上肢外骨骼助力機器人嵌入式控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、上肢外骨骼助力機器人是一種為操作員提供諸如保護、身體支撐、運動輔助等功能的新型機電一體化可穿戴裝置。由于其服務(wù)對象的特殊性，相對于一般的嵌入式控制系統(tǒng)而言，上肢外骨骼助力機器人對其嵌入式控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。本課題主要圍繞嵌入式控制系統(tǒng)的方案提出、軟硬件實現(xiàn)以及實驗研究而展開。
　　首先，在綜合分析上肢外骨骼助力機器人對嵌入式控制系統(tǒng)性能的特殊要求后，本文提出了一種由以S3C2440A為核心的上位機ARM9和以TMS32

2、0F28335為核心的下位機DSP兩部分組成，兩者之間采用CAN總線通信的上肢外骨骼助力機器人嵌入式控制系統(tǒng)方案。由上位機ARM9負責(zé)采集操作員運動意圖信號，結(jié)合人機協(xié)同控制算法得到控制指令并傳遞到下位機DSP;由下位機DSP負責(zé)采集角位移信號與氣體壓力信號，根據(jù)上位機ARM9的指令并結(jié)合控制算法控制氣動高速開關(guān)閥動作。通過方案評估證明了該方案的可行性，為后續(xù)關(guān)于嵌入式控制系統(tǒng)硬件平臺的搭建奠定了基礎(chǔ)。
　　接著，基于上述嵌入式控

3、制方案，設(shè)計了一套由ARM開發(fā)板、ARM擴展板、DSP開發(fā)板和DSP擴展板組成的硬件系統(tǒng)，并利用Altium Designer軟件完成了信號處理電路、氣動高速開關(guān)閥驅(qū)動電路及電源供電系統(tǒng)電路的原理圖及PCB板的設(shè)計。分別在ARM平臺和DSP平臺上進行軟件開發(fā)，在ARM平臺實現(xiàn)了Linux內(nèi)核與文件系統(tǒng)的移植、ADC驅(qū)動與CAN總線驅(qū)動的設(shè)計以及基于Qt的交互式應(yīng)用軟件的開發(fā);在DSP平臺上實現(xiàn)了角位移信號與氣體壓力信號的采集、氣動高速開

4、關(guān)閥的控制、與上位機ARM9之間的CAN總線通信以及與PC機之間的SCI通信，并滑?？刂扑惴ㄒ浦惨约芭c上位機ARM9之間的CAN總線通信，并基于XDAIS標準移植了適合于非線性控制的滑模控制算法。
　　最后，在PC上設(shè)計了一個基于LabVIEW的用于監(jiān)測上肢外骨骼助力機器人運動狀態(tài)量的軟件，并在由嵌入式控制系統(tǒng)、PC和原型樣機系統(tǒng)所組成的實驗平臺上進行了一系列實驗研究，包括關(guān)節(jié)位置控制、正弦曲線跟隨和人機協(xié)同實驗，驗證了該嵌入式控