【導(dǎo)讀】機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計報告。平面XY——伺服數(shù)字控制的設(shè)計。專業(yè)班級：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化09-1班。完成日期2021年4月1日。中國石油大學(xué)（北京）機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計報告。本次機(jī)電系統(tǒng)綜合設(shè)計要求通過計算機(jī)高級編程語言實現(xiàn)對伺服電機(jī)的運(yùn)

　　

【正文】 如果他的四周都為黑則將清除直至循環(huán)結(jié)束，提取出 輪廓。為了防止重線和孤點(diǎn)的存在，在第三步中，對所剩的所有點(diǎn)進(jìn)行檢測，判斷它周圍是否有兩個以上黑點(diǎn)或它周圍是否只有一個點(diǎn)，如果是則也將其清除。 數(shù)據(jù)處理及圖形加工 圖像數(shù)據(jù)處理及在提取出圖形輪廓之后，進(jìn)行圖形繪制，在這個過程中，依照輪廓提取時的思想，對圖形中所有點(diǎn)進(jìn)行遍歷。先 X 方向后 Y 方向，尋找每 一個黑點(diǎn)，一旦找到點(diǎn)，便按右，右上，上，左上，左，左下，下，右下的逆時針方向?qū)ふ蚁乱粋€黑點(diǎn)，其附近有黑點(diǎn)則使雙軸以直線插補(bǔ)的方式直線進(jìn)給過去，并清除這個點(diǎn)。之后重新按先 X 方向后 Y 方向的方 式尋點(diǎn)。這樣直至走完 整個圖形中的所有黑點(diǎn)。 圖像數(shù)據(jù)處理及輪廓加工實現(xiàn)，類似圖形的二值化，做一個大的循環(huán)，直接利用直線插補(bǔ)函數(shù)進(jìn)行繪圖，筆在適當(dāng)時起下，一般情況下，當(dāng)點(diǎn)連續(xù)時，筆會一直往下畫，而遇到孤點(diǎn)時就會點(diǎn)擊，這是個不正常的現(xiàn)象，這個孤立點(diǎn)為輪廓提取時留下的雜點(diǎn)，在算法上很難消除，因此我減小的落筆 delay時間，這樣連續(xù)點(diǎn)就會一直往下畫，而遇到孤點(diǎn)時，筆不會落下，很巧妙地解決繪雜點(diǎn)的問題 。 運(yùn)行效果 二值化效果如下圖： 待二值化圖片 二值化后圖片 第 4章 各部分功能的實現(xiàn) 22 輪廓提取效果如下圖： 二值化后圖片 提取的輪廓 輪廓加工效果：見附頁 2。 中國石油大學(xué)（北京）機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計報告 23 第 5 章 遇到的問題及解決辦法 程序語言的選擇 該課程設(shè)計我們主要是通過計算機(jī)語言，對控制器進(jìn)行控制，控制器再控制于電機(jī)。整個問題的關(guān)鍵在與 程序的編寫，鑒于之前本小組成員在數(shù)控實驗課上曾學(xué)習(xí)過 VB程序，所以最終我們選擇了使用 VB語言進(jìn)行編寫。 由于課本及輔導(dǎo)資料上的大多提供的參考程序，均為 VC 語言。這里 VB 不能直接引用，唯一可以參考的是其編程思路。通過翻閱資料，再次自學(xué) VB 語言，小組完成了 VB 語言的編寫，并能實現(xiàn)課程設(shè)計的基本要求。 圓弧插補(bǔ)失真 在試驗中本小組發(fā)現(xiàn)，在實際繪圖時，圓弧有部分失真。小組對源程序進(jìn)行了反復(fù)檢查，并在 VB窗口中添加了圖片空間，在控件中模擬繪制圖像的過程。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在 VB窗口中繪制的圖形正確，并沒有發(fā)現(xiàn)類似 于圓弧失真的現(xiàn)象。 最后通過設(shè)置程序斷點(diǎn)，對程序進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)用的 Tmotion（）函數(shù)可能是影響其失真的主要原因。 通過控制變量的方法，我們依次對 Tmotion（）函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行修改，當(dāng)其他參數(shù)不變，我們改變 GT_SetVel()中的參數(shù)時，圓弧失真有了變化。剛開始，當(dāng)速度設(shè)為 4 時，圓弧和橢圓均發(fā)現(xiàn)了失真現(xiàn)象，當(dāng)我們逐步調(diào)高其速度后，失真效果越來越不明顯，最后通過試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其速度設(shè)為 6時，圓弧插補(bǔ)不失真。 低灰度圖片二值化失敗問題 剛開始，本小組在對圖像二值化的過程中，程序里直接就界定了 黑白像素的界定值。即在源程序中，將像素低于 128 的點(diǎn)均賦值為 0，高于 128的點(diǎn)賦值為1。這樣，在試驗中我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用灰度較低的圖片時，二值化便無法取得成功。經(jīng)分析，主要原因是圖片灰度過低，即整個灰度都低于 128，則圖片全為白色，二值化失敗。 為了解決這個問題，小組在二值化過程中設(shè)置了一個閾值。即當(dāng)灰度小于閾值時，點(diǎn)為白色，反之，為黑色。