图像火检操作说明书(常用版).doc

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1、图像火检操作说明书（常用版）(可以直接使用，可编辑 完整版资料，欢迎下载）电站锅炉图像火焰检测系统操作说明书北京恒源信达电力技术目 录1安装31.1系统要求31.2安装步骤42操作说明92.1启动画面92.2系统参数初始化10视频切换器及DSP设置10图像画面及DCS设置12状态信号设置13巡回层选择及密码设定142.3系统初始化152.4界面显示及菜单功能16主画面显示16菜单显示及其功能18工具栏功能19状态条信息表示功能202.5实时检测功能21图像监视画面21燃烧器状态显示222.6各系统功能描述23录像回放23自动循环功能24单角循环功能25各层切换功能26直方图显示功能27曲线图显

2、示功能28伪彩图显示功能30数据采集分析功能31系统设置功能32参数设定功能34巡回设定功能35密码设置功能36下位机复位功能37查看功能38用户帮助功能40关于火检功能41退出系统功能421 安装1.1 系统要求使用北京恒源信达电力技术提供的专用于电站锅炉图像火焰检测系统的工控机。具体参数如下：Inter Pentium 4 3.0G内 存：1G硬 盘：80G图像卡：OK-C30A串口卡：MOXA1.2 安装步骤1、将 电站锅炉图像火焰检测系统 光盘插入工控机的CD-ROM驱动器。2、执行 电站锅炉图像火焰检测系统 执行程序 setup.exe。3、执行下列步骤：图表 1 电站锅炉图像火焰检

3、测系统安装步骤一点击 Next 按钮，继续运行。图表 2 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤二点击 Yes 按钮，继续运行。图表 3 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤三输入用户名、公司名称、序列号后，点击 Next 按钮，继续运行。图表 4 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤四设置 电站锅炉图像火焰检测系统的安装路径，点击 Next 按钮，继续运行。图表 5 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤五选择 Typical 或者 Compact 或者 Custom 方式后，点击 Next 按钮，继续运行。图表 6 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤六设置 电站锅炉图像火焰检测系统在Windows系统菜单中的显

4、示名称，点击 Next 按钮，继续运行。图表 7 电站锅炉图像火焰检测系统安装步骤七点击 Finish ，完成安装。4、安装结束后，不需要重新启动计算机。5、点击计算机桌面上的 图像火检 图标运行电站锅炉图像火焰检测程序。或者从 开始程序电站锅炉图像火焰检测系统图像火检系统 来运行该程序。2 操作说明2.1 启动画面该画面是一个启动界面，显示出的信息包括公司名称、软件名称、软件版本号、版权信息等内容。停留时间约为2-3秒。图表 8 电站锅炉图像火焰检测系统启动画面该画面显示完成后，进入系统设置画面或进入图像火检主画面。2.2 系统参数初始化2.2.1 视频切换器及DSP设置首次安装锅炉电站火焰

5、检测系统时，要对系统参数进行设置。上述启动画面结束后，将进入下面的系统参数设置画面。图表 9视频切换器及DSP设置1、 视频切换器设置在安装有视频切换器设备时，选择视频切换器方式。没有安装视频切换器设备时，选择无视频切换器方式。2、 切换层数设置可以设置切换的层数（1-16层，初值为4）。安装有视频切换器时，要占用的一个串口（初值为COM3）。设置各层的描述按照画面分割器的画面分布，遵循从左到右、从上到下的原则确定其所属位置。3、 每层画面设置每一层所显示的画面个数。其根据所选画面分割器的画面数来确定每一层所显示的画面数。4、 层火焰检测器（DSP）设置可以设置层火焰检测器的台数（1-8台，初

6、值为4），每台DSP需要占用的一个串口（初值为COM5COM8）。超过系统串口或设置出界时，会出现设置错误报警信息，并自动进行调整。5、 各层的名称配置常规：为指示灯正常排序的名称设置。显示：为图像界面上各角名称设置。显示各角名称：为图像界面上名称显示与否的设置。6、 设定限制该设置画面中切换层数和每层画面所选定的画面数乘积不应超过64。特殊设置时会出现警告短信息提示。7、 上述设置完成后，点击 下一步 进入下一系统设置页面。2.2.2 图像画面及DCS设置图表 10 图像画面及DCS设置1、 画面分割器选择本系统支持四画面、九画面、十六画面分割器的选择。默认值为四画面。选择无视频切换器时，系

