第一篇：虛擬儀器的應(yīng)用及其發(fā)展前景

虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

電子信息科學(xué)與技術(shù)劉小輝學(xué)號：2010271022

虛擬儀器就是在通用計算機上加上軟件和(或)硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。

虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進(jìn)行維護(hù)、擴展、升級等。

而LabVIEW使廣大的儀器使用者方便、快捷地構(gòu)造自己的儀器系統(tǒng)成為了可能。LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它是一門專業(yè)編程語言。它的對象是測試、測量工程師或相關(guān)的科學(xué)研究人員。從測試、測量的角度看還沒有比LabVIEW更好的編程語言。LabVIEW可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種功能更強的儀器。它可以增強你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！

LabVIEW具有以下顯著特點：

一、圖形化編程，不需要再用鍵盤輸入程序文本，你只需按菜單或圖標(biāo)，點出所需要的功能框，用線條準(zhǔn)確連接出個功能框間的數(shù)據(jù)流向。

二、人機界面友好。Labview針對測試與控制領(lǐng)域提供了豐富的儀版界面，如表頭、旋鈕、按鍵、圖表、指示燈等。用戶也可很方便的構(gòu)建自己喜愛的功能圖形，從而形成直觀形象、圖文并茂的儀器面板。

三、程序查錯、調(diào)試方便。編程中一旦出現(xiàn)語法錯誤，馬上就有圖標(biāo)提示你。

四、超強的分析運算、運算功能。

五、開放性的開發(fā)平臺。

虛擬儀器系統(tǒng)可以廣泛地應(yīng)用在通訊、自動化、半導(dǎo)體、航空、電子、電力、生化制藥、和工業(yè)生產(chǎn)等各種領(lǐng)域。

虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。

虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分，首先是高效的軟件，軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機交互界面。有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強大優(yōu)勢。其次是模塊化的I/O硬件，面對如今日益復(fù)雜的測試測量應(yīng)用，NI提供了全方位的軟硬件的解決方案。NI高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測試和設(shè)計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應(yīng)用要求。最后是用于集成的軟硬件平臺。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。

同時，虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢：

一、性能高

虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC

技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時就能實時地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。

二、擴展性強

NI的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于NI軟件的靈活性，只需更新您的計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進(jìn)您的整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。

三、開發(fā)時間少

在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。

與傳統(tǒng)儀器技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)最大的優(yōu)勢是它直接通過微機為支撐。虛擬儀器技術(shù)已成為測試、工業(yè)I/O和控制和產(chǎn)品設(shè)計的主流技術(shù)，隨著虛擬儀器技術(shù)的功能和性能已被不斷地提高，如今在許多應(yīng)用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測試系統(tǒng)的設(shè)計提供一個極佳的模式，并且使工程師們在測量和控制方面得到強大功能和靈活性?？梢钥隙?，虛擬儀器技術(shù)必將與計算機技術(shù)同步發(fā)展。

第二篇：虛擬儀器數(shù)據(jù)采集應(yīng)用論文

虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計和發(fā)展的儀器，他是90年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)，主要用于自動測試、過程控制、儀器設(shè)計和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想是在儀器設(shè)計或測試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計算機平臺上，根據(jù)用戶需求來定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是充分利用計算機的最新技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。

虛擬儀器的特點和構(gòu)成 1.1 虛擬儀器的特點

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性 好等明顯優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：

智能化程度高，處理能力強 虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

復(fù)用性強，系統(tǒng)費用低 應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高 速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀 器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛 擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。

可操作性強，易用靈活 虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面。使用計算機的 多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù) 據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的 可操作性大大提高而且易用、靈活。

1.2 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計、軟件開發(fā)與設(shè)計2個方面考慮。

