基于自动桥式吊车系统的智能操纵杆设计与实现

摘要

自动桥式吊车系统是工业自动化的一个重要研究领域，相比人工操作系统，提高了运送效率、定位精度和安全系数。为了进一步提高自动桥式吊车系统的安全性能，本文设计开发了一款易与嵌入式硬件系统融合，使用简单方便，可在自动操作和手动操作之间实现平滑切换的智能操纵杆。本文工作主要包括以下方面：
　　 (1)对真实吊车操纵装置以及自动化系统中手动操控方案进行调研，选择使用工业操纵杆作为吊车的输入设备，并确定了将其应用在自动桥式吊车嵌入式系统上以完成手动操纵的设计方案。
　　 (2)以DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)+FPGA(FieldProgramming Gate Array，现场可编程门阵列)嵌入式实时硬件系统平台为基础，设计实现了操纵杆接入电路和相关接口，主要包括模拟放大电路、电压跟随隔离电路和模拟数字转换电路。
　　 (3)结合硬件系统的特点，设计了操纵杆应用软件，详细介绍了操纵杆应用的软件结构和主要流程。软件设计部分包括模拟输入信号转换为数字信号，吊车动作编码和数字控制指令转换成吊车控制模拟信号，为操纵杆操作吊车实现各项功能奠定了基础。
　　 (4)在自动桥式吊车嵌入式硬件系统平台上，对操纵杆软硬件设计进行了安装、调试和运行，并通过相关实验验证了操纵杆实时操作吊车的可行性，以及手动操作在自动吊车系统上的良好适应性，同时具备较高的安全性、实时性和可靠性。最后，通过一系列实验展示了操作人员利用操纵杆完成吊车二维空间运动，三维空间负载运送以及手动操作模式和自动操作模式之间平滑无扰动切换功能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 引言

第二节 研究现状

1.2.1 吊车自动控制研究现状

1.2.2 吊车系统中嵌入式技术的研究现状

1.2.3 吊车操纵杆研究现状

第三节 三维桥式吊车自动控制实验系统介绍

1.3.1 三维桥式吊车实验平台

1.3.2 自动吊车系统硬件电路

第四节 论文主要内容与结构

第二章 智能操纵杆总体设计方案

第一节 引言

第二节 智能操纵杆设计流程及整体框架

第三节 智能操纵杆各部分设计方案

2.3.1 操纵杆方案

2.3.2 硬件设计方案

2.3.3 软件设计方案

第三章 智能操纵杆设计与实现

第一节 引言

第二节 操纵杆选型

3.2.1 霍尔效应

3.2.2 霍尔传感器

3.2.3 三轴霍尔操纵杆

第三节 智能操纵杆硬件设计与实现

3.3.1 DSP模块

3.3.2 系统电源及电平方案

3.3.3 模拟输入电路设计

3.3.4 模拟输出电路

第四节 智能操纵杆软件设计与实现

3.4.1 DSP软件开发环境和流程

3.4.2 操纵杆模块软件程序设计

3.4.3 操纵杆模块软件实现

第五节 本章小结

第四章 智能操纵杆功能实现

第一节 引言

第二节 智能操纵杆平台介绍

4.2.1 嵌入式系统硬件平台

4.2.2 操纵杆安装

4.2.3 位置测量

第三节 吊车二维运动功能实现

4.3.1 X、Y轴正负方向运动实现

4.3.2 X-Y平面内吊车斜线运动实现

4.3.3 二维空间下货物运送功能实现

第四节 三维空间下负载运送功能实现

4.4.1 三维运送功能描述

4.4.2 三维运送功能实现

第五节 手/自动操作模式切换功能实现

4.5.1 手/自动操作模式切换功能描述

4.5.2 手/自动操作模式切换功能实现

4.5.3 手自动操作结合的负载运送实现

第六节 智能操纵杆性能测试

4.6.1 智能操纵杆实时性

4.6.2 智能操纵杆精确性

第七节 本章小结

第五章 结论与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历、学术论文与研究成果