弹琴机器 硬件部分
弹琴机器硬件部分
摘
着气动技术发展气动技术带成果工业逐渐走入生活次毕业设计中制造简易弹琴机器弹琴机器种够进行弹奏钢琴音乐机器相较普通弹钢琴弹琴机器类法拥优势例弹琴机器拥手指设计机器时十根甚十根手指进行演奏达极快弹奏速度保持快速演奏时弹琴机器保持出错误做快速精准日益进步气动技术计算机技术弹琴机器成现实机器动弹钢琴需单片机电磁阀气缸等物品基原理单片机核心单片机控制电磁阀开关气缸运作带动机械臂运动达机器弹琴演奏实际效果
关键词：51单片机电磁阀气缸机械臂
Pianoplaying Robot
Abstract
With the development of pneumatic technology the results of pneumatic technology have gradually entered our lives from industry In this graduation design we will manufacture a simple pianoplaying robot which is a kind of pianoplaying robot Musical robot Compared with ordinary people playing piano piano playing robots can have some advantages that humans cannot have For example piano playing robots can have many fingers As long as they are designed properly the robot can use dozens or even dozens of fingers to play at the same time so it can achieve Very fast playing speed While maintaining fast performance the piano player robot can also maintain no errors and can be fast and accurate Increasingly advanced pneumatic technology and computer technology can make piano playing robots a reality To allow the robot to play the piano automatically we need to use microcomputer solenoid valves cylinders and other items The basic principle is based on the singlechip microcomputer and the singlechip microcomputer is used to control the opening and closing of the solenoid valve so that the operation of the cylinder drives the movement of the mechanical arm and finally achieves the actual effect that the robot can play the piano
Keywords SingleChip Microcomputer Solenoid valve Cylinder Mechanical arm
目 录
1 前言 1
11设计目意义应达技术求 2
12设计国外发展概况存问题 3
13设计应解决问题 4
2设计 5
21设计方案 5
22设计原理 6
23方案型号选择 6
231方案选择 6
232分析问题 8
233设计程 9
3结 11
参考文献 13
谢 辞 14
附 录 15
1 前言
科学技术飞速发展时代工业行业动化智化着发展机械手臂诞生直时代进化气动技术支持出现气动机械手臂着更优点编程技术控制气动机械手臂更灵活操作局限性更性提升效率着提高机械手臂已式样工业生产线重然发展空间
机械手臂模仿手臂某动作功固定程序抓取搬运物件操作工具动操作装置代繁重劳动实现生产机械化动化害环境操作保护身安全广泛应机械制造冶金电子轻工原子等领域机械手臂发展基出现旧型机器机械手臂早开始研究二十世纪中期机械手臂高速发展离开计算机技术动化技术发展世界第台数字电子计算机发明计算机技术超高速度发展计算机速度变快时成越越低时工业生产产业量需求动化机械手臂重视高速发展智化道路迈进步方面核技术研究求某操作机械代处理放射性物质需求背景美国1947年开发遥控机械手1948年开发机械式机械手机械手首先美国开始研制1954年美国戴沃尔早提出工业机器概念申请专利该专利点助伺服技术控制机器关节利手机器进行动作示教机器实现动作记录现谓示教现机器现机器差采种控制方式般6度度机械手设计关键参数度越机械手灵活性越通性越广结构越复杂般专机械手2~3度1958年美国联合控制公司研制岀第台机械手铆接机器作机器产品早实制公司研制岀第台机械手铆接机器作机器产品早实机型1962年美国AMF公司推出VERSTRANUNIMATION公司推出UNIMATE工业机器类似手臂组成代繁重劳动实现生产机械化动化害环境操作保护身安全广泛应机械制造冶金电子轻工原子等部门
