点胶机控制系统设计毕业设计论文

全套设计CAD图纸加194535455--点胶机控制系统设计摘要随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。人工点胶因其劳动量大、工作效率低、劳动成本高等问题，被机械化自动点胶逐步取代是一个趋势。本文通过调研点胶机厂家生产实际，国内外研究现状及相关文献，确定了以直线三坐标式机器人为机械本体，单片机为控制系统核心的通用型自动点胶机。本文通过运用机电一体化、机器人技术、机械设计等理论知识，对硬件结构进行选型，为控制系统软件设计提供了基础。点胶机控制系统软件设计方面，本文针对圆形或带有圆角的方形包装盒的点胶问题，在查阅大量相关文献并搜集多方面资料的情况下，设计了基于逐点比较法的插补方法，实现了基于单片机控制器的直线插补和圆弧插补，从而准确点胶出圆形轨迹和带有倒圆角的方形轨迹。并在此基础上搭配了工业相机，运用Harris角点检测算法进行图像处理，有效的解决了纸盒包装在传输带运行过程中出现的位置误差以及在线无夹具点胶，使流水线无人点胶作业成为可能。最后搭建了点胶机实验平台，通过点胶轨迹模拟验证了本文所提出插补算法和图像处理算法的可行性，其点胶精度和运行速度达到了本文设计的基本要求，并取得了比较满意的结果。所设计装置能够代替人工操作，提高工作效率，具备应用于工业生产中的潜力。关键词点胶机器人；单片机；插补原理；图像处理DesignofDispenserControlSystemAbstractWiththeimprovementoflivingstandards,productpackaginglookmoreandmorepeople'sattention.Cartonpackagingbecauseofitslowcost,beautifulappearancehasalargemarketshareintermsofproductpackaging.Artificialdispensingitslaborintensive,lowefficiency,highcostoflabor,aregraduallyreplacingthemechanizedautomateddispensingisatrend.Inthispaper,theactualproductionthroughresearchdispensermanufacturers,currentresearchandliterature,inordertodeterminethelinearcoordinaterobotmechanicalbodymicrocontrollertocontrolthecoreofthesystemofuniversalautomaticdispenser.Byusingthetheoryofknowledgemechatronics,robotics,mechanicaldesign,hardwarearchitectureselection,thecontrolsystemsoftwareprovidesthefoundationdesign.Underthedispensercontrolsystemsoftwaredesign,thispapercircularordispensingproblemssquarewithroundedcornersofthebox,checkingalargenumberofrelevantliteratureandcollectawiderangeofinformation,thedesignbasedoninterpolationpointbypointcomparisonfillmethodtoachievelinearandcircularinterpolationbasedonsingle-chipcontrollertoaccuratelydispenseacircletrackandsquarewithroundedtracks.Andonthisbasis,withtheindustrialcamerausingHarriscornerdetectionalgorithmforimageprocessing,aneffectivesolutiontothecartonconveyorbeltoccurduringoperationofthepositionerrorandnofixtureDispensingline,sonoonedispensinglinejobpossible.Finallydispenserbuiltexperimentplatform,trackbydispensingsimulationverifythefeasibilityoftheinterpolationalgorithmandimageprocessingalgorithmspresentedinthispaper,thedispensingaccuracyandspeedtoachievethebasicrequirementsofthisdesign,andachievedsatisfactorytheresultof.Thedesignofthedevicecanreplacemanualoperations,improveworkefficiency,hasthepotentialtobeappliedinindustrialproduction.KeywordsDispensingrobot,singlechipmicrocomputer,interpolationalgorithm,imageprocessing目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANIITOC\o"1-3"\u第1章绪论 11.1课题背景 11.2课题研究的目的和意义 11.3点胶机器人发展现状及分类 21.3.1点胶机器人国内外发展现状 21.3.2点胶机器人的分类 31.4课题研究的主要内容 41.5本章小结 5第2章点胶机控制硬件设计 62.1点胶机系统的基本要求 62.2结构部件的选择 62.2.1传动方式的选择 62.2.2驱动方式的选择 72.2.3导向支承部件的选择 82.2.4传感器选型 92.3控制电路核心器件选型 102.3.1主控芯片模块 102.3.2存储模块EEPROM 122.3.3键盘模块及显示模块 132.4本章小结 14第3章点胶机控制系统软件设计 163.1控制系统软件整体方案设计 163.2各模块软件设计 183.2.1单片机芯片控制软件设计 183.2.2键盘控制软件设计 213.2.3显示模块软件设计 213.2.4I2C通信及EEPROM软件设计 233.3自动点胶插补算法 253.3.1直线插补 253.3.2圆弧插补 303.4图像处理及参数提取 353.4.1图像处理流程方案设计 353.4.2图像处理算法设计 363.5本章小结 39第4章点胶机实验平台功能测试 404.1点胶机实验平台搭建 404.2点胶机实验平台测试 434.3本章小结 44结论 45致谢 46参考文献 47附录 49绪论课题背景随着中国制造2025的提出，中国开始迈进制造业强国的步伐，而强大的制造业背后的技术支撑就是工业机器人。