硬件電路的設(shè)計主要根據(jù)用戶所面對的任務(wù)決定，其中接口設(shè)計可選用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)包 括Gp IB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因為他具有通用性強、可擴充性好、傳輸速 率高、抗干擾能力強以及良好的開放性能等優(yōu)點，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀 器生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前VXI模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器的最理想平臺，是儀器硬件的發(fā) 展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電 路的設(shè)計一般可以選擇用現(xiàn)有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號調(diào) 理和高速數(shù)據(jù)采集；信號輸出與控制；數(shù)據(jù)實時處理。這3部分概括了數(shù)字化儀 器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來，就能構(gòu)成任何一種虛擬儀器。例如使用高速數(shù)據(jù)采集模塊和高速實時數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺示波器、1臺數(shù)字化儀或 1臺頻譜分析儀；使用信號輸出與控制模塊和實時數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺函數(shù)發(fā)生器、1臺信號源或1臺控制器。專用接口是針對特定用途儀器需要的設(shè)計，也包括一些現(xiàn)場總線 接口和各類傳感器接口。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機箱和儀器模塊。常用的控制方案 有GpIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計算機控制方式的 硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消 息基器件、存儲器器件和擴展器件。存儲器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸 大量數(shù)據(jù)。擴展器目前是備用件，為今后新型器件提供發(fā)展通道。將VXI儀器制作成寄存器 基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件，是在低層用二進(jìn)制信息編制程序。他的明顯優(yōu)點在于速度寄存器基器件完全是在 直接 硬件控制這一層次上進(jìn)行通信的。這種高速通信可以使測試系統(tǒng)吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件適用于虛擬儀器中信號/輸出部分的模塊（如開關(guān)、多路復(fù)用器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出 卡、模/

數(shù)轉(zhuǎn)換輸入卡、信號調(diào)理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用A SCII字符進(jìn)行通信，與這種器件十分相似是獨立HpIB儀器。消息基器件用一組意義 明確的 “字串行協(xié)議”相互進(jìn)行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤 要求。消息基器件必須有CpU（或DSp）進(jìn)行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器 中數(shù)字信號處理部分的模塊。

軟件的開發(fā)與設(shè)計包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅(qū)動軟件和應(yīng)用軟件（軟面板）。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

VXI總線接口軟件由零槽控制器提供，包括資源管理器、資源編輯程序、交互式控制程序和 編程函數(shù)庫等。該軟件在編程語言和VXI總線之間建立連接，提供對VXI背板總線的控制和支 持，是實現(xiàn)VXI系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。

儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅(qū)動軟件，他 的設(shè)計必須符合Vpp的2個規(guī)范，即Vpp3.1《儀器驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)和模型》和Vpp3.2《儀器 驅(qū)動程序設(shè)計規(guī)范》。

“軟面板”設(shè)計就是設(shè)計具有可變性、多層性、自助性、人性化的面板，這個面板應(yīng)不 僅同傳統(tǒng)儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動條、開關(guān)按鈕、報警裝 置等功能部件，而且應(yīng)還具有多個連貫操作面板、在線幫助功能等。

虛擬儀器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

利用虛擬儀器制作數(shù)據(jù)采集器可以按照硬件設(shè)計、軟件設(shè)計兩個步驟來完成。

2.1 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計要完成以下內(nèi)容：

1)模/數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲

設(shè)置具有通用性的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，一般應(yīng)滿足能對多路信號盡可能同步地進(jìn)行采集，為了使所采集到的數(shù)據(jù)不但能夠在數(shù)據(jù)采集器上進(jìn)行存儲，而且還能及時地在采集過程中 將數(shù)據(jù)傳送到上位機，選用存儲量比較適中的先進(jìn)先出存儲器，這樣既能滿足少量數(shù)據(jù)存儲 的需要，又能在需要實時傳送數(shù)據(jù)時，在A/D轉(zhuǎn)換的同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，不丟失任何數(shù)據(jù)。)VXI總線接口

VXI總線數(shù)據(jù)采集器通常可以利用兩種VXI總線通用接口消息基接口和寄存器基接口。消 息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器簡單的讀寫來控制儀器硬件的操作。利用消息基接口進(jìn)行設(shè)計，具體消息基接口的框圖見圖2。

3)采樣通道控制

為了滿足幾種典型系統(tǒng)通道控制的要求，使通道的數(shù)量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預(yù)置計數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設(shè)計成最多64路、最少2路可以任意選擇，而且可以從任意一路開始采樣，也可以到任意一路結(jié)束采樣，只要截止通道號大于起始通道號就可以了。整個控制在虛擬儀器軟面板上進(jìn)行操作，通過消息基接口將命令寫在這部分的控制寄存器中，從而設(shè)置計數(shù)器的初值以及采樣的通道總數(shù)。