机械手种类驱动方式分液压式气动式电动式机械式机械手适范围分专机械手通机械手两种运动轨迹控制方式分点位控制连续轨迹控制机械手机械臂发展状况：
第代机械臂事先示教位置姿态进行重复动作机械简称示教现方式机械臂TP方式机械臂目前国际机械臂种工作方式种工作方式事先示教位置姿态进行重复动作周围环境毫感觉功应范围受定限制应材料搬运喷漆电焊等工作
第二代机械臂具视觉触觉等外部感觉功机械臂种情况具外部感觉功根外界情况修改身动作完成较复杂动作
第三代机械臂类机械臂具外部感觉功外具规划决策功适应环境变化进行工作第三代机器目前处研究阶段距离实际应段距离邹建奇等柔韧性机械臂例进行简单逆运动学分析采脑模型神网络方法机械臂逆运动学进行数值仿真分析脑模型神网络较短学次数中效控制机械臂震动
社会科技飞速发展时代越越东西已开始实现动化运作工智诞生开始机械动化类生活工作服务现式样机器慢慢走生活中越越样化着种样功年机器功正慢慢延展兴趣爱娱乐中例前年围棋机器阿尔法狗横空出世强计算力带学力败时类世界顶尖围棋高手世震惊然更娱乐机器慢慢格式样音乐机器陆陆续续诞生出弹琴机器中种
弹琴机器种实现机械手指弹奏歌曲机器通注入程序单片机控制电磁阀控制电磁阀开者关带动机械臂运动达弹奏目起类弹琴机器做更快弹奏速度难度高程序设计弹奏出弹琴机器做偏差演奏乐谱弹琴机器演奏少次次听起样维持足够电量保持运行直演奏弹琴机器然做快速精准缺少类独观动性弹奏出曲子没类弹奏出感情次演奏程序种声音千篇律传递曲子赋情感魅力机器超越类方
时选择毕业设计课题时候觉课题意思时候估计发明家梦想没少机会动手创作通次毕业设计亲动手创作机会创作时检验学时间学综合力发现足处补充机会亡羊补牢时未晚做毕业设计时进行检测学新知识乐
11设计目意义应达技术求
现世界济发展迅速工业机械化动化着快速发展气动机械手臂发展越越高深已广泛工业动化许行业中激烈竞争机械手臂领域快速发展尤许动化生产线发挥着重作
世界许先进国家投入定资源研究开发气动机械手机械臂领域应足说明机械臂研究价值设计目设计出款简易气缸带动机械臂运动够行乐谱弹奏曲子机器设计制造程提高思维设计力实践动手力次毕业设计言深入解气缸运作时学会操控实践程中检验学成果
制造全动弹奏曲子机器需掌握必单片机气动机械臂知识定动手力技术编程力编译出控制机械手臂运动代码想法运行约两千年前类制造首动机开始机器学令着迷持久命题科幻工业艺术永恒梦想现音乐机器言渡眼球效应期必然会产生更更新期——代甚超类音乐家音乐技艺角度衡量智音乐机器目前发展然处初期阶段前种音乐机器已获成预见令振奋前景
12设计国外发展概况存问题
国外工业发展特济发展较欧美国家亚洲日机械手臂研究较早已机械手臂运许行业领域工业事焊接工作完成组装装配搬运等工作
中国机械手臂研究发展发达国家较晚投入量资金研究力度机械手臂研究差距慢慢拉国气动机械臂领域做出贡献
1959年世界第台工业机器发明出发明者誉机器父约瑟夫·恩格尔伯格时候开始机器发展理现实实现动化幻想机器发展直断追科学技术现发展出分支音乐机器更加吸引精神文明需求机器已方超越类力开始希批机器音乐造诣超越类者创造新艺术形式然音乐机器现处发展初期阶段目前音乐机器带影响音乐机器着令期发展前景
20世纪60年代机器工业开始发挥作类机器称工业机器工业机器已规模应制造行业然拥类外形机制类机器研制然工程学面挑战性命题时实现音乐机器普通类样拥读取浏览音乐曲谱实时演奏伴奏功目前较难做阶段正处瓶颈期亟需破难关着时间推移计算机工智诞生发展音乐机器功带技术支持20世纪80年代日学教授加藤郎发明出世界第形机器WABOT1早稻田学名称命名拥机械制造手脚装置摄头听觉装置通眼睛摄头测量具体辨方双脚然迟钝然做步行前双手搬运物品基础加藤郎教授1984年发明弹奏风琴形音乐机器WABOT2弹奏音乐原基础加强许功通眼睛摄头识乐谱耳朵根类演唱节奏做类速度进行伴奏时技术突破
美国约翰霍普金斯学科学家电流信号传输机械手控制机械手做出系列复杂动作例弹奏电子琴信号处理传输机械手臂机械手臂琴键弹奏出段优美曲子英国研发仿真手指具相作效果意利发明家马迪奥·休兹发明出弹琴机器特奥特罗尼科2011年时候问世拥19根手指类两倍机械臂技术支持着超越类弹奏速度改进做边弹边唱甚观众互动
然方面国甘示弱2019年国成功研制出支机器乐队墨甲支具中国风机器音乐表演团队出清华学美院团队手团队里三位音乐家分演奏乐器演奏时候做完美配合2019年第三届全国智制造应技术技赛决赛中著名品牌格力展示弹琴机器：格力GR606工业机器灵活弹奏钢琴根乐谱智编程演奏风格音乐
弹琴机器者说演奏音乐艺术家机器面问题许：机器弹奏出曲子没类世界赋感情着科学技术断发展气动技术气动机械臂技术日益成熟完善演奏钢琴种讲机器已做类更快更准确机器毕竟机器没情感意识演奏出曲子执行程序部班演奏出首歌曲演奏千遍万遍声音许开始会觉惊艳久久产生鸣更类演绎出歌曲
