一种演艺场所智能万向车台的关键技术研究与实现

摘要

在现代化的艺术演出中，常常需要演员、布景或者道具在平面上实现某些运动效果，如表现行车、行船等特效，或者对其进行搬迁。本课题针对演艺场所的需要，研制用于演艺活动的万向车台及其控制系统，可通过手柄遥控器或PC端监控软件进行远程控制，包括规划路径、显示运动状态且在运动中能够实施人工干预，可实现整体车台的全向移动以及中央转台的旋转运动，为多车台的群组运动控制奠定基础。
　　论文的主要研究工作如下：
　　1.建立了万向车台的运动模型。
　　对不同轮系结构的特点和实际应用进行了对比和分析，针对运行环境，为车台的驱动轮进行选型，根据轮系的组合情况分析车台的运动约束。运用理论力学相关理论建立车台的运动学模型和动力学模型，通过对上述模型的分析得出车台整体运动与各驱动件运动的关系。根据分析结果，确定总体的设计方案，将万向车台系统的功能划分为多个子模块。
　　2.实现了万向车台的机械结构。
　　在综合功能、力学性能以及制造成本的基础上，运用三维建模软件SolidWorks设计了万向车台的机械结构，包括底盘架、轮系结构、转台传动结构以及支撑结构，并根据其工程图进行零件加工，之后装配出实物。该万向车台配备了全向轮运动底盘，并镶嵌了可独立旋转的站台，解决了传统表演车台只能在轨道上作一维运动的缺点。
　　3.开发出了基于嵌入式处理芯片的下位机硬件电路和无线遥控器。
　　通过Atium Designer电路设计软件开发并实现了以STM32嵌入式处理器为核心的万向车台下位机硬件电路系统以及无线手柄遥控器，采用C语言在Keil uvison集成开发环境中编译了下位机与遥控器的控制程序代码。
　　4.开发出了PC端无线监控软件系统。
　　采用C＃程序设计语言在微软Visual Studio.NE平台上开发了基于windows系统的PC端远程监控系统，包括人机交互界面和各功能模块的C＃代码，实现了无线通讯、路径规划、手动遥控以及运动参数在线显示等功能。

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第一章 绪 论

1.1课题的工程背景与研究意义

1.2演艺场所的车台技术产业概述及研究趋势分析

1.3课题研究目标与主要内容

第二章 万向车台的运动模型与总体设计方案

2.1轮式结构的特性比较

2.2万向车台的驱动轮选型

2.3万向车台的运动学建模

2.4万向车台的动力学建模

2.5万向车台的机械系统设计

2.6万向车台的控制系统设计

2.7万向车台系统的总体设计方案

2.8本章小结

第三章 万向车台机械系统的设计实现

3.1车体框架的设计与选型

3.2驱动底盘的设计与选型

3.3传动机构的设计与选型

3.4支撑结构的建模与选型

3.5万向车台装配

3.6本章小结

第四章 万向车台控制系统硬件的设计实现

4.1硬件系统架构

4.2万向车台的硬件设计

4.3本章小结

第五章 万向车台监控软件的设计实现

5.1万向车台监控软件的介绍

5.2软件系统的整体布局

5.3监控软件的功能模块

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1课题总结

6.2课题展望

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的研究成果