4)定時采樣控制

由于不同的自動測試系統(tǒng)對采樣時間間隔的要求不同，以及同一系統(tǒng)在不同的試驗中 需要的采樣時間間隔也不盡相同，故可以采用程控的方式將采樣時間間隔設(shè)置在2 μs~13.0 ms之間任意選擇，可以增加或減少的最小單位是2 μs。所有這些選擇設(shè)置可以在虛擬儀器軟面板上進(jìn)行。

5)采樣點數(shù)控制

根據(jù)不同測試系統(tǒng)的需求，將采樣點數(shù)設(shè)計成可在一個比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進(jìn)行。

6)采樣方式控制

總結(jié)各種自動測試系統(tǒng)的采樣方式不外乎軟件觸發(fā)采樣和硬件 觸發(fā)采樣。在硬件觸發(fā)采樣中又包括同步整周期采樣和非同步整周期采樣，這2種采樣又可 以是定時進(jìn)行的或等轉(zhuǎn)速差進(jìn)行的。所有這些采樣方式，對于數(shù)據(jù)采集器來說都可以在軟面 板上進(jìn)行選擇。

2.2 軟件設(shè)計

軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，為使VI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰簡潔，一般可采用組件化設(shè)計思想，將各部分彼此獨立的軟件單元分別制成標(biāo)準(zhǔn)的組件，然后按照系統(tǒng)的總體要求組成完整的應(yīng)用系統(tǒng)，一個標(biāo)準(zhǔn)的組件化的虛擬儀器軟件系統(tǒng)，如圖3所示。

應(yīng)用軟件為用戶提供了建立虛擬儀器和擴展其功能的必要工具，以及利用pC機、工作站的 強大功能。同時Vpp聯(lián)盟提出了建立虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)庫（VISA）的建議，為虛擬儀器的研 制與開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)。這也進(jìn)一步使由通用的VXI數(shù)據(jù)采集模塊、CpU/DSp模塊來構(gòu)成虛擬儀 器成為可能。

基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集器的軟件包括系統(tǒng)管理軟件、應(yīng)用程序、儀器驅(qū)動軟件和I/O接 口 軟件。以往這4部分需要用戶自己組織或開發(fā)，往往很困難，但現(xiàn)在NI公司提供了所有這 四部分軟件，使應(yīng)用開發(fā)比以往容易得多。

下面簡單介紹以NI公司的Lab Windows/CVI為開發(fā)環(huán)境，來進(jìn)行VXI虛擬儀器的驅(qū)動程序開 發(fā)的方法。

第一步：生成儀器模塊的用戶接口資源文件（UIR）。用戶接口資源、文件是儀器模塊 開 發(fā)者利用Lab Windows/CVI的用戶界面編輯器為儀器模塊設(shè)計的一個圖形用戶界面（GUI）。一個Lab Windows/CVI的GUI由面板、命令按鈕、圖標(biāo)、下拉菜單、曲線、旋鈕、指示表以及 許多其他控制項和說明項構(gòu)成。

第二步：Lab Windows/CVI事件驅(qū)動編程。應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境Lab Windows/CVI中設(shè)計一個 用戶接口，實際上是在用戶計算機屏幕上定義一個面板，他由各種控制項（如命令按鈕、菜 單、曲線等）構(gòu)成。用戶選中這些控制項就可以產(chǎn)生一系列用戶接口事件（events）。例如，當(dāng)用戶單擊一個命令按鈕，這個按鈕產(chǎn)生一個用戶接口事件，并傳遞給開發(fā)者編寫的C語 言驅(qū)動程序。這是運用了Windows編程的事件驅(qū)動機制。Lab Windows/CVI中使用不同類型的 控制項，在界面編輯器中將顯示不同類型的信息，并產(chǎn)生不同操作的接口事件。在Lab Wind ows/CVI的開發(fā)平臺中，對事件驅(qū)動進(jìn)行C程序編程時可采用2種基本的方法：回調(diào)函數(shù)法和 事件循環(huán)處理法。