13设计应解决问题
目前弹琴机器弹琴克服素三：
A设计原理51单片机核心达控制电磁阀目需做驱动带动电磁阀单片机身引脚二十毫安电磁阀需1安左右电流驱动光单片机身电流够带动电磁阀
B弹琴机器时间方面设计决定单片机部定时器选16位定时器定时弹琴机器演奏时候前音符音符间存定间隔时间时间定需进行时间间隔调整
C根程序完成单片机仿真调试记录调试程中数实现效果进行分析调试程较复杂繁琐调试程中需反复测试需调试员耐心细心然进行实物程序测试找出问题进行分析
2设计
（1）设计气动机械手臂模拟类手指进行演奏传统机械手臂基础增加气缸气泵气动元件组合起新型气动机械手臂般机械臂较拥程度高控性高反应速度高传动速度快等优点力量传递方面足传统机械手臂时维护成高出时气动机械手臂工业应较通空气压缩产生量转换动完成气缸等执行元件运动带动机械臂部件完成相关动作机械臂启动装置体动力机构辅助机构控制机构执行机构组成动力机构气泵压缩空气系统提供压缩力结构辅助机构气源进行滤传导等辅助功控制结构通控制阀改变压缩空气压力流动方流量执行元件通气缸旋转缸完成指定动作
（2）某气缸说动作状态取决电磁换阀电磁铁否电电持续长时间工作程：气缸伸出活塞杆机械臂运动敲击琴键保持伸出状态时计时器开始计时设定延时时间电磁换阀换气缸会缩回时候琴键复位转音符应气缸伸出活塞杆敲击琴键次气缸轮流运作够做完成首曲子弹奏
21设计方案
进行机械手臂控制系统设计程中首先针机械手臂控制系统部硬件结构进行详细设计次针软件结构进行设计进行硬件结构软件结构设计完成开展仿真模拟实验实际机械手臂控制系统机械系统电气系統组成国前企业进行机械手臂应程中针机械手臂控制系统设计时选择控制单元运单片机进行控制企业运PLC机械手臂应进行控制设计采单片机作控制单元机械臂进行详细控制建立科学合理控制系统进行整体机械系统设计程中首先充分考虑机械系统动作设计进行软件设计程中前机械手臂控制系统求功进行软件编程针控制系统进行软件编程单单需软件程序中实现机械手臂控制系统功求需保证设计程序部具更功仿真功检测功控制功等等功单单实现控制系统功基础机械手臂工作更流畅控制系统进行更监测控制
22设计原理
设计基原理51单片机核心PC端编写程序烧录51单片机控制气动电磁阀气缸机械手运作程中需外置驱动进电气泵进气气缸推动动作控制机械手动作做出弹琴指令动作循环次改变输出音调弹琴机器完整弹奏首曲子
系统运作循环流程：PC（编写程序）→51单片机系统（运行奏乐程序）→气动电磁阀（控制气缸排气）→气动电磁阀（控制气缸排气）→气缸推动（控制手指输出琴声）→外置驱动进电（气泵供气）
图1 系统原理图
23方案型号选择
231方案选择
确认单片机电磁阀外置驱动气缸体雏形硬件选型问题
首先单片机选择起初算STM32单片机STC89C52单片机两种型号中选设计中终讨决定STC89C52单片机STC89C52单片机然速度功没STM32单片机强应较简单容易入门较容易控制具错稳定性抗干扰力选择STC89C52单片机原
时间方面采单片机部定时器直接16位定时器16位定时器中计数器容量产生数分辨率(精度）高
外电磁阀进行开关需1安左右电流驱动单片机身引脚带动电流需电流驱动设计选择tip42三极
电磁阀选型选择常见4V21008型二位五通电磁阀二位五通电磁阀实际应中十分普遍通常单作气动执行机构配套生产中接通切断气源气动控制气路进行切换单线圈控制开关迅速零压起动性稳定专制线圈易烧毁等特点
4V21008电磁阀型号示意图：
图2 4V21008型号示意图
4V21008电磁阀动作示意图：
图3 4V21008电磁阀动作示意图
4V21008电磁阀部结构图：
图4 4V21008电磁阀部结构图
电磁阀接口处字母代表接口代号：
P：压力介质入口般接压缩空气气源
AB：AB阀电磁阀输出口连接气缸等级设备连接进气者排气具体情况定
RS：电磁阀泄放口排出汽缸空气排气进气般连接子
4V21008电磁阀工作原理：14V21008电磁阀属二位五通单电控型2二位指两工作位置3五通指进气口两工作口两排气口4进气口进气时初始状态进气口P工作口A相通时A口处工作状态5电信号线圈电电磁阀换时P口B口相通B口处工作状态A口排气6般电磁阀控制气缸者分割气路单电控弹簧复位
次毕业设计气缸MAL迷气缸型号MAL32×5032指气缸直径32mm气缸活塞走行程50mm气缸活塞返运行距离50mm
MAL迷气缸优点MAL气缸锈钢原料制造成具较高硬度易氧化腐蚀类盖样式选择气缸安装变更简单气缸整体结构铆辊包装具更高连接稳定性外具高密度优点气缸更加稳固寿命长易损坏
232分析问题
面问题时候组成员常常起讨行解决办法通网书籍者学间互相交流询问老师等途径初步找解决问题方法
a单片机身引脚电流够加驱动放电流控制电磁阀开关驱动解网查阅资料终决定tip41三极相驱动说款驱动电流更点
b定时器程序调节方法点没什捷径走通步步测试修改调试
233设计程
弹琴机器运作起首先单片机部分做单片机作次毕业设计核心重方单片机编程写弹琴机器正常运作
