多自由度假肢控制系统的设计与实现

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本论文主要论述了多自由度假肢的控制系统的设计,并结合国内外对机器人假肢的研究现状及目前市场上对该种产品的需求,根据人类的生理特性,制造出了仿人型手臂的多自由度假肢实物模型。  首先,介绍了多自由度假肢的结构特点,并结合人类手臂能够完成的实际功能,设计出多自由度假肢的功能特性。并根据完成的功能特性,设计出了多自由度假肢的多种控制方式:语音控制方式、按键控制方式和脑电控制方式。  其次,对多自由度假肢的运动学进行了分析,同时在目标物体信息不全的情况下,通过通常的方法是无法获得多自由假肢的逆运动学方程,但是,通过利用BP神经网络模型的自学习、自组织、较好的容错性和良好的非线性逼近的能力,设计出了多自由度假肢的逆运动学求解模型,可以跟据目标位置物体的三维坐标值,求解出多自由度假肢运动到目标位置的各个关节的运动关节角。通过PC机实现多自由度假肢对空间随机目标物体定位算法的程序编程,实现界面化显示方式。  最后,根据多自由度假肢实物模型的驱动执行元件,采用PID控制算法实现对各个关节电机的控制。选择c8051f020单片机作为控制系统的核心,通过CPLD对各个关节电机编码器信号的采集反馈给主控器,形成对多自由度假肢的闭环控制。设计出控制系统的硬件电路PCB板,实现了控制系统的各个功能单元驱动程序的设计和编写及调试,并通过此控制系统可以实现对多自由度假肢的控制。通过实际的操作,证明了该控制系统的可行性、正确性及稳定性。  该假肢的制作成功,标志着假肢研究领域的一个进步,可以为患者提供一个功能比较完善,外观比较美观的多自由度假肢,不仅,可以在精神上对手臂缺失起到一定的安慰作用,而且还可以弥补缺失者缺失手臂所失去的功能,可以协助完成一定的生理活动。同时,也为以后对多自由度假肢控制系统的研究提供了一个实物平台。
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