快遞分揀六軸機(jī)械臂結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文主要針對(duì)快遞的有效分揀進(jìn)行研究，提出了將六軸機(jī)械臂和單片機(jī)的有效結(jié)合，進(jìn)行識(shí)別不同快遞件的大小來提高快遞提取的效率，此系統(tǒng)是由機(jī)械臂作為夾取機(jī)構(gòu)，再通過單片機(jī)顏色識(shí)別芯片的作用進(jìn)行識(shí)別快件的顏色，在識(shí)別進(jìn)行前，我們會(huì)將快件根據(jù)大小進(jìn)行分類，分別對(duì)應(yīng)紅，黃，綠三色，在此基礎(chǔ)上，以六軸機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)為核心，通過其轉(zhuǎn)向角度的大小，從不同方位來夾取快件，再通過識(shí)別功能放入不同的傳送帶上。在此過程中，需要通過很多方面進(jìn)行問題的確定，通過solidworks進(jìn)行三維制圖和運(yùn)行仿真，用Proteus進(jìn)行單片機(jī)芯片的電路仿真，計(jì)算一般數(shù)據(jù)進(jìn)行極值比對(duì)，分析數(shù)據(jù)的有效性，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)械臂和單片機(jī)可以進(jìn)行有效結(jié)合，提高效率。相較于傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械臂，用于快遞分揀的機(jī)械臂具有識(shí)別功能，能準(zhǔn)確辨認(rèn)快件位置，且具有實(shí)際操作性。關(guān)鍵詞：六軸機(jī)械臂快遞分揀系統(tǒng)效率目錄第1章引言 61.1機(jī)械臂的簡(jiǎn)介 61.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械臂發(fā)展概況 61.3本文研究的主要內(nèi)容 8第2章六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 92.1六軸工業(yè)機(jī)械臂桿設(shè)計(jì)要求 92.2六軸工業(yè)機(jī)械臂桿參數(shù)設(shè)計(jì) 92.3六軸工業(yè)機(jī)槭臂的建模 102.3.1基于soildworks軸工業(yè)機(jī)械臂的建模 102.3.2基于soildworks由工業(yè)機(jī)械臂的裝配 122.4機(jī)械臂的設(shè)計(jì)思路 122.5本章小結(jié) 14第3章手部結(jié)構(gòu)及氣缸的選擇與校核 153.1夾持式手部結(jié)構(gòu) 153.1.1手指的夾持方式和選擇 153.1.2注意事項(xiàng) 153.2升降缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核和伸縮缸的選擇 163.2.1氣缸的分類 163.2.2升降氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 173.2.3伸縮缸的選擇 223.3回轉(zhuǎn)氣缸的尺寸設(shè)計(jì)與校核 223.4本章小結(jié) 24第4章快遞分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 254.1自動(dòng)分揀系統(tǒng)的概述 254.2快遞分揀系統(tǒng)控制硬件單片機(jī)部分 254.2.1單片機(jī)的選取和要求 254.2.2識(shí)別顏色的原理 264.3復(fù)位電路 274.4晶振電路 284.5TCS3200顏色傳感器與單片機(jī)的接口電路 284.6本章小結(jié) 29第5章仿真與調(diào)試 305.1機(jī)械臂的調(diào)試運(yùn)行 305.2顏色識(shí)別單片機(jī)的仿真 32第6章總結(jié)與展望 346.1總結(jié) 346.2展望 34參考文獻(xiàn) 35

第1章引言1.1機(jī)械臂的簡(jiǎn)介六軸機(jī)械臂是現(xiàn)代自動(dòng)控制中的一門非常核心的技術(shù),它已經(jīng)逐漸成為機(jī)械學(xué)科中的重要部分。這種技術(shù)的發(fā)展過程很短,但是很迅猛。直接成為了一門新的學(xué)科——機(jī)械臂工程學(xué)。機(jī)械臂的積極促進(jìn)作用已經(jīng)讓現(xiàn)代人們更加記憶深刻:其一,它不僅能大部分程度地完全代替人工錯(cuò)誤操作,減少人工錯(cuò)誤操作的最大危險(xiǎn)影響系數(shù);其二,它不僅能保證操作必須對(duì)需要正確使用的機(jī)械工具和各種機(jī)械零件進(jìn)行正確焊接和加工裝配。極大的程度改善了人工的基本勞動(dòng)條件,十分顯著得益于提高企業(yè)勞動(dòng)力和生產(chǎn)力的效率,對(duì)益于加快我們國(guó)家機(jī)械化和現(xiàn)代工業(yè)化的快速推進(jìn),做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此,受到各先進(jìn)國(guó)家科技體和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的極度充分愛和重視,投入大量的科學(xué)技術(shù)資金人力物力技術(shù)資金積極加以開展科學(xué)技術(shù)研究和廣泛推廣應(yīng)用。尤其在各種具有高溫,高壓,粉塵,噪音以及其它可能帶有強(qiáng)烈化學(xué)放射性和其他化學(xué)物質(zhì)污染的危險(xiǎn)氣體場(chǎng)合,應(yīng)用得更為廣泛。我國(guó)近些年來的高速發(fā)展，一方面帶來的是經(jīng)濟(jì)大高速發(fā)展，同時(shí)也是實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的發(fā)展的黃金時(shí)期，國(guó)家對(duì)機(jī)械自動(dòng)化的重視也是越來越強(qiáng)。1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)械臂發(fā)展概況機(jī)械臂的第一次問世是在美國(guó)的。1958年,美國(guó)的中國(guó)聯(lián)合機(jī)械控制公司成功研制生產(chǎn)出了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)械手,它的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分簡(jiǎn)單的,就是一個(gè)手部具有控制回轉(zhuǎn)傳動(dòng)功能的小型工業(yè)機(jī)械手臂,手部上還具有一個(gè)可以抓取手的機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)上的控制傳動(dòng)系統(tǒng)也可以是非常簡(jiǎn)要的示范和教型。截至到2021年的最新數(shù)據(jù)表明,日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最高速,應(yīng)用最廣泛的國(guó)家。但是,目前大部分的家用機(jī)械手機(jī)絕大部分還只是屬于最初始的那一部分,主要式通過微機(jī)依靠人工智能去對(duì)它進(jìn)行自動(dòng)控制和管理使用;它的控制驅(qū)動(dòng)方式為微機(jī)開環(huán)自動(dòng)控制,并且還沒有完全識(shí)別和控制選擇手的能力;所以我們?nèi)匀豢梢詫?duì)它進(jìn)行一些改進(jìn),改進(jìn)的技術(shù)方向和工作目的主要上都是為了降低控制成本減少損耗和從而提高控制精度。