运动控制器范文

2023-09-16

运动控制器范文第1篇

运动控制系统的上位控制方案一般有单片机系统、专业运动控制PLC、专用控制系统和“微型计算机 (PC) +运动控制卡”。采用单片机系统实现运动控制, 成本较低, 但开发难度较大, 周期长。这种方案一般适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备, 如送料器、自动焊机等。专用控制系统一般是针对专用设备或专用行业, 如西门子公司的车床数控系统和铣床数控系统等[2]。随着PC的普及, “PC+运动控制卡”的方案是运动控制系统的主要发展趋势。这种方案可充分利用计算机资源, 用于运动过程、机械轨迹都比较复杂, 而且柔性比较强的机器设备, 比如目前很热门的开放式数控系统大多采用这种方案。在医疗机器人领域, 国外已经取得了长足的发展和很好的临床应用, 而国内研究刚开始起步。

本文讨论的运动控制器原形系统是采用PC+运动控制卡为基础的开放式系统。

1 控制器原型系统硬件结构

控制器原型系统硬件结构主要由P C机、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机和连接电缆五个部分组成, 如图1所示。

PC机是整个控制系统的工作核心, 系统的控制软件在PC机上运行。在PC机上面安装运动控制卡, 控制卡完成运动控制的所有细节, 包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等。伺服驱动器主要作用是放大功率, 控制电机的旋转, 并提供报警。

2 控制器原型系统软件设计与实现

为了提高控制系统的实时性, 在Windows操作系统上嵌入RTX 8.0实时扩展软件, 即数据层运行在实时子系统 (R T S S, real-time subsystem) 子系统中, 整个系统程序在Visual Studio 2005环境中开发, 使用C#、C、C++的混合语言开发方案[3,4]。

2.1 控制器原型系统软件结构模块

控制器的软件从功能上分为前台程序 (实时部分) 和后台程序 (非实时部分) 。非实时部分是指用户用来发出动作指令的图形界面, 采用Visual Studio 2005窗体设计器来设计, 用C#语言来编写控件的事件处理程序。实时部分是指运行在RTSS子系统中做运动控制的RTX进程, 程序用C语言编写。

非实时部分是Win32进程, 而实时部分是运行在RTSS子系统中的RTX进程, 两部分的通讯通过共享内存来解决。但C#不支持共享内存的操作, 而C++是支持共享内存的, 所以利用C++语言编写一个动态链接库 (DLL) 程序, 为C#操作共享内存提供入口, 从而解决实时部分与非实时部分的通讯问题。因此, 从程序的文件结构上看, 软件设计可以分为三个部分:用户图形界面、动态链接库和RTX实时控制程序, 见图2所示。

图2中实时部分是控制器软件系统的核心, 控制器的运动控制函数全部在该部分, 包括控制器开关、伺服开关、位置控制、速度控制等。控制器的可扩展性也体现在该模块的开放性上, 如果要增加控制器功能, 可在实时部分增加改功能代码, 然后在非实时部分作相应的用户扩展。

2.2 控制器原型系统软件工作流程

控制器原型系统软件运行时, 前台与后台之间通过共享内存来交流信息。其基本过程是:用户在图形界面输入数据和指令, 通过动态链接库将数据写入共享内存, 前台的运动控制程序从共享内存读取数据, 接受用户的指令, 然后做出相应的处理, 再将处理结果写入共享内存, 用户界面再通过动态链接库读取共享内存得到反馈信息, 完成一个工作循环。

3 控制器原型系统功能验证

控制器原型系统主要实现了控制器操作、手动操作、监视器和插补等功能。控制器操作包括控制器的开关、轴的搜索和定义、伺服开关。手动操作用在独立或者多轴的手动方向控制和速度控制。监视器用于位置监视和速度监视。插补功能包括位置定义、回原点、直线插补、圆弧插补。

在交流伺服平台上, 以圆弧插补为例, 对系统的插补功能进行了测试, 测试结果如下。

定义 (1, -1) 为原点B, (3000000, 3000000) 为目标点A, 半径r=5000000, 插补一段优弧, 以50ms采样周期采集X、Y轴的位置信息, 绘制插补效果图, 见图3所示。

根据采集到的数据, 绘制了插补过程中X、Y轴的位移曲线, 如图4所示, 然后对位移曲线微分, 绘制出插补的速度曲线, 如图5所示。

图4和图5中, 虚线是X轴速度曲线, 实线是Y轴速度曲线, 从图中看到在插补过程中速度按正玄规律变化, 运行比较平稳。但是, 在圆弧的起始点和终止点仍然有速度的突变, 这种情况很容易造成震动或者冲击, 导致插补精度下降, 甚至影响机器正常工作, 因此, 还需要采用合适的算法来解决速度突变的问题。实际应用中, 一般插补的是多段曲线, 每段曲线的起点和终点都是一个突变点, 在后续的工作中也要重点解决插补曲线衔接处的过渡的算法。

