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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 電腦不僅是一個(gè)高效的工具，同時(shí)也是頸椎病的一大誘因。目前顯示器支架均具有承載力小，安裝不方便，限于手動(dòng)調(diào)節(jié)，成本高等缺點(diǎn)。為達(dá)到預(yù)防頸椎病的目的，并且避免現(xiàn)有產(chǎn)品存在的缺點(diǎn)，我們提出了移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承載能力大，成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)醫(yī)學(xué)頸椎康復(fù)運(yùn)動(dòng)的最佳療法規(guī)劃顯示器自主運(yùn)行的最佳運(yùn)動(dòng)路徑，從而達(dá)到積極引導(dǎo)頸椎病康復(fù)性治療的目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 1.移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)是在分析原有產(chǎn)品存在的主要問題的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，并在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)主要問題進(jìn)行重點(diǎn)解決。 2.由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。并根據(jù)醫(yī)學(xué)頸椎康復(fù)運(yùn)動(dòng)的最佳療法規(guī)劃移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的最佳自主運(yùn)動(dòng)路徑，研制移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的主機(jī)及運(yùn)行控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)顯示器自主慢速運(yùn)行。 本系統(tǒng)利用VC++搭建控制界面，通過不同圖形選項(xiàng)指定承載平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，經(jīng)過實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)反解確定機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)輸入量后將數(shù)據(jù)通過USB傳輸?shù)较挛粰C(jī)單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)攜帶顯示器運(yùn)動(dòng)。 通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立其位置反解， 并運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行軌跡規(guī)劃并仿真，以驗(yàn)證移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性及反解的正確性。同時(shí)通過多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的最優(yōu)尺寸，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 電腦是頸椎病的一大誘因。為了使電腦工作者達(dá)到預(yù)防頸椎病的目的，我們提出了移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)。 基本思路： 1.由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)。并根據(jù)醫(yī)學(xué)頸椎康復(fù)運(yùn)動(dòng)的最佳療法規(guī)劃系統(tǒng)的最佳自主運(yùn)動(dòng)路徑，研制系統(tǒng)主機(jī)及控制系統(tǒng)。通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立其位置反解并進(jìn)行軌跡規(guī)劃并仿真，以驗(yàn)證本系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性及反解的正確性。創(chuàng)新點(diǎn)： 1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)及人體工程學(xué)的應(yīng)用 本系統(tǒng)采用基于運(yùn)動(dòng)基的并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型理論構(gòu)型了并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為本系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)，避免了串聯(lián)結(jié)構(gòu)承載力低，易于變形的缺點(diǎn)。以人體工程學(xué)研究中的人體動(dòng)作域作為設(shè)計(jì)的參考標(biāo)準(zhǔn)。 2、智能控制 本系統(tǒng)利用VC++搭建控制界面，通過不同圖形選項(xiàng)指定承載平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡。使用者只需通過設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡便可使本系統(tǒng)帶動(dòng)顯示器自主慢速運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)了支持系統(tǒng)對(duì)頸椎病患者的引導(dǎo)性治療。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）提出了移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解，求取了其可達(dá)工作空間。 （2）利用VC++搭建系統(tǒng)控制界面，通過選擇不同圖形選項(xiàng)指定承載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡。 （3）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于TB6560的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及基于PDIUSBD12通信芯片的USB通信電路。 技術(shù)指標(biāo)： 1.本系統(tǒng)動(dòng)平臺(tái)處于最高位置和最低位置時(shí)左右移動(dòng)距離分別可達(dá)234mm、84mm，上下移動(dòng)距離可達(dá)100mm。 2.本系統(tǒng)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)為2。 3.本系統(tǒng)工作時(shí)行程、速度可調(diào)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.整體采用二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，上下平臺(tái)通過兩平行四邊形機(jī)構(gòu)相連，避免了串聯(lián)結(jié)構(gòu)承載力低，易于變形的缺點(diǎn)。 2. 通過上位機(jī)設(shè)定運(yùn)動(dòng)軌跡使系統(tǒng)帶動(dòng)顯示器自主慢速運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)了顯示器支持系統(tǒng)對(duì)頸椎病患者的引導(dǎo)性治療。 3.結(jié)合人體工程學(xué)，規(guī)劃顯示器支持系統(tǒng)的最佳自主運(yùn)動(dòng)路徑，以達(dá)到最佳治療效果。 4.計(jì)算機(jī)界面化控制，使控制更加快捷方便，更具有人性化。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 不限
