弹琴机器人 (2).doc

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1、弹琴机器人弹琴机器人-硬件部分硬件部分学院：专业：姓名：指导老师：信息学院电气工程及其自动化魏乐游学号：职称：160109100892胡克教授中国珠海二二年五月北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计诚信承诺书诚信承诺书本人郑重承诺本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计弹琴机器人-硬件部分是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名：日期：2020 年 4 月 12 日北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计弹琴机器人弹琴机器人-硬件部分硬件部分摘摘要要随着气动技术的发展，气动技术带来的成果

2、也从工业上逐渐走入我们的生活，在本次毕业设计中，我们将制造一个简易的弹琴机器人，弹琴机器人是一种能够进行弹奏钢琴音乐的机器人。相比较于普通人弹钢琴，弹琴机器人可以有一些人类无法拥有的优势，例如弹琴机器人可以拥有很多的手指，只要设计得当，机器人可以同时使用十几根甚至几十根手指进行演奏，因此可以达到极快的弹奏速度。在保持快速演奏的同时，弹琴机器人还能保持不出错误，可以做到快速且精准。日益进步的气动技术和计算机技术能让弹琴机器人成为现实。要让机器人可以自动弹钢琴，我们需要用到单片机，电磁阀，气缸等物品。其基本的原理是以单片机为核心，使用单片机控制电磁阀的开和关，从而使气缸运作带动机械臂的运动，最后达

3、到机器人可以弹琴演奏的实际效果。关键词：关键词：5151 单片机，电磁阀，气缸，机械臂。单片机，电磁阀，气缸，机械臂。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计Piano-playingPiano-playing RobotRobotAbstractWith the development of pneumatic technology,the results of pneumatic technologyhave gradually entered our lives from industry.In this graduation design,we will manufacture

4、a simple piano-playing robot,which is a kind of piano-playing robot.Musical robot.Compared with ordinary people playing piano,piano playing robots can have someadvantages that humans cannot have.For example,piano playing robots can have manyfingers.As long as they are designed properly,the robot can

5、 use dozens or even dozens offingers to play at the same time,so it can achieve Very fast playing speed.While maintainingfast performance,the piano player robot can also maintain no errors,and can be fast andaccurate.Increasingly advanced pneumatic technology and computer technology can makepiano pl

6、aying robots a reality.To allow the robot to play the piano automatically,we need touse microcomputer,solenoid valves,cylinders and other items.The basic principle is basedon the single-chip microcomputer,and the single-chip microcomputer is used to control theopening and closing of the solenoid val

7、ve,so that the operation of the cylinder drives themovement of the mechanical arm,and finally achieves the actual effect that the robot can playthe piano.Keywords:Single-Chip Microcomputer,Solenoid valve,Cylinder,Mechanical arm.北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计目目录录1 前言.11.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求.21.2 本设计在国内外的发展

8、概况及存在的问题.31.3 本设计应解决的主要问题.42 本设计.52.1 设计方案.52.2 设计原理.62.3 方案、型号选择.62.3.1 方案选择.62.3.2 分析问题.82.3.3 设计过程.93.结论.11参考文献.13谢辞.14附录.15北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计11 前言前言在如今科学技术飞速发展的时代，工业行业的自动化和智能化也随着发展，机械手臂从诞生以来，也一直随时代在进化，在气动技术的支持下，出现的气动机械手臂有着更多的优点，在编程技术的控制下，气动机械手臂可以有更灵活的操作，局限性也更小，性能的提升也使效率有着很大的提高，机械手臂已经在各式各样的

9、工业生产线上得到重用，并仍然有很大的发展空间。机械手臂是能模仿人手臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等领域。机械手臂的发展是基于以往出现的旧型机器人，机械手臂最早开始研究在二十世纪中期，机械手臂的高速发展离不开计算机技术和自动化技术的发展，在世界上第一台数字电子计算机被发明后，计算机技术有了超高速度的发展，计算机速度变快的同时而成本却越来越低。与此同时，由于工业生产和其他产业的大量需求，也让自动化的机械手臂得到了重视和高速发展，还