5 结语

本文对基于“PC+运动控制卡”的开放式机器人控制器进行了研究, 设计了系统的基本功能模块, 包括控制器的操作, 轴的手动控制, 轴的运动监视以及直线和圆弧插补功能。最后在交流伺服实验台上以圆弧插补功能对系统功能进行了实验分析。从实验结果看, 采用PC+运动控制卡的系统硬件结构形式和Windows+RTX的系统软件平台开发开放式控制器体现出了非常大的优越性, 采用该方案进一步开发手术辅助机器人的控制器是切实可行的。

摘要:指在为颅颌面外科手术辅助机器人设计一个实时性好、可靠性高的运动控制器。该控制器以YASKAWA公司提供的MP2100运动控制卡、∑-V伺服驱动器和伺服电机为硬件核心, 软件以Visual Studio为开发工具, 在Windows平台上实现界面友好、使用简单的系统软件。设计中引入强实时扩展软件RTX, 提高了Windows系统的实时性和可靠性。同时在实时子系统 (RTSS, real-time subsystem) 下实现对机器人的多线程多任务操作, 控制系统的非实时部分和实时部分通过共享内存来通信。通过伺服轴的手动控制以及自动直线插补、圆弧插补等实验, 验证了系统功能。

关键词:工控机,实时性,RTX实时扩展,手术机器人

参考文献

[1] 景扶苇, 王伯华.医用手术机器人[J].机器人技术与应用, 2001 (4) :17~20.

[2] 高胜涛.基于工业PC的六轴伺服控制卡的研究与实现[D].北京:中国科学院电工研究所, 2001:6~7.

[3] 乔林, 杨志刚.MFC与多线程编程[M].北京:中国铁道出版社, 2000:396~400.

运动控制器范文第2篇

摘要:由于人体结构及其运动的复杂性,导致在虚拟人形象化建模、运动控制方面存在诸多困难和挑战。本文通过对相关研究工作进行归纳总结,指出了在形象化人体建模方面存在的问题,并给出了解决这些问题的关键技术和方法;在运动控制技术方面,将传统的方法与最新的方法对比分析,重点分析了如何建立自主虚拟人感知模型,实现自主虚拟人行为控制和决策,使虚拟人具有“自我意识”。

关键词:虚拟人;形象化;运动控制;感知模型

虚拟人(Avatar)是人类自身在虚拟空间中的化身[1]。在人机交互研究领域内,研究者往往会考虑到虚拟人、虚拟人环境和终端用户这三者之间的交互作用,通过在虚拟空间中建立各种形象化的虚拟人模型,并借助可视化的虚拟人集合外观、动作姿态变化,来反应用户的行为和表情特征,从而达到增强用户交流的效果和沉浸感[2]。随着人工智能技术和多媒体技术的发展,虚拟人技术的研究更趨向于智能化和多样化,人们将现实生活中的一些娱乐活动搬到了虚拟空间当中,例如虚拟舞台的出现,通过建立虚拟场景,让虚拟人来演绎音乐与舞蹈的内在联系。在建立虚拟场景以后,让虚拟人通过逻辑推理与学习,形成自身对虚拟环境的认识,使虚拟人具有“自我意识”,并将用户意图解释为具体任务。如何构建个性化的虚拟人,实现具有自主感知行为的虚拟人运动控制,是虚拟人研究领域内所关注的焦点。

本文首先介绍虚拟人体建模方面的研究工作,就虚拟人形象化建模存在的问题,给出具体的关键技术和方法;然后,对传统的运动控制技术和方法加以归纳总结,并分析了自主感知行为的运动捕获数据驱动方法;最后,就自主感知行为虚拟人运动控制研究方面的存在的难点以及未来研究的方向,给出一些自己的想法。

1人体建模方法研究

人体是一个复杂的生命体系统,由骨骼、皮肤、肌肉和神经系统等组成,其中关节和骨骼的自由度较多。目前,人体建模面临两方面的问题:一是虚拟人骨骼结构的简化及数学表达;二是建立逼真的外形,这是两个相互依赖的问题[1]。虚拟人的运动控制大部分是基于骨骼模型,也称之为骨骼动画。由于肌肉和神经系统的建立存在着很大的困难,研究的难度巨大,所以骨骼模型忽略了肌肉和神经系统。依据人体解剖学原理,人们制定了两个重要的国际标准H-Anim和MPEG-4来表示虚拟人骨骼结构[3],主要是将人体的骨骼和关节进行简化,减少其自由度,这样可以降低建模的难度。人体建模的方法主要有基于几何的方法、基于二维照片重构方法和基于人体测量学的方法等[4。