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 將顯示器固定在上平臺(tái)上，將系統(tǒng)與電腦連接，打開控制程序，在控制窗口內(nèi)設(shè)定系統(tǒng)的速度、運(yùn)動(dòng)軌跡等參數(shù)。然后打開支持系統(tǒng)的電源開關(guān)，點(diǎn)擊 “開始”按鈕即可。如需暫?；蚋淖冞\(yùn)動(dòng)軌跡可在控制窗口中更改。 作品特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)： 1.本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。利用VC++構(gòu)建界面，用戶只需在窗口中設(shè)置各種參數(shù)，即可確定系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度，讓顯示器按用戶的意愿運(yùn)動(dòng)。 2. 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。整體機(jī)構(gòu)采用二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，上下平臺(tái)通過兩平行四邊形機(jī)構(gòu)連接。由于兩平行四邊形機(jī)構(gòu)的存在，上平臺(tái)會(huì)始終保持水平。 3、本系統(tǒng)造型美觀、使用方便，并通過系統(tǒng)的非接觸式引導(dǎo)治療及頸椎病的預(yù)防，可大大降低長(zhǎng)期使用電腦的工作人員頸椎疾病的發(fā)病率。 4.本系統(tǒng)制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 應(yīng)用前景： 本系統(tǒng)對(duì)緩解和消除頸椎病具有重要理論意義和應(yīng)用前景。該系統(tǒng)操作方便，成本低廉，利于市場(chǎng)化。本系統(tǒng)適用于長(zhǎng)期使用電腦的辦公人員，并可推廣到自主移動(dòng)式電視支持系統(tǒng)等，具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值和應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 1.并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用 1978年，澳大利亞機(jī)構(gòu)學(xué)教授Hunt首次提出把六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人操作器，由此拉開了并聯(lián)機(jī)器人研究的序幕。80年代末90年代初，并聯(lián)機(jī)器人引起了廣泛關(guān)注，成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)，各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)先后展開了并聯(lián)機(jī)器人的研究。 并聯(lián)機(jī)器人是一種新型多自由度空間機(jī)器人，其具有剛度大、精度高、承載能力強(qiáng)、反解模型簡(jiǎn)單、適于實(shí)時(shí)控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，由于這些特殊的優(yōu)越性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 2、顯示器支持系統(tǒng)的現(xiàn)狀 在現(xiàn)今高速發(fā)展的電子信息時(shí)代，電腦不僅是一個(gè)高效的工具，同時(shí)也是頸椎病的一大誘因。 目前市面上已經(jīng)推出多種用于頸椎病康復(fù)鍛煉的液晶顯示器支架，其主要用于調(diào)節(jié)顯示器擺放姿態(tài)。但是這些支架均具有承載力小，安裝不方便，只限于手動(dòng)調(diào)節(jié)，成本高等缺點(diǎn)，不適于推廣和頸椎病的預(yù)防及頸椎的康復(fù)鍛煉。因此，我們著手研制一種移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)的研制將使電腦工作者在工作的同時(shí)達(dá)到頸椎病預(yù)防與頸椎康復(fù)鍛煉的目的。 借助于現(xiàn)在并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，本系統(tǒng)采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)，通過基于運(yùn)動(dòng)基的并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型理論構(gòu)型符合頸椎康復(fù)運(yùn)動(dòng)的自由度及符合人體工程學(xué)的新型并聯(lián)機(jī)械機(jī)構(gòu)。根據(jù)醫(yī)學(xué)頸椎康復(fù)運(yùn)動(dòng)最佳療法，規(guī)劃支持系統(tǒng)最佳自主運(yùn)動(dòng)路徑，通過建立適于支持系統(tǒng)的最大運(yùn)動(dòng)范圍、最小體積、最大承載力等多目標(biāo)為優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)理論，研制出移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)主機(jī)及支持系統(tǒng)運(yùn)行的控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)支持系統(tǒng)帶動(dòng)顯示器自主慢速運(yùn)動(dòng)，使使用者在工作過程中頸部跟隨顯示器不自覺轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了在電腦前長(zhǎng)期保持單一姿勢(shì)而導(dǎo)致的頸椎和背部僵硬、酸脹等頸椎疾病。使工作者在工作的同時(shí)達(dá)到鍛煉的目的。移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)適用于長(zhǎng)期使用電腦的辦公人員，并可推廣到智能電視支持系統(tǒng)、辦公桌支持系統(tǒng)。 3、屏幕支持系統(tǒng)的未來(lái) 目前國(guó)內(nèi)外在移動(dòng)顯示器支持系統(tǒng)方面的研究尚停留在僅用于調(diào)節(jié)顯示器擺放姿態(tài)的顯示器支架階段，但是這些支架承載力小，安裝不方便，只限于手動(dòng)調(diào)節(jié)，成本高。不適于廣泛推廣。借助于目前并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用及各方面的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