10、在智能化的道路上迈进了一步。另一方面,核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于 1947 年开发了遥控机械手,1948 年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。一般有6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。1958

11、 年美国联合控制公司研制岀第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用制公司研制岀第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型是 1962 年美国 AMF 公司推出“VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子轻工和原子能等部门。机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制。机械手和机械臂的发

12、展状况如下：第一代机械臂,即按事先示教的位置和姿态进行重复的动作的机械。它也简称为示教/再现方式的机械臂或是 TP 方式的机械臂。目前国际上使用的机械臂大多仍是这种工作方式。由于这种工作方式只能按照事先示教的位置和姿态进行那个重复的动作而对周围环境毫无感觉的功能,其应用范围受到一定的限制,主要应用于材料的搬运、喷漆、电焊等工作。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计2第二代机械臂,既具有如视觉、触觉等外部感觉功能的机械臂。这种情况由于具有外部的感觉功能,因此可以根据外界的情况修改自身的动作,从而完成较为复杂的动作。第三代机械臂,这类机械臂除了具有外部感觉功能外,还具有规划和决策功能,

13、从而可以适应因为环境的变化而自主进行的工作。第三代机器人目前还处于研究阶段,距离实际应用还有一段距离。如,邹建奇等人以柔韧性机械臂为例,进行简单的逆运动学分析,并采用小脑模型神经网络方法对机械臂的逆运动学进行了数值仿真分析,小脑模型神经网络可在较短的学习次数中有效地控制机械臂的震动。在当今社会科技飞速发展的时代，越来越多的东西已经开始能实现自动化的运作了，人工智能也随之诞生。从一开始的机械自动化为人类的生活及工作服务，到现在各式各样的机器人慢慢的走近人们的生活当中，越来越多样化，有着各种各样的功能。并且近些年来，机器人的功能正慢慢地延展到了人们的兴趣爱好和娱乐当中。例如前些年的下围棋的机器人“

14、阿尔法狗”横空出世，他强大的计算能力和自带的学习能力，打败了当时人类世界的顶尖围棋高手，为世人所震惊。当然，也有更多的为了娱乐人们的机器人在慢慢的到来，格式各样的音乐机器人陆陆续续的诞生出来，弹琴机器人就是其中的一种。弹琴机器人是一种可以实现用机械手指来弹奏歌曲的机器人，通过注入程序，用单片机控制电磁阀，控制电磁阀的开或者关，从而带动机械臂的运动来达到弹奏的目的。比起人类，弹琴机器人可以做到更快的弹奏速度，并且不管难度有多高，只要程序设计得当，他都可以弹奏出来。并且，弹琴机器人可以做到无偏差演奏，同一个乐谱，无论弹琴机器人演奏多少次，每次听起来都是一样的。只要让它维持足够的电量让他保持运行，他

15、就能一直演奏下去。不过弹琴机器人虽然可以做到快速及精准，但是却缺少人类独有的主观能动性，弹奏出来的曲子没有人类弹奏出来的有感情，每次演奏都是同一个程序，同一种声音，千篇一律，传递不了曲子所赋有的情感及魅力。这是机器人不能超越人类的地方。当时选择这个毕业设计课题的时候是觉得这个课题很有意思，因为每个人小时候估计都有当一个发明家的梦想，却没有多少机会可以去动手创作。通过这次毕业设计，又有了一个可以亲自动手创作的机会。在创作的同时还能检验自己大学时间学习的综合能力，以及发现自己的不足之处并且还有补充的机会，亡羊补牢，为时未晚。在做毕业设计的同时，既能对自己进行检测，还能学习一些新的知识，何乐而不为。

16、1.11.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求本设计的目的、意义及应达到的技术要求现如今，世界经济发展迅速，工业的机械化和自动化也随着快速发展，气动机械手臂的发展随之越来越高深，已经广泛用在工业自动化的许多行业当中。激烈的竞争也让机械手臂在各个领域都得到了快速的发展，尤其是在许多的自动化生产线上发挥着他重北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计3要的作用。世界许多先进的国家都有投入一定的资源去研究和开发气动机械手、机械臂在各个领域的应用，足以说明对机械臂的研究是有价值的。本设计的目的是为了设计出一款简易的，用气缸带动机械臂的运动使其能够自行按照乐谱弹奏曲子的机器人，在设计和制造过程