第二代智能機(jī)械手臂已具備微型數(shù)控電子機(jī)和計(jì)算機(jī)智能控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),具有多種視覺,觸覺綜合能力,甚至具有思考和創(chuàng)造想象的綜合能力。通過分別使用不同的視覺傳感器,把不同感覺器收到的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋,使得的機(jī)械手手臂具有容易感覺到的機(jī)能。第三代自動(dòng)機(jī)械臂則改為能獨(dú)立地自動(dòng)完成各種工作處理過程和其中的各種任務(wù)。智能機(jī)械臂的產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路是漫長(zhǎng)的,現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)仍然是用工業(yè)智能化技術(shù)代替非工業(yè)智能化,減少企業(yè)人力資源的大量浪費(fèi),提高工業(yè)機(jī)械化和工業(yè)自動(dòng)化的準(zhǔn)確型和實(shí)時(shí)反應(yīng)速度,現(xiàn)在的工業(yè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的改革傾向性和發(fā)展趨勢(shì)將促使其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來前景很大,發(fā)展中的實(shí)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)仍然是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一個(gè)核心組成要素,所以在國(guó)內(nèi)的技術(shù)研究領(lǐng)域是非常具有十分主要重大意義的,"2020年全球及中國(guó)機(jī)械臂行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景預(yù)測(cè)分析報(bào)告"[1]一文指出,目前的智能工業(yè)機(jī)械臂的主要定義特點(diǎn)為"其內(nèi)部操作系統(tǒng)全部是自動(dòng)控制的,可以對(duì)重復(fù)進(jìn)行編程、多工種用途,并且它可以對(duì)4個(gè)以上的傳動(dòng)軸部件進(jìn)行重復(fù)編程自動(dòng)操控。它的擺放是沒有限制的?？稍诓煌沫h(huán)境條件下分別使用"。操作者的手臂又被明確定義地稱為"手臂是一種幫助使用者的工具,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)由一系列相互連接或者者說是由相對(duì)平行滑動(dòng)的機(jī)械構(gòu)件所連接組成。通過不同的周圍環(huán)境的移動(dòng)適應(yīng)度來選擇移動(dòng)自由度，用以抓取快速移動(dòng)的物體。圖示1-1[2]是安徽理工大學(xué)李海龍和欒振輝設(shè)計(jì)的一款六軸機(jī)械臂，一共是由10個(gè)結(jié)構(gòu)組成的，圖中１為電機(jī)安裝孔，２為電機(jī)安裝機(jī)座，３為電機(jī)軸出口，４為減速器安裝孔，５為馬達(dá)剎車柱，６為馬達(dá)剎車主體，７為剎車柱通孔，８為齒輪箱，９為J1軸，10為底座。關(guān)節(jié)１在電機(jī)安裝孔１內(nèi)部配備有一個(gè)大電機(jī)，電機(jī)通過安裝在減速器安裝孔４內(nèi)部的減速器進(jìn)行初步減速之后驅(qū)動(dòng)Ｊ１軸９做圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就要求控制系統(tǒng)控制電機(jī)與J1軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而消除反作用力，使六軸機(jī)械臂運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)精確定位。圖1-1六軸機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖1-1六軸機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖1-2所示[3]下圖是云南大學(xué)田野和楊軍所設(shè)計(jì)繪制的六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)模型,六軸工業(yè)機(jī)械臂由六個(gè)縱向轉(zhuǎn)動(dòng)副連桿構(gòu)成,機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的高度分布設(shè)計(jì)方式主要是通過參考國(guó)內(nèi)現(xiàn)有成熟的六軸工業(yè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖紙模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一和四部分的六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別是高度垂直于整個(gè)地面的旋轉(zhuǎn)軸,第二、第三和第五節(jié)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都分別為高度平行于整個(gè)地面的旋轉(zhuǎn)軸,第四和第六節(jié)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別為與轉(zhuǎn)動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn)方向高度平行的旋轉(zhuǎn)軸,基本和當(dāng)前最前沿的制造方法是一致的。圖1-2六軸機(jī)械臂的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖1-2六軸機(jī)械臂的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)一般是D-H法和建模共同作用，紹興文理學(xué)院的馬宗家，石松泉設(shè)計(jì)的六自由度機(jī)械臂的建模與MATLAB仿真充分的體現(xiàn)了D-H法的重要之處，圖1-3[7]分別是實(shí)物圖和D-H法制作的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，設(shè)計(jì)是基于機(jī)械臂的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建立的十分具有代表性。圖1-4實(shí)物圖和D-H制圖法安徽科技學(xué)院戴鴻濱本文提出了通過對(duì)各種焊接運(yùn)動(dòng)變位機(jī)整體運(yùn)動(dòng)位置規(guī)劃的總體任務(wù)關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)分解[10]建立一種旋轉(zhuǎn)型和傾斜型式的焊接運(yùn)動(dòng)變向定位機(jī)可以使各個(gè)待連接焊點(diǎn)整體處于最佳方向焊接運(yùn)動(dòng)位置的總體數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型。