它集成了机械、计算机、电子、传感器、控制、人工智能等多学科结合为一体的现代化智能装备[1]。由于具有可编程、通用性、可控性等多种特点，而广泛应用于各个行业领域，主要包括汽车、交通、医药、工程机械、电器、军工等。在不同的个行业里扮演的角色也各不同，比如点胶、弧焊、搬运、抛光、检测、切割等[2]。由此可见，在制造业的发展中，工业机器人起到了不可估量的作用。课题研究的目的和意义随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。在纸盒包装制作的过程中要将纸盒侧壁与底面粘贴起来，但纸盒包装的形状变化多，切尺寸较大，如图1-1所示，这就给点胶工作带来了很大的苦难。（a）正六方形（b）方形（c）圆形图1-1纸盒包装目前主要用的点胶方式有人工点胶和自动点胶两种：手动点胶（图1-2）是由操作者手拿点胶装备对电子产品及包装盒进行点胶，该方法使用简单，成本低，但是点胶不均匀、效率低下且浪费胶水，后期还需要人工清理，从而增加了劳动成本；全自动点胶机（图1-3），自动点胶是利用自动点胶机设备，自动控制胶水的注滴量按预定的轨迹进行点胶。优点是点胶均匀，提高了点胶效率，目前市场产品很多，但尺寸均较小。图1-2手动点胶机图1-3全自动点胶机可以看出人工方式在连续成行点胶时难以保证其精度，效率非常低，一般只用于逐个点的点胶，而且劳动力较大。点胶剂大多对人体身体健康有害。而全自动点胶机虽然解决人工点胶的缺点，但是一般用于电路板或一些小饰件的点胶，尺寸较小，且不易控制运行轨迹。本毕业设计的点胶机控制系统，基于龙门式直角坐标机械本体，可以用控制器完成圆形、多边形等各种形状的点胶，且可以适应倒角，空走等要求。系统具有尺寸大，适应性强，成本合理，以流水线方式运行等优点，大大提高了纸盒包装的生产效率和质量，降低企业用工成本。点胶机器人发展现状及分类点胶机器人国内外发展现状点胶机器人主要起源于美国和欧洲，近年来随着日本电子行业的快速发展，对点胶机的需求量也越来越大，因此也促进日本点胶机厂家快速起步发展。在这个过程中，点胶机器人也由最初的简单机械式点胶机发展到现在的点胶工作站，其在对产品点胶的质量、经济效益及生产的管理方面都有了显著的提高。早在1978年，公司搭建出一种用于点胶的简单机械机构[3]。紧接着瑞士的ABB公司、日本FANUC、等，都推出了他们的点胶机器人产品，虽然起步较晚，但是他们的发展速度让人惊叹不已，短短的几年内就已经成为了机器人大国。现在下一步发展方向是往低成本、高速化、小型和轻量化发展[4]。虽然技术已经相当成熟，但设备价格昂贵、技术路线封锁。目前国内点胶机发展水平相对于国外差别很大，国内主要对点胶机器人研究的机构有：哈尔滨工业大学机器人研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、、苏州卓亚德机器人科技有限公司、常州铭赛机器人科技股份有限公司等，这些公司有的自主研发了较为简单的点胶机控制系统。中国的工业经济快速发展，也吸引着大批台湾企业、日本企业、美国企业等企业在中国建立分公司。也加快了国内公司对点胶机技术的快速研发，提高国内的竞争力。点胶机器人的分类点胶机器人按其结构可分为以下三种[5]：直角坐标式点胶机器如图1-4所示，这种点胶机器人只有三个移动关节，而且每个关节轴线都相互垂直。这种形式的主要特点是结构刚度高、结构简单易搭建；控制简单，点胶空间只需要转化成笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴，定位精度高。缺点是占地面积大，操作灵活性差。图1-4直角坐标式点胶机SCARA点胶机器人如图1-6所示，SCARA点胶机器人具有三个旋转关节和一个移动关节，其中移动关节在垂直平面进行上下运动，而旋转关节都绕竖直的轴线进行旋转，因此只能在平面内进行定向和定位。优点是结构轻便、响应快，缺点是灵活性差。图1-6SCARA点胶机器人关节式点胶机器人如图1-7所示，关节式点胶机器人的形状有点类似人类的手臂，具有六个自由度，能以任意一个方向运动。优点是占操作较灵活、地面积小，缺点是很难获得高精度运动。图1-7关节式点胶机器人课题研究的主要内容开发出一台能够进行轨迹点胶控制系统的点胶机器人，代替人工操作。该控制系统由硬件和软件组成。具体工作方式是由电机带动传送带把需要进行点胶的电子产品送到点胶机器人下方，点胶机器人具有三个自由度，只要提前输入所需路径，点胶机器人就能自动进行定位并开始对产品进行点胶，而且还搭配了工业相机和上位机，运用图像处理有效地解决了纸盒包装或者电子产品在传输带运送过程中出现的位置误差以及未知的形状尺寸，能够准确点胶。点胶机器人应具有全自动运行、适应性强、运行平稳、成本低等优点。具体的研究内容包括：1．首先要调研大量的国内外研究状况以及相关的参考文献，对目前研究状况进行总结，最终确定本课题研究内容为基于直线三坐标式点胶机控制系统。2．设计合理的机械装置，如传送装置、驱动方式等，完成产品的运输和点胶。还要设计控制和驱动电路，利用stc89c52单片机为控制核心器件，控制步进电机，来完成和驱动相应动作。3．研究控制胶枪移动的插补算法，实现直线插补轨迹和圆弧插补轨迹，并将算法转化为c语言程序。并利用工业相机和上位机，设计图像处理算法去解决纸盒包装或者电子产品在传输带运送过程中出现的位置误差以及未知的形状尺寸，能够准确点胶。4．搭建点胶实验平台，验证本文提出的插补算法和图像处理算法。本章小结本章主要对课题研究进行了国内外研究及相关文献的分析，阐述了研究本课题的目的及意义，并且对相关的点胶机器人进行分类及总结。最终确定本课题是设计并开发基于直线三坐标式点胶机控制系统。点胶机控制硬件设计点胶机系统的基本要求设计点胶控制系统的首要任务是设计基于机械本体所要完成的动作，因此要先确定点胶机器人的结构。本课题针对纸盒包装的生产工序确定龙门式直角坐标机器人结构，再根据完成任务要求所给出各轴的工件负载、运动行程、速度、加速度，动作周期来选直线运动单元的型号，支承部件、所配驱动电机、传送带等。如下图2-1是点胶机器人结构简体图。图2-1点胶机器人结构简体图根据包装盒尺寸要求确定X轴和Y轴的最大行程为500mm,最大载荷为10kg，运行速度为100mm/s，而Z轴的行程为200mm,Z轴最大的载荷为1kg,运行速度为50mm/s，定位精度为0.2mm。胶枪装置固定在Z轴上，随着Z轴电机的转动做垂直上下运动。包装盒放在传送带且随着传送带运行到点胶平面范围中，触发外信号从而控制三轴的电机做出相应的动作，将会按照之前输入的尺寸自动对其进行点胶模拟。结构部件的选择传动方式的选择传动装置是将动力源所提供的动力和功率传递到执行机构的装置[6,7]。常用的传动方式主要有丝杠传动、齿轮齿条传动、带传动和链条传动，其传动方式的特点如表2-1所示[8]。表2-1传动机构特性本文所设计的点胶机控制系统是基于直线三坐标式点胶机构而运行，根据点胶机功能要求和运行性能指标，最终确定选用丝杠传动。根据点胶机所完成的任务，本文X轴和Y轴选用了型号为1605滚珠丝杠螺母机构，该丝杠直径为16mm，导程为5mm，如图2-2（a）所示。Z轴选用了T型滑动丝杠螺母机构，该丝杠直径为8mm，导程为2mm，如图2-2（b）所示。经过实验验证满足了点胶机的性能指标要求。（a）滚珠丝杠螺母机构（b）滑动丝杠螺母机构图2-2丝杠传动副驱动方式的选择驱动源是点胶系统中最重要的部分，为点胶机提供了动力，使传动系统进行传动，进而驱动点胶装置运动。