17、提高我们的思维设计能力和实践动手能力。对于本次毕业设计而言，可以让我们深入了解到气缸是如何运作的，同时还能学会去操控它，在实践过程中检验我们的学习成果。要制造一个可以全自动，自主弹奏曲子的机器人，需要掌握必要的单片机及气动机械臂的知识，以及一定的动手能力。在技术上，要有编程能力，编译出可以控制机械手臂运动的代码，使其可以按照人的想法来运行。从大约两千年前人类制造首个自动机开始，机器人学就是一个令人着迷的持久命题，它是科幻、工业与艺术的永恒梦想。对于现有的音乐机器人而言，在渡过眼球效应期后，必然会对其产生更多更新的期待替代甚至超过人类音乐家的音乐才能与技艺。从这个角度来衡量，智能音乐机器人目前的

18、发展仍然处于初期阶段，以当前各种音乐机器人已获得的成就来看，可预见令人振奋的前景。1.21.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题本设计在国内外的发展概况及存在的问题在国外的工业发展来看，特别是一些经济发展较好的欧美国家，还有亚洲的日本，他们对于机械手臂的研究较早，已经把机械手臂运用在许多行业的领域。在工业上，可用于从事焊接工作，或是完成组装，装配，搬运等工作。中国对于机械手臂的研究发展比一些发达国家较晚，但是因为投入了大量的资金和研究力度，对于机械手臂研究的差距也在慢慢的拉近，国内的一些气动机械臂也可以在一些领域上做出贡献。在 1959 年，世界上第一台工业机器人被发明出来，它的发明者是被

19、誉为“机器人之父”的约瑟夫恩格尔伯格。从这时候开始，机器人的发展从理论到现实，实现了很多人对自动化的幻想。机器人的发展一直是一个让人不断追随的科学技术。到现如今发展出来的一个分支-音乐机器人则更加能吸引人们的精神文明需求，机器人已经能在很多地方有超越人类的能力，人们也开始希望能有一批机器人可以在音乐造诣上超越人类或者是创造新的艺术形式，虽然音乐机器人现在还处于发展的初期阶段，但是从目前音乐机器人带来的影响来看，音乐机器人还是有着令人期待的发展前景。在 20 世纪 60 年代，机器人在工业上开始发挥它的作用，这一类机器人称为工业机器人，工业机器人已经被大规模的应用在制造行业。然而，拥有人类外形与

20、机制的类人机器人的研制仍然是工程学所面临的挑战性命题。与此同时，要实现让音乐机器人如同普通人类一样拥有自我读取、浏览音乐曲谱和实时演奏伴奏的功能，在目前还在一个比北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计4较难做到的阶段，正处于瓶颈期，是亟需冲破的一个难关。随着时间的推移，计算机、人工智能的诞生及发展为音乐机器人在这一功能上带来了技术上的支持，在 20 世纪 80年代，来自日本的大学教授加藤一郎发明出了世界上第一个人形机器人 WABOT-1，它以“早稻田大学”的名称来命名，拥有机械制造的手脚，还装置有摄像头和听觉装置，它可以通过眼睛的摄像头来测量具体和辨别方向，双脚虽然迟钝但是仍然可以做

21、到步行向前，双手也可以搬运物品。在它的基础上，加藤一郎教授于 1984 年又发明了可以弹奏管风琴的人形音乐机器人 WABOT-2。它除了可以弹奏音乐，还在原有的基础上加强了许多功能，比如可以通过“眼睛”的摄像头来识别乐谱，它的“耳朵”也能根据人类的演唱节奏为依据，做到跟随人类的速度来进行伴奏。这在当时是技术上的一个大的突破。在美国约翰霍普金斯大学的科学家就将电流信号传输给机械手，并且能控制机械手做出一系列复杂的动作，例如弹奏电子琴。他们将信号处理后，传输给机械手臂，使机械手臂在琴键上弹奏出几段优美的曲子。英国研发的仿真手指，也具有相同的作用和效果。意大利发明家马迪奥休兹发明出来的弹琴机器人“特

