基于DSP的多自由度假手电气控制系统的研究

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3.0 李琳琳 2024-10-12 6 4 526.51KB 3 页 12积分

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　　　　　　　　传感器与微系统 (Transducer and M icrosystem Technologies)　　　　　　　　　2008年第 27卷第 1期

前沿技术

基于 DSP的多自由度假手电气控制系统的研究3

摘　要 :阐述了基于数字信号处理器 (DSP)和步进电机的新型仿人型假手的电气控制系统。介绍了假手

电气系统构成及其原理 ,该系统具有结构简单、集成度高的优点。给出了控制系统的硬件实现和软件程序

的设计 ,并通过实验验证了假手的抓取性能。

关键词 :步进电机 ;控制系统 ;假手 ;数字信号处理器

中图分类号 : TP241. 3　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 1000 - 9787 (2008)01 - 0118 - 03

Abstract: A prosthetic hand control system based on DSP and step motor is described. The structure and

principle of the system are introduced . This prosthetic hand is characterized by the simple and highly integrated

control system. The design of the hardware and software of this system is given. The grasp experiments have

demonstrated the good performance of the prosthetic hand.

Key words: step motor; control system; prosthetic hand; DSP

0　引　言

假手作为人缺损上肢的替代物 ,不仅能弥补生理上的

缺陷 ,还能在一定程度上减轻残疾人由于丧失人手所遭受

的心理打击 [ 1 ] 。

仿人型机器人手要求具有高度的灵巧性和紧凑的结

构。驱动器的性能决定了仿人手的多种性能指标 :抓取力

的大小、手的重量、尺寸、噪声等都与驱动器有关。目前 ,用

于机械人的驱动器有气动、液压、超声波电机、形状记忆合

金等。应用的最广泛的是传统的电磁电机 ,它在效率、响应

时间、可靠性等方面更加均衡 [2 ] 。采用混合式步进电机作

为假手的驱动器。它具有高效率、高速度的特点 ,特别是它

具有自锁特性 ,本文将其引入到仿人手的手指设计中。仿

人手抓取物体达到抓握稳定后 ,手指依靠电机自锁力矩保

持对物体的抓取力 ,此时电机只消耗很少的能量。这种设

计能够有效地节约能源 ,对于使用电池工作的假手来说是

非常重要的。

传统的步进电机驱动和控制电路复杂、体积大 ,影响步

进电机控制的可靠性 ,软件设计工作量也很大。采用专用

步进电机控制芯片和驱动芯片组成的系统 ,外围电路简单 ,

收稿日期 : 2007 - 06 - 19

3基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50435040)

可靠性高 ,同时 ,减少了电路板的尺寸。

本文基于上述思想 ,采用混合式步进电机作为仿人型

机器人手的驱动元件 ,并设计了由电机专用控制芯片和微

处理器相结合的电气控制系统。在此基础上 ,对不同物体

进行了力量抓取和精确抓取试验。

1　多自由度假手系统介绍

本文所研制的欠驱动耦合假手三维结构如图 1所示 ,

和人手一样 ,共有 5根手指组成 ,每根手指 3个关节 ,共15

个活动关节。和人手相比 ,不具有手指并拢和外展的功能。

其尺寸和成年人人手相近 ,总重量为 500 g。整个手由 3个

步进电机驱动 ,拇指 ,食指和中指各由一个电机驱动 ,无名

指和小指由中指电机带动 ,该三指和水平倾斜 5°放置 ,如

图1所示。

图1　假手三维模型和实物图

Fig 1　Prosthetic hand model and sample

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摘要：

¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡´«¸ÐÆ÷Óë΢ϵͳ(TransducerandMicrosystemTechnologies)¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡2008ÄêµÚ27¾íµÚ1ÆÚǰÑØ¼¼Êõ»ùÓÚDSPµÄ¶à×ÔÓÉ¶È¼ÙÊÖµçÆø¿ØÖÆϵͳµÄÑÐ¾¿3ժ¡¡Ҫ:²ûÊöÁË»ùÓÚÊý×ÖÐÅºÅ´¦ÀíÆ÷(DSP)ºÍ²½½øµç»úµÄÐÂÐÍ·ÂÈËÐÍ¼ÙÊÖµÄµçÆø¿ØÖÆϵͳ¡£½éÉÜÁË¼ÙÊÖµçÆøϵͳ¹¹³É¼°ÆäԭÀí,¸Ãϵͳ¾ßÓÐ½á¹¹¼òµ¥¡¢¼¯³É¶È¸ßµÄÓÅµã¡£¸ø³öÁË¿ØÖÆϵͳµÄӲ¼þʵÏ...

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