基于DSP的外骨骼助力系统手持终端的设计.pdf

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1、第５期（总第２０４期）机械工程与自动化No．５２０１７年１０月MECHANICAL_ENGINEERING_&_AUTOMATIONOct．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐０１７７‐０３基于DSP的外骨骼助力系统手持终端的设计李会营，莫新民，王_晶，周加永，赵_浩（西北机电工程研究所，陕西_咸阳_７１２０００）摘要：为使外骨骼助力系统能更好地适应不同的穿着者，设计了基于TMS３２０F２８３３５的手持终端。利用TMS３２０F２８３３５控制器强大的浮点运算能力，通过RS４８５接口实时地与主机控制终端保持通信并对数据信息进行快速处理，通过LCD１６０２显示屏和功能按键实现对主机参

2、数的显示与修改。该终端可以接收系统主机发送的报警信息，穿着者根据显示屏的报警提示对系统进行检修，从而保证系统的安全运行。实验测试结果表明：该手持终端达到了设计要求，可满足外骨骼助力系统的需要。关键词：外骨骼；TMS３２０F２８３３５；手持终端；LCD１６０２中图分类号：TP２７３___文献标识码：A0_引言LCD１６０２显示屏与外部功能按键实现对主机参数的外骨骼助力系统是一种可穿戴的人机一体化系读取、显示与修改。该手持终端可完成助力系统的初统，可以帮助穿着者在各种复杂地形上行走，同时可有始化、报警提示、运行模式切换、系统状态显示、参数显［１］效增强穿着者的负重能力。由于不同穿着者具有不示

3、与修改等功能。图２为调试阶段的手持终端。同的生理特性，为使助力系统能够更好地配合穿着者完成各种任务，穿着者需要将自己的身高、体重等数据信息输入给助力系统，同时为了保证系统能安全、稳定地工作，需要对故障及时报警。本文设计了一款基于TMS３２０F２８３３５的手持终端。该手持终端可对助力系统故障及时报警并提供故障信息，可对各系统参数进行实时读取、显示与修改，图２_手持终端调试图外骨骼助力系统能否准确配合穿着者运动，取决使助力系统能够更好地适应不同的穿着者，更好地配于穿着者的自身生理特性、负重状态及对周边环境的合穿着者安全、稳定地完成任务。正确感知，这就需要对相应的系统参数进行修改，并根1_实现

4、功能据助力系统中传感器反馈的数据值，通过手持终端中外骨骼助力系统由穿着者控制并可实现负重行走的相应算法，将结果经RS４８５通信接口传送给主控等功能。着眼于未来战争的需要，各国都在大力发展端。LCD１６０２显示屏可对系统运行状态及参数信息进可减轻单兵行军作战负担的外骨骼助力系统。图１为行实时显示。智能手持终端的算法结构如图３所示。西北机电工程研究所研制的处于样机研制阶段的液压负重型外骨骼助力系统。图１_外骨骼助力系统手持终端利用TMS３２０F２８３３５DSP控制器强大图３_智能手持终端算法结构图［２］2_终端硬件设计的浮点运算能力，通过RS４８５接口与主机控制终端保持通信并可对数据信息进行

5、快速处理，同时可通过２．１_DSP供电电路设计收稿日期：２０１７‐０２‐２３；修订日期：２０１７‐０７‐１４作者简介：李会营（１９８６‐），男，河南济源人，工程师，工学硕士，主要从事机器人控制系统研究。·１７８·机械工程与自动化_______________２０１７年第５期_手持终端采用的电源管理芯片是TI公司的３．３V电压和内核所需的１．９V电压，保证DSP工作［３］TPS７６７D３０１，该芯片可以产生DSP外围引脚所需的频率可达１５０MHz。电源供电电路如图４所示。图４_DSP供电电路２．２_通讯电路设计为１１５２００b／s。硬件选用MAX４８５ESA，通讯电路如终端与主机的通讯采用

6、RS４８５接口方式，波特率图５所示。图５_RS４８５通讯电路２．３_按键电路设计手持终端需要为穿着者提供助力系统的实时运行外骨骼助力系统为适应不同穿着者的身体条件，状态、各系统参数值等信息，本设计选用LCD１６０２液需要手持终端能够修改系统的部分参数，使助力系统晶显示模块，该模块可显示字母、数字元、符号等信［４］能够更好地满足穿着者的需求。本设计通过外部７个息，提供显示数据缓冲区、字符发生器CGROM和［５］功能按键，实现了对控制模式的选择、参数信息的读取字符发生器CGRAM，并提供了丰富的指令设置，可与修改等功能，可有效帮助穿着者根据自身的条件与满足外骨骼助力系统的现实需求。LCD１６

7、０２电路如需求设置运行模式和系统参数，提高助力系统的可靠图７所示。性与舒适性。外部功能按键硬件电路如图６所示。图７_LCD１６０２电路图２．５_报警电路设计当外骨骼助力系统出现故障时，手持终端能够在显示错误信息的同时提供报警功能，为此设计了蜂鸣器报警功能。本设计采用３．３V的有源蜂鸣器，其与无源蜂鸣器的区别是，无源蜂鸣器必须是一个高低电平的变化（即脉冲）才能发声，而有源蜂鸣器只要高电图６_外部功能按键硬件电路平就可以发声，电路相对简