载人爬楼梯轮椅控制系统研究

发布时间：2017-08-28 18:52

  本文关键词：载人爬楼梯轮椅控制系统研究

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【摘要】：楼梯的诞生缓解了建筑用地日益紧张的压力,提高了人们对空间的利用率。然而,多数六、七层高的居民楼往往不安装电梯,在这种情况下,对于需要乘坐轮椅的老年人和残疾人来说,上下楼梯成为他们面临的巨大障碍。同时,楼梯也给急救病人运送过程带来不便,抢救病人需要争分夺秒,运送过程时间越长,留给医生的抢救时间就越短。课题研究目的在于设计一套控制系统,包括硬件电路设计、运动算法实现和软件编程,这套轮椅装置可以在由人辅助的情况下实现爬楼梯的功能。从实际情况考虑,这种轮椅要求控制系统安全可靠、操作简便、控制装置轻便从而减轻轮椅运行负担。针对上述情况,采用PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)多轴运动控制卡作为控制器,这种控制器是一块具有独立存储、运算和操作能力的板卡,可以通过运行存储在内部的程序进行单独操作,从而减少使用工控机所占据的大量空间,使用其搭建开放式控制系统,具有很好地通用性。将这套控制器与无刷直流伺服电机、伺服驱动器等部件相连接,由伺服电机的旋转运动带动执行机构运行,从而搭建出一套闭环控制系统。论文详细阐述了控制系统的硬件选型和硬件系统搭建,并着重对系统的控制算法实现做出分析,根据相应控制算法编写运动程序,实现了系统的运动控制、动态检测和闭环控制等功能,使操作系统整体满足运行安全可靠、操作简便、控制装置轻便等性能要求。
【关键词】：爬楼梯机器人 运动控制卡 运动仿真 运动轨迹规划
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 文献综述10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 载人爬楼梯轮椅发展现状11-14
• 1.2.1 国外载人爬楼梯轮椅发展现状11-13
• 1.2.2 国内载人爬楼梯轮椅发展现状13-14
• 1.3 运动控制卡发展现状14-15
• 1.4 ADAMS虚拟样机设计软件的应用15-16
• 1.5 本课题研究目的及内容安排16-17
• 第2章 基于ADAMS的机构运动学及动力学分析17-31
• 2.1 载人爬楼梯轮椅整体结构说明17-18
• 2.2 基于ADAMS的机构运动仿真18-27
• 2.2.1 仿真模型创建与导入18-20
• 2.2.2 运动过程描述20-24
• 2.2.3 运动过程仿真24-27
• 2.3 基于ADAMS的机构动力学分析27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 伺服系统设计及性能分析31-39
• 3.1 直流伺服电机选型31-35
• 3.1.1 直流伺服电机的结构及特点31-32
• 3.1.2 直流伺服电机的工作特性及选用准则32-33
• 3.1.3 根据机构特性确定电机参数33-35
• 3.2 驱动系统设计35-38
• 3.2.1 控制理论方法设计计算35
• 3.2.2 建立数字式编码控制伺服系统35-36
• 3.2.3 反馈控制系统及PID参数调节36-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 控制系统器件选型及设计39-49
• 4.1 载人爬楼梯轮椅供电装置39-41
• 4.1.1 蓄电池分类比较39-40
• 4.1.2 锂离子电池工作原理及特性40
• 4.1.3 锂离子电池选型40-41
• 4.2 控制核心PMAC运动控制卡41-42
• 4.3 控制系统电路设计42-48
• 4.3.1 控制系统主回路配线及控制接.说明42-44
• 4.3.2 伺服控制器使能信号连接44-45
• 4.3.3 运动控制卡正转禁止、反转禁止信号连接45-46
• 4.3.4 外部脉冲、方向指令信号连接46
• 4.3.5 伺服错误反馈信号连接46-47
• 4.3.6 编码器A、B、Z相输出信号连接47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 软件程序设计49-59
• 5.1 PMAC运动控制卡程序开发流程49-51
• 5.1.1 PMAC控制系统开发流程49-50
• 5.1.2 功能说明50-51
• 5.2 PMAC运动控制卡软件开发环境51-55
• 5.2.1 PEWIN32 Pro程序开发环境51-52
• 5.2.2 实现PMAC与上位机之间的USB通讯52-53
• 5.2.3 PMAC中的几种变量53-54
• 5.2.4 PMAC中的E跳线功能及配置54
• 5.2.5 操作频率、波特率和滤波DAC输出设置54-55
• 5.3 PMAC运动控制卡程序编制55-58
• 5.3.1 PMAC手动JOG命令控制电机运动55-57
• 5.3.2 建立坐标系统57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 导师简介及企业导师简介64-65
• 作者简介65-66
• 学位论文数据集66

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本文编号：748962