(1) 基于几何建模技术研究较多,常常采用棒状型、体模型和表面模型(如图1所示)。虚拟人几何建模主要是使用三维造型软件,如Poser、3dsMax、Maya等来构建人体模型。针对 Poser 软件输出的人体模型缺乏关节点数据问题,文献[7]提出一种基于模型的快速人体建模方法。给出一种骨架提取算法。此方法从Poser输出的人体模型中提取出其骨架以后,将骨架层与皮肤层绑定,应用运动学方法使得骨骼驱动皮肤变形。依据H-Anim标准建立分层的骨骼模型,通过设置所有关节的自由度(DOF),采用三角网格方法来仿真皮肤层。

(2) 基于二维图片重构方法,采用数字图像处理的方法,提取二维图片中人体的特征点和参数,来重构三维人体模型。李毅等人[6]针对输入的草图,提出一种通过草绘三维人体建模的模板形变方法。将草图特征映射到三维人体模板,实现个性化的三维人体建模。有文献提出了一种基于视频的人体骨架建模新方法,通过提取视频序列中人体骨架的特征,建立透视投影下的三维人体骨架模型,然后通过蒙皮来建立虚拟人皮肤模型。

(3) 基于人体测量学的方法,主要是借助一些三维扫描仪,依据人体测量学的原理,来构建三维人体模型。文献[7]提出一种采用 Kinect 扫描人体重建个性化人体模型方法,此方法的主要目的是用来解决三维试衣系统中人体建模方法难于建立大量个性化的三维人体模型的问题。通过扫描获得各种不同类型人体的测量数据,可以迅速构建参数化的人体模型,实现个性化、多样化的逼真虚拟人模型。

以上三种人体建模方法,存在的主要问题就是建立的虚拟人模型,只有单一的骨骼层或皮肤层,即便已经将二者关联起来,即将骨骼层和皮肤层绑定,通过骨骼层驱动皮肤层变形。但是在虚拟人运动过程中,存在皮肤层的塌陷、断裂等问题,研究者往往忽略了这些问题,未来研究的主要方向就是如何有效的解决上述问题,建立肌肉层模型,实现逼真的虚拟人外形。

2 虚拟人运动控制技术的相关方法

虚拟人运动控制一直是虚拟人研究领域的关键技术之一。早期的虚拟人运动控制,主要是通过数值计算方式控制虚拟人运动。近期国内外出现了大量有关虚拟人应用软件,最显著的特点就对运动控制的效率以及实时性有了很高的要求,研究者关注的焦点是如何将人工智能技术与运动控制技术结合在一起,实现“自主”虚拟人。在自主虚拟人行为感知系统当中,虚拟人根据行为决策系统输出的决策结果,依靠运动控制系统,执行相应行为动作,例如前往某个地方、闲逛、攻击目标、逃避危险等[15]。

2.1 传统的运动控制技术

在虚拟人研究领域,传统的运动控制技术主要有基于关键帧的方法、基于物理控制方法、基于动力学方法、基于运动学的方法等。

1)关键帧方法。

2)物理控制的方法。

3)运动学方法。

4)动力学方法。

5)视频数据驱动的方法。

2.2 基于运动捕获数据的控制方法

人体运动捕获数据是直接记录人体的运动数据并将其用于生成计算机动画 ,因其视觉真实感、富有表现力等优势,越来越多地被应用于动画、电影制作以及游戏等产业中。利用传感设备捕获人体运动数据,捕获到的运动数据描述了骨架的结构以及在各个时间点的运动参数,它可以视为一个时变函数[10],给定时间参数,可以确定该时刻人体各关节的状态信息。由于捕获的数据存在一定的冗余,为了驱动虚拟人在三维虚拟空间中更流畅运动,需要对捕获的运动数据预处理,提取一些关键帧数据11],将关键帧数据与人体模型进行映射。

对于精度较高的捕获设备,得到的运动数据准确度高,能充分体现出运动的细节。文献[12]中作者将捕获的动作文件进行编辑,来合成逼真的虚拟人运动。文献[13]中采用实时的动作捕获技术,在虚拟舞台上进行现场戏剧表演,实现了仿真人体的舞蹈动画。这是将传统的艺术表演形式搬移到了虚拟空间,是艺术领域内一次技术革新,引起越来越多研究者们对这种新的艺术表达方式的关注。文献[14]提出一种“模板化”的运动控制方法,主要是将捕获的运动数据,根据稀疏主成分分析方法、Group lasso以及 Exclusive group lasso三者结合起来,找到每一种运动内在的具有语义特征的自由度,并将其包装成模板化的运动参数留给用户,用户便可根据该参数的语义描述,直观地进行实时的模板化运动合成和控制。

上述方法各有优缺点,基于运动捕获的方法,虽然可以提高运动控制的效率和实时性,但是其无法适应虚拟环境的变化,运动显得死板僵硬的缺点也很明显;基于物理控制的实时计算方法,虽然可以使虚拟人运动显得真实,但是计算复杂、占用资源的缺点也限制了应用的范围。因此,可以采用多种方法综合的途径进行,糅合每一种方法的优点,这样能极大地提高虚拟人运动控制的实时性。