然次毕业设计中组负责钢琴机器硬件部分需做工作侧重硬件焊接组合安装组员紧密配合软件硬件设计进度保持衡软件编写操控机械臂硬件方面出问题时反馈回组员配合交流十分重
硬件设计方面进行硬件设计程中首先针单片机进行详细设计前设计控制系统中单片机控制系统核心控制装置进行单片机选型时首先定充分考虑单片机端口功复量杂性控制系统进行设计程中拥着控制功需选择类型单片机进行程序设计检测单片机功否正常运行
接PCB板设计PCB板次毕业设计中十分重原理图便进行PCB板设计绘制设计程中根原理图布置元器件致走线进行设计前先确定板型尺寸绘制PCB板程中重布局布线程合理布局会布线变简便布局布线时候符合PCB基原然进行覆铜操作完成检查遍错误发现错误时改正
确定完成次毕业设计需工具材料选型便开始进行工具材料购买网购物发达中国讲件十分简单高效事情费等原选型时量选择价格较便宜产品然影响次毕业设计结果
次设计实物图：
图5电磁阀气缸实物图
图6 4V21008详图
外驱动电容等零件麻雀五脏俱全零件次毕业设计缺部分次毕业设计需实物材料开始进行实物安装焊接制造实物难点两方PCB版焊接部件焊接非常细心进行焊接工作前两准备工作先做首先需元件检查遍全部元件先放起没需元件漏没准备时进行查漏补缺元器件等材料数量元件型号规格进行仔细检查需元器件否损坏做排查免全部元件焊接更换元器件造成必麻烦
次准备电烙铁焊锡丝准备松香吸锡器作备工具放置旧电烙铁头部会产生氧化反应开始焊接前电烙铁焊接处头部保持光滑干净清洁时电烙铁做锡处理先细砂纸磨电烙铁电烙铁铁头磨光亮状态然加热电烙铁加热温度太高插入松香粘松香焊锡丝涂抹电烙铁铁头表面镀层锡样做电烙铁铁头会氧化起更容易沾锡作利接焊接工作会变容易方便起
准备工作准备开始焊接焊接序：先插入元器件开始焊接检查元器件否焊接完然修剪引脚先电阻焊接电容焊接程中前面焊接元器件阻碍面元器件焊接焊接时候做整齐序元器件整体水线保持行状态修剪引脚时候两边齐安装电容者极性元器件时定分清楚正负极旦出错仅会损坏元器件发生爆炸等危险反应点特注意
安装测试电路否完整运行检查没焊接位方连接线路设计电路致万表检测线路否闭合者短路短路状态果出现问题时修正
电路板焊接完成接部件组装起首先电磁阀PCB板连接起单片机控制电磁阀然气缸电磁阀进气阀门连接起电磁阀气缸相连连接完整弹琴机器已开始工作时调整气缸电子琴距离气缸固定琴架琴架钢琴前段距离控考太太远需慢慢调试达佳效果找合适位置需气缸固定住保持气缸运作时候会偏离原定工作线路
3结
次课程设计核心处理器89C52单片机运单片机基础通外接驱动方式放引脚电流完成毕业设计程中负责硬件部分完成包括电磁阀设计PCB板设计续PCB板焊接组装PCB板利执行单片机发出指令硬件功该动作续电磁阀气缸利运作PCB板旦制作完成万板样意更改果更改重新制作旦出错仅加花费整体效率降低PCB板设计十分重环节完成毕业设计程中锻炼动手力加深气动技术关PCB知识解综合力提升
次课程设计程中开始该实现弹琴机器初步思路续深入研究具体方针实物制造程文编写程中导师提供细致耐心指引教导指导程中教会颗学致心学程严谨科学态度学程保持独立思考状态遇瓶颈时候学会虚心请教学程中仅丰富知识锻炼独立思考思维力组成员起懈努力查阅资料组讨老师帮助终度手知什方法实现弹琴机器毕业设计完成通次毕业设计解更关单片机气动技术方面知识程中接触许新东西说电磁阀气缸组合运学方面新知识仅仅毕业设计生活中发挥作毕竟技压身气动技术历漫长程气动技术基础生气动机械手已迎工业春天式样高危精密行业发挥着举足轻重作气动技术运仅仅工业行业慢慢生活中运开禁感慨类知识伟处目前世界气动技术气动机械手臂发展处美国日欧盟领导状态宛三国时期三足鼎立相较国家国气动技术方面发展时间较晚工业普程度定差距国已投入较资源精力气动技术年发展国气动技术水发达国家间差距越越相信久国气动技术气动机械臂技术会追作代学生应该祖国方面强努力研究高新技术时断巩固基础更美努力奋斗
参考文献
[1] 王宣银气动机械臂控制原理实现[J]机械工程师2001(2)2931
[2] 齐爱霞气动机械手臂关键技术特点控制方式研究[J]农机维修2019(7)3536
[3] 吴南动机械手臂控制系统设计[J]轻工科技2019(8)7778
[4] 陶湘厅袁锐波罗璟气动机械手应现状发展前景[J]机床液压2007(8)226228
[5] 鲍燕伟吴玉兰种通气动机械手控制设计[J]机床液压2006(9)166167169
[6] 付晓东 音乐机器发展历史技术成果[J] 演艺科技 2015(05)3439
[7] 美玲 陶锦 机械臂研究进展[J] 出国业(业版) 2012(02)8686
[8] 江志 机器历史[J] 中国青年科技 2003(11)3738
[9] 付晓东 音乐工智伦理思考——算法作曲律律[J] 艺术探索 2018(5)55
[10] 胡柯 机器革命[J] 康：财智 2016(5)44
谢 辞
时光匆匆门学课程毕业设计知觉中结束学生活里快结束段时间通组员沟通交流参考相关文献结合学专业知识终完成次毕业设计言少挑战提升机会程中更加深入理解学专业知识理结合实际运起时学新知识次毕业设计中涉知识前没学者接触着手进行毕业设计前提前学方面知识程中增加专业知识锻炼阅读文献力程中学老师帮助里感谢组员老师帮助
