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基于单片机的膝关节助力机器人控制系统设计

更新时间：2020-02-10 12:03:21 大小：30M 上传用户：守着阳光1985查看TA发布的资源 标签：单片机膝关节助力机器人 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

可穿戴膝关节助力机器人是一款为老年人或肢体齐全的残疾人打造的助力机器人，在医学和军事上有广阔的应用前景。它是最近很多年比较热门的机器入研究领域，属于外骨骼机器人范畴，它是一个多学科交叉的领域，涉及到传感器设计技术、信号采集以及处理技术、数据融合、控制理论、以及机器入学等多门学科。由于这种机器人的应用场所涉及到户外，所以整个系统的轻巧性以及便携性就显得很重要。而整个控制系统是机器人系统中的核心部位，所以提高控制系统的轻巧性和便携性就显得尤为重要。

    在国家“十一五”863服务机器人重点项目“可穿戴型助残助老智能机器人示范平台”(No.2006AA040204)的资助下，本着提高膝关节助力机器人控制系统的轻巧性和便携性的目的，本文采用单片机作为控制器来设计膝关节助力机器人控制系统。这个控制系统包括力传感器信号、电机信号的实时采集和处理，以及对它们实时保存和显示;并采用假想柔顺控制思想，完成了膝关节机器人为穿戴者提供助力的任务。

    本文从理论层次和技术层次两方面介绍了整个控制系统的设计，主要内容包括:

    1.介绍膝关节助力机器人的机械结构设计、对结构简化并对其进行动力学分析，为机械设计的优化以及控制思想提供参考。

    2.引出并详细介绍了假想柔顺控制思想，并对电机控制的PI参数进行整定。根据人腿和机器人之间的简化模型，引出了假想柔顺控制算法并推导出最终的控制公式。电机控制采用PI方式来控制速度，介绍了如何选取PI参数。

    3.详细介绍了整个膝关节控制系统的硬件设计和软件设计。硬件部分主要包括传感器的采集电路、信号放大、滤波电路、A/D转换器、微控制器、通信接口以及供电电路设计;软件部分主要包括各通信协议的编写、左/右腿控制模块软件编写、区域控制模块软件编写、以及人机交互界面软件编写。

    4.搭建膝关节控制系统的测试平台，让受试者进行抬腿动作，并记录这个过程中交互力信号和电机速度信号之间的曲线以及利用人体表面肌电信号对助力效果进行评估。

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