【正文】 上。 C 語(yǔ)言還可以直接對(duì)系統(tǒng)硬件 進(jìn)行控制，為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。用 C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，增加軟件的可讀性，從而便于改進(jìn)和擴(kuò)充，為研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)提供了便利。C 語(yǔ)言既可以作為工作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng) 應(yīng)用程序 ，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并且編寫(xiě)不依賴(lài)計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。 C 語(yǔ)言 的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，在軟件開(kāi)發(fā)上和 各類(lèi)科研都需要用到 C語(yǔ)言，又由于 C 語(yǔ)言的邏輯性較強(qiáng)，在大學(xué)的課程中也學(xué)過(guò) C語(yǔ)言，對(duì) C語(yǔ)言比較熟悉， 所以本次單片機(jī)的編程采用C語(yǔ)言編程。此外，選用 C語(yǔ)言編程還因其有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）功能齊全。 C 語(yǔ)言具有多種 數(shù)據(jù)類(lèi)型 ，并且引入了 指針 的 概念，可以使得程序效率更高。其計(jì)算功能、 邏輯判斷 功能也很強(qiáng)大； （ 2）適用范圍廣。 C語(yǔ)言適用于多種機(jī)型和多種 操作系統(tǒng) ，如 Windows、 UNIX、 DOS等； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 25 頁(yè) 共 62 頁(yè) （ 3） C語(yǔ)言是高級(jí)語(yǔ)言。它能夠把 高級(jí)語(yǔ)言 的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句和低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)，可以像 匯編語(yǔ)言 一樣對(duì)計(jì)算機(jī)最基本的工作單元位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作。 （ 4） C語(yǔ)言是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。 C語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn) —— 代碼 及數(shù)據(jù)的分隔化，程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可以使得程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)和調(diào)試。此外， C 語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶(hù)的，程序完全結(jié)構(gòu)化，使函數(shù)能夠方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向。 基于 C語(yǔ)言以上的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)的編程采用 C語(yǔ)言而不采用匯編語(yǔ)言。 上位機(jī)控制界面設(shè)計(jì) 該機(jī)械手的控制通過(guò)計(jì)算機(jī)界面進(jìn)行控制，其編程主要通過(guò) VB 軟件進(jìn)行，控制界面如下圖所示。 圖 41 上位機(jī)控制界面 左邊的運(yùn)動(dòng)控制主要控制機(jī)械手的坐標(biāo)移 動(dòng)，右邊的瓶子數(shù)量顯示可以顯示 1— 12個(gè)瓶子中的第幾個(gè)瓶子，自動(dòng)開(kāi)始和自動(dòng)結(jié)束主要是控制機(jī)械手的控制狀態(tài)是否處于全自動(dòng)狀態(tài)，復(fù)位這機(jī)械手和單片機(jī)都回到原點(diǎn)的最初始狀態(tài)。 機(jī)械手計(jì)算機(jī)控系統(tǒng)界面的主要設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是簡(jiǎn)潔美觀、使用方便，本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制界面一目了然，并且易于操作，可適用性高。此界面上主要包括兩部分，界面左邊部分是用戶(hù)手動(dòng)控制區(qū)域，主要包括機(jī)械手手臂的上升和下降以及前伸和后縮，底盤(pán)的正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)按鈕，界面右邊部分是已抓取瓶子數(shù)量的顯示狀態(tài)，單片機(jī)的復(fù)位按鈕，自動(dòng)控制按鍵，串口的參數(shù)配置。其中串口參 數(shù)配置主要顯示串口號(hào)。 