由此,可以將其擴(kuò)展到電弧焊焊接機(jī)器人的實(shí)際工作應(yīng)用空間,并對(duì)電弧焊接的各種路徑運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的焊接運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)分析,編寫相對(duì)應(yīng)的求解程序,對(duì)空間路徑進(jìn)行模擬仿真,為弧焊機(jī)器人工作協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供了思路。由上下文的圖1-4可知[11]在美國(guó),機(jī)械臂主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部分是由動(dòng)力型的前雙臂自動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和前、下兩臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接組成。關(guān)節(jié)型相互運(yùn)動(dòng)平衡機(jī)器人以運(yùn)動(dòng)手和腕及臂部各兩個(gè)具有相鄰運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的零部件的相互運(yùn)動(dòng)應(yīng)對(duì)時(shí)的角度和方向位移來作為運(yùn)動(dòng)身體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本坐標(biāo)。動(dòng)作靈活,所需的空間占地和工作活動(dòng)空間小,工作時(shí)的活動(dòng)空間范圍大,能在狹窄的占工作活動(dòng)空間內(nèi)輕松松地饒過各種重重困難障礙物。臂部由兩個(gè)同時(shí)帶有縱向轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)同時(shí)帶有橫向移動(dòng)臂的副兩個(gè)部分連接組成。產(chǎn)生沿著軸是繞沿著手臂內(nèi)部關(guān)節(jié)關(guān)鍵軸×的一個(gè)方向直線軸的方向進(jìn)行移動(dòng),繞沿著手臂內(nèi)部基座軸和關(guān)節(jié)關(guān)鍵軸x的x和方向y的一個(gè)直線方向轉(zhuǎn)動(dòng)和軸的產(chǎn)生都是繞沿著手臂基座關(guān)節(jié)軸和基座關(guān)鍵軸z的一個(gè)直線方向擺動(dòng)。圖1-3國(guó)外機(jī)械臂的基本結(jié)構(gòu)圖1-3國(guó)外機(jī)械臂的基本結(jié)構(gòu)南京林業(yè)大學(xué)焦恩璋曾利用ADAMS軟件建立弧焊機(jī)器人系統(tǒng)模型[12]。ADAMS是機(jī)械靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)中常用來仿真的軟件。作者以位置和速度作為約束條件，規(guī)劃六軸弧焊機(jī)器人和變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并通過其運(yùn)動(dòng)路徑建立樣條函數(shù)模型，再以樣條函數(shù)模型作為仿真時(shí)機(jī)器人末端位置及姿態(tài)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了弧焊機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的過程仿真。ChoK教授基于通用六軸弧焊機(jī)器人和變位機(jī)實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)控制[15]，實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有利于實(shí)現(xiàn)最佳位置的焊接過程，提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量。六軸機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)控制，使得六軸機(jī)器人末端與焊縫的相對(duì)運(yùn)動(dòng)勻速，有利于焊接的順利完成。1.3本文研究的主要內(nèi)容通過了解機(jī)械臂的特性，將其運(yùn)用到快遞分揀的領(lǐng)域，提高人們的工作效率和工作環(huán)境，智能化是行業(yè)的必然之路，我們通過單片機(jī)做成的分揀智能系統(tǒng)結(jié)合六軸機(jī)械臂做成一套完整的快遞分揀系統(tǒng)，在其中我們需要了解機(jī)械臂的作用及其操作過程，熟知各類程序的運(yùn)用及了解這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，分為以下幾個(gè)步驟：①整體方案的設(shè)計(jì):控制系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)輸出系統(tǒng),執(zhí)行機(jī)構(gòu),傳感系統(tǒng)②執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):根據(jù)設(shè)計(jì)要求的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇符合工作要求的手部、手腕、手臂、立柱和機(jī)座。③驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì):根據(jù)參數(shù)的要求，選擇和計(jì)算伺服電機(jī)的功率，速度，扭矩，慣量。計(jì)算各自由度關(guān)節(jié)的負(fù)載匹配正確的慣量比，保證手臂運(yùn)行的穩(wěn)定性，匹配合適伺服放大器用于控制機(jī)械臂各軸的轉(zhuǎn)動(dòng);計(jì)算和分析各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選取與單片機(jī)的接線方式等。④控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì):一般是單片機(jī)的軟件編程設(shè)計(jì)，其包括單片機(jī)的型號(hào)選擇、單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)設(shè)備之間的連接以及IO口分配、控制程序的編寫和單片機(jī)的調(diào)試等工作。

