文档介绍：中南大学
硕士学位论文
基于ARM的嵌入式智能人工腿手持控制系统研究与设计
姓名:钟金
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:谭冠政
20070401
摘要智能人工腿是世纪年代发展起来的具有高性能的新一代假肢,与普通假肢相比,它能根据外界条件变化和工作要求,自动地调整假肢系统的参数,使其运动自如,工作可靠,因而具有更好的仿生性能。开展该课题的研究对于帮助腿部截肢者回归主流社会,减轻社会及其家庭负担具有重要意义。智能人工腿的控制系统由两部分构成,即手持控制系统和腿上控制系统。腿上控制系统主要用来改变智能人工腿的摆动速度,其中的各种控制参数都是通过手持控制系统来进行设置。以前研制的智能人工腿,在控制方面存在诸多不足,比如,手持控制系统多采用坏片机作为处理器,速度慢,功耗大且系统开发难度较大,可扩展性差。通信方式采用的是串口有线通信,操作不便且容易出故障。另外,用于控制气缸内针阀开度的腿上控制系统采用的是由步进电机所构成的开环结构,位置精度不高。针对以上不足,我们在设计智能仿生人工腿刂葡低时做了如下改进:第一,选用镜幕贏逑结构的微处理器作为手持控制系统的⒔岷贤饫存储器和必要的电路单元构成系统硬件平台。高集成度的特点使得系统功耗和体积大大降低,运行也更加可靠。第二,通过向植入实时操作系统拖喙赜τ贸绦蚬钩赏暾那入式控制平台,在保证手持控制系统稳定运行的同时也大大提升了其可扩展性能。第三,采用无线红外通信的方式代替传统的串口有线通信,这样既简化操作又确保系统的稳定性。第四,我们将步进电机改为直流伺服电机,设计了一个具有位置、速度和电流反馈的腿上闭环控制系统,用于控制针阀的开度。本文所做研究主要是针对栈房刂品桨干杓菩滦偷那入式手持控制系统。通过实验表明,其运行可靠、功耗低且扩展性强,具有较高的应用价值。关键词:智能人工腿,嵌入式系统,手持控制系统,琲恤中南大学硕士学位论文
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导师摊挚期:耳年卫月旦日日期:兰曼年上月型日原创性声明关于学位论文使用授权说明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名:本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文;学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
第一章绪论项目研究的背景及目的意义智能人工腿研究和发展概况从古至今,由于战争、疾病、工伤、交通事故及自然灾害已将成百上千万下这一数字正以惊人的速度增加。一项调查表明仅美国每年就有大约万人【失去下肢。而我国目前下肢残疾者更是高达蛉恕U庑┙刂哂捎谑チ巳死人中的大多数是社会的有功之臣或事故的牺牲者,社会要付出极大的代价来补偿算机技术、微电子技术、机械设计与制造技术、新材料技术与生物医学工程和康会主流、像正常人一样生活、学习和工作,对减轻社会负担,同时对填补我国在此研究领域的空白、对促进我国康复医学工程技术的发展无疑都具有极其重要的关于人工腿僦的研究,无论是国内还是国外都已经有了数百年的历史。人工腿后,步态极不自然,行走相当吃力。到了二十世纪七十年代中期,由于世界工业技术水平整体上突飞猛进,特别是计算机与微电子技术的快速发展,人工趋势进行介绍肢截肢者带给了我们这个社会,特别是近年来,随着工业、交通事业迅速发展,最基本的行走能力,生活上难以自理,客观上被安置在脱离社会主流的一些特定角落,致使他们在身心两方面都充满着常人体会不到的痛苦。另一方面,这些病和安置他们,这也极大地增加了社会的负担。由于目前医疗水平尚不能使肢体再生,因此,为这些截肢者安装人工腿僦就成了恢复其行走能力的唯一手段。本项目将要研究的智雏入工腿僦正是该领域的一个前沿性、多学科交叉的研究课题。其目的和意义有两个:第一是要将当代先进的智能控制技术、计复医学工程技术融合在一起,研究具有世界领先水平的、真正意义上的智能型人工腿,使截肢者能以极为接近正常人的自然步态行走,这对帮助他们重新回归社意义;第二是通过研究智能化的控制器和步速测量模块等,提高智能人工腿质量和性能。使高性能的智能人工腿系列能早日商品化,以缩短我的较大差距,帮助该行业形成产值达数亿元的规模经济,这对推动我国假肢生产行业的发展具有重要的经济意义。过去研制和生产的