左邊的控制鍵主要為手動(dòng)控制鍵，分為上下、伸縮，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，若按下的是向上按鍵，機(jī)械手將向上運(yùn)動(dòng) 10mm 左右，若按下的是向下按鍵，機(jī)械手將向桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 26 頁(yè) 共 62 頁(yè) 下運(yùn)動(dòng) 10mm 左右，若按下的是向左按鍵，機(jī)械手將向左運(yùn)動(dòng) 10mm 左右，若按下的是向右按鍵，機(jī)械手將向右運(yùn)動(dòng) 10mm左右，若按下的是順時(shí)針按鍵，機(jī)械手將順時(shí)針運(yùn)動(dòng) 5度左右，若按下的是逆時(shí)針按鍵，機(jī)械手將逆時(shí)針向上 5度左右。 右邊的控制鍵主要為狀態(tài)控制鍵，至上而下是瓶子數(shù)量顯示口，顯示瓶子的數(shù)量；串口號(hào)選擇口，通過(guò)選擇連接相應(yīng)的串口；自動(dòng)開(kāi)始和自動(dòng)結(jié)束按鍵，按下后機(jī)械手就能夠自動(dòng)進(jìn)行裝箱操作或停止自動(dòng)裝箱操作；復(fù)位按鍵，按下復(fù)位鍵后，單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 延時(shí)時(shí)間計(jì)算 由驅(qū)動(dòng)器的資料可知延時(shí)時(shí)間 t≥ 10μ s， 并且通過(guò)測(cè)量得出導(dǎo)軌的 長(zhǎng)度 cm40?1l ，導(dǎo)軌的直徑 ? ；兩邊貼片的長(zhǎng) 度 cm9?2l ，寬度 cm3?2w ，高 cm2?2h ；圓柱的高 ? ，直徑 ? ； 絲 桿 的 螺距 ? ，鋼材的密度3cmg857 /.ρ鋼 ? ，鋁材的密度 3cmg7022 /.ρ鋁 ? ，電磁鐵的質(zhì)量 磁 鐵 ? ，所以可以算得以下數(shù)據(jù)： 導(dǎo)軌與絲桿的體積 321 cm91284 21143383 ...4πdl3V211 ?????? 兩貼片的體積 33 cm1 0 8cm23922 ?????? 2222 hwlV 圓柱的體積 332 cm255cm624 25143 ....h4πdV 3233 ????? 因?yàn)閷?dǎo)軌和絲桿為鋼材，圓柱和貼片為鋁材，所以可得鋼材總質(zhì)量 kg011g9128857 ...Vρm 1鋼鋼 ???? 鋁材總質(zhì)量 ? ? ? ? kg440g2551087022 ...VVρm 32鋁鋁 ?????? 電機(jī)型號(hào)為 42BYG250C，由電機(jī)型號(hào)查得其質(zhì)量 機(jī) ? ，空載啟動(dòng)頻率 ? ，由此可以算得總質(zhì)量 kg112kg300kg360kg440kg011 .....mmmmm 電 磁 鐵電 機(jī)鋁鋼總 ????????? 22 cmkg084401432 402110 ???????? ?????????? ...π2 smJ2總移 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 27 頁(yè) 共 62 頁(yè) 22 cmkg06021301181 ?????? ...dm81J 21絲轉(zhuǎn) 222 cmg14440cmkg060cmkg08440 ???????? ...JJJ 轉(zhuǎn)移L HZ813006014440151 ....JJ1ffmL0L ????? 所以算得 t=123s,10s≤ t≤ 123s 圖 42 裝箱過(guò)程各點(diǎn)位置示意圖 機(jī)械手進(jìn)行醋瓶裝箱工作時(shí)，需要將醋瓶從一定高度的送瓶線(xiàn)上抓取 ,然后將醋瓶放入比抓瓶線(xiàn)低 的醋瓶箱中 ,再升高運(yùn)行到抓瓶位置。本次裝箱機(jī)械手的控制采用圓柱坐標(biāo)機(jī)械手來(lái)設(shè)計(jì)，它可以控制轉(zhuǎn)角θ、半徑 r 和高度 h 以 到達(dá)三維空間的任意一點(diǎn)。因此可以滿(mǎn)足抓瓶位置和放瓶位置不在同一高度的要求，我們需要控制的是手臂立柱的升降高度 h、機(jī)械手的伸縮半徑 r 和底盤(pán)旋轉(zhuǎn)角θ。 取瓶位置 A 機(jī)械手位置 B 放瓶位置 C 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 28 頁(yè) 共 62 頁(yè) 圖 43 裝箱動(dòng)作示意 圖 44 裝箱動(dòng)作角度 機(jī)械手動(dòng)作的伸縮量與旋轉(zhuǎn)角度 假設(shè)醋瓶底部外徑 1r ，高為 1h ，如圖所示，可以計(jì)算出每只醋瓶裝箱時(shí)的底盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度以及手臂的伸縮量。 第 1 只醋瓶裝箱 aL21tan 11 ??? （ 41） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 29 頁(yè) 共 62 頁(yè) 112 221tan ra L?? ?? （ 42） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 43） 手臂需要縮回的長(zhǎng)度為 2sin2?Lrb ?? （ 44） 第 2只醋瓶裝箱時(shí) 1112 2221ta nrarL??? ?? （ 45） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 46） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 rrLb ???21sin22? （ 47） 第 3只醋瓶裝箱時(shí) 1112 2421ta nrarL??? ?? （ 48） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 49） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin42 rrLb ???? （ 410） 第 4只醋瓶裝箱時(shí) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 