基于机电一体化的展示系统及其关键技术的研究

摘要

传统的展示手段往往以平面展板、电视屏等二维展示形式为主。随着我国人民欣赏水平的提高，观众对新的展示形式和手段提出了更高的要求。基于这种发展趋势，本论文结合实际承担的展示工程内容和技术要求，研究出了多种基于机电一体化技术的多媒体展示系统，它们通过声、光、机、电及计算机多媒体技术，结合影视、美术动画制作、音频视频技术、光学投影技术、实物模型控制、舞台布景、电子灯光技术等高技术手段，利用人的视觉、心理，产生强烈的冲击感，突出了展示内容，加深了展示效果，使展示的内容更加生动、更具有交互性和娱乐性。论文对这几种各具特色的展示系统做了介绍，对其中的关键技术做了研究和实践，主要包括： (1) 设计开发了若干机电一体化的展示技术与系统，包括360°立体成像展示系统、幻影成像展示系统、舞台变换多媒体展示系统、远景定向查询系统、机器人剧场展示项目； (2) 设计、调试机电一体化展示系统的控制系统，搭建以PLC为核心的控制柜、PC机、播放器、灯光、舞台运动机构等单元协调工作的硬件系统和软件工作流程，实现了播放系统自动控制、系统数据通信和运动调速； (3) 针对机电一体化展示系统进行抗干扰设计，初步尝试了对展示系统进行状态检测和自动诊断，并经理论分析得出了冗余技术应该从基层单元做起的结论； (4) 基于三坐标测量机对成像展示系统中大型二次曲面的拟合测量及其轮廓度评价，包括建立带约束的最小二乘法目标函数来拟合球面的参数与结合模式搜索对复杂二次曲面进行轮廓度评定。 基于机电一体化技术的多媒体展示系统充分利用现代科技成果，使得展示过程具有艺术性、可看性和趣味性，生动形象地向观众表现了展示内容的多层次信息。

目录

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第一章绪论

1.1现代展示

1.2多媒体技术

1.3基于机电一体化的展示技术发展概述

1.4主要研究内容

第二章基于机电一体化的若干展示系统

2.1 360°立体成像展示系统

2.1.1 360°立体成像展示系统项目实例简介

2.1.2 360°立体成像展示技术的原理

2.1.3 360°立体成像系统的装置结构

2.1.4 360°立体成像系统的视场范围

2.1.5 360°立体成像系统的技术创新点

2.2机电一体化幻影成像展示系统

2.2.1幻影成像展示系统项目实例简介

2.2.2幻影成像展示技术的原理

2.2.2幻影成像系统的视场范围

2.2.3幻影成像系统的技术创新点

2.3舞台变换机电一体化多媒体展示系统

2.3.1舞台变换多媒体展示系统项目实例简介

2.3.2场景运动的实现方法

2.3.3舞台变换多媒体展示系统的技术创新点

2.4远景定向查询系统

2.4.1远景定向查询系统项目实例简介

2.4.2远景定向查询系统的原理与实现

2.4.3远景定向查询系统的技术创新点

2.5机器人剧场展示系统

2.5.1机器人剧场项目实例简介

2.5.2机器人的控制

2.5.3机器人剧场的技术创新点

第三章机电控制系统的设计

3.1展示系统对机电控制系统的基本要求

3.2展示系统中控制系统设计的基本内容和一般原则

3.2.1展示系统中控制系统设计的基本内容

3.2.2展示系统中电气控制线路设计的一般原则

3.3控制系统中的电气元件

3.3.1可编程控制器PLC

3.3.2人机界面HMI

3.3.3低压电器

3.4控制系统设计若干关键技术

3.4.1播放器的自动控制

3.4.2数据通信

3.4.3运动调速

第四章可靠性设计

4.1现代展示系统异常状况分析

4.2抗干扰设计

4.3冗余设计

4.3.1双PLC冗余控制系统

4.3.2冗余系统的效能分析

4.4状态监测与自动诊断

4.4.1系统总体方案设计

4.4.2组成模块及其功能

4.4.3故障诊断系统

第五章大型曲面拟合与轮廓度评定

5.1曲面测量技术概述

5.1.1非接触式面形测量

5.1.2接触式面形测量

5.2曲面重构的方法

5.2.1插值

5.2.2拟合

5.3大口径球面的拟合测量

5.3.1球面拟合计算的数学基础

5.3.2基于代数距离最小二乘球面拟合及其特点

5.3.3基于几何距离最小二乘球面拟合及其特点

5.3.4带约束最小二乘法拟合球面

5.4复杂二次曲面轮廓度评价

5.4.1半径补偿

5.4.2点到复杂二次曲面距离的计算

5.4.3复杂二次曲面标准型转换

5.4.4用模式搜索评定复杂二次曲面的轮廓度

第六章总结与展望

6.1主要工作总结

6.2下一步工作展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的论文

作者攻读硕士学位期间参与的项目