【正文】 真空的產(chǎn)生：真空泵和真空發(fā)生器。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)(擺動(dòng))、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成?！　C(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“MechanicalHand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。綜上所述，ΦP、ΦV、ΦH的波形及個(gè)相之間的關(guān)系如圖39所示圖39 ΦP、ΦV、ΦH三相之間的關(guān)系 機(jī)械手概述機(jī)械手一般分為三類(lèi)：A 不需要人工操作的通用機(jī)械手：它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。c) 當(dāng)ΦT關(guān)閉的時(shí)候，原來(lái)存儲(chǔ)在ΦT之下的電荷就會(huì)進(jìn)入水平區(qū)，但存儲(chǔ)區(qū)的一個(gè)列元對(duì)應(yīng)于水平區(qū)ΦH的三個(gè)相位。根據(jù)以上四條可以畫(huà)出ΦP、ΦV、ΦH的波形，如圖38所示圖38 ΦP、ΦV、ΦH的波形(5)ΦP、ΦV、ΦH各三相之間的相位關(guān)系上圖只畫(huà)出了ΦP、ΦV、ΦH的大致情況，而各自的三相安排還得考慮以下問(wèn)題：a) ΦP1積分時(shí)，ΦPΦP3不應(yīng)積分，因此ΦP1慢態(tài)應(yīng)與ΦPΦP3慢態(tài)反相（ΦPΦP3同相）b) ΦV的慢態(tài)不能同時(shí)安排為正，否則再輪到他們都同時(shí)為負(fù)時(shí)，就會(huì)把存儲(chǔ)區(qū)的電荷“抹掉”。(3)只有等存儲(chǔ)區(qū)的電荷全部轉(zhuǎn)移完后，光敏區(qū)的電荷才能再次進(jìn)入存儲(chǔ)區(qū)，即在一場(chǎng)光積分的時(shí)間里應(yīng)有等于或大于N/2個(gè)的ΦV慢態(tài)脈沖。(2)無(wú)論是奇數(shù)場(chǎng)還是偶數(shù)場(chǎng)，在光積分完后，都應(yīng)有一個(gè)光圖像向存儲(chǔ)區(qū)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。通過(guò)對(duì)面陣CCD成像過(guò)程的概述，使我們想到實(shí)現(xiàn)CCD成像的驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)遵循的這么幾個(gè)原則。很顯然，在兩個(gè)慢態(tài)ΦV之間，ΦH快態(tài)要把M個(gè)電荷全部輸出，因此ΦV慢態(tài)的周期相對(duì)于前面提到的ΦV快態(tài)要長(zhǎng)，故稱它為的慢態(tài)。從此以后，將以相同的方式開(kāi)始偶數(shù)場(chǎng)的傳輸工作?！礦慢態(tài)與ΦH快態(tài)的作用在光敏區(qū)向存儲(chǔ)區(qū)完成圖像轉(zhuǎn)移之后，ΦPΦP3為高電位，ΦP1為低電位，于是偶數(shù)場(chǎng)進(jìn)行光積分，在此期間存儲(chǔ)區(qū)還要把原奇數(shù)場(chǎng)存儲(chǔ)的電荷一次又一次的輸出，具體的過(guò)程是：ΦV2↑，ΦV1↓，電荷有ΦV1→ΦV2ΦV3↑，ΦV2↓，電荷有ΦV2→ΦV3ΦV1↑，ΦV3↓，電荷有ΦV3→ΦV1，與此同時(shí)的是ΦT↑，ΦV3↓，電荷有ΦV3→ΦTΦV2↑，ΦV1↓，電荷有ΦV1→ΦV2，與此同時(shí)的是ΦH2↑，ΦT↓，電荷有ΦT→ΦH2則存儲(chǔ)區(qū)倒數(shù)第一行的電荷轉(zhuǎn)移到了水平區(qū)，以后ΦVΦVΦV3維持不變，只是水平轉(zhuǎn)移三相脈沖ΦH的快態(tài)工作，即ΦH3↑，ΦH2↓，電荷有ΦH2→ΦH3ΦH1↑，ΦH3↓，電荷有ΦH3→ΦH1ΦH2↑，ΦH1↓，電荷有ΦH1→ΦH2如此下去，直到這一行的M個(gè)電荷全部轉(zhuǎn)移到期間的輸出端行程視頻信號(hào)為止。可以想象，當(dāng)ΦP、ΦV經(jīng)過(guò)了N/2組后，全部圖像電荷也就轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)去了。當(dāng)奇數(shù)場(chǎng)的光積分結(jié)束之后，在ΦP、ΦV第一組快態(tài)三相脈沖的作用下：ΦP2↑，ΦP1↓，電荷由ΦP1→ΦP2ΦP3↑，ΦP2↓，電荷由ΦP2→ΦP3ΦP1↑，ΦP3↓，電荷由ΦP3→ΦP1于是完成一行的轉(zhuǎn)移，即：ΦP1控制下的第一行轉(zhuǎn)移到ΦP1控制下的第二行；ΦP1控制下的第二行轉(zhuǎn)移到控制下的第三行，如此等等，直到光敏區(qū)在ΦP1控制下的倒數(shù)第一行，轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)ΦV1控制下的第一行為止。當(dāng)ΦP1為低電位，ΦPΦP3為高電位時(shí)，偶數(shù)場(chǎng)以光積分的方式積累電荷，而積累電荷的多少與光積分時(shí)間成正比，為了捕獲更多的電荷，通常把光積分的時(shí)間取的很長(zhǎng)，這就是通常所說(shuō)的ΦP慢態(tài)的作用。