健身马的机电一体化设计

论文摘要

随着社会的进步与经济的发展,越来越多的人出现了亚健康的状态,比如肥胖、高血压、颈椎问题等,经研究骑马运动能够很好的缓解这些症状,但是室外骑马健身对大多数人来说不够现实,故而需要一款能够仿生马匹慢跑的室内运动器械,健身骑马机应运而生。本文中,健身马的机构设计是上届师兄健身马项目的延续。首先,通过查阅相关资料,在深入了解马的运动规律、机构组合以及机构变异理论的基础上,采用对曲柄摇杆机构和圆柱凸轮机构组合进行合理拟合的方法,实现了对马慢步行走时“V8”型运动规律的模拟。其中,由曲柄摇杆机构变异得到的偏心轴机构模拟马的纵向“8”字形运动,圆柱凸轮机构模拟马的横向摆动。然后,利用Pro/e软件初步设计各零部件的三维模型,并在装配后进行了必要的动力学仿真和稳定性分析,而后根据所需提供的扭矩来选取了合适的直流电动机。接着,初步设计出控制系统的第一套方案并加以实施。该系统以AT89C52单片机为核心,并选取合适的PWM直流调速器以及信号隔离器来降低控制系统的误差。该方案能够实现对健身马运行速度的调节,但是却不能显示有负载时电机的实际运转速度。因此,本文又进一步推出了改进版控制电路方案,增加了测速模块,将LED显示模块更换为LCD显示模块,并利用Proteus与Keil C联调进行了电路仿真,达到了预期的效果。在整个控制程序的设计中,均采用C语言,在Keil C软件中进行编辑完成。最后为了丰富健身马的娱乐功能,增添了MP3功能的设计,使健身者在健身的同时也能享受到音乐带来的快乐。最后为了使健身马的功能多样化,进行了基于富士通MB9BF506芯片的嵌入式系统的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 骑马健身的国内外发展状况
• 1.3 健身骑马机的研究现状
• 1.4 本课题的研究内容与本文结构
• 第2章 机构设计及动力学分析
• 2.1 健身马外部结构设计
• 2.2 传动机构的设计
• 2.2.1 偏心轴机构的设计
• 2.2.2 凸轮机构的设计
• 2.2.3 动力传动机构的设计
• 2.3 健身马机构的动力学仿真
• 2.3.1 Adams动力学分析原理
• 2.3.2 整体机构的仿真
• 2.4 健身马稳定性的分析
• 2.4.1 稳定性原理
• 2.4.2 稳定性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 控制系统硬件设计
• 3.1 电机的选取
• 3.2 电机调速器和信号隔离器的选择
• 3.2.1 PWM直流调速器的选择
• 3.2.2 信号隔离器的选择
• 3.3 微处理器的选择
• 3.4 控制系统的设计
• 3.4.1 键盘与显示器接口模块
• 3.4.2 D/A转换电路模块
• 3.4.3 其他接口模块
• 3.4.4 原理图的绘制及电路板的制作
• 3.4.5 PCB布线及硬件抗干扰措施
• 3.4.6 实测控制效果与不足之处
• 3.5 控制系统的改进
• 3.5.1 显示输出接口模块
• 3.5.2 电机转速测量模块
• 3.5.3 改进的新控制电路原理图
• 3.6 音乐播放器的设计
• 3.6.1 播放器系统总体设计
• 3.6.2 系统硬件组成及电路设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 软件程序设计及电路仿真
• 4.1 各功能模块软件程序设计
• 4.1.1 键盘消抖程序设计
• 4.1.2 显示输出程序设计
• 4.1.3 计时程序设计
• 4.1.4 测速程序设计
• 4.1.5 音乐播放器程序设计
• 4.2 仿真电路设计与仿真调试
• 4.2.1 Protues软件简介
• 4.2.2 仿真硬件电路原理图
• 4.2.3 仿真测试
• 4.3 小结
• 第5章 基于MB9BF506控制方案的探索
• 5.1 ARM基本原理
• 5.1.1 ARM寄存器
• 5.1.2 异常
• 5.2 MB9BF506芯片简介
• 5.3 MB9BF506芯片的优势
• 5.4 基于MB9BF506的控制方案设计
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 设计的优势与不足
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