智能仿生人工腿CIP-I Leg手持控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、智能人工腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域一個備受關(guān)注的研究課題，它將智能控制理論、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計與制造及生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合在一起，具有能模仿人體健康腿的運動方式且步行速度可自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化的特點。開展該課題的研究對幫助腿部截肢者回歸主流社會，減輕社會及其家庭負(fù)擔(dān)具有重要意義。 智能人工腿的控制系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，即手持控制器和腿上控制器。智能人工腿的擺動依靠安放在膝關(guān)節(jié)內(nèi)一個空壓氣

2、缸的活塞的伸縮來實現(xiàn)。空壓氣缸尾部有一個電機(jī)，腿上控制器通過控制該電機(jī)來控制氣缸內(nèi)一個針閥的開度，通過改變針閥開度可以調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的阻尼，從而達(dá)到改變智能人工腿擺動速度的目的。而腿上控制器中的各種控制器參數(shù)都是通過手持控制器來設(shè)置的。以前研制的智能人工腿，其控制系統(tǒng)在諸多方面存在不足，比如，手持控制器采用的是5l單片機(jī)作為處理器，其處理速度慢且功耗大；通信方式采用的是串口有線通信，操作不便且容易出故障；腿上控制器電路板面積較大不

3、便于在人工腿內(nèi)部安裝，器件較多因此功耗也較大。 在本文中，針對上述各個方面的不足，我們提出了以下幾點改進(jìn)方案。第一，我們將手持控制器的處理器改為采用美國得州儀器公司(TI，Texas Instrument)生產(chǎn)的MSP430系列低功耗微處理器芯片MSP430F149。該芯片是一種低功耗、高集成度的專用控制芯片，運行速度比51系列單片機(jī)快且具有強大的指令集，其內(nèi)部特有的硬件結(jié)構(gòu)給控制器的軟硬件設(shè)計帶來了極大的方便。第二，采用了紅外