上肢外骨骼助力機(jī)器人嵌入式控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、上肢外骨骼助力機(jī)器人是一種為操作員提供諸如保護(hù)、身體支撐、運(yùn)動(dòng)輔助等功能的新型機(jī)電一體化可穿戴裝置。由于其服務(wù)對(duì)象的特殊性，相對(duì)于一般的嵌入式控制系統(tǒng)而言，上肢外骨骼助力機(jī)器人對(duì)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(shí)現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)研究而展開。
　　首先，在綜合分析上肢外骨骼助力機(jī)器人對(duì)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(jī)ARM9和以TMS32

2、0F28335為核心的下位機(jī)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(jī)器人嵌入式控制系統(tǒng)方案。由上位機(jī)ARM9負(fù)責(zé)采集操作員運(yùn)動(dòng)意圖信號(hào)，結(jié)合人機(jī)協(xié)同控制算法得到控制指令并傳遞到下位機(jī)DSP;由下位機(jī)DSP負(fù)責(zé)采集角位移信號(hào)與氣體壓力信號(hào)，根據(jù)上位機(jī)ARM9的指令并結(jié)合控制算法控制氣動(dòng)高速開關(guān)閥動(dòng)作。通過(guò)方案評(píng)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(tái)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(jì)了一套由ARM開發(fā)板、ARM擴(kuò)展板、DSP開發(fā)板和DSP擴(kuò)展板組成的硬件系統(tǒng)，并利用Altium Designer軟件完成了信號(hào)處理電路、氣動(dòng)高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路及電源供電系統(tǒng)電路的原理圖及PCB板的設(shè)計(jì)。分別在ARM平臺(tái)和DSP平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)，在ARM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了Linux內(nèi)核與文件系統(tǒng)的移植、ADC驅(qū)動(dòng)與CAN總線驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)以及基于Qt的交互式應(yīng)用軟件的開發(fā);在DSP平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了角位移信號(hào)與氣體壓力信號(hào)的采集、氣動(dòng)高速開

4、關(guān)閥的控制、與上位機(jī)ARM9之間的CAN總線通信以及與PC機(jī)之間的SCI通信，并滑?？刂扑惴ㄒ浦惨约芭c上位機(jī)ARM9之間的CAN總線通信，并基于XDAIS標(biāo)準(zhǔn)移植了適合于非線性控制的滑?？刂扑惴?。
　　最后，在PC上設(shè)計(jì)了一個(gè)基于LabVIEW的用于監(jiān)測(cè)上肢外骨骼助力機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量的軟件，并在由嵌入式控制系統(tǒng)、PC和原型樣機(jī)系統(tǒng)所組成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究，包括關(guān)節(jié)位置控制、正弦曲線跟隨和人機(jī)協(xié)同實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該嵌入式控