。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該機(jī)械手的電機(jī)需滿足：（1） 電機(jī)能夠提供比較大的力矩來抓取物體。（2） 電機(jī)能夠做到精確角度定位，使機(jī)械爪準(zhǔn)確移動(dòng)抓取物體。（3） 電機(jī)能夠在較大力矩下保持原位置能力。綜上要求，直流電機(jī)雖然能提供很大力矩，但不好精確定位并保持原位置。步進(jìn)電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)較精確角度，但不能提供大力矩和保持原來位置。舵機(jī)可在0180精確轉(zhuǎn)動(dòng)，且能夠提供較大力矩并且擁有保持位置的功能。故選擇方案三。按上述設(shè)計(jì)考慮，完成機(jī)械手結(jié)構(gòu)的制作，如圖2-5：圖2-5機(jī)械手結(jié)構(gòu)3 機(jī)械手硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)要求，機(jī)械手系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)可主要分為三個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、矩陣按鍵模塊、串口通訊模塊。圖3-1為硬件電路設(shè)計(jì)方框圖。圖3-2 單片機(jī)整體模塊設(shè)計(jì)原理圖。圖3-1硬件電路設(shè)計(jì)方框圖圖3-2 單片機(jī)整體模塊設(shè)計(jì)原理圖3.1 單片機(jī)模塊3.1.1單片機(jī)方案選擇單片機(jī)體積小巧，內(nèi)部包括中央處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器及輸入輸出設(shè)備。對(duì)于需要靈活機(jī)動(dòng)，精度要求不高，有可擴(kuò)展性及程序可擦寫和簡(jiǎn)單成熟的編程平臺(tái)等要求，單片機(jī)不失為最合適的選擇?，F(xiàn)有兩種單片機(jī)AT89S51和AVR可供選擇。方案一：采用常見的 89S51作為米粉機(jī)點(diǎn)餐系統(tǒng)的控制核心。傳統(tǒng)的51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉，輸入輸出接口多，使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，容易開發(fā)。方案二：采用AVR單片機(jī)，AVR單片機(jī)在一個(gè)芯片內(nèi)將增強(qiáng)性能的RISC 8位CPU與可下載的FLASH相結(jié)合使其成為適合于許多要求。具有高度靈活性的嵌入式高效微控制器。從機(jī)械手的功能實(shí)現(xiàn)來說，單片機(jī)主要能夠多路模擬輸出精確的PWM功能上，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串口通訊，S51單片機(jī)與AVR單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)擁有內(nèi)置多路的PWM輸出而且AVR單片機(jī)具有更好的穩(wěn)定性和程序處理效率，實(shí)現(xiàn)起來也比較方便，因此采用方案二的AVR單片機(jī)。3.1.2單片機(jī)主控電路設(shè)計(jì)ATmega64是基于增強(qiáng)的AVR RISC機(jī)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega64的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz,從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。主控電路的設(shè)計(jì)是以ATmega64單片機(jī)和RS232通信模塊為核心，外接矩陣按鍵模塊和電源等硬件電路。ATmega64單片機(jī)工作在8MHZ的頻率下，采用+5V的直流電源供電。圖3-3為單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。圖3-3 ATmega64處理器在單片機(jī)系統(tǒng)模塊中，還包括有外部晶振電路、復(fù)位電路。3.1.3AVR晶振電路的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)內(nèi)置RC振蕩電路。出廠時(shí)，未進(jìn)行時(shí)鐘源設(shè)置的AVR，其時(shí)鐘源使用的是內(nèi)部RC振蕩，一般情況使用的是1M頻率。通過對(duì)熔絲位的設(shè)置，可以設(shè)置MCU的內(nèi)部RC振蕩頻率。例如：4M、8M等。不過，內(nèi)置RC振蕩，在一致性方面存在差異，它因生產(chǎn)的批次有所差異，亦與溫度等因素有較大的相關(guān)性。所以，在一些對(duì)時(shí)鐘要求較高的場(chǎng)合，如：精確定時(shí)，RS232通信等，這些場(chǎng)合，建議使用外部的晶振線路。圖3-4為外部晶振電路：圖3-4晶振電路3.1.4AVR復(fù)位電路的設(shè)計(jì)AVR單片機(jī)內(nèi)置復(fù)位電路，并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)間，所以，AVR單片機(jī)可以不設(shè)外部上電復(fù)位電路，依然可以正常復(fù)位，穩(wěn)定工作。 