附 录
附录1
图7 单片机原理图
图8 单片机原理图二
图9 PCB板电路图
图10 气路图
图11 PCB板实物图
图12 弹琴机器实物图
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弹琴机器 硬件部分
弹琴机器硬件部分
摘
着气动技术发展气动技术带成果工业逐渐走入生活次毕业设计中制造简易弹琴机器弹琴机器种够进行弹奏钢琴音乐机器相较普通弹钢琴弹琴机器类法拥优势例弹琴机器拥手指设计机器时十根甚十根手指进行演奏达极快弹奏速度保持快速演奏时弹琴机器保持出错误做快速精准日益进步气动技术计算机技术弹琴机器成现实机器动弹钢琴需单片机电磁阀气缸等物品基原理单片机核心单片机控制电磁阀开关气缸运作带动机械臂运动达机器弹琴演奏实际效果
关键词：51单片机电磁阀气缸机械臂
Pianoplaying Robot
Abstract
With the development of pneumatic technology the results of pneumatic technology have gradually entered our lives from industry In this graduation design we will manufacture a simple pianoplaying robot which is a kind of pianoplaying robot Musical robot Compared with ordinary people playing piano piano playing robots can have some advantages that humans cannot have For example piano playing robots can have many fingers As long as they are designed properly the robot can use dozens or even dozens of fingers to play at the same time so it can achieve Very fast playing speed While maintaining fast performance the piano player robot can also maintain no errors and can be fast and accurate Increasingly advanced pneumatic technology and computer technology can make piano playing robots a reality To allow the robot to play the piano automatically we need to use microcomputer solenoid valves cylinders and other items The basic principle is based on the singlechip microcomputer and the singlechip microcomputer is used to control the opening and closing of the solenoid valve so that the operation of the cylinder drives the movement of the mechanical arm and finally achieves the actual effect that the robot can play the piano
Keywords SingleChip Microcomputer Solenoid valve Cylinder Mechanical arm
目 录
1 前言 1
11设计目意义应达技术求 2
12设计国外发展概况存问题 3
13设计应解决问题 4
2设计 5
21设计方案 5
22设计原理 6
23方案型号选择 6
231方案选择 6
232分析问题 8
233设计程 9
3结 11
参考文献 13
谢 辞 14
附 录 15
1 前言
科学技术飞速发展时代工业行业动化智化着发展机械手臂诞生直时代进化气动技术支持出现气动机械手臂着更优点编程技术控制气动机械手臂更灵活操作局限性更性提升效率着提高机械手臂已式样工业生产线重然发展空间