第2章六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性高的六軸機(jī)械臂不僅是企業(yè)完成機(jī)械工業(yè)各項(xiàng)裝備工作的重要關(guān)鍵，在當(dāng)今的工業(yè)程度下，在很多方面都無法達(dá)到所需要求，因此，對(duì)于六軸機(jī)械臂的設(shè)計(jì)研究可以降低制造成本，加快工作效率，保證機(jī)械臂的運(yùn)行穩(wěn)定。本章將對(duì)六軸工業(yè)機(jī)械臂的三維模型制造過程進(jìn)行介紹，然后對(duì)六軸工業(yè)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真分析。2.1六軸工業(yè)機(jī)械臂桿設(shè)計(jì)要求六軸工業(yè)機(jī)械臂雖然可以通過各關(guān)節(jié)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)完成各項(xiàng)任務(wù)，加快效率，縮減搬運(yùn)預(yù)算，但是在一些黃靜復(fù)雜條件下使用的時(shí)候，六軸工業(yè)機(jī)械臂還存在絕大部分的缺陷，因此，對(duì)機(jī)械臂的各個(gè)組成部分的自由度、實(shí)用性、安全性有更高的要求。根據(jù)六軸機(jī)械臂的要求進(jìn)行計(jì)算，展開對(duì)六軸工業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，需要做到以下標(biāo)準(zhǔn)：1.機(jī)械臂的基本機(jī)臂設(shè)計(jì)需要盡量減輕整體質(zhì)量,減小整個(gè)傳動(dòng)機(jī)械臂的基本整體設(shè)計(jì)重量,保證各個(gè)機(jī)臂設(shè)計(jì)基本參數(shù)不大或低于傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)械臂的整體設(shè)計(jì)基本參數(shù);2.尺寸必須滿足實(shí)際作業(yè)質(zhì)量要求。作為機(jī)械維護(hù)以及檢修的基本要求,六軸傳動(dòng)工業(yè)機(jī)械臂的工作可達(dá)性和工作姿態(tài)空間必須要能完全自動(dòng)實(shí)現(xiàn);由于機(jī)械零部件定期更換的巨大不確定性,所以對(duì)工業(yè)機(jī)械臂的工作姿態(tài)位置有一定要求。3.結(jié)構(gòu)緊湊。六軸機(jī)械臂在正常運(yùn)行操作過程中,需要保證設(shè)備的安全性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)屬于輕巧型，需要在特定的時(shí)間做特定的事情,機(jī)械臂的各個(gè)軸要到達(dá)用戶指定的工作位置,滿足各種運(yùn)行性能要求。4.整體設(shè)計(jì)重量盡可能輕。六軸機(jī)械臂的每一個(gè)臂的整體形狀以及臂的尺寸等都要必須做到合理,保證在能夠滿足機(jī)械工作運(yùn)動(dòng)性能和機(jī)械強(qiáng)度、剛度等等要求的特殊情況下才能實(shí)現(xiàn)安全輕量化。5.工作量和使用壽命長(zhǎng),因?yàn)榱S重型專用工業(yè)機(jī)械臂工作需要同時(shí)完成的各種實(shí)際工作量在過程中都存在很多的工作技術(shù)性和不確定性,需要充分綜合考慮到六軸重型專用工業(yè)機(jī)械臂的現(xiàn)有工作系統(tǒng)安全性和現(xiàn)有工作系統(tǒng)可靠性,保證現(xiàn)有工作系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定基礎(chǔ)上,盡可能的使用可以大大延長(zhǎng)六軸重型專用工業(yè)機(jī)械臂的實(shí)際工作量和使用壽命。2.2六軸工業(yè)機(jī)械臂桿參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)需要夾取物體的大小和質(zhì)量還有不同環(huán)境的不同狀態(tài)，首先我們需要對(duì)工業(yè)機(jī)械臂的自由度進(jìn)行確認(rèn)，并在設(shè)計(jì)過程中考慮這些問題。。表1六軸工業(yè)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)行程角度表1六軸工業(yè)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)行程角度每個(gè)關(guān)節(jié)的速度設(shè)計(jì)參數(shù)為：關(guān)節(jié)１的運(yùn)動(dòng)速度為480°/s，關(guān)節(jié)２的運(yùn)動(dòng)速度為225°/s，關(guān)節(jié)３的運(yùn)動(dòng)速度為225°/s，關(guān)節(jié)４的運(yùn)動(dòng)速度為450°/s，關(guān)節(jié)５的運(yùn)動(dòng)速度為480°/s，關(guān)節(jié)６的運(yùn)動(dòng)速度為510°/s。機(jī)械臂的自由度設(shè)計(jì)是機(jī)械臂的一個(gè)十分重要的參數(shù)指標(biāo),是能夠保證其獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的重要指標(biāo)性參數(shù)。它的自由度是由其自身的結(jié)構(gòu)所決定的，并且能夠在一定條件下該表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)和功能方式。（1）剛體的自由度。它指的是剛體對(duì)坐標(biāo)軸能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的軸的數(shù)量。剛體能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的軸數(shù)如圖2-1所示，一個(gè)剛體可以擁有六個(gè)點(diǎn)的自由度。當(dāng)兩個(gè)剛體之間已經(jīng)確立了某種剛性關(guān)系時(shí),每一個(gè)剛體就對(duì)另外一個(gè)剛性整體而言失去了一些新的自由度。這種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系也認(rèn)為可以用兩剛性物體間由于同時(shí)建立了兩個(gè)連接點(diǎn)而不能進(jìn)行的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)來表示。設(shè)計(jì)控制機(jī)械臂的最大運(yùn)動(dòng)量和自由度。它主要定義指的也可能就是其兩個(gè)坐標(biāo)抓手在相對(duì)基本的兩個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上之間能夠同時(shí)進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)坐標(biāo)軸的相對(duì)受力關(guān)系數(shù)量。一般性的實(shí)際情況下,機(jī)械臂臂的結(jié)構(gòu)本身可以明確地被看作是成為它本身是由許多的大型的非剛性結(jié)構(gòu)物體所相互結(jié)合一起組成的。如果一個(gè)人的抓手位置應(yīng)當(dāng)達(dá)到能夠自由度地運(yùn)動(dòng)并能夠達(dá)到一定長(zhǎng)度空間的任意位姿,則這就必然要求一個(gè)放在機(jī)械臂上的抓手位置應(yīng)當(dāng)必須能夠達(dá)到具有六個(gè)中心點(diǎn)的一定自由度。不過,如果該第一類新型機(jī)械臂本身已經(jīng)完全具有某種特定的自由度和結(jié)構(gòu),那么該類的新型機(jī)械臂就很容易有幾率可能不會(huì)再覺得需要這些自由度。