3 自主感知行为的运动捕获数据驱动方法

前面所述的内容,研究者关注的焦点是虚拟人运动的逼真性与实时性,根本上忽略了虚拟人与虚拟环境之间的交互性。考虑到虚拟人与虚拟环境之间的交互作用,研究者提出通过建立自主感知模型APM,Autonomous Perception Model),使虚拟人实现自主行为控制。自主感知模型是自主虚拟人理解周围环境、进行自主行为控制以及决策的基础,其主要目标是通过不断地监测虚拟环境的变化,为行为控制模型提供必要的信息。

3.1 感知模型

通过建立感知模型来模拟虚拟人对虚拟环境感知限制,主要由视觉、听觉和触觉过滤器组成。视觉过滤器的原理是采用计算机视觉计算的方法计算出虚拟环境中各个对象与人眼之间的相对距离,根据设定的虚拟人所观察的范围,判断某个对象是否在虚拟人视野范围之内。为了提高感知模型检测的准确性,可以采用经典的可见性计算方法分别求解虚拟人到包围盒8个顶点的视线与其他物体包围盒矩形是否有交点来判定空间的遮挡关系,包围盒的选取要求光线与包围盒的求交测试尽可能的简单。将得到的对象信息与虚拟人直接关联,植入能否被感知的状态值,设置虚拟人对物体的感知权限。听觉和触觉过滤器主要作为视觉过滤器的补充,扩大虚拟人的感知范围。

3.2 行为决策模型

决策网络是一种表达解决决策问题的有向无环图。有文献中使用GeNie&Smile决策网络包编程实现虚拟人行为决策模型。作者在行为决策模型设计中,将决策网络划分为顶级网络、一级子网络和以下各级子网络组成。一级子网络包括熟识行为网路、攻击响应网络、呼救响应网络以及补充能量行为网络。

3.3 运动控制模型

虚拟人根据行为决策系统输出的决策结果,依靠运动控制系统,执行相应行为动作。在高层控制中,通过设计路径规划器,根據目标地点,生成虚拟人的运动路径轨迹。路径规划器采用A*算法进行路径搜索。通过使用碰撞检测,可在运动控制物理层上检测出虚拟人之间及与虚拟环境景物之间发生的碰撞,并进行相应的碰撞反应处理[8]。

4 总结与展望

由于人体结构及其运动的复杂性,导致在虚拟人形象化建模、运动控制方面存在诸多困难和挑战。本文在阅读大量文献的基础上,通过分析总结了具有自主感知行为的虚拟人运动控制的方法。在形象化虚拟人建模方面,针对建立的虚拟人体模型缺乏逼真度等问题,将相关研究成果进行概括总结,分析了虚拟人体建模的关键技术和方法。在运动控制技术方面,将传统的方法与最新的方法对比总结,重点介绍如何建立自主虚拟人感知模型,实现自主虚拟人行为控制和决策,使虚拟人具有“自我意识”。 如前文所述,由于人体自身的复杂性,自主感知行为的虚拟人运动控制技术还存在着一些问题有待于解决。

参考文献:

[1] 何长鹏,侯进,王献.基于骨骼的三维虚拟人运动合成方法研究[J].计算机工程与科学,2014,36(4):737-740.

[2] J. Hou, F. Xu, L. Wu, and H. H. Mi. Avatar-based human communication: a review[J].International Journal of Modelling and Simulation,2012,32(4):273-278.

[3] 夏时洪,王兆其.虚拟人合成研究进展[J].中国科学F辑:信息科学,2009,39(5):483-498.

[4] O. Schreer,R.Englert,P.Eisert,and R.Tanger.Real-time vision and speech driven avatars for multimedia applications[J].IEEE Trans. Multimedia, 2008,10(3):352-360.

[5] 吕治国,李焱,贺汉根.基于Poser 模型的三维人体建模方法[J].计算机工程,2008,34(13):256-261.

[6] 李毅,刘兴川,孙亭.草绘3维人体建模的模板形变方法[J].中国图象图形学报,2015,20(6):0828-0835.

[7] 姚砺,李奥琼,王慧洁.个性化人体特征曲线驱动的三维服装变形[J].计算机仿真,2015,32(7):426-432.

[8] 刘渭滨,周亮,邢薇薇,等.自主虚拟人真实感行为与运动建模的研究[J].北京理工大学学报,2010,30(10):1189-1193.

[9] J.L.Ren,Z.B.Zheng, Z.M.Jiao.Simulation of virtual human running based on inverse kinematics[C].//in Proc. 2nd Int. Conf. Education Technology and Computer, Shanghai, China, Jun.2010:360-363.

[10] S.L.Li,J.H.Liang,B.Wu,and L.Chen,etc.Dynamic motion editing by combining an extension of the prioritized inverse kinematics with active dynamic control[C].//in Proc. IEEE Int.Conf.Mechatronics and Automation,Changchun, China,Aug.2009:4067-4074.