为了保证点胶机运动的平稳性、安全性以及合理的结构方式等，对驱动源提出了更高的要求。通过对点胶机所执行的任务进行分析，本文才能确定最佳的驱动方式。机器人最常见的驱动方式有液压式、电动式和气动式[9]。由于本文所设计的点胶控制系统是基于直线三坐标式机械本体结构，需要点胶的轨迹是不同的包装盒形状尺寸，意味着设计的程序也相当复杂。因此根据可控性、安全性、可靠性以及成本等多种因素，最终确定为电机驱动的步进伺服电机，主要的驱动方式特点如表2-2所示[10]。表2-2驱动方式特性电机驱动根据X、Y和Z轴的负载及运行功率，X轴和Y轴选用了日本SERVO厂家KH56KM型号的57步进电机，Z轴选用了欧邦电器公司57BYGH003型号的步进电机。57步进电机型号如图2-3所示。（a）KH56KM型号（b）57BYGH003型号图2-357步进电机导向支承部件的选择导向支承部件除了起到承载作用，还能够按指定的运动规律和规定的运动方向作直线或回转方向[6]。该支承部件主要有承导件和运动件两大部分组成，因此通常也称为导轨副，简称导轨。本文设计要求点胶机运行平稳、安全性高、结构合理和运动为直线运动，因此最终确定导轨类型为滚动轴承导轨。滚动轴承导轨是由欧标铝型材、光轴、U槽型滚轮和滑块组成，如图2-4所示。该导轨不但符合了本文设计要求，而且对温度变化不敏感和承载能力较大，缺点是结构工艺性较差、成本较高。图2-4滚动轴承导轨传感器选型传感器是一种能够将检测到的各种物理信号转换成电信号的器件[11]。根据传感器的输出信号可分为数字型、模拟型和开关型，其中开关型也叫作二值型又可分为接触型和非接触型，开关型工作原理如图2-5所示。图2-5开关型传感器的工作原理根据点胶控制系统要求最终确定常开型接近开关传感器，如图2-6所示。该传感器特点如下：1．接近开关传感器供电为5V。2．待机功耗及工作时功耗均小于8-10MA。3．响频快，有高强的输出换算能力，且误差率极低。4．寿命长，体积小，安装方便。5．输出为电平信号，接近开关信号线能直接接单片机的I/O口或者晶体管及TTL.MOS等逻辑电路接口。图2-6NPN常开型接近开关该接近开关传感器共有3条引线，分别是供电线的棕色线和兰色线。及信号输出线的黑色线。接近开关的引线定义，棕色线是接电源的正极，其电压为5V，兰色线是接电源的负极，黑色线为信号输出线，此线可直接接单片机的I/O口。接近开关在待机时，信号线输出为高电平也就是数字1，此时单片机的I/O口为数字1。接近开关在检测到金属时输出为低电平也就是数字0。能过高低电平的转换信号变化使单片机完成相应动作，其接线图如2-7所示。图2-7接近开关接线图控制电路核心器件选型主控芯片模块本文点胶机控制任务是需要操作人员对主控芯片输入工作坐标，进而控制各轴电机的运行。在运行过程中不但要读取操作人员输入的坐标，还要把各个坐标位置都寄存在存储器中。除此之外还需要有中断功能、定时器产生波特率、掉电后中断可唤醒功能等。因此根据以上的要求和成本最终确定选择STC89C52RC/RD+系列单片机作为主控芯片。STC89C52是一种自带RAM和Flash内存的可编程可檫除只读存储器的低电压、高性能的微处理器，俗称单片机[12]，如图2-8所示。图2-8STC89C52芯片单片机在工作中要不断的扫描内部程序并执行，在执行任务时都是需要时钟电路进行驱动才能完成任务。如果没有时钟电路，就无法启动单片机去执行任务。它是单片机的心脏。本文采用的时钟电路如图2-9所示。图2-9时钟电路单片机在工作过程中由于容易受到外界的干扰而造成内部寄存器中的数据产生混乱，从而不能进行正常工作这也是所谓的死机现象，因此需要复位功能使程序重新开始运行，复位又可分为软件复位和硬件复位，根据本文设计的任务以及工作场合，确定选用硬件复位，其设计的按键电平复位如图2-10所示。该单片机芯片外部接上时钟电路、复位电路和电源就构成了一个基本应用系统，即单片机最小系统。如图2-11所示。图2-10按键复位电路图2-11单片机最小系统存储模块EEPROM在单片机工作中，会把工作人员输入的坐标记录到某个变量中，这些变量数据存在RAM中，在掉电后RAM中的数据是无法保留的。这时再次上电这个变量就会自动清零，就不能执行原来的任务。需要重新回零点再次输入坐标点。这样工作效率大大降低，而且原来点胶的包装盒也会浪费掉。因此需要设计出单片机掉电后数据不会丢失的硬件电路，从而上电后继续执行原来的任务。这种实现方式就是通过写入EEPROM的方式来实现。EEPROM即它是一种通过高电压来进行反复擦写的存储器。具有掉电数据不丢失的特点。比如常用的24C系列，93C系列的器件，这种器件与单片机之间需要采用I2C通信协议才能进行通讯[13]。根据本文控制系统要求性能，选择了AT24C02芯片，如图2-12所示。图2-12AT24C02芯片键盘模块及显示模块在对点胶机器人进行操作时，需要通过外部矩阵键盘来操作点胶机的任务，比如任务的启动、停止、运动轨迹选择等功能。当然也需要提供实时显示运动状态、坐标位置、所设参数等，所以点胶机控制系统需要键盘模块和显示模块。键盘功能除了要实现0~9数字输入功能还要实现点胶任务中的直线插补功能、圆弧插补功能、快速点定位功能、倒圆角功能等。其键盘硬件连接图如2-13所示。图2-13矩阵键盘连接图在点胶控制系统运行中，要时刻知道系统的运行状态以及参数的变化，以便于参数的修改和工作任务的选择，这就要求控制系统必须有显示模块。根据本文设计的控制系统任务要求选择了LCD1602显示器，它能够同时显示，满足了本文设计的使用性能。其模块如图2-14所示。图2-14LCD1602模块一般来说LCD1602有16条引脚，每个引脚的定义也不同。在控制该模块时，需要对模块引脚的定义进行详细了解，以方便于单片机控制该模块实时显示控制系统的状态及参数。其引脚定义如表2-3所示。表2-3LCD1602引脚定义1VSS9D22VDD10D33V011D44RS12D55RW13D66E14D77D015A8D116KLCD1602的基本操作时序可分为以下四种：1．读状态输入：。输出：D0—D7为状态字。2．读数据输入：。输出：D0—D7为数据。3．写指令输入：。输出：无。4．写数据输入：。输出：无。本章小结点胶机控制系统硬件在整个点胶控制系统中占有重要作用，为点胶机控制系统运行提供了硬件基础，也是验证本文所设计控制系统的可行性和稳定性。本章主要对点胶机的传动方式、驱动方式、导向支承部件、传感器、主控芯片模块、存储模块、键盘模块、显示模块等进行选型，为下一章控制系统软件设计提供了基础。点胶机控制系统软件设计控制系统软件整体方案设计控制器是点胶机的核心，主要是来控制点胶机三个直线轴之间的相互协调运动。主要有快速点定位控制、两轴之间的插补运动以及三轴之间的联合运动等，所以对本文所设计的控制器提出了更高的要求。此外，本文还需要对该控制器输入点胶轨迹的数据，因此要求点胶机控制器具有良好的数据存储能力和运算能力。该系统的输入和输出也是很要重要的一部分，特别是对传感器检测信号的输入及步进电机的输出，这就要求该控制系统满足快速性以及良好抵抗外界的干扰能力。为了满足这些要求，除了提高硬件的稳定性，还要有更好的控制算法。上一章主要对硬件进行详细的分析及选型，也是为本章对控制软件设计提供了基础。