【正文】 % Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQc UE% amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz84! z89Am v^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qvadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。當(dāng)然在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，導(dǎo)師賈朝川老師對(duì)我的指導(dǎo)和教誨對(duì)設(shè)計(jì)的順利完成是必不可少的，老師的耐心教誨，淵博的專業(yè)知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度對(duì)我影響深遠(yuǎn)。 鑒于本論文研究的不足之處，希望以后的研究工作可以從以下幾方面開展： （ 1） 選擇一款性能比較高級(jí)的單片機(jī)，如嵌入式的 ARM,DSP 等，嵌入式的處理器可以將整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行高度集成，可以減輕控制系統(tǒng)的重量，使用時(shí)更加輕便靈巧。機(jī)械手硬件控制系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的部分，通過(guò)對(duì)主要的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和主要模塊的控制，最終在 proteus 的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的各個(gè)元件的連接。 反轉(zhuǎn)部分 :送 口不同的值，從而改變電機(jī)電源的相序，是電機(jī)反轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為 0xf9，0xf1， 0xf3， 0xf2， 0xf6， 0xf4， 0xfc， 0xf8。實(shí)質(zhì)上就是為程序的運(yùn)行 15 作準(zhǔn)備，建立一個(gè)合適的初始狀態(tài)。方向模塊用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Keil C 編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實(shí)時(shí)內(nèi)核、單板計(jì)算機(jī)和仿真器，支持所有的 51 系列微控制器。在電源的輸入和輸出處，在電路上串接鐵氧體磁珠，能夠抑制寄生震蕩和衰減感應(yīng)或傳輸?shù)皆骷€上或與之相連的電纜的高頻無(wú)用信號(hào)；主控制板有 +24V 和 +5 兩個(gè)電壓值，采用多點(diǎn)接地可以減少接地阻抗、接地回路、信號(hào)環(huán)路 [16]。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用的抗干擾的方法主要是用電感電容去 掉高低頻的脈沖干擾，合理的配置去耦電容以消去耦合干擾，同時(shí)在 PCB 板的設(shè)計(jì)中合理的選擇不同型號(hào)的電源以盡量減少電源諧波的干擾。 主控器跟其它 CPU 模塊之間的通信功能主要是通過(guò) MAX232 完成的。其中的 C8051F020 單片機(jī)含有 64kB 片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器， 4352B 的 RAM、 8 個(gè) I／ O 端口共 64 根 I／ O 口線、一個(gè) 12位 A／ D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)雙 12 位 D／ A 轉(zhuǎn)換器、 2 個(gè)比較器、 5 個(gè) 16位通用定時(shí)器、 5 個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門狗定時(shí)器、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器等部分。 上電自動(dòng)復(fù)位：在單片機(jī)上電的瞬間， RC 電路充電，由于電容上電電壓不能突變，所以 RST引腳出現(xiàn)高電平， RST 引腳出現(xiàn)的高電平將會(huì)隨著對(duì)電容 C 的充電過(guò)程而逐漸回落 [13]。 按鍵 對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) 按鍵 對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) S1 手指張開 S7 小臂外擺 S2 手指閉合 S8 小臂內(nèi)合 S3 手腕上仰 S9 大臂外擺 S4 手腕下俯 S10 大臂內(nèi)合 S5 小臂外轉(zhuǎn) S11 大臂前擺 S6 小臂內(nèi)轉(zhuǎn) S12 大臂下落 9 圖 各個(gè)按鍵對(duì) 應(yīng)控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng) c8051f020 最小系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，就是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對(duì) 51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振電路 [11]?？刂撇糠种饕且?C8051F020 為核心控制系統(tǒng)件完成 [9]。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者不僅要考慮諸如幾何尺寸、速度以及承載能力等因素，而且還要考慮到關(guān)節(jié)的數(shù)量和它們的幾何分布。例如 :當(dāng)選擇上 /下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械上升；按下下降按鈕，機(jī)械手下降。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，兩者組成一個(gè)閉合的回路。 4 圖 五指仿人型殘疾假手樣機(jī) 課題研究的內(nèi)容及完成的工作 本論文主要以基于 c8051f020單片機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)為主要研究目的，研究機(jī)械手假肢的控制方式和控制系統(tǒng)，并以 proteus和 keil的軟件環(huán)境為背景，模擬機(jī)械手的功能并仿真。九十年代初，歐美和日本已開始將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)融合在一起，用于假肢的研究與開發(fā)當(dāng)中。國(guó)家對(duì)假肢研究的支持和國(guó)內(nèi)眾多高校和科研單位的不斷努力也加快了這一技術(shù)的發(fā)展，使得假肢形機(jī)械手不斷發(fā)展，前景開闊。