回調(diào)函數(shù)法是開發(fā)者為每一個用戶界面的控制項寫一個獨立的用戶界面的控制函數(shù)，當(dāng)選中某個控制項，就調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行事件處理。在循環(huán)處理法中，只處理GUI控制 項所產(chǎn)生的COMMIT事件。通過Get User Event函數(shù)過濾，將所有的COMMIT事件區(qū)分開，識別 出是由哪個控制項所產(chǎn)生的事件，并執(zhí)行相應(yīng)的處理。

第三步：應(yīng)用函數(shù)/VI集與應(yīng)用程序軟件包編寫。應(yīng)用函數(shù)/VI集需針對具體儀器模塊 功能進(jìn)行編程，應(yīng)用程序軟件包只是一些功能強大、需要完善的數(shù)據(jù)處理能力的模塊才需要 提供，如波形分析儀模塊、DSp模塊等。結(jié)語

本文探討了虛擬儀器的基本組成，以及實際的虛擬儀器軟硬件設(shè)計的一般方法，這些方法經(jīng)過實際設(shè)計工作運用證明是可靠的，可供系統(tǒng)工程技術(shù)人員在組建具體的基于VXI總線的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集、測試時參考使用。

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第三篇：淺談機械手及其應(yīng)用與發(fā)展前景

第31卷第2期

V〇1.31 No.2

企業(yè)技術(shù)開發(fā)

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE

2012年1月 Jan.2012

洗談機械手及其啟用與發(fā)展箭景

.? 韓夢丹，部曉宇

(西南交通大學(xué)，四川成都611756)摘要：在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已經(jīng)成為突出的主題。有效應(yīng)用機械手，則是發(fā)展機 械行業(yè)的必然趨勢。文章在介紹機械手結(jié)構(gòu)組成及工作原理的基礎(chǔ)上，概述其應(yīng)用及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：機械手；應(yīng)用；發(fā)展前景 中圖分類號：TH138 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-8937(2012)02-0079-02隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展以及生產(chǎn)過程機械化和 自動化水平的提升，工業(yè)機械手憑借其自身顯著的特點 得到了廣泛應(yīng)用。如：應(yīng)用機械手可以減輕勞動強度、提 高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件,避免人身事故的發(fā)生，在高 溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、和有放射性以及毒性 污染的惡劣環(huán)境中，應(yīng)用機械手可以部分或全部地替代 人來安全地完成作業(yè)，有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)等。其在機械加 工行業(yè)中的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力成本 達(dá)50%以上。

1機械手結(jié)構(gòu)組成及其工作原理

機械手是一種能按給定的程序或要求，自動地完成 物件(如材料、工件、零件或工具等)傳送或操作作業(yè)的機 械裝置，它能部分地替代人的手工勞動。較高級形式的機 械手，還能模擬人的手臂動作，完成復(fù)雜的作業(yè)。

機械手主要由抓取機構(gòu)、傳送機構(gòu)、驅(qū)動部分、控制 機構(gòu)以及行程檢測裝置、傳感裝置等部分組成。其各部分 之間的相互關(guān)系如圖1所示。

瞠勒部翅二:丨-—II■鹽癸卜?1-行搜險測裝簟

ifilt-r|niJ 圖i機械手的組成及其相互關(guān)系

抓取機構(gòu)對物件抓取和放置，它包括了手指與傳力 機構(gòu)等。傳送機構(gòu)可以改變物件的方位。驅(qū)動部分負(fù)責(zé)為 抓取、傳送兩機構(gòu)提供驅(qū)動，常用形式有液壓、氣壓、電力 和機械驅(qū)動等，其中，電力驅(qū)動采用較少，機械驅(qū)動則一 般用于簡易機械手，液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動方式占據(jù)了較 大比例。氣壓驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、壓縮氣源一空氣易得、造價 低、能達(dá)到較高速度,且氣動元件的生產(chǎn)與應(yīng)用也在逐步 擴大;液壓驅(qū)動伺服系統(tǒng)響應(yīng)快，且重量輕、體積小、動作平穩(wěn)、有著良好的控制性能、能在極低的速度下輸出較大 力，且由于液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，使得液壓 系統(tǒng)的設(shè)計、制造比較方便。控制部分是機械手動作的指 揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序、位置、時間等。行程監(jiān)測 裝置對機械手各運動行程進(jìn)行檢測和控制；傳感裝置中