若是系統(tǒng)需要設(shè)置按鍵復(fù)位電路，那么注意，AVR單片機(jī)是低電平復(fù)位，圖3-5為設(shè)計(jì)的按鍵復(fù)位電路： 圖3-5復(fù)位電路3.2 矩陣按鍵模塊單片機(jī)通過動(dòng)態(tài)掃描識(shí)別矩陣按鍵，可大大減少單片機(jī)IO口的使用。使用按鍵時(shí)注意由於這種按鍵是機(jī)械式的開關(guān)，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，鍵會(huì)震動(dòng)一小段時(shí)間才穩(wěn)定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，我們必須在偵測(cè)到有按鍵被按下，就延遲一小段時(shí)間，使鍵盤跳過抖動(dòng)狀態(tài)以達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，再去判讀所按下的鍵，就可以讓鍵盤的輸入穩(wěn)定。圖3-6為矩陣按鍵電路圖：圖3-6矩陣按鍵圖3-7矩陣鍵盤3.3串口通信模塊RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的串行通信端口（RS-232）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。圖3-7為串口通信模塊，圖3-7 RS232串口通信4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件編程既可以用匯編語言，又可采用C語言。在這套系統(tǒng)制作中單片機(jī)編程采用的是C語言編程。C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。軟件部分是用來配合硬件電路，指揮控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)定功能。此系統(tǒng)在運(yùn)行中，其主要由兩部分功能組成：一部分是PC上位機(jī)操作界面通過人工手動(dòng)操作鼠標(biāo)點(diǎn)擊或鍵盤按鍵信息收集控制信號(hào)，并將信號(hào)通過串口通信發(fā)送給單片機(jī)。另一部分是單片機(jī)接受上位機(jī)信號(hào)或接受外部矩陣按鍵信號(hào)后對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的控制。4.1 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路要求，圖4-1為 PC上位機(jī)操作界面的程序框圖，圖4-1上位機(jī)操作界面框圖根據(jù)流程圖的流程編寫上位機(jī)操作界面，打開VB6.0創(chuàng)建主窗體frmmain,創(chuàng)建串口通信Mscomm控件及添加按鍵控件。一般用VB開發(fā)串行通信程序有兩種方法:一是利用Windows的通信API函數(shù);另一種是采用VB標(biāo)準(zhǔn)控件Mscomm來實(shí)現(xiàn)。利用API編寫串口通信程序較為復(fù)雜，需要掌握大量通信知識(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)的功能更豐富、應(yīng)用面更廣泛，更適合于編寫較為復(fù)雜的低層次通信程序。在本畢設(shè)中不需太多串口功能，故不使用該方法。采用Mscomm控件實(shí)現(xiàn)串口通信時(shí)，首先添加一Mscomm控件到窗體中，該控件一般不在通用工具窗口中，而是需通過菜單項(xiàng)工程（P）部件(O)進(jìn)入選擇窗口，在控件tab頁中選取MicrosoftCommControl5.0，此時(shí)工具窗口中出現(xiàn)Mscomm圖標(biāo)，即可被使用。以下程序?yàn)閂B6.0打開串口程序：Private Sub cmd打開串口_Click() MSComm.CommPort = 4 打開COMM4口 If MSComm.PortOpen = False Then MSComm.Settings = 9600,n,8,1 9600波特率，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位 MSComm.PortOpen = True 打開串口 End If MSComm.InBufferCount = 0 清除接收緩沖區(qū) End Sub在主窗體添加鍵盤按鍵觸發(fā)事件及鼠標(biāo)按下放開事件，檢測(cè)按鍵及鼠標(biāo)按鍵。以下是在鍵盤觸發(fā)事件中檢測(cè)按鍵的程序：Private Sub Form_KeyPress(KeyAscii As Integer)If KeyAscii = Asc(a) Then Call cmd1_Click 按 “a”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(d) Then Call cmd2_Click 按 “d”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(u) Then Call cmd3_Click 按 “u”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(j) Then Call cmd4_Click 按 “j”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(i) Then Call cmd5_Click 按 “i”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(k) Then Call cmd6_Click 按 “k”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(o) Then Call cmd7_Click 按 “o”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(l) Then Call cmd8_Click 按 “l(fā)”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(w) Then Call cmd9_Click 按 “w”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(s) Then Call cmd10_Click 按 “s”鍵，按鍵1觸發(fā)事件End Sub根據(jù)檢測(cè)到的按鍵信號(hào)發(fā)送機(jī)械手控制信號(hào)到串口數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)。圖4-2為程序框圖：圖4-2程序框圖在編寫的上位機(jī)操作界面添加編組框及退出鍵完善操作界面，使界面更友好。（上位機(jī)總程序詳見附錄一）。圖4-3為完成后的操作界面：圖4-3上位機(jī)操作界面4.2 單片機(jī)總程序設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的的要求，進(jìn)行AVR單片機(jī)C語言編程，編程思路方框圖如圖4-4。（單片機(jī)程序詳見附錄二）開始初始化檢測(cè)矩陣按鍵按下串口中斷判斷鍵值發(fā)送指令接收數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)圖4-4單片機(jī)程序框圖使用WINAVR編程軟件進(jìn)行編程。創(chuàng)建工程進(jìn)入編程，首先調(diào)用頭文件：#include #include #include 分別為單片機(jī)引腳定義頭文件、延遲頭文件、中斷函數(shù)頭文件。這三個(gè)頭文件在一般編程中常常用到，接著將IO口初始化和串口初始化。4.2.1串口程序設(shè)計(jì)ATmega64單片機(jī)擁有2個(gè)串口中斷函數(shù)，分別為串口中斷0（Usart0）和串口中斷1（Usart1）本次畢設(shè)使用串口中斷1。串口中斷1程序初始化如下：void Usart_Init()UCSR1A = 0X00;UCSR1C &=(1UMSEL1); /異步通信UCSR1C |= (1 UCSZ11) | (1 UCSZ10); /數(shù)據(jù)格式8，N，1 /UCSRC寄存器與UBRRH寄存器共用相同的I/O地址,寫 UCSRC 時(shí)， URSEL 應(yīng)設(shè)置為 1。UBRR1L = (fosc / BAUD / 16 - 1) % 256; /波特率設(shè)置UBRR1H = (fosc / BAUD / 16 - 1) / 256;UCSR1B |= (1 RXCIE1) | (1 RXEN1) | (1 TXEN1); /發(fā)送使能串口程序還包括串口接收中斷函數(shù)、串口字節(jié)發(fā)送函數(shù)等。（詳見附錄二單片機(jī)程序）4.2.2舵機(jī)控制程序設(shè)計(jì)舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。工作時(shí)，控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 控制脈沖固定周期為20ms，當(dāng)送出以下正脈沖寬度時(shí)，可以得到不同的控制結(jié)果：1、正脈沖寬度為 0.5ms 時(shí)，舵機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針）。 2、正脈沖寬度為 2.5ms 時(shí)，舵機(jī)會(huì)正轉(zhuǎn)（順時(shí)針）。 3、正脈沖寬度為 1.5ms 時(shí)，舵機(jī)會(huì)回到中點(diǎn)。如圖4-5：圖4-5 舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)脈沖寬度的關(guān)系本畢設(shè)使用單片機(jī)計(jì)數(shù)/定時(shí)器0產(chǎn)生模擬PMW信號(hào)來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于使用外部晶振為8MHz，便于精確計(jì)算定時(shí)時(shí)間，采用8分頻，定時(shí)50計(jì)數(shù)次后產(chǎn)生中斷。定時(shí)初值設(shè)置TCNT0 = 0xce，定時(shí)時(shí)間 = (256-206)/8M*8=50us。每產(chǎn)生400次中斷后便可生成20ms的PWM舵機(jī)控制信號(hào)。以下為定時(shí)器0的初始設(shè)置：void init_devices(void) /初始配置/T/C0定時(shí)中斷設(shè)置 cli(); /禁止所有中斷TIMSK |= (1 TOIE0); /T/C0溢出中斷允許TCCR0 |= (1 CS01); / T/C0工作于普通模式8分頻TCNT0 = 0xce; /定時(shí)初值設(shè)置，定時(shí)時(shí)間 = (256-206)/8M*8=50usCounter50us = 0; / 500us計(jì)時(shí)變量清零 sei(); /使能全局中斷 5 系統(tǒng)調(diào)試 在硬件和軟件都完成后，需要對(duì)硬件和軟件分別調(diào)試。