面向整页盲文显示装置的自锁式驱动设计

摘要

目前传统纸质盲文书籍种类少、更新速度慢，与日益增长的盲人阅读需求产生巨大的矛盾，研发一款可替代纸质盲文书籍的整页、可刷新的盲文显示装置具有重要意义。但目前缺少一种既满足盲文显示要求，又有锁止功能的驱动器以开发盲文显示装置。　　本文基于目前盲文显示装置驱动器存在的问题，创新地提出一种利用永磁体吸引铁磁材料实现锁止、使用电磁线圈驱动的自锁式驱动器。本文主要工作包括自锁式驱动器结构设计、结构参数计算、仿真分析以及验证测试。主要工作及结论如下:　　1、结合目前盲文显示装置驱动器的研究现状和整页盲文显示装置的研发需要，创新地提出一种能够实现双位置锁止的自锁式驱动器。为便于后续开发测试，设计了基于自锁式驱动器的盲文显示模组。并对自锁式驱动器的一些零件进行设计。　　2、根据磁场基本理论分析了上永磁体和下永磁体的磁场分布情况，并计算了上下永磁体单一作用铁芯时不同气隙下铁芯的受力;结合设计要求，设计铁芯在两个临界位置与上下永磁体的气隙。利用通电线圈磁力计算公式结合驱动器铁芯在两个临界位置的受力情况计算驱动铁芯运动所需的线圈绕组安匝数，依据此要求最后设计出驱动线圈。　　3、根据自锁式驱动器的结构参数，利用电磁仿真软件，分析了自锁式驱动器上下永磁体高度、铁芯半径对驱动器的静态特性影响。结果表明:下永磁体高度增加会增加铁芯向下方向的力，对铁芯在最下位锁止和从最上位向下运动时影响较大;上永磁体高度增加会使增加铁芯向上方向的力，高度增加一定程度后，会导致驱动器无法完成预定的功能;铁芯半径的变化对铁心受力影响很大，半径越大，铁芯受力越大。通过瞬磁场的仿真分析验证设计结构是合理可行的，能满足设计要求。　　4、试制装配基于自锁式驱动器的盲文显示模组;设计测试方案测试自锁式驱动器在最上位的锁止力。测试结果表明:锁止力大于50mN，满足设计要求。利用Arduino开发板和L298N电机驱动模块设计驱动电路以控制驱动器的通电时长，测试自锁式驱动器从最下位上升到最上位的响应时间。测试结果表明:响应时间约为200ms，响应频率约为5Hz，可以满足整页盲文显示装置对驱动器的要求。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3技术难点及主要创新点

1．3．1驱动器设计要求及技术难点

1．3．2论文主要创新点

1．4论文主要内容

2．1引言

2．2自锁式驱动器原理及总体结构

2．2．1自锁式驱动器工作原理

2．2．2总体结构

2．3自锁式驱动器主体结构设计

2．3．1自锁式驱动器主体结构

2．3．2自锁式驱动器运动件设计

2．3．3自锁式驱动器上下永磁体设计

2．3．4自锁式驱动器线圈骨架设计

2．4本章小结

3．1引言

3．2自锁式驱动器驱动过程分析

3．3自锁式驱动器上下永磁体磁力分析

3．3．1驱动器上下永磁体磁场分析

3．3．2驱动器上下永磁体磁力计算

3．4自锁式驱动器驱动线圈电磁力分析

3．4．1驱动器驱动线圈磁场分析

3．4．2驱动器驱动线圈磁力计算

3．5自锁式驱动器整体磁力计算

3．6自锁式驱动器驱动线圈的设计计算

3．7本章小结

4．1引言

4．2自锁式驱动器仿真流程介绍

4．2自锁式驱动器静磁场仿真

4．2．1模型建立及参数设置

4．2．2驱动器静态特性仿真分析

4．3自锁式驱动器瞬磁场仿真

4．3．1模型建立及参数设置

4．3．2驱动器运动过程仿真分析

4．4本章小结

第五章自锁式驱动器的实验测试

5．1自锁式驱动器测试准备

5．2自锁式驱动器锁止力测试

5．3自锁式驱动器响应时间测试

5．4本章小结

6．1论文总结

6．2不足与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