[11] F. Multon,R.Kulpa,L.Hoyet,and T. Komura.Interactive animation of virtual humans based on motion capture data[J].Computer Animation and Virual Vorlds,2009,20(5):491-500.

[12] C.E.Colvin,J.H. Babcock,J.H.Forrest,C.M.Stuart,M.J.Tonnemacher,and W.S.Wang.Multiple user motion capture and systems engineering[C].//in Proc. IEEE Systems and Information Engineering Design Symposium,Charlottesville, VS,USA,Apr.2011:137-140.

[13] C.TAY and R. Green. Human motion capture and representation[C].//in Proc. 24th Int. Conf. Image and Vision Computing, Wellington,New Zealand,Nov,2009:209-214.

[14] J.Geigel and M. Schweppe. Motion capture for real-time control of virtual actors in live, distributed, theatrical performances[C].//in Proc.IEEE Int. Conf. Automatic Face & Gesture Recognition and Workshops, Santa Barbara, CA, Mar. 2011:774-779.

[15] 夏贵羽,孙怀江.模板化的人体运动合成[J].自动化学报,2015,41(4):758-771.

[16] W. Meng,W.B.Guo,and C. M. Zhu. Motion fusion technique based on characteristics of human motion[J]. Journal of Computer Applications,2011,3(1):42-44.

[17] 羅陆锋,邹湘军,张丛,谢雷.基于实时数据的角色运动建模与仿真[J].系统仿真学报,2015,27(4):677-681.

运动控制器范文第3篇

一、系统直立控制

(一) 广义上的直立原理

将一个木棍竖立在手掌中, 通过观察木棍倾斜的方向和倾斜角度大小, 控制手掌跟随木棍向同一方向移动, 就可以抵消木棍的倾斜, 从而保持木棍直立。车模只会在一个维度上进行倾斜, 只要用上述的负反馈机制控制电机抵消车模的倾斜就可以保持车模直立了, 但如何使得车模又快又稳的稳定在我们所需要他直立的位置呢?

下面引入单摆模型:

摆锤离开平衡位置后, 会受到重力和绳子牵引力的合力, 使摆锤摆动起来, 这个力称为回复力:

F≈-mgsinθ

在偏移量较小的情况下, 摆锤所受到的回复力与倾斜角度大小成反比, 方向相反, 在回复力的作用下摆锤会左右周期性摆动。同时, 摆锤在运动中, 会受到空气阻力的影响, 最终又回到垂直位置。摆锤所受到的空气阻力和摆锤角速度大小成正比, 方向相反。

通过以上分析:我们可以得出两个让单摆稳定在垂直状态的原因:

1. 受到与倾斜角度相反的回复力。

2. 受到与角速度方向相反的阻力。

(二) 车模直立的控制原理

类似于摆锤的垂直位置, 我们称车模直立的位置为机械零点。也即在不借助任何外力和电机转动情况下, 能自己站立起来, 此时小车姿态相对于空间来说就是机械零点。没有机械零点的车无法保持原地直立, 所以我们通过合理摆放电路板, 传感器, 电池等器件, 使车模拥有机械零点。良好的机械设计是直立车稳定运行的基础。同摆锤模型一样, 当车模脱离机械零点时, 需要一个回复力, 这里的回复力是电机作用轮胎和角度大小成正比的力, 再加上人为添加与角速度成正比的阻力效应, 就可以使小车稳定的直立了。这样的控制原理也就是自动化中的PID了。可以看到回复力的大小是根据车模偏移的角度得出的。所以采用加速度计和陀螺仪这两个传感器来测量角度。

二、系统速度控制

速度控制原理:

速度控制是要在直立控制的基础上实现的, 在速度的控制过程中, 车模也要始终保持直立。初始设置一个目标倾角, 如果设置的目标倾角和机械零点不一致, 想要保持直立就会倾斜。倾斜后, 小车的受力情况发生变化, 电机开始作用, 车模开始加速跑, 跑到最大速度后, 小车再次受力平衡, 此时车模不再加速, 保持匀速。

选择合适的参数, 使得车模车速稳定, 且起步很快。调节参数可以采用动态调节的方法。选择在开阔地, 让蓝牙UART串口传输实时速度, 给定一个目标速度, 逐渐增大p的值, 使得车模能很快的达到最高速度, 并稳定下来, 再加i使得速度稳定在目标速度上。好的速度控制是完美转向的前决条件。

三、系统转向控制

(一) 图像的处理

实现车模的转向控制才是保证车模完成赛道任务的关键。我们采用ov7725数字摄像头, 将其安装在车中心探出来的15cm碳素纤维杆上, 对赛道信息进行实时的收集。

(二) 差值转向

车模的转向是通过两轮的差值来控制的, 两轮一轮加速一轮减速实现转向的控制。通过PD控制得到方向控制信号。设定一个初始速度, 先令D为0, 调节P的值使得车模跑直线不抖, 过弯有较强控制能力, 当转向控制开始有过冲现象时, 再慢慢加D, 使得过弯顺畅, 这是最基本的转向控制。

