基于AVR的肌电假手控制系统研究

论文摘要

假手是机器人学和生物医学工程领域备受关注的研究课题,开展该项目的研究对于改善残疾人的生活条件和促进其医疗福利事业的发展具有重要的现实意义。本文在分析了假手的特点和步进电机的驱动理论的基础上,设计了假手控制系统。首先,对Atmel公司的高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmega16及相关知识做了介绍。描述了其基本结构,外设配置,以及它与其它单片机相比较它所具有的优势。其次,以ATmega16为核心,设计了一块低功耗、小体积、具有丰富外设功能的控制电路板,对主电路,驱动电路的工作原理,以及与上位机通信接口的设计过程作了详细的描述。本文所设计的串行通信控制电路主要采用了RS232通信协议,电路的主控芯片采用Atmel公司生产的ATmega16单片机。机械假手动作的实现主要是通过机械假手上的五个微型的步进电机来实现的。步进电机的驱动芯片采用步进电机的专用驱动芯片UP-4HB01。它采用恒流控制,具有极低的电源损耗和极高的开关效率。两个输出端能直接驱动电机的正反运动。在机械手的复位方面来主要采用了五个压力开关,来检测手指是否运动到终端位置,以便即时给相应的电机停电,防止电机因线圈电流过大,造成电机线圈的烧坏。最后,介绍了软件的编程、调试与下载。软件编程使用的是可移植性和可读性强,维护方便的C语言,C编译器使用的是ICCAVR,同时使用一款与Atmel公司的JTAGICE相兼容的低价位的AVR单片机仿真器AVR JTAG ICE进行实时在线仿真。集成开发调试环境IDE使用的是AVR Studio。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 肌电控制假手的基本原理和特点
• 1.2 肌电控制假肢的发展过程及现状
• 1.3 本课题理论和实际意义
• 1.4 本论文所要完成的主要工作
• 第二章 ATmega16的结构及特点
• 2.1 AVR单片机概述
• 2.2 ATmega16的特点
• 2.3 小结
• 第三章 系统结构方案研究与设计
• 3.1 肌电假手控制系统分析
• 3.1.1 系统构成
• 3.1.2 假手控制系统的设计原则
• 3.2 电动机的选择与驱动
• 3.2.1 电动机的选取
• 3.2.2 步进电机的特性
• 3.2.3 步进电机驱动器的选择
• 3.3 ATmega16与上位机接口单元设计
• 3.3.1 串行通信的基本概念
• 3.3.2 RS-232接口引脚定义
• 3.3.3 RS232的电气特性
• 3.4 双通道RS232线性驱动/接收器
• 3.5 系统的总体结构及其特点
• 3.5.1 肌点信号的采集
• 3.5.2 与计算机的串行通信
• 3.5.3 控制器与步进电机驱动器的连接
• 3.5.4 晶振和复位电路
• 3.6 小结
• 第四章 假手控制系统的软件实现
• 4.1 主程序的设计与实现
• 4.1.1 系统初始化
• 4.1.2 假手控制器的软件设计
• 4.2 C编译器的选择
• 4.3 仿真器
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 AVR JTAG ICE的使用
• 4.4 集成开发调试环境IDE（AVR Studio）
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ:假手控制器原理图
• 附录Ⅱ:假手控制器印刷电路板图