30 頁(yè) 共 62 頁(yè) 1112 2621ta nrarL??? ?? （ 411） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 412） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin62 rrLb ???? （ 413） 第 5只醋瓶裝箱時(shí) aL21tan 12 ??? （ 414） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 415） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 0?b （ 416） 第 6只醋瓶裝箱時(shí) a rL 112221ta n ?? ?? （ 417） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 418） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 rrLb ???21sin22? （ 419） 第 7只醋瓶裝箱時(shí) a rL 112 421ta n ?? ?? （ 420） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 31 頁(yè) 共 62 頁(yè) 21 ??? ?? （ 421） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin42 rrLb ???? （ 422） 第 8只醋瓶裝箱時(shí) a rL 112621ta n ?? ?? （ 423） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 424） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin62 rrLb ???? （ 425） 第 9只醋瓶裝箱 112 221tan ra L?? ?? （ 426） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 427） 手臂需要縮回的長(zhǎng)度為 2sin2?Lrb ?? （ 428） 第 10只醋瓶 裝箱時(shí) 1112 2221ta nrarL??? ?? （ 429） 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 32 頁(yè) 共 62 頁(yè) 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 430） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 rrLb ???21sin22? （ 431） 第 11只醋瓶裝箱時(shí) 1112 2421ta nrarL??? ?? （ 432） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 433） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin42 rrLb ???? （ 434） 第 12只醋瓶裝箱時(shí) 1112 2621ta nrarL??? ?? （ 435） 機(jī)械手底盤(pán)所需旋轉(zhuǎn)角度為 21 ??? ?? （ 436） 手臂需要伸出的長(zhǎng)度為 121sin62 rrLb ???? （ 437） 在實(shí)際的生產(chǎn)裝箱過(guò)程中，可以根據(jù)上面的公式來(lái)對(duì)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度和伸縮量進(jìn)行計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的演示過(guò)程并未對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)調(diào)試來(lái)確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)量，在實(shí)際 生產(chǎn)過(guò)程中，計(jì)算也不一定能精確的定位，因此，計(jì)算只能是個(gè)初始的大概值，實(shí)際的操作過(guò)程還是需要經(jīng)過(guò)調(diào)試。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 報(bào) 告用紙 第 33 頁(yè) 共 62 頁(yè) 程序設(shè)計(jì) 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化上 升 下 降 前 伸 后 縮 順 轉(zhuǎn) 復(fù) 位下 降觸 動(dòng) 下 行 開(kāi) 關(guān)串 口 命 令前 伸 順 轉(zhuǎn)觸 動(dòng) 后 行 開(kāi) 關(guān) 接 近 開(kāi) 關(guān) 置 0放 置 第 一 列 硬 幣放 置 第 二 列 硬 幣放 置 第 三 列 硬 幣待 機(jī)是否 否 是 否有無(wú)O X 8 6 O X 8 7 O X 8 8 O X 8 9 8 0自 動(dòng) 開(kāi) 始機(jī) 械 手 復(fù) 位逆 轉(zhuǎn)是8 A 8 BO X 8 4 圖 45 程序總流程圖 當(dāng)按下啟動(dòng)鍵后，系統(tǒng)初始化，當(dāng)單片機(jī)接收到計(jì)算機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的串口命令時(shí)，單0片機(jī)將按照相應(yīng)的串口命令來(lái)執(zhí)行程