【正文】 有數(shù) 百萬上肢肢殘人員需要安裝假肢。假肢形機(jī)械手的研究因其需求的不斷提高正向著高科技智能性不斷前進(jìn)。現(xiàn)如今，市場(chǎng)上和醫(yī)療上的假肢形機(jī)械手產(chǎn)品多事為了美容，而實(shí)用的假肢中又很少能夠按照人的意志去控制，多是比較簡(jiǎn)單的、容易提取的生物信號(hào)作為其控制源，采用聲音信號(hào)作為控制源的假肢在實(shí)現(xiàn)控制的過程中容易 受到外界環(huán)境的影響，實(shí)用性很低。 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。在日常生活中機(jī)械手主要是作為人體假肢存在，代替人們失去的手臂執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的抓取動(dòng)作以 及起到一定的美化作用。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用與自動(dòng)化生產(chǎn)線中，用于機(jī)床加工，鑄鍛，熱處理等方面。它的特點(diǎn)是可以通過編程完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上各有人和機(jī)器的各自優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。 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)過程中發(fā)展的一種新型裝置。更重要的一方面是對(duì)于殘疾人而言，假肢形機(jī)械手不僅是追求裝飾方面的美化，而且更加追求的是功能上的完善，能夠盡善盡美的代替人體肢體的功能。 關(guān)鍵詞 ： C8051F020，機(jī)械手， proteus，電機(jī) Based the C8051F020 SCM manipulator control system design Abstract： This thesis mainly discusses the design of control system of the SCM manipulator based on C8051F020,introduce the background and significance of robot， present research situation of the design at home and abroad and the demand of the market to this of all the thesis introduce structure characteristics of manipulator,working principle and functional characteristics .Secondly this thesis introduced the hardware design of control system， choose C8051F020 SCM as core of controller .Introduce the characteristics of SCM， minimum system and main circuit module。最后使用 proteus 對(duì)電路 圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用 keil和 proteus聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能。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。 基于 C8051F020 單片機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 ：本文主要論述了基于 C8051F020 單片機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了 機(jī)械手 設(shè)計(jì)的背景和意義，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及目前市場(chǎng)上對(duì)該產(chǎn)品的需求。首先闡述了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理和并結(jié)合人類手臂能夠?qū)崿F(xiàn)的實(shí)際功能設(shè)計(jì)出機(jī)械手的功能特性。并闡述所用的模擬軟件 (proteus)以及開發(fā)環(huán)境（ keil）并畫出程序流程圖。設(shè)計(jì)完成，能夠通過單片機(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)。 And introduce the simulation software（ proteus） ,development environment （ keil） and draw program flow proteus design circuit diagram， use proteus integrate with keil to achieve the function of the control design is pleted,can driver stepper motor rotation through MCU,forward and reverse,achieve the design of control system of MCU robot. Keyword:C8051F020,manipulator,proteus,motor. 目 錄 1 緒論 .............................................................................................................................. 1 課題研究的背景及意義 ........................................................................................ 1 假肢型機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................... 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]?，F(xiàn)今的的機(jī)械手設(shè)計(jì)一種是基于分析模型和性能指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一種是模仿人手進(jìn)行設(shè)計(jì)。它是機(jī)械人的一個(gè)重要分支。（王希敏， 1992）。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?，F(xiàn)如今機(jī)械手的研究的一個(gè)重要方向是仿人形假肢，仿人形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，有上肢假或下肢假肢，既是手臂和腿部。目前用于假肢控制的仿生控制信號(hào)主要有人體自身的肌電信號(hào)、腦電信號(hào)、神經(jīng)電信號(hào)和聲音等 。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。 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。在災(zāi)害或事故中不幸遇難失 2 去肢體致殘的人在日常生活和各方面都會(huì)有許多不便和為難之處。假肢形機(jī)械手對(duì)人體上肢的代替，可以幫助殘疾人士做一些生活中簡(jiǎn)單的事宜減輕生活中的負(fù)擔(dān)，也正是如此，假肢形機(jī)械手的智能化研究才不斷的前進(jìn)，功能更加齊全，外形更加靈便好看。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。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。后來的眾多學(xué)者 和專家對(duì)假肢形機(jī)械手也做出了巨大的貢獻(xiàn)。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。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。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。此領(lǐng)域相關(guān)項(xiàng)目的研究一直受到國(guó)家民政部 和中國(guó)殘疾人協(xié)會(huì)的高度重視 [2]。 國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。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。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。 但就目前而言，與歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在相當(dāng)大的差距，我國(guó)假肢