在特定速度下的调的一组PD参数, 缺点是适应性差, 对匀速要求高, 表现为超速过弯会冲出赛道, 慢速过弯会内切。

因此, 我们需要使用分段控制的动态PD, 根据当前速度划分区间, 得出不同的PD组合参数, 这样得出的参数适应性较好, 能达到很好的控制效果。

四、直立、速度、方向的融合

三个控制的融合由系统的定时中断决定, 好的中断优先级设定和程序定时器能让系统有条不紊地运行。

优先级设定:摄像头场中断优先级最高;其次是DMA传输中断, 最后是PIT定时器中断。

在PIT定时器中, 角度融合和直立控制5ms一次, 速度采集和速度控制20ms一次, 转向控制50ms一次。

最终左右轮的电机输出为:

PWM_L_OUT=PID_ANGLE_OUT+PID_SPEED_OUT+PID_TRUN_OUT;

PWM_R_OUT=PID_ANGLE_OUT+PID_SPEED_OUT-PID_TRUN_OUT;

五、总结

经过大量的资料的查询和实验, 设计并实现了两轮小车的直立和自动循迹。通过摄像头, 加速度计, 陀螺仪和编码器等传感器, 利用PID控制理论, 结合直立控制, 速度控制和方向控制实现了原定目标。在不断的努力和改进中, 最终小车达到了2m/s, 并在全国大学生飞思卡尔智能车竞赛中获得较满意的成绩。

摘要:设计自动循迹的两轮直立车的运动控制系统, 从直立控制, 速度控制, 方向控制三个方面详细分析直立车的运动控制。使用加速度计和陀螺仪为传感器, 结合互补滤波得到加速度和角速度, 通道PID调节控制实现车模直立。采用编码器测速, 选择合适的PD参数, 使车模稳定。利用摄像头采集赛道中心线, 利用偏差算法实现两轮差速完成车模转向。经测试, 该系统具有较好的稳定性。

关键词:智能车,直立行走,PID控制

参考文献

[1] 智能车竞赛秘书处.直立车调试指南.2010.

[2] 赵岩.编码器测速方法的研究[D].长春:中国科学院研究生院 (长春光学精密机械与物理研究所) , 2002.

[3] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社, 2007.

运动控制器范文第4篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

以该院妊娠合并糖尿病患者为研究对象,分为研究组和对照组,每组60例。两组定期接受孕期体检,研究组加用饮食控制和运动。研究组平均年龄(26.5±2.4)岁,孕龄(22.5±5.6)月;对照组平均年龄(25.9±3.1)岁,孕龄(23.1±3.1)月;两组人员性别,年龄差异无统计学意义。

1.2 入选标准

(1)年龄小于30周岁。(2)正常习惯作息,饮食。

1.3 排除标准

(1)精神病者。(2)运动依从性差者。

1.4 饮食计划

1.4.1 制定总热能

结合孕妇体质量和每日劳动强度,测算妊娠热量需求。(1)1~3个月营养需求量与孕前保持一致;(2)4~7个月比孕前增加蛋白质15 g,增加热量825 kcal;(3)8~10个月蛋白质增加20 g,热量增加825 kcal[2] 。

1.4.2 食谱

蛋白质15%~20%,脂肪20%左右,碳水化物50%~60%。以优质蛋白为主,增加水果、蔬菜膳食纤维。可以选择猕猴桃、草莓、苦瓜等类似胰岛素水果。尤其是要增加苦瓜的食用,充分利用苦瓜中类似胰岛素的生理活性。限制钠盐摄入。忌食生冷、辛辣食物,坚持少食多餐[3] 。

1.4.3 餐次做到少食多餐,每日5~6餐,热量保持在3 0%、20%、20%、20%、10%,以清淡饮食为主。

1.5 运动方案

1.5.1 运动计划

(1)项目:以有氧运动为主。根据患者平时爱好选择合适患者运动的锻炼项目,如慢跑、快走、广场舞、乒乓球、太极拳等。(2)运动强度:以最大吸氧量(VO2max)所对应的心率、强度为依据进行锻炼[2]。(3)运动频率:每周运动3~5次,运动间隔最好不超过2 d。(4)运动时间:每次运动以30~60 min宜,一般在餐后1 h后。有研究指出餐后1 h候血糖浓度水平逐步上升,此时进行运动锻炼可以较好的起到降糖作用。

1.5.2 运动前准备运动前首先首先测量血压、心电图、记录生命体征。选择透气、吸汗的棉质衣服、吸汗棉袜、跑步鞋。场地选择空旷、安静的场所,运动包中备有糖块、饼干、水以补充能量。运动前做好热身,热身项目为慢走,时间在15 min。目的是让关节、肌肉得到充分放松,防止拉伤、扭伤等意外情况的发生。出门前告知家属锻炼地点、锻炼时间,携带手机,胸口挂有身份卡牌。