（2）驅(qū)動(dòng)脈沖電壓：ΦP——光積分兼光轉(zhuǎn)移三相脈沖ΦV——光轉(zhuǎn)移兼存儲(chǔ)轉(zhuǎn)移三相脈沖ΦH——水平轉(zhuǎn)移三相脈沖脈沖幅度 在0～15伏內(nèi)可調(diào)ΦT——底部柵脈沖ΦR——復(fù)位柵脈沖ΦM——電注入脈沖，用以檢查水平區(qū)的工作面陣CCD成像的顯示都是采用隔行掃描制，即它的光積分分為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)，常把由ΦP1控制的場(chǎng)叫奇數(shù)場(chǎng)，而把ΦPΦP3控制的場(chǎng)叫偶數(shù)場(chǎng)。圖37 面陣三相CCD基本結(jié)構(gòu)為使器件正常工作，不但需要加合適的偏置電壓，更重要的還需要各種形式的驅(qū)動(dòng)脈沖。圖36給出了CCD成像系統(tǒng)的方框圖，它由光學(xué)系統(tǒng)、CCD器件及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路、視頻放大器和圖像顯示系統(tǒng)五大部分組成。然而從70年代才發(fā)展起來(lái)的CCD器件（電荷耦合器件），以其獨(dú)特的有點(diǎn)引人注目，在遙感圖像處理、模擬延遲信號(hào)處理等領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用。該驅(qū)動(dòng)頻率的上限往往受限于電荷自身的轉(zhuǎn)移時(shí)間對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖上限的限制，由于電荷轉(zhuǎn)移的快慢與載流子遷移率、電極長(zhǎng)度、襯底雜質(zhì)的濃度和溫度等因素有關(guān)。F 驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)脈沖一般泛指加在轉(zhuǎn)移柵上的轉(zhuǎn)移脈沖的頻率。但如果在增加CCD像素的同時(shí)想維持現(xiàn)有的圖象質(zhì)量，就必須在至少維持單位像素面積不減小的基礎(chǔ)上增大CCD的總面積。因此這種方法不能無(wú)限制地增大分辨率。另外，在傳統(tǒng)CCD上，為了增加分辨率，大多數(shù)生產(chǎn)廠商對(duì)民用級(jí)產(chǎn)品采取的辦法是不增大CCD尺寸，而是降低單位像素面積，增加像素密度[6]。水平分辨率與水平方向上CCD像敏的數(shù)量有關(guān)，像敏單元越多，分辨率越高。在評(píng)價(jià)面陣CCD的分辨率時(shí)，只評(píng)價(jià)它的水平分辨率，且利用電視系統(tǒng)對(duì)圖像分辨率的評(píng)價(jià)方法——電視線評(píng)價(jià)方法。E 分辨率分辨率是圖像傳感器的重要特性，常用調(diào)制模傳遞函數(shù)MTF來(lái)評(píng)價(jià)。CCD內(nèi)暗電流不是均勻的，在半導(dǎo)體中有缺陷的地方常出現(xiàn)暗電流峰值，在圖像上產(chǎn)生一固定干擾圖形。溫度越高，熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子越多，暗電流就越大。其中在大多數(shù)情況下，以第三種原因產(chǎn)生的暗電流為主。暗電流是大多數(shù)攝像器件所共有的特性，是判斷一個(gè)攝像器件好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，尤其是暗電流在整個(gè)攝像區(qū)域不均勻的情況更是如此。隨著時(shí)間的推移，由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子使系統(tǒng)區(qū)域平衡。在CCD圖像傳感器中主要的噪聲有以下幾種：電荷注入器件時(shí)由電荷量的起伏引起的噪聲；電荷在轉(zhuǎn)移過(guò)程中電荷量的變化引起的噪聲；檢測(cè)電荷時(shí)常常需要對(duì)檢測(cè)二極管進(jìn)行復(fù)位操作，因此復(fù)位脈沖將導(dǎo)致信號(hào)的檢測(cè)噪聲、光子噪聲、電流噪聲、俘獲噪聲以及輸出噪聲等。它反映了器件的工作范圍，一般為80dB,分辨率越高要求CCD的像敏單元就越多，導(dǎo)致勢(shì)阱可能存儲(chǔ)的最大電荷量減少，因而動(dòng)態(tài)范圍變小。為此，面陣CCD常采用背光照射的方法。由于CCD的正面布置著很多電極，電極的反射和散射作用使得正面照射的光敏靈敏度比背面照射時(shí)低。%以上。故一般高于256位的線陣CCD都為雙溝道型的。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵A與B為高電位時(shí)，光積分陣列的信號(hào)點(diǎn)荷包同時(shí)按箭頭方向轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的移位寄存器內(nèi)，然后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，分別向右轉(zhuǎn)移，最后以視頻信號(hào)輸出。圖34 單通道線陣CCD結(jié)構(gòu)：圖35為雙溝道線陣攝像器件。這種結(jié)構(gòu)的CCD的轉(zhuǎn)移次數(shù)多、效率低、調(diào)制傳遞函數(shù)MTF較差。（1）線陣CCD：圖34所示為三相單溝道線陣CCD的結(jié)構(gòu)圖。必須加上必要的驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力只有20mA，輸出的驅(qū)動(dòng)能力更小，所以要加入反向驅(qū)動(dòng)器，來(lái)完成緩沖驅(qū)動(dòng)芯片74LS04，來(lái)加大驅(qū)動(dòng)能力。