22、奥特罗尼科”，在 2011 年的时候问世。它拥有 19 根手指，是人类的近两倍，在机械臂技术的支持下有着超越人类的弹奏速度。后来经过改进后还能做到边弹边唱，甚至还可以和观众互动。当然在这方面国内也是不甘示弱的，在 2019 年，我国成功研制出了一支机器人乐队“墨甲”，这是一支具有中国风的机器人音乐表演团队，出自清华大学美院团队之手。团队里有三位“音乐家”，分别演奏不同的乐器，但是他们可以在演奏的时候可以做到近乎完美的配合。同是 2019 年，在第三届全国智能制造应用技术技能大赛决赛中，著名品牌格力也向我们展示了他们的弹琴机器人：格力 GR606 工业机器人。它可以灵活地弹奏钢琴，并可根据不同的

23、乐谱智能编程，演奏不同风格的音乐。弹琴机器人，或者说所有的能演奏音乐的“艺术家”机器人们，面临的最大的问题或许就是：机器弹奏出来的曲子没有人类世界赋有的感情。随着科学技术不断地发展，气动技术，气动机械臂技术的日益成熟和完善，对于演奏钢琴这种来讲，机器人已经可以做到比人类更快、更准确。但是机器人毕竟只是个机器，它没有情感意识，演奏出来的曲子只是执行程序按部就班的演奏出来，一首歌曲，无论它演奏一千遍，一万遍，都是同一个声音。或许一开始人们会觉得惊艳，但是久而久之，能让人们产生共鸣的，更多的还是由人类演绎出来的歌曲。1.31.3 本设计应解决的主要问题本设计应解决的主要问题目前，要让弹琴机器人能自主

24、弹琴要克服的因素主要有以下三个：A.本设计的主要原理是以 51 单片机为核心，为了达到控制电磁阀的目的，需要做一个驱动来带动电磁阀。因为单片机本身的引脚只有二十毫安，而电磁阀则需要一个 1安左右大的电流驱动，光凭单片机自身的电流是不能够带动电磁阀的。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计5B.在弹琴机器人的时间方面，本设计决定使用单片机内部定时器。我们选用的是16 位定时器来定时。由于弹琴机器人在演奏的时候，前一个音符和后一个音符之间存在一定的间隔时间，这个时间是不定的，因此在这需要进行一个对时间间隔的调整。C.根据程序完成在单片机仿真上的调试，记录调试过程中的数据以及实现效果并进行

25、分析。这个调试过程是比较复杂和繁琐的，在调试过程中需要反复测试，需要调试人员的耐心和细心。然后进行实物程序测试，找出问题，并进行分析。2 2 本设计本设计（1）本设计使用气动机械手臂模拟人类的手指来进行演奏，在传统机械手臂的基础上，增加气缸、气泵和其他气动元件，组合起来就是新型的气动机械手臂。和一般的机械臂比较，它拥有自由程度高，可控性高，反应速度高和传动速度快等优点，但是在力量传递这方面不足传统的机械手臂，同时维护成本也要高出很多。同时气动机械手臂是工业上应用较多，通过将空气压缩后产生的能量转换为动能，从而完成气缸等执行元件的运动，带动机械臂各部件完成相关动作。机械臂使用的启动装置大体由动力

26、机构、辅助机构、控制机构和执行机构组成。动力机构主要是用气泵压缩空气为系统提供压缩力的结构，辅助机构主要是对气源进行过滤、传导等辅助功能，控制结构通过控制阀改变压缩空气的压力、流动方向以及流量，执行元件通过气缸、旋转缸来完成指定动作。（2）就某一气缸来说，其动作状态主要取决于电磁换向阀的电磁铁是否得电以及得电后持续多长的时间。其工作过程是：气缸伸出活塞杆使机械臂运动敲击琴键而且保持伸出的状态，并且同时计时器开始计时，当设定的延时时间到了以后，电磁换向阀换向，气缸就会缩回，而且这时候琴键也是复位，转到下一个音符所对应的气缸伸出活塞杆并敲击琴键。依次下去，多个气缸轮流运作，就能够做到完成一首曲子的