本文设计的点胶任务是操作者通过矩阵键盘输入需要进行点胶模拟的物品的尺寸，输入的数据可以通过LCD1602显示屏显示，按下点胶键，点胶模拟装置即可自动进行点胶轨迹模拟。其控制系统如图3-1所示。图3-1点胶机控制系统当开机时，三坐标机械手将会对模拟点胶针当前所在位置进行检查，若没有处于零点位置就会自动回零，回归到零点位置后，由操作人员通过矩阵键盘对单片机输入尺寸，传送带就会将产品或包装盒精确的传送至模拟点胶针下，之后操作人员再次输入需要点胶模拟的产品或包装盒的尺寸，按下点胶键，单片机即可驱动步进电机进行转动，进而带动滚珠丝杠进行传动，实现对产品或包装盒的点胶轨迹模拟，当模拟完成后，传送带会将点胶模拟完成的产品或包装盒送至下一加工地点并将下一件需要包装的产品或者包装盒传送至模拟针头下，三坐标机械手将会按照之前输入的尺寸自动对其进行点胶模拟，其点胶模拟工作流程图3-2所示。图3-2点胶模拟流程点胶机控制系统在获得点胶轨迹的数据之后，就需要控制点胶机的各轴按照点胶轨迹进行点胶即可。自动点胶机对控制系统要求主要包括以下内容：1．整个点胶控制系统应该实现自动点胶机的各轴运动控制。主要包括各个轴之间的插补运动及运动参数的显示，点胶模块的启动、停止等。2．整个控制系统应该包括相应的传感器，当开机时点胶机能够自动进行回零动作，提高位置的精确性。3．整个控制系统应能够实现手动和自动控制，通过人机界面的运动状态操作矩阵键盘来实现手动和自动控制的切换。各模块软件设计单片机芯片控制软件设计本课题控制系统是采用STC89C52RC单片机作为主控芯片，根据点胶机控制任务，要对单片机I/O进行分配，从而完成不同的任务，其I/O分配如表3-1所示。表3-1单片机I/O引脚定义I/O定义I/O定义I/O定义P0^0LCD0数据端口P1^0X轴电机控制转动P3^0第一行矩阵键盘P0^1LCD1数据端口P1^1X轴电机转动方向P3^1第二行矩阵键盘P0^2LCD2数据端口P1^2Y轴电机控制转动P3^2第三行矩阵键盘P0^3LCD3数据端口P1^3Y轴电机转动方向P3^3第四行矩阵键盘P0^4LCD4数据端口P1^4Z轴电机控制转动P3^4第一列矩阵键盘P0^5LCD5数据端口P1^5Z轴电机转动方向P3^5第二列矩阵键盘P0^6LCD6数据端口P1^6传送带电机传动P3^6第三列矩阵键盘P0^7LCD7数据端口P1^7传送带电机传动方向P3^7第四列矩阵键盘P2^0LCD使能端口P2^2LCD命令数据端口P2^4Y轴传感器P2^1LCD读写端口P2^3X轴传感器P2^5工业相机触发单片机定义完各个引脚之后，还要定义各种标识符、数据类型和数组，声明需要调用的函数等。然后单片机开始运行时进入到主函数，首先要初始化定时器、LCD1602液晶显示屏和电机引脚，读取寄存器的数据并转换成相应的字符显示在LCD1602上。然后调用按键驱动函数并启动定时器T1，执行按键扫描，本文设计的按键功能有0~9数字输入、更换输入键、快速点定位、走方形轨迹、走圆形轨迹、走方形带有圆角的轨迹及回零操作等。通过矩阵键盘首先输入X、Y、Z和R值，然后选择需要点胶的轨迹模式，进而启动定时器T0，产生周期为150微秒的脉冲驱动电机转动。其工作流程图如3-2所示。现在本文对单片机主函数程序所完成的任务进行详细介绍，首先要配置两个定时器，定时器函数是用来按键扫描的。定时器函数是用来产生驱动电机的脉冲，而且定时器T1时间周期是1毫秒，而定时器T0时间周期是150微秒。然后还要定义一些重要的函数，如液晶初始化函数、按键扫描函数、按键驱动函数、externbitI2CWrite(unsignedchardat)I2C总线写操作函数等。定义函数完之后立即启动定时器T1，每隔1毫秒就要刷新一次，检测是否有按键输入，因此T1中断服务函数函数里必须调用按键函数，以保证每次产生中断都要扫描是否有按键输入。其程序如下：voidInterruptTimer1()interrupt3{ TH1=T0RH;TL1=T0RL; KeyScan();}图3-2单片机工作流程当检测到有按键输入的时候，根据按键的定义来实现指定的功能，比如0~9数字输入、更换输入键、快速点定位、走方形轨迹、走圆形轨迹、走方形带有圆角的轨迹及回零等。单片机固件程序通常是单线程无线循环结构，这样的程序循环很难完成多任务要求，而要想用一个单片机控制多个步进电机，就需要同时输出多路脉冲信号。本文采用了一种通过定时器生成多路步进电机脉冲信号的算法。假设本文要实现走方形轨迹路线，这时需要确认模式1按键，便启动定时器T0，每隔150微妙产生中断，每次中断产出一个脉冲[14]。其程序如下：voidInterruptTimer0()interrupt1{ TH0=0x0FF; TL0=0x76; if(Xflag==0) { xt++; Xzhuan=~Xzhuan; } elseXzhuan=1; if(Yflag==0) { yt++; Yzhuan=~Yzhuan; } elseYzhuan=1; if(Zflag==0) { zt++; Zzhuan=~Zzhuan; } elseZzhuan=1;}本文选用的步进电机步距角为1.8°，而滚珠丝杠导程是5mm，即步进电机转一圈，滚珠丝杠传动距离为5mm。如果驱动器不采用细分，则定时器要产生200个脉冲。若是采用8细分，则就需要产生1600个脉冲步进电机转一圈，本文设计的X轴、Y轴和Z轴的驱动器为16细分。由于单片机的控制性能要求，本文设计的插补精度为1mm，即滚珠丝杠传动1mm需要产生640个脉冲，而T型丝杠传动1mm则需要产生3200个脉冲。在执行轨迹点胶完之后，LCD1602自动显示该点胶针管所处的位置坐标。本文设定X轴的行程和Y轴的行程形成一个平面坐标系，即500×500二维坐标系，精度为1mm。键盘控制软件设计矩阵键盘检测方法和独立键盘检测方法是类似的，主要是判断该键盘是否被按键，如果被摁下其对应的单片机I/O检测到的是低电平，反之则是高电平。根据本文设计的任务，选择了4行4列的矩阵键盘。其检测方法是先把某一行设为低电平，其他行都是高电平，然后依次扫描每列键盘电平的高低，当设为低电平的那行其中一个键被按下时，就会检测到某列的I/O为低电平，这时确定了行数和列数就确定了其中的按键。举个例子，根据本文矩阵键盘连接图可知，P3^0~P3^3代表矩阵键盘4行，P3^4~P3^7代表矩阵键盘4列。假设第3行为低电平，其余行为高电平，当按下第3行第1个键时，单片机I/O的P3^4~P3^7检测到的值为0111，实现数字7功能；若按下第2个键时，单片机检测的值为1011，实现数字8功能；若按下第3个键时，单片机检测的值为1101，实现数字9功能；若按下第4个键时，单片机检测的值为1110，实现执行方形轨迹功能。同样道理，设第1行为低电平，其余行为高电平，然后依次检测每列电平高低，从而实现相应的功能。由于需要循环扫描键盘，因此设定了定时器T1以检测哪个按键按下。只要有一个按键按下，则立马跳出循环扫描函数，实现相应的功能。一般情况下是没有同时按下两个键，如果存在同时按下两个键，则读取数值也有先后顺序，读到的数值是首先按下的第一个键。在设计矩阵键盘程序时，首先要定义4行4列数组即按键编号到标准键盘键码的映射表。