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手功能康复机器人的结构与控制系统设计

作　者: 刘中伟
导　师: 何际平
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统工程
关键词: 康复机器人结构设计控制系统 TMS320F2812 C8051F020 双口RAM
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 266次
引　用: 2次
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内容摘要

临床数据显示,近年来中风和脑外伤而导致的肢体瘫痪患者数量显著增加,其中大多生活无法自理,不仅造成患者生理和心理上的巨大压力,而且给患者家庭和社会带来了沉重的负担。本文旨在开发一种新型的可穿戴的用于手功能康复的智能机器人系统,辅助患者完成手指抓握和伸展运动,解决传统人工康复训练方法中存在的问题。论文首先设计了机器人的机械结构,使之符合人手的生理特征,并且采用气动肌肉作为驱动器,使机器人具有穿戴舒适性和使用安全性,适合家庭和社区中使用。在此基础上,本文对机器人控制系统的硬件进行了设计,系统采用DSP芯片TMS320F2812与单片机C8051F020协调控制方式,DSP主要负责传感器数据采集、智能控制算法及数据输出,单片机负责管理外围电路、人机交互等,DSP与单片机之间通过双口RAM进行高速通信,实现数据共享,并外扩了8个数模转换通道输出控制信号,可独立控制8条气动肌肉。机器人系统与计算机通过串口通信,既可以将训练数据传输给计算机进行参数处理和分析,通过计算机屏幕或者其他媒体(如声音)为治疗师和患者提供实时而简洁的反馈信息,也可以接收计算机的控制命令,设定训练模式、训练参数等,并且控制系统自带液晶显示器与键盘,外扩4MB的FLASH存储器,完全可以脱离计算机独立使用。接着论文介绍了四层PCB电路板的设计经验,说明了设计时的注意事项。最后对系统硬件进行了调试,使控制电路可以稳定工作。本文利用CCS开发环境对系统进行了软件设计与调试,实现了控制系统的采集、通信、输出控制、人机交互等功能,并且运行稳定可靠。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 本文的主要内容  11-13
2 机器人机械结构设计  13-19
  2.1 机械结构的设计要求  13-14
  2.2 机械结构的设计  14-18
  2.3 机械结构的实现与实验验证  18-19
3 手功能康复机器人控制系统设计方案  19-24
  3.1 总体设计方案  19-20
  3.2 控制系统硬件设计  20-22
  3.3 控制系统软件设计  22-24
4 手功能康复机器人控制系统的硬件设计  24-49
  4.1 电源设计  24-26
  4.2 TMS320F2812 应用技术  26-31
  4.3 C8051F020 应用技术  31-34
  4.4 基于双口RAM 的高速通信  34-37
  4.5 数据采集及信号调理  37-41
  4.6 其他模块设计  41-45
  4.7 PCB 电路板设计  45-47
  4.8 电路调试  47-49
5 手功能康复机器人控制系统的软件设计  49-60
  5.1 CCS 开发环境  49-51
  5.2 数据采集模块  51-52
  5.3 通信程序设计  52-56
  5.4 D/A 输出控制程序  56-57
  5.5 人机交互模块  57-59
  5.6 本章小结  59-60
6 总结与展望  60-62
  1、本文总结  60
  2、展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-65

手功能康复机器人的结构与控制系统设计

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