27、弹奏。2.12.1 设计方案设计方案在进行机械手臂控制系统设计过程当中,首先要针对机械手臂控制系统内部的硬件结构进行详细设计,其次针对软件结构进行设计,再进行硬件结构和软件结构设计,完成之后要开展仿真模拟实验。实际上,机械手臂控制系统是由机械系统和电气系統共同组成的。而我国当前很多企业在进行机械手臂应用过程当中,针对机械手臂控制系统的设计时,所选择的控制单元是运用单片机进行控制。有的企业则是运用 PLC 对机械手臂的应用进行控制。本设计所采用的是以单片机作为控制单元,对机械臂进行详细控制,并建立一个科学合理的控制系统。在进行整体机械系统设计过程中,首先要充分考虑到机械系统的动作设计。在进行软件

28、设计过程当中,要依据当前机械手臂控制系统的要求与功能进行软件编程。针对控制系统进行软件编程,不单单需要在软件程序当中实现机械手臂控制系统的功能与要求,也需要保证所设计的程序内部具有更多的功能,比如仿真功能,检测功能,北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计6控制功能等等,这些功能不单单要在实现控制系统功能的基础之上使机械手臂工作更为流畅,也能对控制系统进行更好的监测与控制。2.22.2 设计原理设计原理本设计的基本也是原理是以 51 单片机为核心，在 PC 端编写好程序后烧录至 51 单片机内，从而控制气动电磁阀再到气缸、机械手的运作。在这个过程中，需要一个外置驱动进电，使用气泵进气，

29、气缸有一个推动动作，控制机械手动作做出弹琴指令。将这个动作循环多次，改变输出的音调，就能使弹琴机器人完整的弹奏一首曲子。系统运作循环流程如下：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2.32.3 方案、型号选择方案、型号选择2.3.12.3.1 方案选择方案选择北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计7在确认了以单片机、电磁阀、外置驱动、气缸为主体雏形后，就是在硬件上的选型问题了。首先在单片机的选择上，起初是打算在 STM32 单片机和 STC89C52

30、单片机两种型号中选一个在本设计中使用，最终在讨论之后决定使用 STC89C52 单片机。因为STC89C52 单片机虽然在速度、功能上没有 STM32 单片机强大，但是也对应的比较简单，容易入门，比较容易控制和具有不错的稳定性及抗干扰能力，这是选择 STC89C52单片机的主要原因。在时间方面采用单片机内部定时器，直接使用 16 位定时器。因为用 16 位定时器中的计数器容量大，产生的数据的分辨率(精度）高。另外要使电磁阀进行开和关需要一个 1 安左右的大电流驱动，单片机本身的引脚带不动这个电流，因此需要一个大电流驱动，本设计选择了 tip42 三极管。在电磁阀选型上，选择了常见的 4V210

31、-08 型二位五通电磁阀。二位五通电磁阀在实际应用中十分普遍，通常与单作用气动执行机构配套使用，在生产中可用来接通或切断气源，从而对气动控制的气路进行切换。有单线圈控制、开关迅速；零压起动、性能稳定；专制线圈、不易烧毁等特点。4V210-08 电磁阀的型号示意图：图 2 4V210-08 型号示意图4V210-08 电磁阀的动作示意图：图 3 4V210-08 电磁阀动作示意图北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计84V210-08 电磁阀的的内部结构图：图 4 4V210-08 电磁阀内部结构图电磁阀接口处的字母是代表接口的代号：“P”：压力介质的入口，一般接压缩空气气源。“A”、