实现其相应的功能，其程序如下：unsignedcharcodeKeyjianpan[4][4]={ {'0','1','2','3'},//数字键0、数字键1、数字键2、数字键3 {'4','5','6',0x26},//数字键4、数字键5、数字键6、执行键 {'7','8','9',0x28},//数字键7、数字键8、数字键9、执行方形轨迹 {0x25,0x1B,0x0D,0x27}//执行点定位键、回零键、执行倒圆角方形轨迹键、执行圆形轨迹键};显示模块软件设计在点胶机执行任务中，要求时刻观察该控制系统的运行状态以及参数的变化，以便于参数的修改和工作任务的选择。本文所选择的LCD1602模块是一种慢显示器件，因此当液晶显示模块显示内容时，首先要检测忙标志位的状态，如果处于低电平状态则表示不忙，若处于高电平状态则不能执行指令。然后再输入需要显示指定内容的地址，图3-3是LCD1602显示模块的内部显示地址。图3-3LCD1602内部显示地址本文对LCD1602初始化过程是先延时一段时间，建议延时5ms。然后进行写指令操作，注意在写指令的过程中不需要检测忙信号。在延时一段时间写指令延时一段时间写指令，一共三个过程，在这些过程中均不需要检测忙信号。此后每次写指令、读写操作就需要检测忙信号，首先调用函数完成写指令显示模式设置和显示关闭功能；调用函数完成显示开及光标关闭功能；要完成写指令显示文字不动而光标自动移动功能，需要调用函数；要完成写指令显示清屏功能调用函数。实行完这些操作步骤之后就能显示本文所设计的内容，其流程图如图3-4所示。本文设计的LCD1602显示的内容第一行是X的坐标和Y的没坐标，第二行是Z的坐标以及半径R，每个坐标都显示三位数。图3-4LCD1602初始化过程I2C通信及EEPROM软件设计I2C总线（InterICBus）由PHILIPS公司推出的通信协议，现在是微电子领域内广泛使用的通信协议。该总线通信电路主要是由数据线和时钟线组成的，具有通信效率高、接口线少和控制方式简单的特点[15]。每个并联在总线的器件都有自己唯一的地址，当给该器件发送数据时，首先要发送地址寻找该器件，当该器件收到后进行应答，表示寻找的器件是对的，然后开始发送数据。而本文需要用到EEPROM模块，则需要利用I2C总线通信协议，如图3-5所示。图3-5I2C总线数据传输I2C总线主要工作方式有两种，即主从工作方式和多主工作方式。而本文设计的主要是主从方式，本文设计点胶机控制系统中只有单片机是主器件，EEPROMAT24C02模块是从器件。在单片机进行I2C总线通信时，需要写出几个很重要的函数程序，在模拟的时候只需要调用这些函数即可，例如产生I2C总线写操作函数（其中dat为待写入字节，返回值从机应答位的值）、I2C总线读操作（发送应答信号，返回值读到的字节）、产生总线启动信号函数、产生总线停止信号函数、I2C总线读操作函数（发送非应答信号，返回值读到的字节）等。下面需要详细说一下函数程序，总线产生启动信号前提条件是必须把数据线和时钟线都拉成高电平，然后延时一段时间把数据线拉低，再延时一段时间把时钟线拉低，便产生启动信号。停止信号首先保证时钟线和数据线都是低电平，然后延时一段时间先拉高时钟线，再延时一段时间拉高数据线产生上升沿，便产生了停止信号。写操作是要从高位到低位依次进行一共8位，在写的过程把其中一位输出到数据线上，然后延时一段时间拉高时钟线接着延时一段时间再拉低时钟线完成一个周期，这样一位一位的把8位数据逐渐发送过去，发送完之后便检测从器件的回答，如果检测到的值为1则说明发送成功，如果检测到的值为0则说明发送失败，便重新再发送一次。写操作过程也是相似过程，本文不再讲述。其总线基本流程如图3-6所示。图3-6I2C总线流程在点胶控制系统中由于突然断电，就导致了单片机内部数据丢失，再次上电就不执行原来的任务，从而使点胶未完成的包装盒白白浪费。因此需要有掉电数据保存功能，这样再次上电即可从原来的地方继续执行点胶任务。根据本文设计任务选择了EEPROMAT24C02芯片。EEPROMAT24C02芯片工作流程图如3-7所示。图3-7AT24C02EEPROM存储流程本文采用了页写入方式是按页写模式连续写入字节，首先要在首个地址开始写，每写完一个字节，地址自动加1，然后判断地址是否已经到达边界，因为AT24C02芯片每页是8个字节，若到达页边界时，则跳出循环，结束本次写操作，总线产生停止信号。自动点胶插补算法自动点胶机不仅可以提高点胶的质量而且还提高了点胶效率，点胶过程中在保证点胶尺寸的前提下要求点胶速度运行平稳，点胶精度较高，因此需要利用数控机床上的插补算法。插补算法又分为直线插补和圆弧插补[16]。许多的包装外形尺寸都是有直线和圆弧组成，而点胶机则利用插补算法来完成预定的轨迹，进而完成了点胶。根据本文完成点胶的任务，选择了逐点比较法即基准脉冲插补算法，满足了其点胶精度。直线插补逐点比较法的原理是先假设往X轴走一步即1mm，则该点的实际位置与点胶轨迹中所给定的点通过偏差函数计算之间的误差来决定下一步的插补方向，来逐渐逼近点胶的轨迹。偏差判别、坐标进给、偏差函数的计算和终点判别是完成直线插补的四个循环步骤，而偏差函数计算是插补循环非常关键的一步[17]。现在本文假设是在第一象限内点胶一个直线线段OA，取该直线的起点为平面坐标系下的原点即为0点，直线的终点为输入的坐标值即,点为点胶轨迹的其中一个点，如图3-8所示。若该点在直线段OA上，则方程可表示为：（3-1）（3-2）现定义该点的偏差判别函数为：（3-3）若，则表明点在OA直线上；若，则表明点在OA直线的上方，即处；若，则表明点在OA直线的下方，即处。由此可得出其插补原理是从直线的起点开始计算，首先要进行偏差判别，若偏差时，则沿着X轴的正方向走一步，之后要进行下一步的偏差计算；若偏差时，则沿着Y轴的正方向走一步，之后进行下一步的偏差计算；当两轴走的步数分别和终点坐标相等时，则插补结束。图3-8第一象限直线插补在插补过程中要时刻计算偏差，若按式（3-3）计算偏差，就要进行两次乘法和一次减法，就会增加计算的麻烦性，因此本文需要对公式进行下一步的简化。本文假设点胶点正处于点，当时，表示点正好在直线上或者在直线上方，则应沿着X轴的正方向走一步，该点的坐标值就会发生变化，其坐标值为：（3-4）将式（3-4）代入式（3-3）则该点的偏差为：（3-5）若点胶点正处于点，当时，表示点正好在直线OA下方，即为处，则应沿着Y轴的正方向走一步，其该点的坐标值为：（3-6）将式（3-6）代入式（3-3）则该点的偏差为：（3-7）由式（3-5）和（3-7）可知，其简化后的偏差函数公式中只进行一次加法或者减法运算，本步的偏差值是由上一步的偏差值和进给后的坐标值进行相加或者相减得到，大大提高了运算速度。需要注意的是点胶的起点便是直线段的起点即原点，即偏差。逐点比较法插补流程的最后环节就是终点判别[18]。其中常用的判别方法主要以下三种：1．需要两个计数器，即和两个计数器。在点胶开始前，首先要把点胶轨迹的终点坐标值即X值和Y值分别赋予和，每进行一次插补，则相应的或计数器都要减去1，当这两个计数器减后的值和点胶轨迹的起点坐标值相等，则直线插补结束。若该直线的起点坐标为零点，在插补过程，当这两个计数器的值变为零时，插补则结束。2．只需要一个终点计数器，把终点坐标值和起点坐标值相减然后得到的X值和Y值相加存储到该计数器中即。每进行一次坐标进给，则计数器就减1，直到减为零，点胶结束。3．只需要一个计数器，把进给步数较多的坐标值赋予给计数器，则相应的坐标进给一步，计数器就减1。减到为零，插补则结束。