只有當(dāng)硬件中的各個(gè)模塊工作測(cè)試穩(wěn)定好后，才能進(jìn)行系統(tǒng)總體調(diào)試。這里將調(diào)試的過程及在調(diào)試的過程中所遇到的問題提出來進(jìn)行討論，以便能夠進(jìn)一步的掌握設(shè)計(jì)工作的要領(lǐng)，積累經(jīng)驗(yàn)。5.1 機(jī)械系統(tǒng)總裝調(diào)試在每個(gè)機(jī)械模塊都加工完成后，就把每個(gè)模塊安裝在主體骨架的相應(yīng)位置，把電機(jī)接上相應(yīng)的電源，調(diào)試電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的效果，對(duì)不到位之處進(jìn)行修改，從而確定電機(jī)裝配位置，和所提供電源電壓的大小，使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)效果。對(duì)模塊的機(jī)械系統(tǒng)調(diào)試，是以小體配合大體來進(jìn)行調(diào)試，已修改小尺寸為主，以最簡(jiǎn)單的修改方式來解決一些裝配上的問題。5.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試主要是針對(duì)電路板調(diào)試，檢測(cè)它們的工作狀態(tài)是否到達(dá)電路設(shè)計(jì)要求，也是檢測(cè)電路板功能的實(shí)現(xiàn)情況。5.2.1單片機(jī)電路板的調(diào)試首先通過下載口寫入一個(gè)程序驗(yàn)證板子的基本功能，可使一些IO管腳輸出不同高低電平，再用萬用表測(cè)量電壓來判斷電路好壞，由于本畢設(shè)電路的單片機(jī)PA口有發(fā)光二極管，可使PA口輸出流水燈，便于直觀的觀察電路情況，如下為測(cè)試程序：#include /io端口寄存器配置文件，必須包含#include /GCC中的延時(shí)函數(shù)頭文件int main(void) /GCC中main文件必須為返回整形值的函數(shù)，沒有參數(shù)PORTA = 0X00; /PORTB輸出低電平，使LED熄滅DDRA = 0XFF; /配置端口PB全部為輸出口while(1)unsigned char Flow_LED,Delay500ms; /定義流水燈循環(huán)次數(shù)以及延時(shí)時(shí)間變量for(Flow_LED = 0;Flow_LED = 7;Flow_LED+) /流水燈從0-7總共循環(huán)8次PORTA = (1 Flow_LED); /每次循環(huán)中點(diǎn)亮一個(gè)LEDfor(Delay500ms = 0;Delay500ms 5;Delay500ms+) /延時(shí)500ms_delay_ms(100); /delay.h中的延時(shí)1ms函數(shù)然后拔掉下載線，以5V的電壓給單片機(jī)板供電，此時(shí)看看板子的工作狀態(tài)，如果運(yùn)行流水燈狀態(tài)則板子調(diào)試成功，可以寫入所需的程序；反之要檢測(cè)板子的電路原理圖和電路上的焊接點(diǎn)，從而找出錯(cuò)誤并采取相應(yīng)的措施修改。5.2.2RS232串口的調(diào)試打開串口調(diào)試助手軟件，然后燒入接收到數(shù)據(jù)并發(fā)送接收數(shù)據(jù)的串口程序給單片機(jī)，給電路提供5V的芯片工作電壓，打開串口調(diào)試助手并發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有信號(hào)返回則串口電路成功；反之要檢測(cè)反之要檢測(cè)板子的電路原理圖和電路上的焊接點(diǎn)，是否有無接反，從而找出錯(cuò)誤并采取相應(yīng)的措施修改。5.3 軟件調(diào)試5.3.1上位機(jī)程序調(diào)試VB操作界面編程中，串口控件是難點(diǎn)，編好程序后可將串口連接線2和3腳短接，可不用外部硬件便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送接收調(diào)試。5.3.2單片機(jī)程序調(diào)試單片機(jī)控制程序是采用C語言編程，編程所采用的軟件是Keil 編程軟件。關(guān)于單片機(jī)C語言軟件調(diào)試，在語句中出現(xiàn)的語法錯(cuò)誤，該軟件會(huì)提示出來，以便于更正。因此，軟件調(diào)試主要的工作是檢查頭文件是否正確，是否與單片機(jī)的端口地址相匹配。其次，就是檢查初始化程序的正確性。然后就是根據(jù)軟件實(shí)現(xiàn)步驟逐個(gè)檢查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。單片機(jī)部分調(diào)試中的難點(diǎn)是舵機(jī)控制部分。PWM模擬信號(hào)判斷輸出需在每次定時(shí)中斷期間完成，若定時(shí)中斷時(shí)間過短，則在下一個(gè)中斷來臨時(shí)程序還在運(yùn)行判斷，則會(huì)丟失中斷；如果中斷時(shí)間過長，則PWM模擬信號(hào)輸出粗糙，不能精確控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，更有可能會(huì)出現(xiàn)舵機(jī)抖動(dòng)的情況。5.4 最終作品 圖5-1 機(jī)械手（正面） 圖5-2機(jī)械手（背面）圖5-3電路板經(jīng)過一個(gè)多星期的調(diào)試，作品正式完成，它能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)畢設(shè)要求功能。