32、“B”：A、B 阀是电磁阀的输出口，是用于连接气缸等其他下级设备的，连接后用于进气或者排气则是看具体的情况来定。“R”、“S”：电磁阀的泄放口，用于排出汽缸内的空气，由于只是用于排气不用于进气，所以一般可以不用连接管子。4V210-08 电磁阀工作原理：1.4V210-08 电磁阀属于二位五通、单电控型 2.二位指的是两个工作位置。3.五通是指一个进气口，两个工作口，两个排气口。4.当进气口进气时为初始状态，进气口 P 跟工作口 A 相通，此时 A 口处于工作状态。5.给电信号后，线圈得电，电磁阀换向，此时 P 口跟 B 口相通，B 口处于工作状态，A 口排气。6.一般电磁阀是来控制气缸或者分

33、割气路的，单电控靠弹簧复位。本次毕业设计所用到的气缸为 MAL 迷你气缸,型号为 MAL3250，32 是指气缸内直径为 32mm,气缸活塞走的行程为 50mm,即气缸活塞往返运行的距离为 50mm。MAL 迷你气缸有以下优点:MAL 气缸由不锈钢为原料制造而成，具有较高的硬度，不易被氧化腐蚀；有各类后盖样式可以选择，可以让气缸的安装变得更简单；气缸整体结构为铆辊包装，具有更高的连接稳定性；另外还具有高密度的优点，使气缸更加稳固，使用寿命长，不易损坏。2.3.22.3.2 分析问题分析问题北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计9在面对这些问题的时候，小组成员们常常在一起讨论可行的解决

34、办法，通过从网上，书籍或者是同学之间互相交流和询问老师等途径，初步找到了解决问题的一些好方法。a.单片机自身的引脚电流不够大，那我们就给它加上一个驱动，放大他的电流，使其可以控制电磁阀的开和关，由于对驱动不了解，只能到网上去查阅资料，最终决定使用 tip41 三极管，相对于其他驱动来说，这款驱动的电流要更大一点。b.对于定时器和程序的调节方法，这一点没有什么捷径可以走，只能通过我们一步步地去测试和修改再调试。2.3.32.3.3 设计过程设计过程要让弹琴机器人可以运作起来，首先要把单片机部分做好，单片机作为本次毕业设计的核心，是最重要的一个地方，因为只有把单片机的编程写得好了，弹琴机器人才有可

35、能正常的运作。虽然在这次毕业设计中，本人在小组内主要负责的是钢琴机器人的硬件部分，因此本人需要做的工作侧重于硬件的焊接和组合安装。但还是要与组员紧密配合，软件和硬件的设计进度要保持平衡。软件和编写是为了操控机械臂，硬件方面出问题也要及时反馈回去，所以和组员的配合和交流是十分重要的。硬件设计方面，在进行硬件设计过程当中,首先要针对单片机进行详细的设计。当前所设计的控制系统当中,单片机是控制系统的核心控制装置,在进行单片机选型时,首先定要充分考虑到单片机的端口功能复量杂性,因为很多控制系统进行设计过程当中,拥有着不同的控制功能,就需要选择不同类型的单片机进行程序设计,检测单片机功能是否正常运行。接

36、下来是 PCB 板的设计，PCB 板在本次毕业设计中是十分重要的。在得到原理图之后，便可以进行 PCB 板的设计与绘制。因为设计过程中要根据原理图来布置元器件和大致的走线。并且在进行设计之前要先确定板型的尺寸，所以在绘制 PCB 板的过程中，最重要的是布局、布线的过程，合理的布局会让布线也变得简便，在布局、布线的时候要符合 PCB 的基本原则，然后进行覆铜操作，完成之后再检查一遍有无错误，发现错误要及时改正。在确定了完成本次毕业设计所需要的工具和材料的选型后，便要开始进行工具和材料的购买了。这对于网上购物如此发达的中国来讲，是一件十分简单且高效的事情。由于经费等原因，在选型时尽量选择了价格较为