促進(jìn)工業(yè)發(fā)展是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)，所以，在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，熱處理方面的機(jī)械手、重點(diǎn)發(fā)展鑄造，改善作業(yè)條件以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件 3 的還要研制計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手、示教式機(jī)械手等。對(duì)家庭和個(gè)人都是很嚴(yán)重的依賴和負(fù)擔(dān)。 目前，假肢類型機(jī)械手的研究重點(diǎn)是 對(duì)于仿生手的控制源的選擇。 課題研究的背景及 意義 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展的一種新型裝置。其次介紹了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，選擇 C8051F020 作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，介紹了單片機(jī)的特點(diǎn)，最小系統(tǒng)和主要的電路模塊。設(shè)計(jì)完成，能夠通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（王希敏， 1992）。采用腦電波或者神經(jīng)電波信號(hào)作為控制信號(hào)的假肢形機(jī)械手，這類控制方式比較高級(jí)，且靈活性和準(zhǔn)確性也大大提高，但這類控制方式尚處于研究之中。多數(shù)此類產(chǎn)品是采用肌電信號(hào)作為控制信號(hào)源去控制假肢的動(dòng)作。在方便日常生活方面，促進(jìn)殘疾人醫(yī)療事業(yè) 的發(fā)展一直是黨和政府非常關(guān)心的問題，目前，國(guó)家不斷加大對(duì)假肢技術(shù)的支持，假肢技術(shù)的研究也因此不斷深入和完善。國(guó)外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。 智能化技術(shù)主要有兩個(gè)方面： 1，運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，是指使假肢運(yùn)動(dòng)能夠像人體一樣，可以根據(jù)外界環(huán)境的變化隨時(shí)調(diào)節(jié) 運(yùn)動(dòng)軌跡，使得運(yùn)動(dòng)姿態(tài)協(xié)調(diào)美觀，耗能最少。以上各個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，便可完成相應(yīng)的軌跡運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)多數(shù)是反饋控制系統(tǒng)。 假肢的功能特性 假肢是供截肢者使用以代償缺損肢體部分功能的人造肢體，假肢研究的重點(diǎn)是生理信號(hào)的提取和對(duì)仿生假手的控制。 7 圖 假肢的結(jié)構(gòu)模型 8 3 多自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是整個(gè)設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)也是最重要的部分。使用 74LS245 芯片作為反向器，以代替上拉電阻，通過(guò) Port A 和 Port C 兩個(gè)接口來(lái)連接驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)和電位器。電源電路如圖 所示 。復(fù)位電路如圖 所示 電源電路原理圖 圖 復(fù)位電路原理圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 C8051f020 芯片 I/O 提供的電壓是 ，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的正常的工作電壓為 5V，采用上拉電阻將電壓上拉至 5V，保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常工作。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要需要三路 信號(hào)，分別為：方向信號(hào)（控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)），占空比可調(diào)的PWM 信號(hào)（控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速）和 OE 使能信號(hào)（低電平有效）。但是這三種控制方式并 不是聯(lián)合使用的而是獨(dú)立存在的控制方式，在實(shí)際的操作中之能選擇一種方式進(jìn)行操作。電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)。 13 整體控制系統(tǒng)原理 圖 14 4 多自由度多假肢控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 本章主要是針對(duì)于機(jī)械手系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。它是把一個(gè)功能完整的較長(zhǎng)的程序分解為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊，各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，編譯個(gè)調(diào)試。在以后的運(yùn)行過(guò)程中，這些指令將不再被執(zhí)行。 PWM 即 Pulse Width Modulation，就是脈沖寬度調(diào)制，意思是在一串高低電平交替變換的信號(hào)中、高電平的寬度是可以控制變化的，也即是占空比可調(diào)。首先介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境，對(duì) keil 的功能特點(diǎn)作了簡(jiǎn)單的說(shuō)明，其次設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的主程序，畫出主程序流程圖并對(duì)主要的功能模塊的程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò) keil 與 proteus 的聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)從而使硬件和軟件系統(tǒng)都順利運(yùn)行，整個(gè)設(shè)計(jì)完成。 （ 4） 選擇 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解機(jī)械手關(guān)節(jié)空間的解，常用的假肢逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法在目標(biāo)姿態(tài)信息未知的情況下不能求解關(guān)節(jié)空間的解，而基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解方法能很好的解決這一問題。 20 7 參考文獻(xiàn) [1] 張玉茹，李繼婷，李劍鋒 .機(jī)械人靈巧手 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 . 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