圖2-1剛體自由度圖2-1剛體自由度2.3六軸工業(yè)機(jī)槭臂的建模2.3.1基于soildworks軸工業(yè)機(jī)械臂的建模對(duì)于六軸機(jī)械臂的三維實(shí)體建模仿真，根據(jù)六軸機(jī)械臂的工作空間初步合理的設(shè)計(jì)機(jī)械臂的形狀尺寸，方便后期進(jìn)行裝配，節(jié)約時(shí)間，提高效率，確定好機(jī)械臂各個(gè)組裝零件的形狀和尺寸之后進(jìn)行草圖的繪制；然后，生成六軸機(jī)械臂的各個(gè)組成部分的零件模型，本設(shè)計(jì)采用最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)辦法：依次生成機(jī)座、連接臂、末端執(zhí)行件、電機(jī)以及其余的必要裝配組件，其中電機(jī)的位置是十分重要的，一般選用性價(jià)比最高的電機(jī)，也即是步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)先確定電機(jī)的位置是最重要也是最麻煩的，其中，部分組件如圖所示：圖2-2插口的三維模型圖2-2插口的三維模型圖2-3J2軸的基本結(jié)構(gòu)圖2-3J2軸的基本結(jié)構(gòu)2.3.2基于soildworks由工業(yè)機(jī)械臂的裝配Soildworks隨著發(fā)展越來越快的普及,采用各種soildworks三維軟件對(duì)六軸傳動(dòng)機(jī)械臂各部分裝配組件加工進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配,完成整個(gè)機(jī)械裝配體的加工設(shè)計(jì)操作裝配,在設(shè)計(jì)裝配操作過程中還需要特別注意各個(gè)裝配組件之間的相對(duì)約束連接運(yùn)動(dòng)關(guān)系,盡量減少各個(gè)裝配組件之間的相互約束運(yùn)動(dòng)關(guān)系,電機(jī)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸之間、位于電機(jī)低端面的運(yùn)動(dòng)軸與電機(jī)基座之間的設(shè)計(jì)裝配運(yùn)動(dòng)方式一般是固定的,運(yùn)動(dòng)軸之間的設(shè)計(jì)裝配運(yùn)動(dòng)方式為雙向活動(dòng)的。下圖是裝配好六軸傳動(dòng)機(jī)械臂的整個(gè)三維結(jié)構(gòu)模型，如圖2-４，2-5所示:圖2-4機(jī)械臂的總裝圖圖2-5快遞分揀線2.4機(jī)械臂的設(shè)計(jì)思路機(jī)械臂的最大夾取大小決定了操作范圍，如果機(jī)械臂是用于上下料，那么它的設(shè)計(jì)大小基于一般不超過機(jī)器的一半，如果我們按機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和形態(tài)來進(jìn)行分類，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標(biāo)型具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP），可使手部產(chǎn)生三個(gè)互相垂直的獨(dú)立位移。由于其運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且為線性的，具有定位精度高，控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但操作靈活性較差，運(yùn)動(dòng)速度低的特點(diǎn)。（2）圓柱坐標(biāo)型具有兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（PPR），手部的坐標(biāo)為(z，r，θ)。這種操作機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是所占的空間較小，工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，手部可獲得較高的速度。而缺點(diǎn)是手部外伸離中心軸愈遠(yuǎn)，其切向線位移分辨精度愈低。（3）關(guān)節(jié)型是指機(jī)械臂像人的手臂一樣，可以自由的轉(zhuǎn)向，晃動(dòng)，不會(huì)受一些事物的影響，此類機(jī)械臂精度高，靈活性強(qiáng)，適合輕量級(jí)的物體夾取，且能快速放置到各個(gè)準(zhǔn)確的位置上去。1.機(jī)械手的最大質(zhì)量快遞大件抓重驅(qū)動(dòng)能力主要是其能夠使用不同規(guī)格的基本質(zhì)量主機(jī)和夾具參數(shù),由于這些參數(shù)是直接通過采用氣動(dòng)進(jìn)行快遞抓取方式的來進(jìn)行驅(qū)動(dòng),減少了一系列的磨損，增加了夾取方位的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)是為了將快遞有效的分類且快速的提取識(shí)別,快遞的種類包括小中大三中件。2.運(yùn)動(dòng)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)是機(jī)械臂最重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)如今機(jī)械臂的使用大部分是在工廠，用于夾取較大的工業(yè)用具，此機(jī)械臂設(shè)計(jì)的初衷是質(zhì)量輕，夾取范圍大，通過結(jié)合識(shí)別功能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械臂最大轉(zhuǎn)向速度設(shè)計(jì)為。平均移動(dòng)速度為。內(nèi)存為16hz。機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中有加速夾取，減速夾取，手臂緩慢上升等過程，驅(qū)動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)會(huì)使機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)更加的簡(jiǎn)單。2.5本章小結(jié)本章對(duì)機(jī)械臂的自由度及其各種基礎(chǔ)設(shè)備的用法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)和解釋，對(duì)機(jī)械臂的型號(hào)和各類運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了基本的設(shè)計(jì)，因?yàn)楸疚牡闹饕獙?duì)象為快遞，為了解決快遞大小不同情況的問題，我們需要對(duì)機(jī)械臂的手部的夾取結(jié)構(gòu)進(jìn)行最基本的設(shè)計(jì)，夾取裝置不能僅僅是簡(jiǎn)單的固定裝置，它還需要一定的放大縮小的作用，這樣可以使夾取更加精確，六軸機(jī)械臂在目前我國(guó)工業(yè)中有著很多的運(yùn)用，覆蓋范圍廣，需求批量大，尤其對(duì)于重工業(yè)來說，機(jī)械臂的出現(xiàn)，大大減少了人力資源的浪費(fèi)，下文將對(duì)機(jī)械臂的一系列結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。第3章手部結(jié)構(gòu)及行星齒輪的選擇與校核3.1夾持式手部結(jié)構(gòu)夾持式手部結(jié)構(gòu)是機(jī)械臂的十分重要的組成部分，此處的設(shè)計(jì)決定了機(jī)械臂的工作方向和夾取物體的大小和質(zhì)量，通常來說夾持式的手臂有很多種，例如點(diǎn)取式，夾取式等，在本文中，我們優(yōu)先選取夾取式進(jìn)行制作，夾持式可以分為雙長(zhǎng)方體夾取，圓柱體夾取，快遞件一般是四邊形的形狀，根據(jù)比對(duì)，選擇長(zhǎng)方體夾取。