37、便宜的产品，当然这并不影响我们本次毕业设计的结果。本次设计所用到的主要实物图如下：北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计10图 5 电磁阀、气缸实物图图 6 4V210-08 详图除此之外还有驱动和电容等其他的小零件，不过麻雀虽小五脏俱全，这些小零件也是本次毕业设计不可或缺的一部分。在拿到了本次毕业设计所需的实物和材料之后，就要开始进行实物的安装和焊接了。制造一个实物的难点有两个地方，一是 PCB 版的焊接，北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计11对于部件的焊接要非常的细心。在进行焊接工作前有两个准备工作要先做好。首先要把所有需要用到的元件检查一遍，把全部元件先放在一起，

38、看看有没有哪些需要用上的元件漏了没准备好，及时进行查漏补缺。元器件等材料的数量对的上后，对元件的型号、规格进行仔细的检查，还需要对元器件是否损坏做一个排查，以免在全部元件焊接好后要更换元器件，造成不必要的麻烦。其次，要准备好我们的电烙铁和焊锡丝，最好还要准备好松香和吸锡器作备用工具。放置旧了的电烙铁头部会产生氧化反应，在开始焊接之前要使电烙铁焊接处头部保持光滑干净清洁，这时要给电烙铁做一个上锡处理，先用细砂纸打磨电烙铁，将电烙铁铁头打磨至光亮状态，然后加热电烙铁，加热的温度不用太高，随即将其插入松香，粘上松香之后就可以用焊锡丝去涂抹电烙铁铁头，在其表面镀上一层锡。这样做可以使电烙铁铁头不会被氧

39、化，并且能起到更容易沾锡的作用，也有利于我们接下来的焊接工作，会变得容易方便起来。把所有准备工作准备好后，就可以开始焊接了，焊接的顺序为：先插入元器件，开始焊接，检查元器件是否焊接完好，然后修剪引脚。要先把电阻焊接上去，再到电容。焊接的过程中，前面焊接的元器件不要阻碍到后面元器件的焊接，焊接的时候最好可以做到整齐有序，元器件整体与水平线保持平行状态，修剪引脚的时候也要两边对齐。在安装电容或者其他有极性的元器件时，一定要分清楚正负极，一旦出错不仅会损坏元器件，还有可能发生爆炸等危险反应，这一点要特别注意。安装好后还要测试电路是否能完整运行，检查有没有焊接不到位的地方，或是连接线路与设计好的电路不

40、一致。可以用万用表检测线路是否闭合或者是短路、短路的一个状态。如果出现问题了，要及时修正。在电路板焊接完成后，接下来就是把各个部件组装起来，首先把电磁阀和 PCB 板连接起来，让单片机可以控制电磁阀。然后把气缸与电磁阀的进气阀门连接起来，再把电磁阀与气缸相连。连接完整之后我们的弹琴机器人已经可以开始工作了，此时要调整气缸到电子琴的距离，因为把气缸固定到了琴架上，琴架到钢琴之前还有一段距离要把控，既不能考的太近，也不能靠的太远。需要慢慢的调试才能达到最佳的效果。在找到合适的位置之后，还需把气缸固定住，保持气缸在运作的时候，不会偏离原定的工作线路。3.结论结论本次课程设计用到的核心处理器为 89C

41、52 单片机，在运用单片机的基础上，通过使用外接驱动的方式，来放大引脚电流。在完成毕业设计的过程中，本人主要负责硬件部分的完成，包括电磁阀的设计和 PCB 板的设计，以及后续 PCB 板的焊接和组装，让 PCB板可以顺利执行单片机发出的指令，使硬件的功能得到该有的动作。也使后续的电磁阀和气缸可以顺利运作。由于 PCB 板一旦制作完成，不像万用板一样可以随意更改。如果要更改就只能重新制作，一旦出错不仅加大了花费，并且让我们的整体效率降低，因此北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计12PCB 板的设计是十分重要的一个环节。在完成毕业设计的过程中，锻炼了自己的动手能力，以及加深了对气动技术