作者簡介：韓夢丹（1991-)，女，四川成都人，大學(xué)本科，主要研究 方向：機械設(shè)計制造及其自動化。

裝傳感器，使手指具有敏感性和自控.性，用于檢測物件與 抓取機

構(gòu)接觸情況以及物件是否滑落等。

本文以四自由度液壓驅(qū)動通用機械手為例，對機械 手的工作原理進(jìn)行簡要介紹。如圖2所示，即為該種液壓 通用機械手的結(jié)構(gòu)原理圖。2—手II上下播動油缸 31臂左右轉(zhuǎn)動油ft 4—乎臂上下樣動機械反嫌#置 S —坊塵軍

6— 手《a轉(zhuǎn)及手指握s油*I

7— 手臂前后伸縮機械K後鼓* 手脅前e伸縮油魟 手騫上下擺動s轉(zhuǎn)油缸 10-手臃上下播動機?5供醬* 11一電氣控?麴置 12-*?#*

圖2機械手結(jié)構(gòu)原理圖

該種機械手，主要可以歸為機械、液壓、電氣控制系 統(tǒng)等

三個部分。機械部分包括手部、驅(qū)動及傳送機構(gòu)、位 置反饋裝置和機體等，如圖2所示，機械手的手臂前后伸 縮、上下升降、左右轉(zhuǎn)動、上下擺動分別由直線油缸(8)、直線油缸（1)、回轉(zhuǎn)油缸(3)、以及鉸接直線油缸(4)帶動 實現(xiàn)。機械手的手腕上下擺動則是由回轉(zhuǎn)油缸(9)帶動與 該部分結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的齒輪，再通過鏈條將運動傳送到手 腕擺動軸（圖中未畫出）來實現(xiàn)。手指握緊部分通過杠桿 手指和單向作用式握緊油缸(6)的配合來輸出相應(yīng)運動。上述各個油缸的控制是通過步進(jìn)電動機帶動隨動閥按照 輸人信號來改變通往油缸油液的方向和流量，由于油缸 輸出與隨動閥之間采用剛性反饋聯(lián)系，能不斷消除輸人 與輸出之間的誤差，從而可進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位。最后，對步進(jìn)電動機的控制則由電氣控制系統(tǒng)（11)實現(xiàn)，該簡 易數(shù)字控制系統(tǒng)采用集成電路，共可對步進(jìn)電機實現(xiàn)手 動、自動以及聯(lián)動等三種控制方式。通過以上幾個部分的 密切配合，機械手的各種運動得以準(zhǔn)確無誤地實現(xiàn)。

2機械手的應(yīng)用概況

① 熱加工方面。熱加工是高溫、危險的體力勞動，采 用機械手操作可以實現(xiàn)高效率和安全工作，如對少量、低 速以及人力不能勝任的作業(yè)的實現(xiàn)。在鍛造、鑄造、熔煉 等工業(yè)，機械手的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力，安 80 企業(yè)技術(shù)開發(fā) 2012年1月

裝了機械手的操作機可實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，取代了人 工喂料等操作，大大提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。

② 冷加工方面。冷加工方面的機械手主要用于一些 配件及零件加工時上下料以及刀具安裝的過程，將其應(yīng) 用于一些數(shù)控機床和加工生產(chǎn)線以及自動線上，成為了 設(shè)備、機床上下T.序聯(lián)接的重要手段。同時，也在加工生 產(chǎn)自動線上采用臂式機械手作為聯(lián)接丁序、運送工件的 重要設(shè)備。

③ 在裝、拆、修方面。眾所周知，拆修裝是鐵路工業(yè)系 統(tǒng)體力勞動較重的部門，采用機械手可以拆裝三通閥、分 解制動缸、組裝輪對、清除石棉等，大大減低了勞動強度。在采用機械手進(jìn)行裝配方面也是應(yīng)用的一大熱點，與傳 感裝置、計算機的配合能對零件方位進(jìn)行確定，能達(dá)到鑲 裝的目的。

些新型 材料可以制造無潤滑元件應(yīng)用于氣動機械手當(dāng)中，不僅 使系統(tǒng)簡化，且有著穩(wěn)定的摩擦性能以及較長的壽命。值 得重視的是，隨著機電一體化的發(fā)展，控制系統(tǒng)將向基于 PC機的開放型控制器的方向發(fā)展，并且，隨著傳感器作 用的日益加重，由“可編程控制器、傳感器、動作元件”組 成的典型的自動化控制系統(tǒng)依然會是主流發(fā)展方向，在 此系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的“開關(guān)控制”也將轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺答伩刂啤保瑥?而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的精度。