根据本文的控制任务及程序的简洁性和运算性，选择了第二种方法。本文设计控制点胶针管进行直线插补过程是先判断点胶针管和给定点胶轨迹的偏差值，根据偏差值控制相应坐标轴的电机，发出脉冲使电机带动滚珠丝杠进给一步，从而靠近点胶轨迹。当进给完之后，相应的坐标点值就发生了改变，则需要利用偏差函数计算新的偏差值，接着进行终点判别，若达到终点，即插补结束，否则重复以上过程，其插补过程如图3-9所示。图3-9逐点比较法直线插补流程现在本文需要在第一象限内需要插补直线OB，终点坐标B（5,3），则直线插补算法过程如表3-2所示，其插补轨迹图如图3-10所示。表3-2直线插补过程012345678图3-10直线插补轨迹由上图可知，是对第一象限进行的直线插补，而其他象限插补过程原理与第一象限是相似的[19]。因此根据插补原理推导出其他象限插补流程，如图3-11和表3-3所示。图3-11偏差符号与进给方向的关系表3-3不同象限的偏差函数计算及进给方向一、四一、二二、三三、四本文设计的不同象限的插补流程图如3-12所示。图3-12各象限直线插补流程根据表3-3设计在四个象限内进行直线插补程序，首先要进行象限函数判断，判断终点坐标位于哪个象限，然后取坐标的绝对值进行相加，将得到的值赋值给终点判别标志位Nxy，根据象限判断函数的标志位是否为第一象限或者第四象限，若是则使X轴正方向进给一步，若不是则使X轴反方向进给一步。当Flag_1小于零的时候，根据象限判断函数的标志位是否为第一象限或者第二象限，若是则使Y轴正方向进给一步，若不是则使Y轴反方向进给一步。在进给完之后，然后再进行偏差计算得到新的偏差值，而终点判别标志位Nxy要减一，并判断该标志位是否等于零，若是为零结束插补，否则重复上述过程。圆弧插补对于圆弧插补本文假设点胶轨迹是逆圆弧，如图3-13所示，设点胶点为，该点距离圆弧的圆心坐标距离为，因此可以通过比较圆弧半径和距离的大小来判断点胶的误差。通过图3-13逆圆弧可知：（3-8）因此可定义偏差函数公式为：（3-9）通过偏差判别式（3-9）可知，若，则点胶点位于理想点胶轨迹圆弧即点；若，则点胶点位于圆弧之外即点；若，则点胶点位于圆弧之内即点。图3-13第一象限逆圆圆弧插补由此可得出在第一象限内圆弧插补的原理是从圆弧的起点开始出发，首先要进行偏差判别，若偏差时，则沿着X轴的负方向进给一步，之后进行下一步的偏差计算；若偏差时，则沿着Y轴的正方向进给一步，之后进行下一步的偏差计算；如此逐渐逼近圆弧，当到达圆弧终点时，则插补结束。由式（3-9）可知，要进行平方加减计算，因此需要对该式进行简化。本文假设点胶点正处于点，当时，表示点正好在圆弧上或者在圆弧外侧，则应沿着X轴的负方向走一步，其坐标值为：（3-10）将式（3-10）代入式（3-9）则该点的偏差为：（3-11）若点胶点正处于点，当时，表示点正好在圆弧下方，即为处，则应沿着Y轴的正方向走一步，其该点的坐标值为：（3-12）将式（3-12）代入式（3-9）则该点的偏差为：（3-13）由式（3-11）和（3-13）可知，其简化后的偏差函数公式中只进行一次加法或者减法运算，只要知道上一步的偏差大小和坐标值便可求出这步新的偏差值。需要注意的是该圆弧插补是逆圆插补，而点胶起点的偏差值为。本文设计的圆弧插补流程图如图3-14所示。图3-14逐点比较法圆弧插补流程由式（3-11）和式（3-12）可知，圆弧插补的偏差计算只需要知道上一步的偏差值和本步的坐标值，即可求出新的偏差值，这就意味着每进行一次插补，都要进行坐标计算，而直线插补在计算偏差值只需要上一步的偏差值和终点坐标值即可，因此圆弧插补的过程要比直线插补多一个环节。现在本文需要详细介绍在第一象限内逆圆插补圆弧的过程，起点坐标E（4，0），终点坐标F（0,4），则圆弧插补算法过程如表3-4所示，其插补轨迹图如图3-15所示。表3-4圆弧插补过程12345678图3-15逆圆圆弧插补轨迹本文前面主要介绍了第一象限内逆圆圆弧插补的过程，圆弧插补除了有逆圆圆弧插补，还有顺圆圆弧插补[20]。在实际插补过程中这两种插补情况会同时存在，因此下面介绍一下在第一象限内的顺圆圆弧插补流程。本文假设在第一象限内有个顺圆圆弧，该圆弧的起点坐标为，终点坐标为，而且起点坐标和终点坐标都是已知的，该圆弧的圆心位于平面坐标系的原点，如图3-16所示。假设点处于点，当时，表示点在圆弧上或者在圆弧外侧，则应沿着Y轴的负方向走一步，则该点的坐标值和新的偏差为：（3-14）若点胶点正处于点，当时，表示点正好在圆弧下方，即为处，则应沿着X轴的正方向走一步，其该点的坐标值和偏差为：（3-13）图3-16第一象限顺圆圆弧插补本文通过第一象限的圆弧插补流程，可推算出其他象限的圆弧插补，如图3-17所示。图3-17四个象限的圆弧插补由上图可知和分别表示圆弧插补的顺圆圆弧和逆圆圆弧，而则分别表示各象限的顺圆圆弧和逆圆圆弧。和是关于X轴对称，和是关于Y轴对称。因此四个象限圆弧插补计算如表3-5所示。表3-5不同象限圆弧插补过程根据表3-5设计圆弧插补程序，本文详细介绍顺圆插补程序流程。当单片机开机运行时，首先将起点坐标值分别存储两个变量和中，将终点坐标X值和起点坐标X值差的绝对值加上终点坐标Y值和起点坐标Y值差的绝对值后赋值于终点判别变量。接着利用偏差函数判别式得出结果是否大于等于零，若是在进行象限判断，判断是在第几个象限。若是在第一象限则调用沿着Y轴负方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要减1；若是在第二象限则调用沿着X轴正方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要减1；若是在第三象限则调用沿着Y轴正方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要减1；若是在第四象限则调用沿着X轴负方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要减1。如果是小于零，则还是进行象限判断，若是在第一象限则调用沿着X轴正方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要加1；若是在第二象限则调用沿着Y轴正方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要加1；若是在第三象限则调用沿着X轴负方向进给一步的函数程序，然后进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要加1；若是在第四象限则调用沿着Y轴负方向进给一步的函数程序，然后利用偏差判别公式进行偏差计算，将得到的结果重新赋值给，而变量要加1。在进给完之后进行终点判别，若终点判别变量等于零，则顺圆圆弧插补程序结束，反之继续上述过程。图像处理及参数提取图像处理流程方案设计在点胶过程中，由于定位方式单一，甚至无定位装置，就很难保证包装纸盒在传输带上运行中的位置精度，这就增加了点胶误差及点胶失误，造成不必要的浪费。针对此问题，本文选用工业相机进行图像处理来提取包装盒的此时位置，从而准确控制点胶装置进行点胶，大大提高了点胶质量及点胶效率。根据点胶机运动装置及执行机构，设计了基于机器视觉的点胶机控制系统结构，如图3-18所示。