7、统将采用双画面分割器进行切换模式。需要进行双画面分割器的设置。2、 画面分割器型号选择四画面分割器支持APPRO、Philip及敏通四画面分割器。十六画面选择为NK-2166画面分割器。每个画面分割器占用一个串口（初值为COM4）3、 与DSP通讯选择选择与下位机的通讯协议。4、 与DCS通讯选择当系统设置与DCS控制连接时，可以选择与DCS通讯。占用串口（初值为COM10）5、 切换器与层对应关系图像火检系统采用切换器时，设置各层与切换器层所对应的关系。默认为正循环。6、 预警窗口显示功能。预警窗口显示与否功能，在需要进行预警的系统中采用。7、 视频输入源设置本系统支持最大6路视频（录像）输

8、入选择。各视频名称可以设置，最多8个字符。8、 上述设置完成后，点击 下一步 进入下一系统设置页面。2.2.3 状态信号设置图表 11状态信号设置1、 状态信号灯显示模式可以选择角显示模式或横向显示模式。2、 状态信号灯设置屏幕显示状态信号灯与其所对应的下位机及其端口的设置，应注意以下几点：l 状态信号灯的设置与视频切换器的各层设置相关。l 状态信号灯的设置与视频切换器所对应下位机及其端口设置相关。l 各层状态信号灯所对应的下位机及其端口通过选择来进行设置。l 该层所显示状态信号灯的位置无输入信号时，可以选择下位机为0。l 注意不要引起所有层之间下位机及其端口冲突。3、 状态面板指示灯显示模式

9、分为角显示模式和横向显示模式。4、 控制台显示项目设置在非管理模式中需要提供给操作用户的操作项目。5、 上述设置完成后，点击 下一步 进入下一系统设置页面。2.2.4 巡回层选择及密码设定图表 12巡回层选择及密码设定1、 巡回层选择及密码设定包括巡回时间的设定及巡回切换层的设定。巡回时间应设定为适当的时间（秒）范围。巡回切换层可以设定需要显示观测的层。2、 采用切换器的系统中，需要设置层巡回的顺序。默认为正循环。3、 上述设置完成后，点击 完成 结束系统设定。2.3 系统初始化系统初始化成功时，自动进入系统主画面。系统初始化失败时，将显示如下画面：图表 13 系统初始化失败画面初始化成功的项

10、目将显示 成功（绿色字体），初始化失败的项目将显示 失败（红色字体）。此画面出现后，将有二个选择：1、继续 2、退出。选择 继续 将进入本系统，但失败的部分不可用。选择 退出 将退出本系统。2.4 界面显示及菜单功能2.4.1 主画面显示角模式显示画面：图表 14 角模式显示画面横向模式显示画面：图表 15 横向模式显示画面2.4.2 菜单显示及其功能菜单列表如下：、 文件保存图像：对当前画面进行图像保存（静止画面）。进入/退出管理模式：在管理模式与非管理模式之间切换。退出：退出本系统。、 检测实时检测：进入实时检测状态，采集实时数据。录像之录像一：采集设置为录像一端口数据，实现录像回放功能。

11、录像之录像二：采集设置为录像二端口数据，实现录像回放功能。录像之录像N：采集设置为录像N端口数据，实现录像回放功能。、 显示全画面显示：指定的分割器的四画面或九画面或十六画面显示。各角部显示：指定单角画面显示（如左上角）。、 切换自动循环：当前显示画面中各燃烧器的燃烧状态循环监视。单角循环：所有燃烧器依次单角全画面循环监视。各层切换：切换到指定的层来监视该层的燃烧器的燃烧状态。、 分析直方图：显示当前各层及各角燃烧器的亮度直方图。曲线图：显示当前数据库及历史数据库中一定时间范围内的各燃烧器的区域亮度、亮度上下限、亮度最大小值、温度梯度、燃烧状态及黑龙长度等数据曲线。具有保存当前分析曲线图的功能

12、。伪彩图：切换当前画面显示模式为伪彩图像模式。数据值：实时采集与下位机通讯中获取成功数据的次数，对其进行采集成功率计算与分析。、 设置系统设置：对本系统的运行环境进行设置。设置后需要重新启动本系统。参数设定：对各燃烧器的有无火区域范围及相关数据进行设置，可以保存当前设置参数。具有保存当前各区域数据的功能。设定后可与下位机进行数据通讯。巡回设定：对自动循环中需要监视的各层进行选择。色彩设定：对当前显示图像的亮度、对比度、色彩度及饱和度进行调整。密码设置：对本系统管理密码可以重新设置。DSP复位：对选择的下位机发送复位命令。、 查看工具栏之文字显示：在主画面中按钮工具栏上的文字进行显示及隐藏切换。

