楊忠義 王鑫 張炯 姜峰 郝舉紅

摘要：本文分析了系統(tǒng)技術(shù)在碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，系統(tǒng)技術(shù)就是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)。從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的著干個(gè)概念單元，以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行二次分解，生成功能更為單一和具體的子功能單元。這些子功能單元同樣可繼續(xù)逐級(jí)分解，直到能夠找出一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。深人了解系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，把握系統(tǒng)外部聯(lián)系，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)十分重要。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)；接口技術(shù)；通信接口技術(shù)；單片機(jī)；設(shè)計(jì)

碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)以各種各樣的形式滲透到了社會(huì)的各個(gè)角落，社會(huì)生產(chǎn)、家庭生活、交通運(yùn)輸、航空航天及海洋開發(fā)都在使用碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)產(chǎn)品，都離不開碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)。碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)概念也普遍被人們所接受。碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)是機(jī)械技術(shù)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展的必然產(chǎn)物，它的產(chǎn)生和發(fā)展具有廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)和社會(huì)基礎(chǔ)。碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)，而力學(xué)、機(jī)械學(xué)、加工工藝學(xué)和控制構(gòu)成了機(jī)械技術(shù)的四大支柱學(xué)科，即使一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也都需要以上技術(shù)的支持。系統(tǒng)技術(shù)是碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)用中的一個(gè)重要方面。

1 系統(tǒng)技術(shù)基本概念

碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)是在微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透，機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動(dòng)傳遞，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。

系統(tǒng)技術(shù)就是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干個(gè)概念單元，以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行二次分解，生成功能更為單一和具體的子功能單元。這些子功能單元同樣可繼續(xù)逐級(jí)分解，直到能夠找出一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。深人了解系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，把握系統(tǒng)外部聯(lián)系，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)十分重要。

2 系統(tǒng)技術(shù)基本分類及簡(jiǎn)要分析

從以上的分析可以知道，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，它是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)部分有機(jī)連接的保證。接口包括電氣接口、機(jī)械接口和人一機(jī)接口電氣接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間電信號(hào)的連接；機(jī)械接口則完成機(jī)械與機(jī)械部分、機(jī)械與電氣裝置部分的連接；人一機(jī)接口提供了人與系間的交互界面。

研究接口技術(shù)，主要就是對(duì)單片機(jī)每個(gè)接口的功能進(jìn)行分析，由于目前市面上的單片機(jī)型號(hào)較多，而且每種單片機(jī)的接口都會(huì)有一定的變化，這在一定程度上提高了單片機(jī)通信接口技術(shù)學(xué)習(xí)的難度，在目前的單片機(jī)通信接口技術(shù)的學(xué)習(xí)中，通常都會(huì)選擇一種單片機(jī)作為參考，在日常的教學(xué)過程中，單片機(jī)接口的功能都是根據(jù)選擇的單片機(jī)進(jìn)行實(shí)例教學(xué)，然后根據(jù)單片機(jī)自身的特點(diǎn)，雖然單片機(jī)型號(hào)的不同，接口的功能會(huì)有一定的差異，但是總體的變化不大，單片機(jī)接口的整體功能相同，只是相同功能接口的位置會(huì)有所變化，這樣實(shí)例教學(xué)時(shí)，在單片機(jī)通信接口的功能介紹完成后，只需要進(jìn)行一定的拓展，學(xué)生們就能夠很清楚的了解到其他單片機(jī)的接口分布，而且在單片機(jī)應(yīng)用之前，通常需要一些軟件對(duì)單片機(jī)接口的功能進(jìn)行測(cè)試，由于單片機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，需要通過一些軟件來進(jìn)行程序的編譯，并寫入到單片機(jī)中，為了保證編寫程序的準(zhǔn)確性，通常都會(huì)在模擬軟件中，對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，這樣在模擬的過程中，也能夠知道單片機(jī)每個(gè)接口的功能。

3 系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在日常生活中人們熟悉的自行車是個(gè)非常典型的機(jī)械產(chǎn)品。設(shè)計(jì)自行車首先要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人手，若使其具有一定的功能、外觀形狀和負(fù)載能力，就必須進(jìn)行力學(xué)計(jì)算和機(jī)械設(shè)計(jì)，這就離不開力學(xué)和機(jī)械學(xué)；若使其具有定的運(yùn)動(dòng)性能，如方向控制、速度控制、煞車制動(dòng)等，就離不開控制技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)不同的是它所采用的是手動(dòng)控制而不是自動(dòng)控制；要制造一輛自行車，加工工藝學(xué)當(dāng)然也是不可缺少的技術(shù)?？梢姍C(jī)械技術(shù)離不開力學(xué)、機(jī)械學(xué)、控制和加工工藝學(xué)的支持。近年來，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，機(jī)械技術(shù)的四個(gè)支柱學(xué)科也隨之發(fā)生了很大的變化。

接口技術(shù)在很多范圍內(nèi)都進(jìn)行了很好的應(yīng)用，但是在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)，在具體的控制環(huán)節(jié)中，單片機(jī)通常作為控制系統(tǒng)的核心，被集成在系統(tǒng)中，甚至是直接焊接在電路上，這樣單片機(jī)內(nèi)的程序就固定了，無法通過改變單片機(jī)的程序，從而實(shí)現(xiàn)控制功能的改變，一些經(jīng)常需要改變的加工環(huán)節(jié)中，單片機(jī)就不能采用焊接的方式，而是插在系統(tǒng)的電路板上，這樣在進(jìn)行程序改寫時(shí)，就可以將單片機(jī)拿下來，寫入程序后，再將單片機(jī)插入到電路中，但是考慮到單片機(jī)的接口是有插拔次數(shù)的，插拔到一定次數(shù)時(shí)，單片機(jī)就無法繼續(xù)使用，雖然利用最新的單片機(jī)通信接口技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在線寫入程序，極大的改善了單片機(jī)通信接口技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，還是需要注意單片機(jī)通信接口的壽命問題，當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)問題需要換一個(gè)單片機(jī)使用時(shí)，應(yīng)該注意型號(hào)必須與之前的完全相同，為了保證單片機(jī)通信接口功能的相同，應(yīng)該對(duì)每個(gè)接口的功能進(jìn)行測(cè)試。

4 結(jié)束語

通過全文分析系統(tǒng)技術(shù)在碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì)中，其存在的意義重大，并且能夠在很大程度上得到了廣泛應(yīng)用其主要的優(yōu)勢(shì)在于方便、精確，能夠在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行，并起到了重要的控制作用。未來發(fā)展中，系統(tǒng)技術(shù)將更加自動(dòng)化以及智能化，從而實(shí)現(xiàn)智能化的人們生活方式。系統(tǒng)技術(shù)通過綜合利用現(xiàn)代高新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在提高精度、增強(qiáng)功能、改善操作性和使用性、提高生產(chǎn)率和降低成本、節(jié)約能源和降低消耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和改善勞動(dòng)條件、提高安全性和可靠性、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和減輕重量、增強(qiáng)柔性和智能化程度、降低價(jià)格等諸名方面都取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促使社會(huì)和科學(xué)技術(shù)又向前大大邁進(jìn)了一步。

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基金項(xiàng)目：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《高性能碼垛機(jī)器人及其控制系統(tǒng)的研制》（項(xiàng)目編號(hào)：201713301006）階段性成果。

作者簡(jiǎn)介：楊忠義（1996—），男，四川宜賓人，哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院本科在讀，研究方向：機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)。

（作者單位：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院）