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制[1820]。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱為步距角）。多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。圖32 MAX232接口的硬件接口電路 步進(jìn)電機(jī)的原理及驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)1）步進(jìn)電機(jī)的概述步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。采用MAX232接口的硬件接口電路如圖32所示。引腳T1IN、T2IN接單片機(jī)的串行發(fā)送引腳TXD；R1OUT、R2OUT接單片機(jī)的串行接受引腳RXD，與之對(duì)應(yīng)的RS232電平T1OUT、T2OUT接計(jì)算機(jī)的接收端RD，R1IN、R2IN接計(jì)算機(jī)的發(fā)送端TD。10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。它包括兩個(gè)TTL輸入轉(zhuǎn)換成RS232輸出的驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收RS232輸入并將它們翻譯成CMOS兼容的輸出接收器。RS232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯規(guī)定+3V到+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，3V到15V之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和CMOS電平是不同的，在本系統(tǒng)使用的AT89C55的串行口和其它標(biāo)準(zhǔn)電路一樣輸入輸出為T(mén)TL電平，所以在通信時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配，我們選擇MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。由于RS232并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB25,DB15和DB9各種類(lèi)型的連接器，其引腳的定義也各不相同，標(biāo)準(zhǔn)RS232連接中使用的接口從25針減少到9針，更利于控制。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS232兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS232標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)并于1969年公布的通信協(xié)議。硬件部分的組成框圖如圖31所示：計(jì)算機(jī)控制指 令反饋與保護(hù)單元脈沖發(fā)生分配驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)圖31 硬件跟蹤電路的組成框圖 元件的選擇 STC89C58RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)[14]，其特點(diǎn)如下：1）增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051 CPU；2）～；3）工作頻率范圍：0～40MHz相當(dāng)于普通8051的0～80MHz；4）用戶應(yīng)用程序空間64K字節(jié)；5）芯片上集成1280字節(jié)RAM；6）通用I/O口32個(gè)，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通口)P0口是開(kāi)漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)不用加上拉電阻，作為I/O口電阻；7）ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器/仿真器；可通過(guò)串口()直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成；8）EEPROM功能；9）看門(mén)狗；10）內(nèi)部集成MAX813。本系統(tǒng)中主要是應(yīng)用面陣CCD來(lái)進(jìn)行圖像采集，采集到圖像信息輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)視頻圖像采集與處理在實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)占有重要地位，是一個(gè)關(guān)鍵的前提。運(yùn)用C和Visual C++，對(duì)面陣CCD監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)圖像采集、圖像處理、單片機(jī)與計(jì)算機(jī)串口通信、單片機(jī)通信和控制及構(gòu)建友好的人機(jī)界面等基本功能。軟件部分也包