13、状态栏：显示或隐藏状态栏。、 帮助帮助：本系统的帮助。关于火检：本系统的系统信息。2.4.3 工具栏功能工具栏上按钮为弹压式按钮。选定该功能时，为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。分别为实时检测、录像一、录像二、录像N、直方图、曲线图、伪彩图、系统设置、参数设定、巡回设定、色彩设定、密码设置、自动循环、单角循环、用户帮助、关于火检、退出系统。其各功能参见各功能说明。2.4.4 状态条信息表示功能在主画面的最底部设有状态条，将显示当前系统的状态信息或鼠标移动到各功能模块时的状态信息。还设有本系统处理数据的进度状态条及当前系统日期信息。2.5 实时检测功能实时检测功能是本系统最主要的功能。

14、通过检测每个燃烧器喷口实时火焰来监测锅炉的燃烧状况，实现各燃烧器的实时图像显示、图像处理、数据采集、状态监测、数据存储、全炉膛燃烧状态等功能。2.5.1 图像监视画面图像监视画面根据选择的图像画面分割器分为四画面显示、九画面显示及十六画面显示。分别为下列图形显示。、四画面图像显示、九画面图像显示、十六画面图像显示l 选择实时检测功能时，工具栏上的实时检测按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 在各分割画面的左下角，显示其所属燃烧器的设定名称。l 红色边框所处的位置表示当前图像画面所处的层位置。l 点击主界面左侧窗口所显示的层，将切换为当前所鼠标所指向的层。红色边框也将随之切换到当前

15、层上。l 双击鼠标实现单角画面和全局画面的切换功能。在各分割画面上双击鼠标，将切换到该燃烧器的单画面的全局显示，也即单角显示。再次双击鼠标，将返回到全画面显示。l 全炉膛燃烧状态显示窗口。2.5.2 燃烧器状态显示采用信号灯指示方式来显示各燃烧器的燃烧状况。可以选择角显示模式或者横向显示模式。并能实现两种模式的切换。分为以下几种状态：表示为该位置所显示的燃烧器为有火状态，燃烧正常。表示为该位置所显示的燃烧器为无火状态，燃烧异常。表示为该位置所显示的燃烧器与其连接的下位机通讯出现异常中断。表示为该位置所显示的燃烧器没有视频输入。表示为该位置所显示的燃烧器当前的黑龙状态（长度）。红色信号指示灯闪烁

16、时，表示为其燃烧器所观测到的状态为预警燃烧。2.6 各系统功能描述2.6.1 录像回放录像回放具有2路输入系统，即录像一及录像二。工具栏上有2个按压式按钮分别对应2路录像输入。录像回放主要应用于查看视频记录设备所记录的火焰图像，实现对录像机或硬盘数字录像机等图像记录设备所保存的图像进行浏览和查看。在对锅炉燃烧状态及故障分析具有重要的意义。录像回放画面如下：l 选择录像回放功能时，工具栏上的录像回放按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 录像回放功能只提供视频输入的输入端口进行视频的浏览，具体的操作（如开始、停止等）将在视频记录设备上完成。l 选择录像回放功能不能执行自动循环及单角循

17、环等功能。2.6.2 自动循环功能自动循环功能将对在巡回设定中选中的层进行循环监测浏览。自动循环详细功能如下：l 选择自动循环功能时，工具栏上的自动循环按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 自动循环时，在主界面左侧的窗口中，红色边框将随着巡回间隔时间自动跳转到下一要显示的层界面上，同时图像窗口也将更换到所对应层的监视图像中。l 自动循环功能只对在巡回设定中所选中的层进行循环监测。l 自动循环中画面上所显示的内容由用户自行设定。l 自动循环时，将屏蔽鼠标双击的切换燃烧器功能l 在主界面左侧窗口中，点击任一层将结束自动循环功能。2.6.3 单角循环功能单角循环功能是将在巡回设定中选中