作品參數(shù)：臂長為40cm；機(jī)體質(zhì)量：1.5Kg；額定工作電壓：5V；最大抓起質(zhì)量：300g6 總結(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的制作，在要求的時(shí)間內(nèi)把整個(gè)大系統(tǒng)制作完成，它能夠按照任務(wù)書中的要求穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，無論是對(duì)于系統(tǒng)的機(jī)械部分還是電路部分，都通過了各種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較從而確定最終采用方案，整個(gè)設(shè)計(jì)思路清晰。在機(jī)械方面：主要由有機(jī)玻璃制作系統(tǒng)框架，用螺釘及熱熔膠固定，盡量用簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，來完成設(shè)計(jì)要求。樣機(jī)調(diào)試中出現(xiàn)了很多問題，例如定時(shí)中斷的時(shí)間過短，兩PWM信號(hào)發(fā)送的延遲時(shí)間過長，機(jī)械臂軸心不在一條線上等問題。但根據(jù)翻閱書籍和上網(wǎng)收索及設(shè)計(jì)理論分析，反復(fù)檢查程序，才發(fā)串口無法通信，現(xiàn)一些存在的問題使得系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)以前所學(xué)的理論知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，同時(shí)能更加合理的查閱及利用資料，為達(dá)到課題要求而對(duì)在大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行了全面、綜合的鞏固和加深。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不同與以往任何一次課程設(shè)計(jì)，它耗時(shí)更長，獨(dú)立性更高，要求更加嚴(yán)格細(xì)致。它不僅要求我們能充分利用在校期間所學(xué)的課程的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也要求我們有良好的理解力、掌握力和實(shí)際運(yùn)用的靈活度。在設(shè)計(jì)過程中給我印象最深的是作為一名設(shè)計(jì)人員，面對(duì)一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，不僅要能夠熟練的運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)還要考慮到在實(shí)際應(yīng)用中所面對(duì)的場(chǎng)地、環(huán)境、資金和實(shí)際加工等一系列問題。通過這次畢設(shè)，大大提高了自己獨(dú)立查閱科技資料的能力、動(dòng)手能力以及分析問題能力，并體會(huì)到科技制作的樂趣。 謝 辭桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院的四年的學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束，回首既往，自己一生最寶貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在眾多學(xué)富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實(shí)是榮幸之極。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。感謝桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院我的培養(yǎng)，在信科的日子，是我人生中最重要的四年，是學(xué)校的培養(yǎng)讓我學(xué)到了專業(yè)的科學(xué)文化知識(shí)，同時(shí)也提升了我的多方面的能力，塑造了我的人格，使我在未來的人生道路上能夠更加信心百倍的走下去。百年鄭安，春風(fēng)化雨，教我育我，永不能忘。感謝我的父母，我的家人。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)。你們始終如一的支持和關(guān)愛是我人生道路不斷前進(jìn)的強(qiáng)大動(dòng)力，教我學(xué)會(huì)堅(jiān)強(qiáng)、勇敢，使我在磨礪中得到成長。祝你們永遠(yuǎn)健康快樂，這是我最大的心愿和牽掛。通過此次的論文，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過畢業(yè)論文，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。還要感謝班的全體同學(xué)，感謝他們?cè)诔ο嗵幹校ハ鄮椭?，?duì)于我不懂的問題，他們都能很好的幫助我，不懂的大家一起研究，這使畢設(shè)能順利的完成。在此，祝老師們，以及所有關(guān)心我的人和我所關(guān)心的人身體健康，工作順利，心情愉快，幸福平安！參考文獻(xiàn)1 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