【正文】 質(zhì)量輕。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。（2）耐腐蝕。這是由于鋁對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，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。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。（3）鋁容易形成各種合金。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。（4）加工成型性好。另外，許多鋁的零部件和工藝品還可以通過鑄造工藝得到。（5）熱傳導(dǎo)性高。不論加熱還是冷卻，鋁都是很好的金屬介質(zhì)。此外，鋁是生產(chǎn)金屬廚具首選材料。鋁是兩個常用的高電導(dǎo)率金屬之一，電導(dǎo)體級別的鋁是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。拋光的鋁對于無線電波、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。（8）無低溫脆性。（9）耐克輻射性。（10）沖擊吸收性比較好。（11）非磁性，沖擊不產(chǎn)生火花。這一性能在某些特殊用途時是非?？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。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。鋁對于生物體是無毒的。其主要缺點(diǎn)是：（1）鋁的硬度比較低，與此同時其耐磨性也比較差。（3）鋁的線膨脹系數(shù)比較高。（5）鋁的彈性模量只有剛的1/3。因此主要材料選用各種不銹鋼管和鋁合金管。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。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。 （2）機(jī)械強(qiáng)度高。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。這種有機(jī)玻璃被子彈擊穿后同樣不會破成碎片。（3）重量輕。（4）易于加工。 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。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，有機(jī)玻璃易破碎。經(jīng)測試，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)常溫時相當(dāng)于有機(jī)玻璃在400℃的數(shù)值。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。（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。集合以上優(yōu)缺點(diǎn)故選擇方案二。目前廣泛采用的驅(qū)動系統(tǒng)的比較如下表：表22:常用驅(qū)動系統(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)動氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時，結(jié)構(gòu)尺寸將過大只適用于小型，快速驅(qū)動壓縮性大，對速度、位置精確控制困難。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。 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)。廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。在極限位置放置限位開關(guān)，可控制機(jī)械手轉(zhuǎn)動。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)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，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。步進(jìn)電機(jī)可固定角度轉(zhuǎn)動，不需限位開關(guān)便可控制機(jī)械手轉(zhuǎn)動到指定位置。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的 IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。~180176。 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。（3） 電機(jī)能夠在較大力矩下保持原位置能力。步進(jìn)電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動較精確角度，但不能提供大力矩和保持原來位置。~180176。故選擇方案三。圖31為硬件電路設(shè)計(jì)方框圖。圖31硬件電路設(shè)計(jì)方框圖圖32 單片機(jī)整體模塊設(shè)計(jì)原理圖 單片機(jī)模塊單片機(jī)體積小巧，內(nèi)部包括中央處理器，數(shù)據(jù)存儲器，程序存儲器及輸入輸出設(shè)備?，F(xiàn)有兩種單片機(jī)AT89S51和AVR可供選擇。傳統(tǒng)的51 單片機(jī)具有價格低廉，輸入輸出接口多，使用簡單等特點(diǎn)，容易開發(fā)。具有高度靈活性的嵌入式高效微控制器。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。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。圖33為單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖?！　∨c傳統(tǒng)的51單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)內(nèi)置RC振蕩電路?！　⊥ㄟ^對熔絲位的設(shè)置，可以設(shè)置MCU的內(nèi)部RC振蕩頻率?！　〔贿^，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。圖34為外部晶振電路：圖34晶振電路　　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。使用按鍵時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，鍵會震動一小段時間才穩(wěn)定，為了避免讓8051誤判為多次輸入同一按鍵，我們必須在偵測到有按鍵被按下，就延遲一小段時間，使鍵盤跳過抖動狀態(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。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。圖37為串口通信模塊，圖37 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。C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(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)。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操作鼠標(biāo)點(diǎn)擊或鍵盤按鍵信息收集控制信號，并將信號通過串口通信發(fā)送給單片機(jī)。 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路要求，圖41為 PC上位機(jī)操作界面的程序框圖，圖41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，,創(chuàng)建串口通信Msm控件及添加按鍵控件。另一種是采用VB標(biāo)準(zhǔn)控件Msm來實(shí)現(xiàn)。在本畢設(shè)中不需太多串口功能，故不使用該方法。：Private Sub cmd打開串口_Click() = 4 39。9600波特率，無校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位 = True 39。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，檢測按鍵及鼠標(biāo)按鍵。按 “a”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(d) Then Call cmd2_Click 39。按 “u”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(j) Then Call cmd4_Click 39。按 “i”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(k) Then Call cmd6_Click 39。按 “o”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(l) Then Call cmd8_Click 39。按 “w”鍵，按鍵1觸發(fā)事件If KeyAscii = Asc(s) Then Call cmd10_Click 39。圖42為程序框圖：圖42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。圖43為完成后的操作界面：圖43上位機(jī)操作界面 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44。創(chuàng)建工程進(jìn)入編程，首先調(diào)用頭文件：include avr/ include util/include avr/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。ATmega64單片機(jī)擁有2個串口中斷函數(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。 UCSR1C amp。 //異步通信 UCSR1C |= (1 UCSZ11) | (1 UCSZ10)。 UBRR1L = (fosc / BAUD / 16 1) % 256。 UCSR1B |= (1 RXCIE1) | (1 RXEN1) | (1 TXEN1)。（詳見附錄二單片機(jī)程序）舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，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。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。 正脈沖寬度為 時，舵機(jī)會正轉(zhuǎn)（順時針）。如圖45：圖45 舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號脈沖寬度的關(guān)系本畢設(shè)使用單片機(jī)計(jì)數(shù)/定時器0產(chǎn)生模擬PMW信號來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動。定時初值設(shè)置TCNT0 = 0xce，定時時間 = (256206)/8M*8=50us。以下為定時器0的初始設(shè)置：void init_devices(void) //初始配置{ //T/C0定時中斷設(shè)置 cli()。 //T/C0溢出中斷允許 TCCR0 |= (1 CS01)。 //定時初值設(shè)置，定時時間 = (256206)/8M*8=50us Counter50us = 0。 //使能全局中斷 }5 系統(tǒng)調(diào)試 在硬件和軟件都完成后，需要對硬件和軟件分別調(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)。對模塊的機(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，以最簡單的修改方式來解決一些裝配上的問題。首先通過下載口寫入一個程序驗(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，如下為測試程序：include avr/ //io端口寄存器配置文件，必須包含include util/ //GCC中的延時函數(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。 //配置端口PB全部為輸出口 while(1) {unsigned char Flow_LED,Delay500ms。Flow_LED