4結(jié)語

從1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手，到20世紀(jì)70年代初期制造業(yè)開始引進(jìn)機械手的使用，再到1972年我國第一臺機械手的開發(fā)以及隨之而來的 全國范圍都開始研制和應(yīng)用機械手，機械手的發(fā)展歷經(jīng) 了這短短幾十年，迎來的是制造業(yè)的全新面貌。并且機械 手依舊在發(fā)展，在進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域更在向著非制造業(yè)和 服務(wù)業(yè)發(fā)展，可以預(yù)見，機械手一定會繼續(xù)蓬勃發(fā)展，為 其涉及的行業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。3機械手的發(fā)展方向及前景

自20世紀(jì)60年代初期問世，機械手歷經(jīng)了近50年 發(fā)展，成為了制造業(yè)生產(chǎn)自動化中十分重要的機電設(shè)備，其發(fā)展前景一片光明。首先，伴隨現(xiàn)代控制技術(shù)和微電子 技術(shù)的發(fā)展，機械手重復(fù)精度提高，其定位準(zhǔn)確性得到増 強。其次，機械手可具有重構(gòu)化的機械結(jié)構(gòu)，即模塊化，經(jīng) 拼裝，機械手可具有的功能是:根據(jù)實際作業(yè)需要啟動所 需的模塊，實現(xiàn)所對應(yīng)的功能，讓同一機械手具有不同的 功能，增大其應(yīng)用范圍。再者，隨著低碳理念的深人人心，機械手的發(fā)展也將以無污染、節(jié)能為前提，如用一，考文獻(xiàn)：

[1 ]明仁熊.液壓與氣壓傳動[M].北京:國防工業(yè)出版社，2003.[2] 陸祥生.機械手一理論及應(yīng)用[M].北京:中國鐵道出版社，1985.[3] 王承義.機械手及其應(yīng)用[M].北京:機械丁.業(yè)出版社，1981.(上接第74頁）各個端口將各個設(shè)備連接起來。主要由 記憶模塊和采集模塊，依靠RS-485通訊接口，實施交互 信息。RS-485通訊協(xié)議規(guī)定了串行通信數(shù)據(jù)單元的格 式：1位起始位，6/7/8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗位，1/2位 停止位。RS-485全稱為EIA-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，只規(guī)定 了平衡發(fā)送器和接收器的電氣特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方 式。

記憶模塊主要是ARM芯片內(nèi)置了 64 k或128 k字 節(jié)的Flash ROM用于存放程序代碼；記憶部分含有具有 斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能的SRAM,有讀寫速度快，抗干擾能力 強，掉電數(shù)據(jù)不丟失的特點。通訊過程中均采用廠家定義 的通信協(xié)議，此外記憶模塊還

6結(jié)語

本遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)主要用于電力部門對發(fā)電廠、變電 站和大

用戶系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表和實時監(jiān)控。通過它可以 減少人工抄表的勞動強度，避免工人工作時可能出現(xiàn)的 意外傷害，并且能夠及時發(fā)現(xiàn)違法竊電現(xiàn)象，解決了用戶 玉電量管理部門的矛盾。該系統(tǒng)具有抄收速度快、計算精 度高、管理數(shù)字化、運行成本低等突出的優(yōu)點，設(shè)計中選 用性價比較好的通信模塊，在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，極 大地降低了系統(tǒng)的成本，具有廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)：

有電源抗干擾設(shè)計。采集模 塊顧名思義就是對電表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。[1] 郭天祥編.51單片機C語言教程[M].北京:電子工業(yè)出版 社，采用I2C接口串 行E2PROM作為存儲器存人記憶模塊，各個電2009.表數(shù)據(jù)通 過RS485接口進(jìn)行通訊。[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2006.5系統(tǒng)的可行性和發(fā)展前景