42、和关 PCB 知识的了解，对自己的综合能力有很大的提升。本次课程设计过程中，从一开始该如何去实现能弹琴的机器人的初步思路，再到后续深入研究的具体方针，以及在实物制造过程和论文的编写过程中，导师都提供了细致、耐心地指引和教导，在指导的过程中教会了我要有一颗学以致用的心，在学习的过程要有严谨、科学的态度，学习的过程要保持一个可以独立思考的状态，在遇到瓶颈的时候也要学会向其他人虚心请教，在学习的过程中不仅丰富了自己的知识，还锻炼了自己独立思考的思维能力。经过小组成员们一起的不懈努力，在查阅资料、小组内讨论以及在老师的帮助下，我们最终还是把这个我们曾经一度无从下手，不知到要用什么方法去实现的弹琴机器人

43、毕业设计给完成了。通过这次毕业设计让我了解到了更多关于单片机和气动技术方面的知识，在这个过程中还接触了许多新的东西，比如说电磁阀和气缸以及他们的组合运用，学习这方面的新知识，不仅仅是用在毕业设计上，还能在以后生活中发挥它们的作用，毕竟技多不压身。气动技术经历了这么一个漫长的过程，在气动技术基础上而生的气动机械手已经迎来了它在工业上的春天，在各式各样的高危或精密行业发挥着它举足轻重的作用。气动技术在运用上，也不仅仅只用于工业行业上，慢慢的在我们的生活中也运用开来，这也让我不禁感慨人类知识的伟大之处。目前看来，世界上的气动技术、气动机械手臂的发展还是处于美国、日本和欧盟的领导状态，宛如三国时期的“

44、三足鼎立”。相比较于这些国家，我国在气动技术这方面的发展时间比较晚，在工业上的普及程度也有一定的差距，不过我国已经投入了较多的资源和精力在气动技术上来，经过这些年来的发展，我国的气动技术水平与发达国家之间的差距也越来越近。我相信，在不久的将来，我国的气动技术、气动机械臂技术将会追上他们。而我们作为当代大学生，也应该为了祖国各方面的强大去努力，为研究高新技术，在平时不断的巩固自己的基础，为更美好的将来努力奋斗。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计13参考文献参考文献1王宣银.气动机械臂的控制原理及其实现J.机械工程师,2001(2):29-31.2齐爱霞.气动机械手臂的关键技术特点及

45、控制方式研究J.农机使用与维修,2019(7):35-36.3吴南.自动机械手臂控制系统设计J.轻工科技,2019(8):77-78.4陶 湘 厅,袁 锐 波,罗 璟.气 动 机 械 手 的 应 用 现 状 及 发 展 前 景 J.机 床 与 液压,2007(8):226-228.5鲍燕伟,吴玉兰.一种通用气动机械手的控制设计J.机床与液压,2006(9):166-167,169.6付晓东.音乐机器人的发展历史与技术成果J.演艺科技,2015(05):34-39.7任美玲 陶大锦.机械臂的研究与进展J.出国与就业(就业版),2012(02):86-86.8江志.机器人的历史J.中国青年科技,2

46、003(11):37-38.9付晓东.音乐人工智能的伦理思考算法作曲的“自律”与“他律”J.艺术探索,2018(5):5-5.10胡柯.机器人革命J.小康：财智,2016(5):4-4.北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计14谢谢辞辞时光匆匆，最后一门大学课程毕业设计在不知不觉中即将结束，我的大学生活到这里也快要结束了。这段时间，通过与组员的沟通和交流，参考相关文献，结合所学的专业知识，最终完成此次毕业设计。对我而言，这是一个少有的挑战和自我提升的机会。在这过程中，我更加深入的理解所学过的专业知识，将理论结合实际运用在一起。同时也学习了新的知识，在本次毕业设计中涉及到的一些知识是以

47、前没有学习或者接触过的，在着手进行毕业设计之前只能自己提前去学习这方面的知识。在这个过程中增加了自己的专业知识，锻炼了自己阅读文献的能力，在这个过程中得到了同学和老师的帮助，在这里也要感谢自己的组员和老师的帮助。北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计15附附录录附录 1图 7 单片机原理图一北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计16图 8 单片机原理图二北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计17图 9 PCB 板电路图北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计18图 10 气路图北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计19图 11 PCB 板实物图北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计20图 12 弹琴机器人实物图