當(dāng)載入圖片灰度較低時，降低閾值，若二值化效果不佳，可以繼續(xù)調(diào)整閾值，這樣便可以靈活控制圖片的二值化過程及效果。 圖形繪制問題 圖形繪制的基本原理前面已經(jīng)講過，但實際 操作中，小組也遇到了許多問題。在試驗中，我們發(fā)現(xiàn)我們每畫完一條連續(xù)弧段便會開始繪制另一弧段。在第一弧段結(jié)束和第二弧段開始過程中，筆會在紙上留下多余的一條弧段，當(dāng)輪廓的零散第 5章 遇到的問題及解決辦法 24 弧段較多時，繪制的圖形顯得很凌亂，達(dá)不到預(yù)想的效果。 鑒于這點(diǎn)，小組在弧段結(jié)束和開始的時候，加入了起筆和落筆的動作。即當(dāng)某一連續(xù)弧段繪制結(jié)束時，起筆并運(yùn)動到另一連續(xù)弧段的起始位置，落筆并開始繪制另一弧段，如此循環(huán)，巧妙地解決了這一問題。 中國石油大學(xué)（北京）機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計報告 25 第 6 章 附加功能 超界判斷 由于實驗提供的儀器運(yùn)動的范圍 有限，所以在繪制圖形的過程中，其大小受到限制。但在程序框中，對于使用者并不知道這一點(diǎn)，這樣會使得某些使用者在輸入數(shù)據(jù)時輸入過大數(shù)字，會導(dǎo)致圖形繪制失敗，嚴(yán)重時，會損壞儀器。 據(jù)此，我們在程序中添加了超界判定。如果輸入數(shù)據(jù)超出工作范圍，則會彈出提醒窗口“超出邊界”，使用者需重新輸入數(shù)據(jù)。這樣，不僅保證了試驗的成功率，并且能對實驗儀器進(jìn)行必要的保護(hù)。 二值化圖片信息顯示 在對圖形進(jìn)行二值化處理后，我們在旁邊添加了一個 List 控件，用來顯示圖片信息，包括圖片寬度、高度等。 閾值和比例 在二值化 中，對于不同灰度的圖片，我們需要對其設(shè)定不同的閾值以達(dá)到預(yù)想的效果。據(jù)此，我們在二值化窗口旁添加了閾值框，用來自己手動填寫閾值。這樣可以保證各種灰度的圖片均能達(dá)到較好的二值化效果。 在繪制圖形中，由于選擇的圖片和需繪制的圖片大小有時并非恒等的關(guān)系。在這里，便添加了比例窗口，通過填寫繪圖比例，可以使得繪制的圖片根據(jù)需要可以是原圖的任意比例（在加工許可的范圍內(nèi)）。這樣，使得程序的適用性更強(qiáng)。 第 7章 個人總結(jié) 26 第 7 章 個人總結(jié) 根據(jù)學(xué)校課程設(shè)計要求，我們在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了為期三個星期的課程設(shè)計。在這三個星期 中，通過翻閱資料和對自己編寫的程序的調(diào)試，再一次加深了自己對 VB 語言及伺服電機(jī)理解。 更多的，是自己學(xué)到了遇到問題怎么去解決問題的思路和心態(tài)。學(xué)過語言的人都知道，程序語言不能有絲毫錯誤，又是即使是一個字母甚至一個符號的錯誤，都會導(dǎo)致整個程序無法運(yùn)行。所以，在調(diào)試程序的過程中，絕大多的時間都是停留在對程序的查錯上。在程序的編寫上，最好能有個整體的框架和構(gòu)思，比如提前編輯模塊，將可能會調(diào)用到的函數(shù)放到模塊中，這樣會使得在后來程序的編寫上達(dá)到事半功倍的效果。 這個課程設(shè)計是分為兩人一小組，四個小組同一題目。因此， 在此過程中，最重要的是團(tuán)隊合作。當(dāng)然這并不意味著彼此間的相互復(fù)制粘貼。因為同一個問題大家可能會遇到很多類似的問題，加強(qiáng)彼此間的交流，能夠減少許多的低級錯誤，防止大家在不必要的錯誤上花了過多的時間。小組內(nèi)部的分工合作也十分重要，兩人及時交流新進(jìn)展并交換編程思路，使得最后的程序能夠最有效率。 最后，要感謝在課程設(shè)計中給過我?guī)椭耐瑢W(xué)以及張老師的指導(dǎo)。 中國石油大學(xué)（北京）機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計報告 27 附頁 1：課程設(shè)計日志 表 機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計日志 機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計日志 日期 上午 下午 3月 11日 ~3月 13日 了解需要完成的任務(wù) ，查閱相關(guān)資料，確定整體思路 3月 14日 ~3月 15日 選用 VB編程，完成單軸運(yùn)動、點(diǎn)動控制 3月 18日 對限位的研究，并實現(xiàn)多軸聯(lián)動 3月 19日 卡的初始化 軸的初始化 3月 20日 完成ＸＹ軸的回零程序的編寫 對程序進(jìn)行調(diào)試 3月 21日 編寫直線插補(bǔ)程序 調(diào)試程序 3月 22日 編寫圓弧插補(bǔ)程序 實現(xiàn)跨象限畫弧，并進(jìn)行調(diào)試 3月 24日 開始編寫橢圓弧插補(bǔ)程序 調(diào)試程序 3月 25日 對之前的程序整體調(diào)試一遍，必 要時作出修改 開始學(xué)習(xí)圖形繪制的基本知識 3月 26日 對二值化及四鄰域算法進(jìn)行 研究 編寫程序，并初步調(diào)試 3月 27日 輪廓提取及加工程序的編寫 調(diào)試程序 3月 28日 對界面進(jìn)行美化 整體調(diào)試程序，以達(dá)到最優(yōu)狀 態(tài)，等待驗收