手功能康复机器人结构和控制系统设计

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要临床数据显示，近年来中风和脑外伤而导致的肢体瘫痪患者数量显著增加，其中大多生活无法自理，不仅造成患者生理和心理上的巨大压力，而且给患者家庭和社会带来了沉重的负担。本文旨在开发一种新型的可穿戴的用于手功能康复的智能机器人系统，辅助患者完成手指抓握和伸展运动，解决传统人工康复训练方法中存在的问题。论文首先设计了机器人的机械结构，使之符合人手的生理特征，并且采用气动肌肉作为驱动器，使机器人具有穿戴舒适性和使用安全性，适合家庭和社区中使用。在此基础上，本文对机器人控制系统的硬件进行了设计，系统采用DSP芯片TMS320F2812与单片机C8051F020协调控制方式，

2、DSP主要负责传感器数据采集、智能控制算法及数据输出，单片机负责管理外围电路、人机交互等，DSP与单片机之间通过双口RAM进行高速通信，实现数据共享，并外扩了8个数模转换通道输出控制信号，可独立控制8条气动肌肉。机器人系统与计算机通过串口通信，既可以将训练数据传输给计算机进行参数处理和分析，通过计算机屏幕或者其他媒体（如声音）为治疗师和患者提供实时而简洁的反馈信息，也可以接收计算机的控制命令，设定训练模式、训练参数等，并且控制系统自带液晶显示器与键盘，外扩4MB的FLASH存储器，完全可以脱离计算机独立使用。接着论文介绍了四层PCB电路板的设计经验，说明了设计时的注意事项。最后对系统硬件

3、进行了调试，使控制电路可以稳定工作。本文利用CCS开发环境对系统进行了软件设计与调试，实现了控制系统的采集、通信、输出控制、人机交互等功能，并且运行稳定可靠。关键词：康复机器人，结构设计，控制系统，TMS320F2812，C8051F020，双口RAMI华中科技大学硕士学位论文AbstractTheclinicaldatademonstratedthatthenumberoflimbsparalysiscausedbystrokeandtraumaticbraininjuryisobviouslyincreasedinrecentyears,mostofthemcan’ttakecare

4、ofthemselves,anditnotonlyresultsintremendousphysicalandpsychologicalpressure,butalsobringsaseriousburdentotheirfamilyandthesociety.Thegoalofthispaperistodevelopanovelwearabledeviceforroboticassistedhandrepetitivetherapy.Itcanprovideassistiveforcesrequiredforgraspingandfingerextension,andsolvethep

5、roblemsintraditionalartificialrehabilitativetrainingmethods.Inthisthesis,therobot'smechanicalstructureisdesignedfirstlyandmadetoconformtothehandphysiologicalcharacteristic.Apneumaticmuscle(PM)isdesignedtodriventherapeuticdevice.Therobotisworncomfortablyandsafely.Itsuitstousinginfamilyandcommunity

6、.Baseonthis,thecontrolsystem'shardwareisdesigned.ThesystemusesDSPchipTMS320F2812andtheSCM(SingleChipMicrocomputer)C8051F020coordinationcontrolmode.TheDSPismainlyresponsiblefordataacquisition,intelligentcontrolalgorithmanddataoutput,andtheSCMisresponsibleforthemanagementoftheperipheralcircuit,theH

7、CI(Human-computerinteraction)etc.Adual-portRAMisusedforhigh-speedcommunicationsanddatasharingbetweentheDSPandSCM.Eightdigital-analogconversionchannelsareexpandedtooutputcontrolsignal,sothesystemcancontroleightpneumatic