該產(chǎn)品可以實現(xiàn)一個控制室對全市或更大范圍內(nèi)的 電表進(jìn)行統(tǒng)一的集中抄表、管理，這樣可以節(jié)約大量的人 力物力。同時，抄表系統(tǒng)有自動診斷功能，可以將當(dāng)前的 電表狀態(tài)實時的傳送到控制室，給控制室提供當(dāng)前的最 新資料。

該抄表系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無特殊情 況下，僅僅傳輸電表數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)傳輸量相當(dāng)?shù)男。谔厥馇闆r下，可以采集圖像信息。采用這種方式，可以 在最大的程度上降低運營成本。與傳統(tǒng)的人力抄表來說，減少的成本是相當(dāng)可觀的。

現(xiàn)在國家提出要向信息化社會發(fā)展，傳統(tǒng)的抄表方 式勢必會被這種智能的抄表系統(tǒng)所取代，這種技術(shù)也是 未來發(fā)展的一個方向。這個抄表系統(tǒng)的市場空間很大，在 國家相關(guān)政策的推動下，這個技術(shù)被廣泛的推廣使用。

[3] 譚浩強，張基溫.C語言程序設(shè)計教程[M].北京:高等教育出 版

社，2006.14]文全剛.嵌人式系統(tǒng)接口原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航 天大

學(xué)出版社，2009.

第四篇：虛擬儀器 實驗報告3

虛擬儀器實驗報告三

專業(yè)年級

姓名

學(xué)號

成績

一、實驗?zāi)康模篖abVIEW編程軟件入門學(xué)習(xí)

二、實驗內(nèi)容: LabVIEW程序結(jié)構(gòu)

三、實驗步驟：

1、順序結(jié)構(gòu)（Sequence Structure）

2、For循環(huán)

3、While循環(huán)

4、Case結(jié)構(gòu)

5、事件結(jié)構(gòu)（Event Structure）

6、使能結(jié)構(gòu)

7、公式節(jié)點（Formula Node）

8、跟著實例學(xué)—模擬溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)

三、實驗結(jié)果：

練習(xí)1：

練習(xí)2：

-0練習(xí)4：

練習(xí)7：

作業(yè)題3：

思路：其實對1—5的數(shù)取余就行了，然后與布爾連接。

作業(yè)題6：

作業(yè)題7：

第五篇：虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

姓 名：王水根

學(xué) 號：1083420213 班 級：0801101班 學(xué) 院：電氣學(xué)院 指導(dǎo)老師：付寧

虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

王水根

剛開始接觸虛擬儀器這個概念的時候是在大三的上學(xué)期，我不記得那天具體是什么日子了，只記得公寓前面展板上多了一個很大的海報，內(nèi)容大概是哈工大虛擬儀器協(xié)會成立招新和第一屆全國虛擬儀器設(shè)計大賽的相關(guān)說明。這是我第一次接觸“虛擬儀器”這個當(dāng)時陌生的新詞。一看到這個詞我馬上想到我們經(jīng)常用的仿真軟件Multisim,那里面就有好多虛擬的電源、示波器、萬用表，還有頻譜分析儀、邏輯分析儀等。頓時，我覺得這個很有意思啊，要是能自己在電腦里設(shè)計一個示波器那就厲害了?？墒悄莻€虛擬的儀器又是怎么集成到其他電路仿真軟件上的呢？還有虛擬儀器的定義到底是什么呢？不知道。所以我?guī)е@些疑問上網(wǎng)查找和虛擬儀器的相關(guān)文檔，看看虛擬儀器到底是一個什么東西，虛擬儀器在哪些領(lǐng)域有應(yīng)用。

后來，我參加了協(xié)會組織的招新，初次接觸了Labview，在花了一個通宵做完招新布置的作業(yè)后，我也成了一名Labview的初學(xué)者。這之后我知道了Labview這個軟件是用來設(shè)計虛擬儀器的，而虛擬儀器是用計算機設(shè)計的一個軟件，它能完成一臺臺式儀器的功能。比如可以用Labview設(shè)計一個信號發(fā)生器，產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、任意占空比矩形波等。

