智能仿生人工腿CIP-ILeg控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、智能仿生人工腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域一個(gè)備受關(guān)注的研究課題，它最優(yōu)秀的特點(diǎn)是能夠模仿人體健康腿的運(yùn)動(dòng)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。開(kāi)展該項(xiàng)目的研究對(duì)改善殘疾人的生存條件和促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 智能仿生人工腿的擺動(dòng)是依靠膝關(guān)節(jié)內(nèi)一個(gè)空壓氣缸的活塞的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？諌簹飧孜膊坑幸粋€(gè)電機(jī)可以控制氣缸內(nèi)一個(gè)針閥的開(kāi)度，改變針閥開(kāi)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?nèi)斯?/p>

2、腿擺動(dòng)速度的目的。以前研制的智能人工腿，在三個(gè)方面存在不足：第一、用于控制氣缸內(nèi)針閥開(kāi)度的控制器采用的是由步進(jìn)電機(jī)所構(gòu)成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，位置精度不高；第二、它的CPU多采用51系列的單片機(jī)，運(yùn)行速度不能滿足高級(jí)算法的需要；第三、以前的步速測(cè)量模塊硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積也比較大。 針對(duì)以上不足，我們?cè)谠O(shè)計(jì)智能仿生人工腿CIP-I Leg的控制系統(tǒng)時(shí)做了以下改進(jìn)：第一，將步進(jìn)電機(jī)改為直流伺服電機(jī)；第二，設(shè)計(jì)了一個(gè)具有位置、速度和電流反饋的

3、三閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于控制針閥的開(kāi)度，并采用ACS算法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這些控制策略的改進(jìn)提高了智能仿生人工腿步速調(diào)整的快速性和準(zhǔn)確性；第三，智能控制器的CPU采用美國(guó)TI公司的微處理器芯片MSP430F149，這是一種低功耗、高集成度的控制芯片，其運(yùn)行速度比51系列單片機(jī)快并具有強(qiáng)大的指令集，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)算法的在線運(yùn)算；最后，采用了高靈敏度的霍爾傳感器來(lái)測(cè)量人工腿所處的狀態(tài)，測(cè)量模塊元件少、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好。 通過(guò)控