18、的层内的各角图像循环地显示在屏幕中，达到监测所选层内各角燃烧状态的目的。单角循环详细功能如下：l 选择单角循环功能时，工具栏上的单角循环按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 单角循环时，在主界面左侧的窗口中，红色边框将在巡回间隔时间内将层内各角自动循环显示完成后跳转到下一要显示的层界面上，图像窗口也将更换到所对应层内各角的监视图像中。l 单角循环功能只对在巡回设定中所选中的层内各角燃烧状态进行循环监测。l 单角循环中画面上所显示的内容各角的图像画面。l 自动循环时，将屏蔽鼠标双击的切换燃烧器功能l 在主界面左侧窗口中，点击任一层将结束单角循环功能。2.6.4 各层切换功能各层切换

19、功能是将选中的层的图像显示在屏幕中，达到监测所选层内单一或各角燃烧状态的目的。l 在主界面左侧的窗口中，单击相应的层位置，红色边框将跳转到该层界面上。以此来实现各层之间的切换。图像窗口也将更换到该层的监视图像中。l 当鼠标在该层的某一信号灯上停留时，将在该层的上方显示出该信号灯所对应的描述名称。l 各层切换功能可以实现时，右侧窗口中双击鼠标能够实现单角和全角的切换。2.6.5 直方图显示功能该功能主要是采用直方图的方式来显示各角燃烧器的亮度值。其横轴为各角燃烧器，纵轴为各角燃烧器的亮度。范围在0255之间。直方图界面显示如下：图表 16直方图显示画面l 选择直方图功能时，工具栏上的直方图按钮为

20、按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 通过直方图可以比较各角燃烧器的亮度值来判断各角燃烧器的燃烧状况。l 显示的亮度直方图为实时采集到的有火或无火信号值。l 点击确定按钮关闭当前直方图界面。2.6.6 曲线图显示功能该功能通过图像曲线直观地显示各角燃烧器的参数在一定时间内的连续变化过程。显示的项目包括各区域亮度、各区域亮度上限及下限、亮度最大和最小值、温度梯度、温度梯度上限及其下限、温度梯度的最大和最小值、有火及无火状态、黑龙长度及其最大和最小值。可供选择的项目有采集数据的起始日期、显示曲线的时间范围、数据取值的间隔等。曲线图的横轴为时间，纵轴为数值和有无火状态。数值的范围为0255。

21、曲线图界面显示如下：图表 17 曲线图显示画面l 选择曲线图功能时，工具栏上的曲线图按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 可以选择当前数据库或者历史数据库来浏览指定时间内曲线图。l 通过选择左下角的日期确定所要查找的数据曲线日期范围。l 通过右上角的燃烧器选项，可以选择所要查看的单角燃烧器。l 通过调节时间显示范围确定当前界面上所要显示的时间范围。l 通过设置取值间隔来确定采集数据的时间间隔。l 选择区域亮度各项的显示或隐藏功能（点击复选框）来显示所需要查看的各个项目。l 选择温度梯度各项的显示或隐藏功能（点击复选框）来显示所需要查看的各个项目。l 选择抖动系数各项的显示或隐藏功

22、能（点击复选框）来显示所需要查看的各个项目。l 选择有无火的显示或隐藏功能（点击复选框）来显示所需要查看的有无火状态曲线。l 选择黑龙显示来显示或隐藏黑龙的状态曲线。l 亮度的最大及最小值为常规显示。l 温度梯度的最大及最小值为常规显示。l 黑龙长度的最大及最小值为常规显示。l 鼠标在曲线图界面上移动时，在右下角会显示当前的坐标值。l 选择保存图像功能，实现当前图像界面的保存。l 利用鼠标拖动下方的时间轴，可以快速地移动到指定的时间位置。l 曲线图中各曲线所采用的颜色对应界面右侧所设定的颜色值。l 该曲线图可以作为分析锅炉燃烧状态的有力的辅助工具。l 选择单一数据库最大可以显示5天的数据曲线图

23、。可以查看近60天的数据曲线图。l 点击确定按钮关闭当前曲线图界面。2.6.7 伪彩图显示功能该功能是将当前实时检测或者录像回放的图像进行伪彩仿真处理，转换成所需要的伪彩显示模式，进行对当前燃烧状态所必要的查看及数据分析。伪彩图显示界面如下：图表 18 伪彩图显示画面l 选择伪彩图功能时，工具栏上的伪彩图按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 伪彩图只对实时检测和录像回放所采集的图像进行伪彩仿真转换。2.6.8 数据采集分析功能该功能是用于测定本系统与下位机通讯过程中采集数据的成功次数及其成功率的功能模块。数据采集界面如下：l 该功能模块通过分析菜单下的数据值选项实现数据采集界面显