1.5.3运动中在锻炼中,发现心跳加速、气急、四肢无力现象时,立刻停止运动,寻求他人帮助。运动时间选择下午3~4点或傍晚7~8点。早晨6~7点空气中氧浓度低,细菌、微生物含量高,不易运动。运动中随着注意补充水分。运动结束前做恢复性运动,缓解肌肉酸痛。

1.5.4运动后大量运动后机体新陈代谢加速、出汗多,需更换湿衣服、鞋袜,避免立即进入空调房间、或卧床休息,以免引起“重力性休克”。运动后做好记录,项目有运动时间、项目、地点、自我感觉。以便与医生进行沟通和调整运动方案。

1.6 观察指标

对比两组运动前后血糖、糖化血红蛋白水平。

1.7 统计方法

使用SPSS18.0软件,计量资料使用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组和对照组运动前后空腹血糖、糖化血红蛋白比较

研究组和对照组运动前空腹血糖、糖化血红蛋白分别为(8.22±0.65mmol/L、8.52±0.58%)、(8.16±0.58 mmol/L、8.61±0.49%)差异无统计学意义(P>0.05),研究组和对照组运动后空腹血糖、糖化血红蛋白分别为(5.56±0.36mmol/L、6.47±0.25%)、(6.73±0.47mmol/L、7.88±0.54%)差异有统计学意义(P<0.05)。

3 讨论

目前治疗妊娠糖尿病最有效方法为注射胰岛素,然而对孕妇来讲,孕周增加后会导致身体活动不便,胰岛素不能按时治疗,而且受传统观念影响,孕妇会认为胰岛素会影响胎儿健康,造成胰岛素治疗依从性降低。该次研究中我们对研究组采取运动与饮食相结合。运动中选择多种运动,以满足不同患者的需求。不仅保证患者有适宜的强度,还提高心肺能力及心脏收缩力。有学者[4] 指出运动中通过增加肌肉收缩强度,使骨骼肌加大对葡萄糖的消耗,同时促进胰岛B细胞的分泌功能。有学者对148例2型糖尿病患者进行随访6月,结果发现接受运动锻炼的研究组,在运动结束后运动体内葡萄糖转运蛋白含量增加,葡萄糖转运蛋白生理作用为通过浓度梯度主动运输血液中的葡萄糖,起到平稳控制血糖浓度的作用[5,6,7,8] 。

饮食干预无副作用,已成为大多数孕妇能够接受的干预措施。有学者对80例患者进行随机分组,每组40例,研究组接受12周严格的饮食控制,体内血糖、血脂的水平上明显优于对照组。同样该次研究发现研究组和对照组运动后血糖、糖化血红蛋白差异有统计学意义(P<0.05)。

因此该文认为饮食控制和运动对改善妊娠合并糖尿病患者妊娠结局有积极意义。

摘要:目的 探讨饮食控制和运动对妊娠合并糖尿病的价值。方法 以该院妊娠合并糖尿病患者为研究对象,分为研究组和对照组,每组60例。两组定期接受孕期体检,研究组加用饮食控制和运动。对比两组运动前后血糖、糖化血红蛋白水平。结果 (1)研究组和对照组运动前空腹血糖、糖化血红蛋白差异无统计学意义(P>0.05),研究组和对照组运动后空腹血糖、糖化血红蛋白差异有统计学意义(P<0.05)。结论 该文认为饮食控制和运动对改善妊娠合并糖尿病患者妊娠结局有积极意义。

关键词:饮食,运动,妊娠,糖尿病

参考文献

[1] 黎明华,欧阳江琼.2型糖尿病的运动疗法及其机制[J].湖北体育科技,2012,28(1):39-43.

[2] 邢秋玲,孙叨艳.糖尿病患者规范化教秤[M].天津科学技术出版社,2013:26-51.

[3] 杨军红.血糖生成指数食物在健康与疾病防治中的意义[J].中国慢性预防与控制,2014,2(15):74-75.

[4] 张月华,吴纪饶.糖尿病及其运动疗法的研究进展[J].辽宁体育科技,2011,27(1):51-52.

[5] 江钟立.糖尿病与运动疗法[J].现代康复,2011,5(3):16-17.

[6] 中华医学会糖尿病学分会.中国2型糖尿病防治指南[M].2010年版.北京:北京大学医学出版社,2011.

[7] 金有豫,王汝龙,郭宗儒,等.DPP-4抑制剂的分子结构与药理学特性[J].中国药学杂志,2013,48(14):1226-1228.