3.1.1手指的夾持方式和選擇機(jī)械臂的夾持方式有很多種，其中常用的夾持方式主要有兩手單手一指式、多人單手雙手一指式和單人雙指多手式或雙手式等多指式:按部位分類關(guān)于手指直退推進(jìn)夾持式在一個(gè)工件的主要操作部位又大致可以細(xì)分為內(nèi)卡式(或者稱內(nèi)卡式為上漲式)和外夾式兩種:按分類手指直進(jìn)模仿型是指工人手指在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)隨手指的方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行動(dòng)作,手指直退推進(jìn)夾持可以大致細(xì)分為一或二或三支點(diǎn)移動(dòng)方向手指回旋旋轉(zhuǎn)型,二或一或三支點(diǎn)移動(dòng)方向手指回旋旋轉(zhuǎn)型和二或手指直退移動(dòng)型(或者可以簡(jiǎn)稱之為手指直退推進(jìn)型),其中以二或一或三支點(diǎn)移動(dòng)方向手指回旋旋轉(zhuǎn)型為一種基本操作夾持型式。移動(dòng)型號(hào)的機(jī)械支承應(yīng)用較少,其支承工件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大,當(dāng)這種不同移動(dòng)型號(hào)的機(jī)械支承手指主要用于直接夾持支承移動(dòng)位置直徑發(fā)生變化的各種機(jī)械零件時(shí)不僅可能會(huì)直接影響其支承工件軸心的不同移動(dòng)方向位置,能有效保護(hù)適應(yīng)不同支承移動(dòng)位置直徑的各種機(jī)械支承工件。3.1.2注意事項(xiàng)(一)手臂之間具有夾緊力正常的機(jī)械臂夾取是要求兩個(gè)相互的夾取模型是可以根據(jù)物體的大小進(jìn)行閉合變換，但是在一定情況下，如果遇到意外或者一些特定的環(huán)境，那么手臂之間的夾緊力決定了物體是不是會(huì)掉下來，如果夾緊力過小，那么物體將會(huì)脫落，造成不必要的損失。(二)保證工件準(zhǔn)確定位一般情況下，物體在夾取工件時(shí)，定位需求是由電腦進(jìn)行控制，但是我們準(zhǔn)確定位是指在人工安裝工件的時(shí)間點(diǎn)，物體能夠準(zhǔn)確的適應(yīng)其卡槽或者對(duì)應(yīng)其機(jī)械手臂中的特定位置，而不是通過選取粗糙定位。(三)手臂的材料需要一定大小的剛度手指要受到被夾持手腕工件的機(jī)械反作用力外,還需要受到其他機(jī)械手在人體運(yùn)動(dòng)夾持過程中所直接產(chǎn)生的機(jī)械慣性作用力和機(jī)械振動(dòng)的雙重影響,要求它具有一個(gè)足夠的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和機(jī)械剛度才可以防工件折斷或彎曲導(dǎo)致變形,當(dāng)用時(shí)應(yīng)盡量做到使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,自重輕,并盡量使機(jī)械手部的運(yùn)動(dòng)中心在夾持手腕的運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)角和軸線上,以使夾持手腕的運(yùn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)矩和力矩最小限度為佳。3.2氣缸的選型氣缸屬于標(biāo)準(zhǔn)件，在正常情況下，氣缸會(huì)根據(jù)被夾取物件的質(zhì)量進(jìn)行選擇，本設(shè)計(jì)的假設(shè)質(zhì)量為2kg，現(xiàn)在令其所受重力為20N，正常的摩擦系數(shù)為，物體的摩擦力大小，氣缸的的工作壓力為。（3-1）（3-2）式子中的D為氣缸的直徑，d為活塞桿的直徑，為氣缸的工作壓力，p為氣缸中的工作壓力，通過計(jì)算得到氣缸得直徑要求： （3-3）本設(shè)計(jì)所選用的氣缸為氣缸內(nèi)徑為20mm，活塞桿得直徑為50mm。3.3行星齒輪的強(qiáng)度計(jì)算3.3.1行星輪系的類型選擇行星輪系是當(dāng)前復(fù)雜機(jī)械設(shè)備中運(yùn)用最多的齒輪設(shè)備，行星輪系的類型十分的多，在相同的速比和載荷的條件下，采用不同類型可以使輪系的外輪廓尺寸，質(zhì)量和效率相差很多，我們應(yīng)當(dāng)考慮輪系的型號(hào)和尺寸，一般情況下，我們會(huì)在軟件中選擇好行星輪系的大小，選擇輪系時(shí)，首先要考慮的是是否能滿足所需要的傳動(dòng)比，正常需要的機(jī)構(gòu)滿足的傳動(dòng)比是不一定能夠滿足設(shè)計(jì)要求的，我們用軟件就可以縮減這一步，輸入功率為1kw時(shí)，轉(zhuǎn)速是60rpm，傳動(dòng)效率為0.97，輸出的轉(zhuǎn)速為12rpm，輸出的扭矩為772N·M，根據(jù)行星輪數(shù)為3，太陽(yáng)輪齒數(shù)為19，我們可以計(jì)算出傳動(dòng)比，（3-4）(3-5)計(jì)算出實(shí)際傳動(dòng)比i=5.053，傳動(dòng)比誤差為1.05%.為使各行星輪能均布地裝配，行星輪的個(gè)數(shù)與各輪齒數(shù)之間必須滿足一定的關(guān)系，否則將會(huì)因行星輪與太陽(yáng)輪輪齒的干涉而不能裝配。由于其滿足同心的條件，即：(3-6)即計(jì)算出實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速11.9N·m,實(shí)際輸出扭矩780N·m,觀察上表我們能發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)輪系如果要滿足均布安裝條件的化，兩個(gè)太陽(yáng)輪的齒數(shù)和（)應(yīng)能被行星輪個(gè)數(shù)k整除。滿足同心條件的前提是，基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一條直線上，模數(shù)為提前設(shè)定的m=1000，所以根據(jù)上述的條件，可以計(jì)算出中心距為53.8。上述條件為我們計(jì)算提前做好了準(zhǔn)備，根據(jù)公式3-7[18]所示計(jì)算，（3-7）(3-8)(3-9)聯(lián)立并求解下列三式：實(shí)際接觸應(yīng)力的大小為2908N,太陽(yáng)輪的彎曲應(yīng)力為1659N,行星輪的彎曲應(yīng)力為1555N，許用接觸應(yīng)力為1481N，太陽(yáng)輪許用彎曲應(yīng)力為687N,行星輪許用彎曲應(yīng)力為520N，通過上述計(jì)算，我們最終行星輪的設(shè)計(jì)圖像，如下圖3-3所示：圖3-3行星齒輪的設(shè)計(jì)圖樣3.4.2行星輪系的效率在各種機(jī)械中存在著許許多多的輪系，但是決定總機(jī)械的效率的是這些輪系的效率，起著決定性的意義，在這么多的輪系中，定軸輪系效率的計(jì)算是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的，但是此類輪系只適合極端簡(jiǎn)單的工程機(jī)械，根據(jù)機(jī)械效率的定義，對(duì)于機(jī)械這個(gè)大體來說（包括所有機(jī)械設(shè)備），令其輸入功率，輸出功率，和摩擦損失功率分別為,(3-10)對(duì)于一個(gè)機(jī)械設(shè)備來說，通常會(huì)告訴我們輸出和輸入功率中的任意一個(gè)，所以通過這個(gè)我們可以計(jì)算出機(jī)械的效率。機(jī)械中的摩擦損失功率主要取決于各個(gè)運(yùn)動(dòng)副中的作用力，運(yùn)動(dòng)副元素間的摩擦因數(shù)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的大小。