24、示。l 该功能通过选择下位机来显示各下位机的采集数据。l 该功能采集当前实时数据并计算出采集数据的成功次数及其成功率。l 该功能作为数据通讯的分析工具，提供真实的数据采样计算结果。l 点击确定按钮关闭当前数据采集分析界面。2.6.9 系统设置功能本系统在运行过程中，需要对系统参数进行修改或显示模式重新定义时，可以重新进行系统设置。、 视频切换器及DSP设置图表 19 视频切换器及DSP设置该界面设置功能请参见视频切换器及DSP设置功能部分。、 图像画面及DCS设置图表 20 图像画面及DCS设置该界面设置功能请参见图像画面及DCS设置功能部分。、 状态信号设置图表 21状态信号设置该界面设置功

25、能请参见状态信号设置功能部分。2.6.10 参数设定功能下位机用于判断燃烧器火焰的有无并给出ON/OFF信号，其参数设置是否合理直接影响到火焰判断的准确性。本系统的参数设定功能将实现有无信号区域的合理设定。采用的方法是利用彩色框直观地定位在屏幕上的火焰判断的火焰特征区内。参数设定界面如下：图表 22参数设定界面l 选择参数设定功能时，工具栏上的参数设定按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 选择不同的燃烧器，为其设置不同的区域参数值。l 调节各区域坐标值或者移动各区域框来设定各区域的大小及位置。l 区I代表黑龙区，设定区域亮度上限。区II代表燃烧区，设定区域亮度下限。l 区域III

26、VI代表火焰燃烧变化强烈的部分，设定抖动幅度，抖动槛值上限和下限。l 实时显示各区域的采集到的亮度值、温度梯度、黑龙长度等数值。l 移动鼠标时，显示当前鼠标所在的位置以增加各区域位置的直观性。l 保存模板功能将设置完毕的各区域参数以单角模式或全角模式保存到文件中。l 调入模板功能将保存的各区域参数以单角模式或全角模式调入到本系统中。l 单角模式将第一个燃烧器所设定的各参数存入所有燃烧器的参数中。l 当单个燃烧器的数据发生变化时，应用按钮将显示为可操作状态，反之为屏蔽状态。l 应用按钮将实现设定完毕的参数与下位机进行数据传输。并核对与下位机的数据通讯是否成功。失败时将提示传输失败的燃烧器的名称等

27、信息。l 关闭按钮将执行返回操作，并关闭该窗口。2.6.11 巡回设定功能巡回设定功能将设定循环显示监控的各层，所选定的层将在循环显示中显示，作为监控的目标之一。巡回设定界面如下：图表 23 巡回设定画面l 选择巡回设定功能时，工具栏上的巡回设定按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 巡回设定中设定的巡回显示时间间隔应大于3秒钟。l 循环层初值为全部选中。即全部循环监测。l 点击各层名称前的复选框，选择在循环显示中需要查看的层。打勾为选中，反之为放弃。l 确定按钮保存当前的选择，取消将放弃当前的修改并返回主界面。2.6.12 密码设置功能密码设置功能是用户设置或修改操作密码的功能模

28、块。密码设置界面如下：图表 24 密码设置界面l 选择密码设定功能时，工具栏上的密码设定按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 选中修改密码复选框后，可以实现密码修改。l 设置或修改密码时，需要输入原密码。l 新密码和确认新密码输入不同时，将会弹出窗口提示密码输入错误。l 点击确定按钮将保存设置后的密码，取消将保持原密码不变。2.6.13 下位机复位功能下位机复位功能是在下位机运行出现异常的情况下，对下位机发送复位命令来达到重新启动下位机的功能。下位机复位界面如下：图表 25 下位机复位界面l 该功能模块通过设置菜单下的DSP复位选项来运行下位机复位界面显示。l 选择相应的下位机，

29、点击应用发送下位机复位命令。l 点击关闭按钮，关闭下位机复位窗口。2.6.14 查看功能查看功能能够选择显示或隐藏状态栏、显示带有文字的工具栏图标或显示无文字的工具栏图标。带有文字的工具栏图标的界面：图表 26 带有文字工具栏的界面无文字的工具栏图标的界面：图表 27 无文字工具栏的界面2.6.15 用户帮助功能用户帮助功能提供本系统用户操作手册的电子文书。包括系统安装、操作方法、常见问题等章节。是为用户在使用本系统的过程中遇到问题时快速解决问题所提供的重要工具。用户帮助窗口如下：图表 28用户帮助界面l 选择用户帮助功能时，工具栏上的用户帮助按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l