机械手臂模仿手臂某动作功固定程序抓取搬运物件操作工具动操作装置代繁重劳动实现生产机械化动化害环境操作保护身安全广泛应机械制造冶金电子轻工原子等领域机械手臂发展基出现旧型机器机械手臂早开始研究二十世纪中期机械手臂高速发展离开计算机技术动化技术发展世界第台数字电子计算机发明计算机技术超高速度发展计算机速度变快时成越越低时工业生产产业量需求动化机械手臂重视高速发展智化道路迈进步方面核技术研究求某操作机械代处理放射性物质需求背景美国1947年开发遥控机械手1948年开发机械式机械手机械手首先美国开始研制1954年美国戴沃尔早提出工业机器概念申请专利该专利点助伺服技术控制机器关节利手机器进行动作示教机器实现动作记录现谓示教现机器现机器差采种控制方式般6度度机械手设计关键参数度越机械手灵活性越通性越广结构越复杂般专机械手2~3度1958年美国联合控制公司研制岀第台机械手铆接机器作机器产品早实制公司研制岀第台机械手铆接机器作机器产品早实机型1962年美国AMF公司推出VERSTRANUNIMATION公司推出UNIMATE工业机器类似手臂组成代繁重劳动实现生产机械化动化害环境操作保护身安全广泛应机械制造冶金电子轻工原子等部门
机械手种类驱动方式分液压式气动式电动式机械式机械手适范围分专机械手通机械手两种运动轨迹控制方式分点位控制连续轨迹控制机械手机械臂发展状况：
第代机械臂事先示教位置姿态进行重复动作机械简称示教现方式机械臂TP方式机械臂目前国际机械臂种工作方式种工作方式事先示教位置姿态进行重复动作周围环境毫感觉功应范围受定限制应材料搬运喷漆电焊等工作
第二代机械臂具视觉触觉等外部感觉功机械臂种情况具外部感觉功根外界情况修改身动作完成较复杂动作
第三代机械臂类机械臂具外部感觉功外具规划决策功适应环境变化进行工作第三代机器目前处研究阶段距离实际应段距离邹建奇等柔韧性机械臂例进行简单逆运动学分析采脑模型神网络方法机械臂逆运动学进行数值仿真分析脑模型神网络较短学次数中效控制机械臂震动
社会科技飞速发展时代越越东西已开始实现动化运作工智诞生开始机械动化类生活工作服务现式样机器慢慢走生活中越越样化着种样功年机器功正慢慢延展兴趣爱娱乐中例前年围棋机器阿尔法狗横空出世强计算力带学力败时类世界顶尖围棋高手世震惊然更娱乐机器慢慢格式样音乐机器陆陆续续诞生出弹琴机器中种
弹琴机器种实现机械手指弹奏歌曲机器通注入程序单片机控制电磁阀控制电磁阀开者关带动机械臂运动达弹奏目起类弹琴机器做更快弹奏速度难度高程序设计弹奏出弹琴机器做偏差演奏乐谱弹琴机器演奏少次次听起样维持足够电量保持运行直演奏弹琴机器然做快速精准缺少类独观动性弹奏出曲子没类弹奏出感情次演奏程序种声音千篇律传递曲子赋情感魅力机器超越类方
时选择毕业设计课题时候觉课题意思时候估计发明家梦想没少机会动手创作通次毕业设计亲动手创作机会创作时检验学时间学综合力发现足处补充机会亡羊补牢时未晚做毕业设计时进行检测学新知识乐
11设计目意义应达技术求
现世界济发展迅速工业机械化动化着快速发展气动机械手臂发展越越高深已广泛工业动化许行业中激烈竞争机械手臂领域快速发展尤许动化生产线发挥着重作
世界许先进国家投入定资源研究开发气动机械手机械臂领域应足说明机械臂研究价值设计目设计出款简易气缸带动机械臂运动够行乐谱弹奏曲子机器设计制造程提高思维设计力实践动手力次毕业设计言深入解气缸运作时学会操控实践程中检验学成果
制造全动弹奏曲子机器需掌握必单片机气动机械臂知识定动手力技术编程力编译出控制机械手臂运动代码想法运行约两千年前类制造首动机开始机器学令着迷持久命题科幻工业艺术永恒梦想现音乐机器言渡眼球效应期必然会产生更更新期——代甚超类音乐家音乐技艺角度衡量智音乐机器目前发展然处初期阶段前种音乐机器已获成预见令振奋前景
12设计国外发展概况存问题
国外工业发展特济发展较欧美国家亚洲日机械手臂研究较早已机械手臂运许行业领域工业事焊接工作完成组装装配搬运等工作
中国机械手臂研究发展发达国家较晚投入量资金研究力度机械手臂研究差距慢慢拉国气动机械臂领域做出贡献
1959年世界第台工业机器发明出发明者誉机器父约瑟夫·恩格尔伯格时候开始机器发展理现实实现动化幻想机器发展直断追科学技术现发展出分支音乐机器更加吸引精神文明需求机器已方超越类力开始希批机器音乐造诣超越类者创造新艺术形式然音乐机器现处发展初期阶段目前音乐机器带影响音乐机器着令期发展前景
20世纪60年代机器工业开始发挥作类机器称工业机器工业机器已规模应制造行业然拥类外形机制类机器研制然工程学面挑战性命题时实现音乐机器普通类样拥读取浏览音乐曲谱实时演奏伴奏功目前较难做阶段正处瓶颈期亟需破难关着时间推移计算机工智诞生发展音乐机器功带技术支持20世纪80年代日学教授加藤郎发明出世界第形机器WABOT1早稻田学名称命名拥机械制造手脚装置摄头听觉装置通眼睛摄头测量具体辨方双脚然迟钝然做步行前双手搬运物品基础加藤郎教授1984年发明弹奏风琴形音乐机器WABOT2弹奏音乐原基础加强许功通眼睛摄头识乐谱耳朵根类演唱节奏做类速度进行伴奏时技术突破
美国约翰霍普金斯学科学家电流信号传输机械手控制机械手做出系列复杂动作例弹奏电子琴信号处理传输机械手臂机械手臂琴键弹奏出段优美曲子英国研发仿真手指具相作效果意利发明家马迪奥·休兹发明出弹琴机器特奥特罗尼科2011年时候问世拥19根手指类两倍机械臂技术支持着超越类弹奏速度改进做边弹边唱甚观众互动