而Labwindows/CVI我上大二時實驗室的師兄跟我說過，他那時跟我說CVI是用來設(shè)置界面用的，一般都是硬件配上CVI一塊用?？墒窃谙到y(tǒng)學(xué)習(xí)CVI之前我從沒用過Labwindows/CVI。CVI和Labview都是很好用很優(yōu)秀的軟件，在自動化測試領(lǐng)域有著特別重要的作用。Labview采用的是G語言，也就是圖形化語言，它不僅是一種編程環(huán)境，也是一門編程語言。Labview因為采用的是圖形化語言，所以和CVI比起來學(xué)習(xí)更容易，編程也更簡單，比較適合于專業(yè)知識比較薄弱的學(xué)習(xí)者。Labview采用的編程思想和傳統(tǒng)C語言一樣，是嵌套，主函數(shù)包含子函數(shù)的思想。所以，當(dāng)要編寫比較大的程序時，整個結(jié)構(gòu)就顯得很大很復(fù)雜，編寫起來比較困難。這時，CVI相對就比較適合，因為C語言相對G語言邏輯性強，結(jié)構(gòu)性要強。下面我就說說這次學(xué)習(xí)CVI的心得感受。

首先，老師幫我糾正了之前我對虛擬儀器的理解。虛擬儀器是在通用計算機上加上一組軟件和/或硬件，使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設(shè)計的專用電子儀器。虛擬儀器是一種軟件定義的系統(tǒng)，它基于用戶需求的軟件定義了一般測量硬件的功能。這就應(yīng)證了前面師兄跟我說的那句話，光有軟件也是不行的，還得有硬件配合，任何軟件都有一定的局限性，因為它們都是基于操作系統(tǒng)平臺的，而硬件是不需要任何平臺的，它自身就可以成為一個平臺。

后來，我知道了如何用CVI去設(shè)計一臺虛擬儀器，了解了設(shè)計虛擬儀器的步驟。和Labview設(shè)計虛擬儀器的步驟很像，用CVI設(shè)計虛擬儀器首先也是先設(shè)計軟面板，在CVI中是“.uir”文件，然后是編寫程序代碼，最后是編譯調(diào)試運行。后來，我們比較系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)了CVI測試數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲和傳輸方面的設(shè)計。在這個過程中，通過練習(xí)信號發(fā)生器的設(shè)計、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊和RS232通訊的設(shè)計，我基本上掌握了CVI的測試數(shù)據(jù)相關(guān)處理的設(shè)計。也是在這個短暫的學(xué)習(xí)過程中，我越發(fā)發(fā)覺CVI的功能是如此的強大。再后來，我們簡單學(xué)習(xí)了動態(tài)鏈接庫和多線程的應(yīng)用，動態(tài)鏈接庫和多線程技術(shù)在CVI高級程序設(shè)計中都特別有用。CVI可以使用Windows操作系統(tǒng)中的動態(tài)鏈接庫來實現(xiàn)一些很有用的功能，而多線程技術(shù)在工程很復(fù)雜時就大有作為，這時設(shè)計程序時就可以使用兩個線程、三個線程或者更多，這對提高編程效率非常有用。最后，我們簡單學(xué)習(xí)了儀器驅(qū)動程序的設(shè)計，大概了解了儀器驅(qū)動程序設(shè)計的發(fā)展是跟隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。儀器驅(qū)動程序從早期的底層I/O操作和高層儀器交互，逐漸發(fā)展到儀器編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化和軟件分層（也就是獨立的儀器驅(qū)動程序）。這也就是現(xiàn)在我們還在采用的儀器驅(qū)動程序設(shè)計方法，儀器驅(qū)動程序和儀器模塊分立，儀器驅(qū)動程序和應(yīng)用程序之間也獨立。后來這方法就發(fā)展成了現(xiàn)在的VPP規(guī)范，VPP規(guī)范對虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)和儀器驅(qū)動程序的開發(fā)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，它的核心是定義了標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件——VISA庫。這樣就實現(xiàn)了個廠家儀器的互操作。

最后我們學(xué)習(xí)了LabView知識入門，初步掌握了其設(shè)計虛擬儀器的方法和步驟，老師的講解很到位，簡單易懂。

通過學(xué)習(xí)虛擬儀器這么課，我不僅了解了虛擬儀器的相關(guān)知識，而且比較好地掌握了LabWindow/CVI的編程設(shè)計，能夠編寫簡單的虛擬儀器。但是我也知道要想成為一名CVI編程高手還需要進(jìn)行大量的練習(xí)，需要不斷地學(xué)習(xí)。