图3-18机器视觉结构图在点胶机控制系统基础上又添加了工业相机和工业计算机，其工作流程是通过矩阵键盘选择图像处理点胶任务，当传输带把包装纸盒运行到摄像头所拍照的区域，然后低电平触发相机对包装纸盒进行拍照，将拍照到的图片发送到工业计算机，运用图像处理算法对图像进行处理和分析，将处理后的得到的参数通过UART串口通讯发送至下位机控制单元，从而进行控制点胶机器人执行机构，进行相应的点胶，其工作流程如图3-19所示。图3-19点胶机图像控制流程图像处理算法设计根据上文所设计的方案，要对获取的图片进行处理，然后得到本文想要的特征点，进而通过UART串口通信发送到下位机控制单元，执行相应的轨迹点胶。若要提高点胶质量及精度，就对图像处理算法提出了很高的要求，因此本文选用Harris角点检测算法，提取角点坐标值，从而进行点胶[21]。图像处理流程一般分为图像预处理、图像边缘检测和特征值提取三个过程，根据本文所设计的点胶任务以及所检测到的纸盒包装外形，详细图像处理流程如图3-20所示[22]。本文所用的工业相机拍照的图片是彩色照片，若要提取想要的特征值，而无关的信息全部去掉，就要进行灰度处理，即把三通道的彩色图像转化为单通道的灰度图像。该灰度图片所显示的是单色光看到的颜色，其亮度强度各不相同[23]。本文运用matlab工具，调用灰度图像处理函数，即将拍照后的彩色照片转化成灰度图片，得到的结果如图3-21所示。图3-20图像处理算法流程图3-21灰度处理后的图片在进行角点检测时，首先要建立一个高斯窗口在灰度化处理后的图片进行移动，该高斯窗口就是高斯平滑滤波器，它主要的作用就是用来消除图片中的突兀点，从而避免这些点对角点提取产生干扰，因此也提高了角点坐标值的准确性。如图3-22是高斯滤波器处理后的图片，由图可以看出经过滤波之后，图片看起来有点模糊，但不影响下一步的角点检测。图3-22高斯滤波后的图片经过高斯滤波器之后，下一步进行角点检测，获取矩形的四个角点坐标值。本文选用的是Harris角点检测算法，该算法思想是建立一个微小的矩形窗口，在处理后的图片进行窗口移动，然后计算移动后小窗口内的灰度平均值与移动前的小窗口内的灰度平均值进行比较，若变化值大于设定的数值，即该小窗口内有角点，也是本文所提取的角点坐标。若图像区域里的灰度值恒定，没有角点，则往任何方向移动，其灰度值都不会有任何大的变化；若图像区域有一条直线，则窗口只有沿着直线的方向移动，其灰度值无任何变化，但沿着直线垂直的方向移动会有很大的变化；若微小窗口内包含一个点或者是角点，则窗口无论往哪个方向移动，其窗口内的灰度值都会发生很大的变化。因此根据此思想，编写出算法函数，如图3-23是本文运用的Harris角点检测算法检测到的角点。图3-23Harris算法检测到的角点为了验证实际点胶轨迹和纸盒包装形状是否相似，把提取到的边缘角点坐标往里收缩一定的距离，从而进行点胶，将得到的点胶轨迹与纸盒包装外形进行比较，可判断其效果。如图3-24所示，是用记号笔代替点胶装置模拟出相应的轨迹，由于记号笔装置没固定，导致模拟的轨迹有点偏差，但整体效果还是符合要求的。图3-24点胶轨迹模拟图本章小结本章内容主要包括控制系统软件整体方案设计、单片机芯片控制软件设计、显示模块软件设计、键盘控制软件设计、I2C通信及EEPROM软件设计和自动点胶插补算法的实现，重点介绍了点胶机器人的插补算法，该插补算法分为直线插补和圆弧插补，还分别介绍了不同象限的插补流程，最后介绍了图像处理及参数提取，有效的解决了纸盒包装在传输带运行过程中出现的位置误差以及未知的形状尺寸的边界提取，为下章实体验证提供了理论基础。点胶机实验平台功能测试点胶机实验平台搭建点胶机实验平台是为验证本文设计的点胶机控制系统的基本功能和原理而搭建，该平台初步实现了对由传送带输送的包装盒，三坐标机械手进行点胶模拟的生产流水线的控制。还实现了对圆形以及带圆角的方形物体的点胶轨迹模拟，而且还搭配了工业相机进行图像处理，有效的解决了纸盒包装在传输带运行过程中出现的位置误差以及未知的纸盒形状尺寸，其搭建平台如图4-1所示。图4-1点胶机实验平台该平台整体框架采用欧标铝型材搭建，其强度、重量适中，符合实验要求，如图4-2所示。图4-2点胶机实验平台后端传动方面采用57步进电机，通过传动比为1:2的同步带，带动大带轮将扭矩输送到主轴上驱动传送带运动，如图4-3所示。图4-3点胶机实验平台传送带驱动部分本文选用的是工业相机，对包装盒进行拍照，然后传送至上位机进行图像处理，将处理后的结果发送到下位机，从而执行相应的动作，解决了包装盒传送至点胶模拟位置时出现的位置偏差以及未知的形状尺寸。如图4-4所示。图4-4点胶机实验平台工业相机装置在三坐标机械手的起点位置，安装了接近开关传感器，主要作用是确定平面坐标系的零点位置（即原点）。当开机运行时，首先判断三坐标机械手的位置，若不在原点，则要进行回零操作，在回零的过程中，当X轴和Y轴先后碰到接近开关传感器，就触发信号使步进电机停止转动，如图4-5、4-6所示。图4-5X轴接近开关传感器图4-6Y轴接近开关传感器由于时间限制本文选用记号笔代替点胶装置，进行点胶模拟，主要验证本文采用的插补算法，也取得了不错的效果，如图4-7所示。图4-7点胶装置开机后，三坐标机械手先复位，然后将包装盒运动至点胶模拟位置，之后操作人员可以通过矩阵键盘输入尺寸，模拟点胶针便移动至包装盒正上方，对包装盒进行点胶模拟，点胶完成后传送带将点胶模拟完成的包装盒传送到下一个流水线，而未进行点胶模拟的包装盒将会移动到点胶模拟位置再次进行点胶模拟。如果出现包装盒在运动过程中位置发生了变化或者包装盒的形状尺寸未知，便利用工业相机对包装盒进行拍照，将拍照到的图片传送至上位机进行图像处理，处理后的结果发送到下位机控制单元，进而控制点胶模拟运动，点胶出其包装盒的外观形状轨迹。其平台运行如图4-8所示。图4-8点胶模拟装置实验平台运行图点胶机实验平台测试本文在搭建的点胶机实验平台上进行点胶模拟测试，主要模拟的轨迹有方形、圆形、带有倒圆角的方形等。其点胶模拟结果如图4-9所示。图4-9点胶机实验平台模拟结果点胶机在点胶圆形轨迹时，需要操作人员通过矩阵键盘输入点胶圆形的圆心坐标及半径值，然后按下相应轨迹模式确认键便调用圆弧插补函数程序，驱动步进电机画出圆形。而带有圆角的方形轨迹则需要输入方形的长、宽以及倒圆角的半径值，按下相应轨迹模式确认键便可调用直线插补函数和圆弧插补函数程序，驱动电机画出带有圆角的方形轨迹。由图4-9可知，其点胶模拟精度符合本文的要求，能够代替人工点胶，具备应用于工业生产中的潜力。本章小结本章主要内容包括本章简单介绍了点胶机实验平台，该平台的搭建实现了点胶控制平台的基本功能，通过点胶轨迹模拟验证了本文所提出的插补算法和图像处理算法的原理及方法，并取得了比较满意的结果，能够代替人工操作，大大提高了工作效率，说明该方法具有一定的应用价值，并具备应用于工业生产中的潜力。结论随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。再加上机器人技术的高速发展，因此企业正在逐步实现自动化生产和加工。而人工点胶因其劳动量大、工作效率低、劳动成本高、用工荒等系列问题而被自动点胶机逐步取代。本文通过调研点胶机厂家生产实际和国内外研究及相关文献的分析，建立了基于直线三坐标式机器人为机械本体，开发以单片机STC89C52为主控核心控制系统的通用型自动点胶机。本文根据点胶控制任务，主要做了以下几个方面的工作：1．