然方面国甘示弱2019年国成功研制出支机器乐队墨甲支具中国风机器音乐表演团队出清华学美院团队手团队里三位音乐家分演奏乐器演奏时候做完美配合2019年第三届全国智制造应技术技赛决赛中著名品牌格力展示弹琴机器：格力GR606工业机器灵活弹奏钢琴根乐谱智编程演奏风格音乐
弹琴机器者说演奏音乐艺术家机器面问题许：机器弹奏出曲子没类世界赋感情着科学技术断发展气动技术气动机械臂技术日益成熟完善演奏钢琴种讲机器已做类更快更准确机器毕竟机器没情感意识演奏出曲子执行程序部班演奏出首歌曲演奏千遍万遍声音许开始会觉惊艳久久产生鸣更类演绎出歌曲
13设计应解决问题
目前弹琴机器弹琴克服素三：
A设计原理51单片机核心达控制电磁阀目需做驱动带动电磁阀单片机身引脚二十毫安电磁阀需1安左右电流驱动光单片机身电流够带动电磁阀
B弹琴机器时间方面设计决定单片机部定时器选16位定时器定时弹琴机器演奏时候前音符音符间存定间隔时间时间定需进行时间间隔调整
C根程序完成单片机仿真调试记录调试程中数实现效果进行分析调试程较复杂繁琐调试程中需反复测试需调试员耐心细心然进行实物程序测试找出问题进行分析
2设计
（1）设计气动机械手臂模拟类手指进行演奏传统机械手臂基础增加气缸气泵气动元件组合起新型气动机械手臂般机械臂较拥程度高控性高反应速度高传动速度快等优点力量传递方面足传统机械手臂时维护成高出时气动机械手臂工业应较通空气压缩产生量转换动完成气缸等执行元件运动带动机械臂部件完成相关动作机械臂启动装置体动力机构辅助机构控制机构执行机构组成动力机构气泵压缩空气系统提供压缩力结构辅助机构气源进行滤传导等辅助功控制结构通控制阀改变压缩空气压力流动方流量执行元件通气缸旋转缸完成指定动作
（2）某气缸说动作状态取决电磁换阀电磁铁否电电持续长时间工作程：气缸伸出活塞杆机械臂运动敲击琴键保持伸出状态时计时器开始计时设定延时时间电磁换阀换气缸会缩回时候琴键复位转音符应气缸伸出活塞杆敲击琴键次气缸轮流运作够做完成首曲子弹奏
21设计方案
进行机械手臂控制系统设计程中首先针机械手臂控制系统部硬件结构进行详细设计次针软件结构进行设计进行硬件结构软件结构设计完成开展仿真模拟实验实际机械手臂控制系统机械系统电气系統组成国前企业进行机械手臂应程中针机械手臂控制系统设计时选择控制单元运单片机进行控制企业运PLC机械手臂应进行控制设计采单片机作控制单元机械臂进行详细控制建立科学合理控制系统进行整体机械系统设计程中首先充分考虑机械系统动作设计进行软件设计程中前机械手臂控制系统求功进行软件编程针控制系统进行软件编程单单需软件程序中实现机械手臂控制系统功求需保证设计程序部具更功仿真功检测功控制功等等功单单实现控制系统功基础机械手臂工作更流畅控制系统进行更监测控制
22设计原理
设计基原理51单片机核心PC端编写程序烧录51单片机控制气动电磁阀气缸机械手运作程中需外置驱动进电气泵进气气缸推动动作控制机械手动作做出弹琴指令动作循环次改变输出音调弹琴机器完整弹奏首曲子
系统运作循环流程：PC（编写程序）→51单片机系统（运行奏乐程序）→气动电磁阀（控制气缸排气）→气动电磁阀（控制气缸排气）→气缸推动（控制手指输出琴声）→外置驱动进电（气泵供气）
图1 系统原理图
23方案型号选择
231方案选择
确认单片机电磁阀外置驱动气缸体雏形硬件选型问题
首先单片机选择起初算STM32单片机STC89C52单片机两种型号中选设计中终讨决定STC89C52单片机STC89C52单片机然速度功没STM32单片机强应较简单容易入门较容易控制具错稳定性抗干扰力选择STC89C52单片机原
时间方面采单片机部定时器直接16位定时器16位定时器中计数器容量产生数分辨率(精度）高
外电磁阀进行开关需1安左右电流驱动单片机身引脚带动电流需电流驱动设计选择tip42三极
电磁阀选型选择常见4V21008型二位五通电磁阀二位五通电磁阀实际应中十分普遍通常单作气动执行机构配套生产中接通切断气源气动控制气路进行切换单线圈控制开关迅速零压起动性稳定专制线圈易烧毁等特点
4V21008电磁阀型号示意图：
图2 4V21008型号示意图
4V21008电磁阀动作示意图：
图3 4V21008电磁阀动作示意图
4V21008电磁阀部结构图：
图4 4V21008电磁阀部结构图
电磁阀接口处字母代表接口代号：
P：压力介质入口般接压缩空气气源
AB：AB阀电磁阀输出口连接气缸等级设备连接进气者排气具体情况定
RS：电磁阀泄放口排出汽缸空气排气进气般连接子
4V21008电磁阀工作原理：14V21008电磁阀属二位五通单电控型2二位指两工作位置3五通指进气口两工作口两排气口4进气口进气时初始状态进气口P工作口A相通时A口处工作状态5电信号线圈电电磁阀换时P口B口相通B口处工作状态A口排气6般电磁阀控制气缸者分割气路单电控弹簧复位
次毕业设计气缸MAL迷气缸型号MAL32×5032指气缸直径32mm气缸活塞走行程50mm气缸活塞返运行距离50mm
MAL迷气缸优点MAL气缸锈钢原料制造成具较高硬度易氧化腐蚀类盖样式选择气缸安装变更简单气缸整体结构铆辊包装具更高连接稳定性外具高密度优点气缸更加稳固寿命长易损坏
232分析问题
