摘 要

随着人口老龄化现象加剧以及残疾人数量的增长，我们需要更多的去关爱这一群体，为了提高这一群体的社会参与性，克服楼梯对他们造成的空间障碍问题，设计一种载人爬梯装置具有极大的意义。

国外成熟的载人爬梯装置比较昂贵，严重超出了我国适用人群购买能力，本设计装置具有成本相对较低，控制较易的特点，符合我国国情。并且现阶段我国爬楼装置的专利多采用星轮式爬梯方式，本设计采用步进式爬梯方式，可谓是一创新点。

在对小车结构进行仿真建模的基础上对小车的驱动和控制方面进行了重点研究，在驱动小车时驱动机构的设计及相应电机驱动控制为重难点，本文设计了相对应的结构实现了小车的水平运动，爬梯水平移动，爬梯竖直运动，结合各运动的特点选了相应电机。在驱动控制电机时，设计并选用了相对应的驱动模块，并利用MAGA2560对相应电机进行控制，编写了相应控制程序。

关键词：爬梯小车，步进式，仿真，电机，控制

Abstract

With the aging of the population problem becoming more and more serious and the increase in the number of people with disabilities, we need more to care for this group, in order to improve the social participation of this group, to overcome the problems caused by the stairs on their space .designing a ladder equipment has great significance.

Foreign mature manned ladder device is more expensive, seriously beyond the capacity of China's population to buy, the design of the device has a relatively low cost, easier control characteristics, in line with China's national conditions. And at this stage of China's climbing equipment, multi-use satellite-style ladder-style approach, the design step by step ladder way, can be described as a new innovation.

Based on the simulation modeling of the structure of the car, the driving and control of the car are studied emphatically. The design of the driving mechanism and the corresponding motor drive control are very difficult when driving the cart. This paper designs the corresponding structure to realize the car of the horizontal movement, ladder horizontal movement, ladder vertical movement, combined with the characteristics of the movement selected the appropriate motor. In the drive control motor, the design and selection of the corresponding drive module, and the use of MAGA2560 control of the corresponding motor, the preparation of the corresponding procedures.

Key Words: Ladder car，Stepping，simulation，motor，control.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外爬梯装置现状 1

1.2.2 国内爬梯装置现状 4

1.3 本文研究内容与安排 6

1.3.1 研究内容 6

1.3.2 需要解决的问题与安排 6

第2章 小车驱动装置结构设计及应力分析 7

2.1 概述 7

2.2 驱动装置结构设计 7

2.2.1 平地运行结构设计 7

2.2.2 爬梯竖直位移结构设计 8

2.2.3 爬梯水平位移结构设计 9

2.3 执行电机选型 10

2.3.1 技术指标 10

2.3.2 平地运行电机选型 10

2.3.3 驱动丝杆电机选型 12

2.4 电池选择 13

2.5 爬梯过程分析 14

2.6 爬楼梯驱动装置有限元分析 16

第3章 对主动轮驱动的控制 17

3.1 概述 17

3.2 无刷直流电机驱动和控制原理 17

3.2.1 电机系统组成 17

3.2.2 基本驱动原理 17

3.2.3 三相无刷直流电机星形连接全桥驱动原理 18

3.2.4 调速控制 19

3.3 无刷直流电机驱动模块设计 20

3.3.1 主电路设计 20

3.3.2 电源电路设计 21

3.3.3 过流保护电路设计 22

3.4 控制流程图设计 22

第4章 对爬梯竖直运动驱动的控制 24

4.1 概述 24

4.2 直流电机驱动和控制原理 24

4.2.1 电机系统组成 24

4.2.2 基本驱动原理 24

4.3 直流电机驱动芯片 27

4.4 控制流程图设计 29

第5章 对爬梯水平运动驱动的控制 31

5.1 概述 31

5.2 步进电机驱动和控制原理 31

5.2.1 电机系统组成 31

5.2.2 基本驱动原理 31

5.3 步进电机驱动芯片 32

5.4 控制流程图 33

第六章 环境影响及经济性分析 35

6.1 环境影响分析 35

6.2 经济性分析 35

第7章 结论与展望 36

参考文献 37

附 录A 39

附 录B 40

附B1 40