通过调研大量的国内外研究状况以及相关的参考文献分析，初步了解到自动点胶机的发展状况，根据其纸盒包装生产流水线和点胶机厂家生产实际的情况，提出了基于直线三坐标式机器人为机械本体，开发了以单片机STC89C52为主控核心控制系统的通用型自动点胶机的可行性和必要性。2．通过机电一体化、机器人技术、单片机原理及应用技术、机械设计理论等，对点胶机的传动方式、驱动方式、导向支承部件、传感器、主控芯片模块、键盘模块、显示模块等进行选型，为点胶机控制系统软件设计提供了基础。3．根据硬件的性能和点胶任务进行控制软件设计，提出了基于逐点比较法的插补方法，实现了基于单片机的直线插补和圆弧插补，从而准确点胶出圆形轨迹和带有倒圆角的方形轨迹。其点胶精度和速度达到了本文设计的基本要求。4．由于纸盒包装在传输带运送过程中无法保证其位置精度，而且纸盒外形尺寸未知，因此利用工业相机运用图像处理提出了基于Harris角点检测算法，从而准确点胶出其纸盒外观形状。5．搭建了点胶机实验平台，通过点胶轨迹模拟验证了本文所提出的插补算法和图像处理算法的原理及方法，并取得了比较满意的结果，能够代替人工操作，大大提高了工作效率，并具备应用于工业生产中的潜力。本文虽然对点胶机控制系统设计取得了一定成果，但是由于时间有限，没有添加点胶装置，只用记号笔代替了点胶装置，因此还需要对点胶胶水工艺进行下一步的优化，此外也要对插补算法进行下一步的优化。致谢在论文完成之际，真心感谢在论文写作及实验平台搭建过程中帮助、支持过我的人。首先要感谢的是张中然老师，本文是在他的热情关怀下和精心指导下完成的，在整个毕业设计的过程中张中然老师对我付出大量的心血。在这短短的四个月来，张中然老师用那严谨的治学态度和身先士卒的工作精神，让我很钦佩。在我遇到困难时，是张老师不断的鼓励我支持我，使我一步一步的走过来，取得了现在的成果，我也继续发扬吃苦耐劳的精神。同时还要感谢机械视觉实验室方辉、任彬、高翔、冯彪、高松等同学的热心帮助，以及本专业同学刘士伟、李锦明、隋真真等同学的热心支持。他们在实验平台的搭建和调试过程中给予了很大帮助。感谢我的家人和我的女朋友，无论在什么环境下，你们始终给我最大的关爱，也是我一直勇往向前的动力。感谢所有关心和帮助过我的老师及学长，没有你们的帮助，我可能永远也不会进步，谢谢！参考文献徐方．工业机器人产业现状与发展[J]．机器人技术与应用，2007(5)：2-4.皎丽丽．工业机器人“潜力”无限[J]．中国信息界e制造，2013(7)：22-35．MandevilleD．ImproveYourDispensingProcesswithRoboticDispensingAutomation[J]．Assembly，2014，30(3)：34-35.毕胜．国内外工业机器人的发展现状[J]．机械工程师，2008(7)：162-165.熊有伦．机器人技术基础[M]．武汉：华中理工大学出版社，1996：6-8.张建民．机电一体化系统设计[M]．北京：北京理工大学出版社，1996：112-120.林述温．机电装备设计[M]．北京：机械工业出版社，2002：58-60.刘俊涛．浅谈机械传动的特点及其应用[J]．中国机械，2013(7)：257-257.王建军．搬运机械手仿真设计和制作[J]．机械设计与制造，2012(9)：146-148.MajdaP．TheinfluenceofgeometricerrorscompensationofaCNCmachinetoolontheaccuracyofmovementwithcircularinterpolation[J].AdvancesinManufacturingScience&Technology，2012，36：59-67.叶烁．浅谈信号检测与机械自动化[J]．科技风，2011(5)：51-51.管琼，李建阳．基于单片机的液晶显示模块的控制设计与实现[J]．湖北农机化，2015(1)：62-63.徐小涛．基于MCS-51单片机的串行通信[J]．电脑编程技巧与维护，2010(15)：60-62.李传明，崔更申，尹鹏等．基于STM32F4的电机控制系统设计[J]．计算机测量与控制，2015，23(10)：3370-3372.段文群，江勇．浅析I2C总线及其在视频处理器SAA7111中的应用[J]．大众科技，2010(1)：45-46.LiP，GaoT，WangJ，etal．OpenarchitectureofCNCsystemresearchbasedonCADgraph-driventechnology[J]．RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing，2010，26(5)：720-724.BluT，ThévenazP，UnserM．Linearinterpolationrevitalized[J]．IEEETransactionsonImageProcessing,2004，13(5)：710-9.ChenShufa，LiYaoming，ZhouJianlai．Theoptimizingstudyofpoint-by-pointcomparisoninterpolatingalgorithm[J]．MachineryManufacturingEngineer，2005，13(3)：105-134.殷伯华．准分子激光微加工控制系统研究[D]．北京工业大学硕士论文，2003：20-25.PessolesX，LandonY，RubioW．Kinematicmodellingofa3-axisNCmachinetoolinlinearandcircularinterpolation[J]．InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology，2010，47(5-8)：págs．639-656.赵万金，龚声蓉，刘纯平等．一种自适应的Harris角点检测算法[J]．计算机工程，2008，34(10)：212-214.刘振安，章守信，刘胜璞．并行图像处理算法的设计与实现[J]．测控技术，2003，22(5)：5-6.罗钟铉，刘成明．灰度图像匹配的快速算法[J]．计算机辅助设计与图形学学报，2005，17(5)：966-970.附录THEROBOTBASKETBALLMATCHThatthemostadvancedeventofscienceandtechnologyrobotbasketballmatchbasketballmovesisonekindofthemotionthateverybodyisfondofverymuch.Asifletarobotgoandplaybasketball,soundinglikeArabianNights.Cantherobotalsogotoplayfootball?And,stillneedtobecomposedofateam,thedifferentrobotneedstointerwork?Needtoknowtherobotneedstotakepartinthecompetitionmustneedtoeye,selfpairofleg,selfcerebrumhavingself,havetomouthhavingselfwithselftrytotellothers,cooperateandcarryoutcompe