而行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系和原行星輪系的上述參量除因構(gòu)件回轉(zhuǎn)的離心慣性力有所不同外，其余的均不會(huì)發(fā)生改變，以本文設(shè)計(jì)的輪系來說，設(shè)某個(gè)齒輪為被動(dòng)齒輪，作用在齒輪上的轉(zhuǎn)矩為M，齒輪的功率為（3-11）轉(zhuǎn)化輪系所傳遞的功率為（3-12）由于之間的誤差不算十分的巨大，一般我們是將其作為絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，但是在不同情況下，其值大小有正有負(fù)，主要是取決于是主動(dòng)輪系還是被動(dòng)輪系，但是這兩者都會(huì)存在一定的誤差結(jié)果，在固定的情況下，選擇的情況也是有所不同的，所以我們?cè)谔囟ǖ那樾蜗?，也選擇不一樣的計(jì)算方式。3.4本章小結(jié)本章通過舉例計(jì)算出了機(jī)械臂氣缸的選取和行星輪系的計(jì)算和驗(yàn)證，因?yàn)闅飧滓话闶菍儆跇?biāo)準(zhǔn)件中的一種，故在計(jì)算過程中，只要根據(jù)所需要的數(shù)據(jù)將它進(jìn)行選型和最大強(qiáng)度比較，只要在強(qiáng)度的范圍值之內(nèi)，我們都是可以將其作為備用的氣缸，而行星輪系是機(jī)械臂中的核心結(jié)構(gòu)，它是機(jī)械臂的中樞命脈，通常情況下，我們要計(jì)算其主要的強(qiáng)度，在用電腦軟件制作的行星輪系的一系列數(shù)據(jù)中，從給定的數(shù)據(jù)中，，可以計(jì)算得到最大的齒輪系強(qiáng)度，通過強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比還可以計(jì)算出齒輪系的效率是怎樣的，通常情況下，齒輪的配合公差是在一定接受范圍內(nèi)的。

第4章快遞分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1自動(dòng)分揀系統(tǒng)的概述1.不受人員，時(shí)間，天氣等外界因素的干擾，采用自動(dòng)作業(yè)的方式，連續(xù)運(yùn)行，可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不停的進(jìn)行分揀，極大的降低了人工的工作強(qiáng)度，不會(huì)因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間的累積造成人工的疲勞和分揀的精度。2.分揀準(zhǔn)確率極高。人工分揀主要是通過校對(duì)條形碼來分辨不同貨物。自動(dòng)分揀系統(tǒng)采用圖像識(shí)別的技術(shù)，自動(dòng)的將貨物上所印刷的條形碼與服務(wù)器中記錄的條形碼進(jìn)行比對(duì)，來分辨貨物，已達(dá)到精確分揀。除非條形碼在運(yùn)送過程中出現(xiàn)破損或是印刷不清，基本上不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。3.減輕工作人員的工作強(qiáng)度和壓力。在自動(dòng)分揀系統(tǒng)工作的同時(shí)，只需要少量的工作人員在一旁進(jìn)行管理，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)停止系統(tǒng)并排除錯(cuò)誤即可，極大的提高了工作效率。4.節(jié)約了人工成本。人工分揀因?yàn)槿瞬荒鼙３珠L(zhǎng)時(shí)間的工作，同時(shí)需要很多人一起分揀才能在單位時(shí)間內(nèi)分揀出更多的貨物，人工在高強(qiáng)度工作下分揀150件，自動(dòng)分揀裝置可以做到一小時(shí)分揀5000件，極大的減少了人工成本。5.靈活性高，通過對(duì)程序的編寫，可以使系統(tǒng)對(duì)不同物體和圖案進(jìn)行分揀，不單單局限于某一樣固定的特征。4.2快遞分揀系統(tǒng)控制硬件單片機(jī)部分4.2.1單片機(jī)的選取和要求單片機(jī)本文選用的是以51單片機(jī)為主體的機(jī)構(gòu)，其中TCS3200芯片作為顏色識(shí)別的核心，TCS3200采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器；其余16個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光輻射的不均勻性，從而增加顏色識(shí)別的精確度。從圖4-1可知：當(dāng)入射光投射到TCS3200上時(shí)，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波，不同的顏色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；模塊工作時(shí)，通過兩個(gè)可編程的引腳來動(dòng)態(tài)選擇所需要的濾波器，該傳感器的典型輸出頻率范圍從2Hz－500kHz，用戶還可以通過兩個(gè)可編程引腳來選擇100％、20％或2％的輸出比例因子?，F(xiàn)在基本的顏色識(shí)別芯片的基本式樣，中間是一個(gè)TCS3200芯片，通過周邊的4個(gè)白熾燈進(jìn)行照明，然后讀取顏色的不同濾波來完成識(shí)別。圖4-1顏色識(shí)別單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖4-1顏色識(shí)別單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4.2.2識(shí)別顏色的原理TCS3200每次使用顏色識(shí)別的時(shí)候外界的光源條件都不相同，因此如果達(dá)到較好的使用效果，每次使用之前需要用白紙進(jìn)行白平衡校準(zhǔn)，這樣工作起來更加方便。經(jīng)過資料可知TCS3200的工作原理是輸出方波的頻率，來判斷顏色信號(hào)的強(qiáng)弱，通常說在所有人眼中看到的一個(gè)有色物體上都沒有任何顏色,實(shí)際上它只是一個(gè)無色物體在其顏色表面上的表層當(dāng)中吸收了一些陽(yáng)光從而照射到它上面的白光(可見光和日光)有著輻射光線中的一部分這些有關(guān)顏色光的無關(guān)成分,而對(duì)于有著反射光線所發(fā)出的另一部分有色光則同樣有著這些無關(guān)顏色光在其他同類人眼中的不同折射率和反應(yīng)。顏色識(shí)別芯片是無法識(shí)別混合色的，在它讀取的過程中，要確保顏色的純潔性，一般來說，黑色是混合色，黑色是由多種顏色一起混合在一起，它是無法準(zhǔn)確讀取到顏色的信息，識(shí)別紅黃藍(lán)三種三原色是當(dāng)今的主流，所以在設(shè)計(jì)中，我們將快件的大小用三原色進(jìn)行對(duì)應(yīng)，這樣使用起來是十分方便快捷的。圖4-2顏色識(shí)別系統(tǒng)的原理圖4.3復(fù)位電路復(fù)位電路就是一種常見的電子功能設(shè)備，主要用來讓電路恢復(fù)其初始狀態(tài)，和計(jì)算器上清零按鈕的作用一樣，回到原始狀態(tài)重新進(jìn)行計(jì)算，和復(fù)位的功能是異曲同工的。在上電的瞬間提供一個(gè)與正常工作狀態(tài)下相反的電平。一般利用電容電壓不能突變的原理,將電容與電阻串聯(lián),上電時(shí)刻,電容沒有充電,兩端電壓為零,此時(shí),提供復(fù)位脈沖,電源不斷的給電容充電,直至電容兩端電壓為電源電壓,電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。