基于C8051F020的假肢控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

假肢是人體缺損肢體的替代物,用以彌補(bǔ)缺損肢體的形狀和功能。本文針對(duì)失去整個(gè)手臂的情況，設(shè)計(jì)出一種仿人手臂形假肢的控制系統(tǒng)。使用者可以補(bǔ)償部分缺失的功能,達(dá)到生活自理甚至于可以從事基本勞動(dòng),減少身心痛苦,同時(shí)也相應(yīng)地解放了護(hù)理工作用。在設(shè)計(jì)中，采用C8051F020[1]單片機(jī)作為主控制器，并通過CPLD(Complex Programmable Logic Device)完成對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)控制量的檢測(cè)以及凌陽61單片機(jī)實(shí)現(xiàn)語音控制功能。
1 機(jī)器人假肢結(jié)構(gòu)
　多自由度機(jī)器人型假肢（上肢）擁有6個(gè)自由度，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

2 假肢控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 控制器的工作原理
　控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，主要由控制、驅(qū)動(dòng)、被控對(duì)象和檢測(cè)反饋四個(gè)部分構(gòu)成?？刂撇糠种饕蒀8051f020完成；驅(qū)動(dòng)部分由6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成；被控對(duì)象即是六自由的假肢；檢測(cè)反饋部分主要由CPLD檢測(cè)目標(biāo)位置各個(gè)關(guān)節(jié)的控制量。系統(tǒng)主要采用按鍵控制和語音控制兩種控制方式。

2.1.1 按鍵控制
　　系統(tǒng)采用了12個(gè)獨(dú)立式按鍵對(duì)6個(gè)電機(jī)正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)著各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)情況如表1所示。

2.1.2 語音控制
　語音識(shí)別模塊由SPCE061A單片機(jī)完成。首先，對(duì)各個(gè)命令進(jìn)行訓(xùn)練，并將訓(xùn)練結(jié)果保存下來。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)SPCE061A單片機(jī)識(shí)別出某條命令時(shí)，它會(huì)通過串口給C8051F020發(fā)送指令,當(dāng)C8510F020接收到相應(yīng)的指令時(shí)，控制相應(yīng)的關(guān)節(jié)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)[2]。例如：當(dāng)SPCE061A識(shí)別出“手指張開”命令時(shí)，將會(huì)通過串口發(fā)送如“0x10”的十六進(jìn)制的數(shù)，當(dāng)C8051F020通過串口接收到“0x10”后，就會(huì)控制手指做張開運(yùn)動(dòng)。其他關(guān)節(jié)控制亦如此。其語音命令的控制形式如圖3所示。