【正文】 ......................... 2 課題研究的內(nèi)容及完成的工作 ............................................................................. 4 2 多自由度假肢結(jié)構(gòu)及特性 ............................................................................................ 5 假肢結(jié)構(gòu)和工作原理 ........................................................................................... 5 假肢的功能特性 .................................................................................................. 6 本章小結(jié) .............................................................................................................. 6 3 多自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................................ 8 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 8 c8051f020 最小系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) ..................................................................... 9 供電電路部分 ............................................................................................ 9 復(fù)位電路部分 ............................................................................................ 9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ........................................................................................... 10 控制系統(tǒng)核心設(shè)計(jì) .................................................................................... 11 防干擾設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 12 本章小結(jié) ............................................................................................................ 12 4 多自由度多假肢控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 13 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 ............................................................................................. 14 主程序設(shè)計(jì) ........................................................................................ 14 初始化子程序 .......................................................................................... 14 PWM 脈沖模塊 ......................................................................................... 15 方向模塊 .................................................................................................. 15 本章小結(jié) ............................................................................................................ 16 5 總結(jié)與展望 ................................................................................................................. 16 6 致謝 ............................................................................................................................ 19 7 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 20 1 1 緒論 仿人形假肢是機(jī)械手研究的一個(gè)重要方向，目前，一方面在太空，水下，核輻射等環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，維護(hù)，排險(xiǎn)等復(fù)雜任務(wù) [1]。但在數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)越來越先進(jìn)的要求，這促進(jìn)了工業(yè)應(yīng)用類機(jī)械手在國(guó)內(nèi)工業(yè)方面迅速的研究和發(fā)展。 現(xiàn)今社會(huì)，導(dǎo)致截肢的原因有很多，嚴(yán)重外傷，嚴(yán)重感染，先天畸形和發(fā)育異常等都會(huì)導(dǎo)致截肢，而自然災(zāi)害或是車禍?zhǔn)鹿实雀菍?dǎo)致截肢的一個(gè)更普遍的原因。因此圍繞并行運(yùn)動(dòng)的方式設(shè)計(jì)出的假肢操作系統(tǒng)更加符合人們對(duì)假肢的需求，本文旨在研究以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的假肢形機(jī)械手。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宏教授等人成功研制出基于欠驅(qū)動(dòng)原理的多自由度殘疾人假手樣機(jī)由五個(gè)手指組成，整個(gè)假手由三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)抓、捏、握等簡(jiǎn)單的動(dòng)作。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能。目前下假肢的智能化主要以運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性和跟隨性為主，上假肢則主要以智能傳感技術(shù)為主。在實(shí)物設(shè)計(jì)中為了減小肩部前后擺動(dòng)和外向擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩和肘部關(guān)節(jié)伸屈過程中所需的力矩，可對(duì)大臂肩部的重力距和肘部關(guān)節(jié)的重力距采用氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，從而可以減小相應(yīng)驅(qū)動(dòng)元器件的功率要求，使得設(shè)計(jì)更加輕便，成本較少。 CPU根據(jù)按鍵信息驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)連接的編碼器記錄下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 PWM信號(hào)脈沖數(shù)，然后通過檢測(cè)電路將 PWM脈沖數(shù)反饋給 CPU， CPU可以根據(jù)得到的脈沖信息，再次驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否或轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。 這種六自由度的假肢能夠通過多自由度的并行或串行運(yùn)動(dòng)完成對(duì)物體的抓取，運(yùn)動(dòng)連貫，反應(yīng)時(shí)間短，同時(shí)使用者可以和激光傳感器及三位姿態(tài)配合 使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)物體的定位，這對(duì)于假肢的智能性又是一個(gè)很大的進(jìn)步。在設(shè)計(jì)過程中，可供選擇的驅(qū)動(dòng) 設(shè)備很多，但是為了盡可能的高機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及反應(yīng)靈敏程度，慎重的選擇合適的設(shè)計(jì)原件是十分重要的。在用 proteus 進(jìn)行模擬和仿真時(shí)可以用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否或發(fā)光二極管的發(fā)光與否 來代表機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。整個(gè)復(fù)位電路包括片內(nèi)外兩部分外部復(fù)位信號(hào)通過引腳 RST/ PDV 加入到內(nèi)部復(fù)位電路上， 圖 假肢控制系統(tǒng)原理框圖 圖 假肢控制系統(tǒng)原理框圖 The controller principle diagram of artificial limbs 驅(qū)動(dòng)部分 六個(gè)驅(qū)動(dòng)器 被控對(duì)象 相應(yīng)的六個(gè)電機(jī) 檢測(cè)反饋 部分 CPLD 完成目標(biāo)位置檢測(cè)和保存 控制部分 C8051 f020 單片機(jī) 按鍵 控制 語音 控制 反饋 10 復(fù)位信號(hào)通過片內(nèi)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與片內(nèi)復(fù)位電路相連。 控制系統(tǒng)核心設(shè)計(jì) 此部分的電路設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的核心，根據(jù)按鍵信息控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)電路檢測(cè)到得脈沖信息去控制各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)情況。 PWM 脈沖是一種占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)，在單片機(jī)設(shè)計(jì)中用 PWM 脈沖信號(hào)去控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，高占空比時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度高，低占空比時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度低。整體控 12 制電路圖如圖 所示。用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 本論文使用的芯片是 C8051F020，它是一個(gè)兼容性很好的芯片，其指令系統(tǒng)和 MSC51 完全兼容，其驅(qū)動(dòng)程序可以用 C 語言進(jìn)行編寫?？刂葡到y(tǒng)的軟件部 分主要包括初始化模塊、產(chǎn)生 PWM 脈沖模塊和方向控制模塊。如果初始化的內(nèi)容比較多，最好寫一個(gè)初始化的子程序，在主程 序的最頂端由 調(diào)用。 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生有多種方式，其中比較常用的有模擬電路、單片機(jī) I/O 口輸出 [1920]和單片機(jī) PWM 部件的輸出 [21]在本設(shè)計(jì)中 C8051F020 是 51 系列中功能較好的一個(gè)芯片，可以用其內(nèi)部的可編程計(jì)數(shù)器陣列直接產(chǎn)生 PWM 脈沖信號(hào)和方向信號(hào)。并通過 proteus 模擬了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，本文主要研究的內(nèi)容包括： （ 1）機(jī)械手假肢研究的發(fā)展歷程和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。選擇一種合適有效的控制方法對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效運(yùn)行是十分重要的。 19 6 致謝 本論文的設(shè)計(jì)，從最初的選稿到定稿，都讓我收益頗多。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$U*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$U*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 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