运动控制器范文第5篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取该院2012年9月—2014年12月收治的76例社区糖尿病患者作为研究对象。按照入院顺序随机均分为实验组和对照组,实验组男性29例,女性9例,年龄为36~77岁,平均年龄为(58.49±8.44)岁;病程为5个月~10年,平均病程为(6.44±6.20)年;对照组男性27例,女性11例,年龄为37~75岁,平均年龄为(57.94±7.65)岁;病程为5个月~9年,平均病程为(6.51±6.11)年。2组患者的性别、年龄等临床资料对比,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准:符合糖尿病诊断标准;符合该研究治疗方案。排除标准:精神病史;残疾;恶性肿瘤。

1.3 方法

对照组患者注射胰岛素治疗。对患者进行适当的疾病相关知识介绍、健康教育等,指导患者及时用药。在此基础上,实验组患者进行饮食控制和运动疗法联合治疗。根据患者的身高、体重等,计算所需要的热量,设计碳水化合物、蛋白质、脂肪的比例为6∶1∶3,设计一日三餐的量为1∶2∶2。每天进行适当的运动,每次运动30 min。为患者进行健康教育和安全教育。患者均治疗6个月。记录患者的血糖情况。

1.4 观察指标

观察患者Hb Alc、PFG、2h PG水平变化情况。

1.5 统计方法

2 组数据资料均应用SPSS 17.

0软件进行统计和分析,数值采用(±s)表示,计数资料采用率(%)表示,分别用t和χ2检验,差异有统计学意义用P<0.05表示。

2 结果

实验组患者治疗后Hb Alc、PFG、2h PG水平低于治疗前和对照组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

注:与同组治疗前对比,△P<0.05,与对照组对比,*P<0.05。

3 讨论

糖尿病是继肿瘤、心脑血管疾病后人类最为常见的慢性疾病之一,严重损伤人类的健康。糖尿病的发病和遗传、生活习惯、生活环境等有一定的关系,其主要发病群体是中老年人群。现阶段治疗糖尿病的主要方法是口服降糖药或注射胰岛素。糖尿病患者要适当控制饮食,减少临床症状。糖尿病患者多数情况下都是在院外的,接受良好的院外健康教育,利于控制病情。为了提高治疗效果,社区治疗被提上日程。社区治疗糖尿病主要是进行饮食控制和健康教育。配合适当的运动疗法,患者治疗效果更好。该文研究结果显示,实验组患者治疗后Hb Alc、PFG、2h PG水平低于治疗前和对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。根据患者的不同特点,为患者制定长期的饮食方案,指导患者科学干预,提高患者对饮食控制的重要性的认识。指导患者进行运动锻炼,提高抵抗力,改善预后。

糖尿病患者最为严重的时在一段时间后,会出现各种并发症,临床要积极控制血糖,减少周围神经病变、糖尿病肾病等病症的发生。作为一种和生活方式、行为意识关系密切联系的一种病症,患者要认识到病症的危害,积极治疗,科学饮食,积极锻炼。

综上所述,饮食控制联合运动疗法在提高药物治疗社区糖尿病临床效果中的应用价值较高,患者Hb Alc、PFG、2h PG水平可得到显著改善。

摘要:目的 探讨饮食控制联合运动疗法在提高药物治疗社区糖尿病临床效果中的应用价值。方法 选取该院2012年9月—2014年12月收治的76例社区糖尿病患者作为研究对象。按照入院顺序随机均分为实验组和对照组,对照组患者注射胰岛素治疗。对患者进行适当的疾病相关知识介绍、健康教育等,指导患者及时用药。在此基础上,实验组患者进行饮食控制和运动疗法联合治疗。观察患者HbAlc、PFG、2hPG水平变化情况。结果 实验组患者治疗后HbAlc、PFG、2hPG水平低于治疗前和对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 饮食控制联合运动疗法在提高药物治疗社区糖尿病临床效果中的应用价值较高,患者HbAlc、PFG、2hPG水平可得到显著改善。

关键词:饮食控制,运动疗法,社区糖尿病,临床效果

参考文献

[1] 周小进.药物联合饮食控制、运动疗法治疗社区糖尿病的疗效观察[J].实用心脑肺血管病杂志,2012,20(1):60.

[2] Haritha C,Reddy AG,Reddy YR,et al.Pharmacodynamic interaction of fenugreek,insulin and glimepiride on serobiochemical parameters in diabetic Sprague-Dawley rats[J].Vet World,2015,8(5):656-663.

[3] 郝优杰.药物联合饮食控制、运动疗法治疗社区糖尿病的临床价值及可行性研究[J].中国现代药物应用,2015,9(10):142-144.

[4] Devi PR,Reddy AG,Rao GS,et al.Pharmacokinetic interaction of curcumin and glibenclamide in diabetic rats[J].Vet World,2015,8(4):508-511.

[5] 黄泽斌.药物联合饮食控制、运动疗法治疗社区糖尿病的疗效分析[J].中国医药指南,2015,13(12):94-95.

上一篇:控制理论与控制工程下一篇:plc控制