面问题时候组成员常常起讨行解决办法通网书籍者学间互相交流询问老师等途径初步找解决问题方法
a单片机身引脚电流够加驱动放电流控制电磁阀开关驱动解网查阅资料终决定tip41三极相驱动说款驱动电流更点
b定时器程序调节方法点没什捷径走通步步测试修改调试
233设计程
弹琴机器运作起首先单片机部分做单片机作次毕业设计核心重方单片机编程写弹琴机器正常运作
然次毕业设计中组负责钢琴机器硬件部分需做工作侧重硬件焊接组合安装组员紧密配合软件硬件设计进度保持衡软件编写操控机械臂硬件方面出问题时反馈回组员配合交流十分重
硬件设计方面进行硬件设计程中首先针单片机进行详细设计前设计控制系统中单片机控制系统核心控制装置进行单片机选型时首先定充分考虑单片机端口功复量杂性控制系统进行设计程中拥着控制功需选择类型单片机进行程序设计检测单片机功否正常运行
接PCB板设计PCB板次毕业设计中十分重原理图便进行PCB板设计绘制设计程中根原理图布置元器件致走线进行设计前先确定板型尺寸绘制PCB板程中重布局布线程合理布局会布线变简便布局布线时候符合PCB基原然进行覆铜操作完成检查遍错误发现错误时改正
确定完成次毕业设计需工具材料选型便开始进行工具材料购买网购物发达中国讲件十分简单高效事情费等原选型时量选择价格较便宜产品然影响次毕业设计结果
次设计实物图：
图5电磁阀气缸实物图
图6 4V21008详图
外驱动电容等零件麻雀五脏俱全零件次毕业设计缺部分次毕业设计需实物材料开始进行实物安装焊接制造实物难点两方PCB版焊接部件焊接非常细心进行焊接工作前两准备工作先做首先需元件检查遍全部元件先放起没需元件漏没准备时进行查漏补缺元器件等材料数量元件型号规格进行仔细检查需元器件否损坏做排查免全部元件焊接更换元器件造成必麻烦
次准备电烙铁焊锡丝准备松香吸锡器作备工具放置旧电烙铁头部会产生氧化反应开始焊接前电烙铁焊接处头部保持光滑干净清洁时电烙铁做锡处理先细砂纸磨电烙铁电烙铁铁头磨光亮状态然加热电烙铁加热温度太高插入松香粘松香焊锡丝涂抹电烙铁铁头表面镀层锡样做电烙铁铁头会氧化起更容易沾锡作利接焊接工作会变容易方便起
准备工作准备开始焊接焊接序：先插入元器件开始焊接检查元器件否焊接完然修剪引脚先电阻焊接电容焊接程中前面焊接元器件阻碍面元器件焊接焊接时候做整齐序元器件整体水线保持行状态修剪引脚时候两边齐安装电容者极性元器件时定分清楚正负极旦出错仅会损坏元器件发生爆炸等危险反应点特注意
安装测试电路否完整运行检查没焊接位方连接线路设计电路致万表检测线路否闭合者短路短路状态果出现问题时修正
电路板焊接完成接部件组装起首先电磁阀PCB板连接起单片机控制电磁阀然气缸电磁阀进气阀门连接起电磁阀气缸相连连接完整弹琴机器已开始工作时调整气缸电子琴距离气缸固定琴架琴架钢琴前段距离控考太太远需慢慢调试达佳效果找合适位置需气缸固定住保持气缸运作时候会偏离原定工作线路
3结
次课程设计核心处理器89C52单片机运单片机基础通外接驱动方式放引脚电流完成毕业设计程中负责硬件部分完成包括电磁阀设计PCB板设计续PCB板焊接组装PCB板利执行单片机发出指令硬件功该动作续电磁阀气缸利运作PCB板旦制作完成万板样意更改果更改重新制作旦出错仅加花费整体效率降低PCB板设计十分重环节完成毕业设计程中锻炼动手力加深气动技术关PCB知识解综合力提升
次课程设计程中开始该实现弹琴机器初步思路续深入研究具体方针实物制造程文编写程中导师提供细致耐心指引教导指导程中教会颗学致心学程严谨科学态度学程保持独立思考状态遇瓶颈时候学会虚心请教学程中仅丰富知识锻炼独立思考思维力组成员起懈努力查阅资料组讨老师帮助终度手知什方法实现弹琴机器毕业设计完成通次毕业设计解更关单片机气动技术方面知识程中接触许新东西说电磁阀气缸组合运学方面新知识仅仅毕业设计生活中发挥作毕竟技压身气动技术历漫长程气动技术基础生气动机械手已迎工业春天式样高危精密行业发挥着举足轻重作气动技术运仅仅工业行业慢慢生活中运开禁感慨类知识伟处目前世界气动技术气动机械手臂发展处美国日欧盟领导状态宛三国时期三足鼎立相较国家国气动技术方面发展时间较晚工业普程度定差距国已投入较资源精力气动技术年发展国气动技术水发达国家间差距越越相信久国气动技术气动机械臂技术会追作代学生应该祖国方面强努力研究高新技术时断巩固基础更美努力奋斗
参考文献
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谢 辞
时光匆匆门学课程毕业设计知觉中结束学生活里快结束段时间通组员沟通交流参考相关文献结合学专业知识终完成次毕业设计言少挑战提升机会程中更加深入理解学专业知识理结合实际运起时学新知识次毕业设计中涉知识前没学者接触着手进行毕业设计前提前学方面知识程中增加专业知识锻炼阅读文献力程中学老师帮助里感谢组员老师帮助
附 录
附录1
图7 单片机原理图
图8 单片机原理图二
图9 PCB板电路图
图10 气路图
图11 PCB板实物图
图12 弹琴机器实物图
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