手動(dòng)按鍵復(fù)位手動(dòng)按鍵復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般在出現(xiàn)意外狀況時(shí)，緊急制動(dòng)，人在S1處施加一個(gè)壓力，進(jìn)行按鍵復(fù)位，按鍵復(fù)位一般用在簡(jiǎn)單的工程工業(yè)儀器之中，需要人為進(jìn)行控制和輸入，人為加入高電平后，電壓突然上升，使復(fù)位電路直接恢復(fù)其原始狀態(tài)，直接完成復(fù)位工作。人的反應(yīng)能力是小于0.5s足以完成這一些列操作。圖4-3按鍵復(fù)位圖4-4上電復(fù)位電路圖4-5復(fù)位電路(2)上電復(fù)位上述加速充電電容復(fù)位的主要原理工作過程原理復(fù)位過程主要原理是在所有電容正常加速?gòu)?fù)位充電時(shí),\o" at89c51供應(yīng)商/pdf中文資料"at89c51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于51型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1μF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容施加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。如上圖所示，即為上電復(fù)位電路。4.4晶振電路晶振電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接入到晶振的兩端，另一個(gè)電容則接地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的電容量就等于負(fù)載電容。晶振電路一般屬于保護(hù)電路，通過放大器的作用將電路進(jìn)行放大。晶振電路一般是維持電路的穩(wěn)定性，由于石英具有十分穩(wěn)定的化學(xué)和物理性質(zhì)，用在晶振電路中，可以擁有非常穩(wěn)定的頻率性和抗外界干擾能力。圖4-6晶振電路圖示4.5TCS3200顏色傳感器與單片機(jī)的接口電路在本文的電路設(shè)計(jì)中,顏色燈光亮度測(cè)量傳感器電路中的TCS3200主要與整個(gè)數(shù)控單片機(jī)的一個(gè)電路開關(guān)p1口和一個(gè)開關(guān)p3口電路進(jìn)行相互連接。p1口主要就是準(zhǔn)雙向自動(dòng)進(jìn)出口和準(zhǔn)i/o口。p1口的主要送出輸入端和主要輸出特性與它的外接p0口和它本身作為一種屬于通用型的外接i/o口似的主要輸出特性一樣;但是當(dāng)我們使用它的p1口和它作為主要輸出端的時(shí)候它仍然可以只需要提供一個(gè)外接電流電路控制器的負(fù)載,可能需要直接使用一個(gè)外接電阻芯片上用于高壓整流器的電阻。p1口令器通常能同時(shí)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)4個(gè)人的口令TTL。圖4-7TCS3200單片機(jī)的接口電路顏色傳感器TCS3200的一個(gè)片選輸入端口使用p10(oe)直接進(jìn)行連接輸入到一個(gè)P1.0口。濾波選擇端口S2和S3分別連接至單片機(jī)的其他位置。4.6本章小結(jié)本文的設(shè)計(jì)從TCS3200芯片的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和其可以使用的不同區(qū)域?yàn)槭?結(jié)合51單片機(jī),成功的識(shí)別了不同的顏色成分。敘述了各種相應(yīng)的相關(guān)硬件測(cè)試設(shè)計(jì)操作電路、軟件操作流程示意圖和硬件測(cè)試操作程序、電路軟件具有設(shè)計(jì)成本低、測(cè)量準(zhǔn)和速度快、精確高等幾大特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于各種對(duì)那些需要對(duì)應(yīng)熒光色譜的成分材料進(jìn)行光色測(cè)量、分析和光色識(shí)別的化工行業(yè)。本燈光系統(tǒng)管理軟件主要功能包括:快遞分揀功能，復(fù)位電路，晶振電路，快遞分揀是基于其顏色識(shí)別的作用，復(fù)位電路是基于保護(hù)單片機(jī)的作用，則晶振電路是為了保證電路的穩(wěn)定性。

26421第5章仿真與調(diào)試機(jī)械臂的夾取是通過調(diào)整機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行的，下圖所示的幾種的運(yùn)行角度是調(diào)整的準(zhǔn)備工作，此機(jī)械臂是可以通過在不同環(huán)境下進(jìn)行模擬的，快遞具有不同的型號(hào)規(guī)格，我們需要進(jìn)行分類，可分為大中小三類，機(jī)械臂的六自由度臂通過不同的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作，我們?cè)谲浖羞M(jìn)行了一系列的模擬仿真，在本章中我們會(huì)對(duì)它進(jìn)行說明，仿真的第一步是對(duì)實(shí)物進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)試，如圖5-1所示，我們將參數(shù)設(shè)計(jì)成210°，60°，180°，此時(shí)機(jī)械臂的手部部分的角度是向上抬起的，而當(dāng)角度確定為90°，110°，160°時(shí)，此時(shí)的機(jī)械臂轉(zhuǎn)向是指向右方的，如下圖5-2所示，圖5-1機(jī)械臂向上90°圖5-1機(jī)械臂向上90°的形態(tài) 圖5-2機(jī)械臂橫擺的形態(tài)在前期準(zhǔn)備工作完畢后，我們開始進(jìn)行夾取過程，初始的時(shí)候機(jī)械臂為靜止?fàn)顟B(tài)，臂和物是分離狀態(tài)，如下圖所示，機(jī)械臂和物體都是不動(dòng)的，當(dāng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械臂夾取好物體，通過識(shí)別定位好的位置，直接達(dá)到放置效果，本文將在下文中用圖片進(jìn)行展示。圖5-3機(jī)械臂的臂物分離狀態(tài)圖5-4機(jī)械臂的夾取階段 圖5-5機(jī)械臂夾取完之后的放置第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)現(xiàn)在的市場(chǎng)上，用于快遞分揀的機(jī)械臂是非常的少的，并沒有將兩者非常有效的結(jié)合，一種原因是這種設(shè)備和識(shí)別功能的結(jié)合是十分價(jià)值昂貴的，一般的中小菜鳥驛站是沒有能力承受這樣的設(shè)備，因此，我們通過設(shè)計(jì)較為便宜的識(shí)別系統(tǒng)，來讓設(shè)備更加的有效，為此，本文提出一種通過機(jī)械臂和單片機(jī)結(jié)合的策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，來降低成本和提高工作效率，本文的研究方面有以下幾種：本文的研究對(duì)象就是基礎(chǔ)的工業(yè)機(jī)械臂，相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，通過六自由度進(jìn)行不同角度的轉(zhuǎn)向，來夾取物件，但是需要在3維軟件上進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)與仿真。在模型建造的同時(shí)，機(jī)械臂的核心部分的氣缸選擇同樣也是十分重要的，