30、 打开用户帮助功能时，将自动最小化图像火焰检测系统。l 恢复图像火焰检测时，不会自动关闭用户帮助窗口。2.6.16 关于火检功能关于火检是关于本系统的信息提示功能窗口。关于火检界面如下：图表 29 关于火检界面l 选择关于火检功能时，工具栏上的关于火检按钮为按下（凹陷）状态。反之为弹起（凸起）状态。l 点击可以通过互联网连接到北京恒源信达电力技术的网站上。l 点击确定按钮将关闭本窗口。2.6.17 退出系统功能退出系统将关闭本系统，退出本应用程序。退出系统时，将实现以下功能：l 关闭实时数据采集程序。l 关闭数据库运行程序。l 关闭与下位机通讯程序。l 关闭全炉膛状态显示窗口。l 关闭与画面切

31、换器通讯程序。l 关闭与视频切换器通讯程序。l 清理程序运行中所占用的内存。无碳小车设计说明书学 院：交通与车辆工程学院 专 业： 热能与动力工程 学生姓名: 卞玉帅、李阳、刘晋科指导教师: 程诚（院长） 时间：二一二 年十月二十一日二一二 年十一月十一日摘要 一种无碳小车，在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料 、加工 、制造成本等各方面因素。我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计

32、、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，使我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车体采用肋板加固底盘、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉，连杆齿轮微调。其中转向运用了四杆机构。技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行

33、理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。小车大多的零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。对于塑料会采用激光切割。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。 关键字：无碳小车 参数化设计 软件辅助设计 微调机构 灵敏度分析目录摘要2一 绪论51.1小

34、车功能设计要求51.2小车整体设计要求51.3小车的设计方法6二 方案设计72.1车体92.2原动机构92.3传动机构92.4转向机构102.5行走机构112.6微调机构12三 技术设计133.1建立数学模型及参数确定14能耗规律模型14运动学分析模型16动力学分析模型20灵敏度分析模型23参数确定243.2零部件设计253.3整体设计26整体装配图26小车运动仿真分析26四 小车制作调试及改进264.1小车制作流程26详见工艺分析方案报告264.2小车调试方法264.3小车改进方法27五 评价分析275.1小车优缺点275.2自动行走比赛时的前行距离估计275.3改进方向27六 参考文献28

35、七 附录287.1装配图287.2耗能分析程序287.3运动学分析程序297.4动力学分析程序317.5灵敏度分析程序33一 绪论1.1小车功能设计要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来评定小车的性能。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不

36、允许掉落。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：小车上面要装载一件外形尺寸为6020 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。转向轮最大外径应不小于30mm。1.2小车整体设计要求 小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。工程管理能力要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力要求设计具有创新性和规范性。制造工艺能力

37、要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。1.3小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法。采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。下面是我们设计小车的流程（如图一）图一二 方案设计通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车

38、架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构）。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。下面为我们设计图框（图二）图二在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。图三2.1车体车体不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车底盘采用2mm铝板另加肋板加固。2.2原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车拐弯时

39、速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮式原动机构。2.3传动机构传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率

40、高、传动稳定、结构简单重量轻等。1.不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点适合本小车设计。3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。2.4转向机构转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的

41、机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯等等。凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难。在本小车设计中由于：凸轮轮廓加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低能量损失大（滑动摩擦）因此不采用 曲柄连杆+摇杆 优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用

42、弹簧等力封闭来保持接触。缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。在本小车设计中由于小车转向频率和传递的力不大故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂，利用MATLAB进行参数化设计并不困难，加上个链接可以利用轴承大大减小摩擦损耗提高效率。对于安装误差的敏感性

43、问题我们可以增加微调机构来解决。曲柄摇杆结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低。其急回特性导致难以设计出较好的机构。差速转弯差速拐是利用两个偏心轮作为驱动轮，由于两轮子的角速度一样而转动半径不一样，从而使两个轮子的速度不一样，产生了差速。小车通过差速实现拐弯避障。差速转弯，是理论上小车能走的最远的设计方案。和凸轮同样，对轮子的加工精度要求很高，加工出来后也无法根据需要来调整轮子的尺寸。（由于加工和装配的误差是不可避免的）综合上面分析我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。2.5行走机构 行走机构即为三个轮子，轮子有厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。由摩擦理论知道

44、摩擦力矩与正压力的关系为 对于相同的材料为一定值。而滚动摩擦阻力，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。单向轴承实现差速的原理是其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。