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1、【機(jī)械工業(yè)論文】肌電信號(hào)控制下的仿生機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要:采用肌電信號(hào)控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一款兼容Arduino編程和STM32開發(fā)的機(jī)械手掌控制系統(tǒng),包含控制器、智能手套和機(jī)械手掌三部分,通過藍(lán)牙通訊實(shí)現(xiàn)智能手套和機(jī)械手掌之間的運(yùn)動(dòng)同步。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有控制靈活和操縱簡單的特點(diǎn),具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:肌電信號(hào);機(jī)械手掌;運(yùn)動(dòng)同步
仿生機(jī)械手掌[1-4]是當(dāng)今科研領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn),兼有人的行為意識(shí)和機(jī)械手的作業(yè)效能,因此在軍事、醫(yī)療、空間、工業(yè)和海洋等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[5-8]。然而,目前在機(jī)械手掌的應(yīng)用中,對(duì)于機(jī)械手掌
2、的操縱多為按鍵控制或者需要多個(gè)控制桿來控制一個(gè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng),其設(shè)計(jì)繁瑣,操作復(fù)雜,給操作者使用帶來很大不便。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)了一款A(yù)rduino編程和STM32開發(fā)的智能手套控制機(jī)械手掌系統(tǒng),通過智能手套的傳感器來采集人手臂的運(yùn)動(dòng)信息,然后通過智能手套的微控制器模塊發(fā)送到總控制器,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換控制芯片采集相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào),并編寫控制算法程序?qū)崿F(xiàn)舵機(jī)運(yùn)動(dòng),達(dá)到智能手套與機(jī)械手掌同步運(yùn)動(dòng)的目的。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖1所示。
2系統(tǒng)硬件組成
2.1控制器組成
本系統(tǒng)通過智能手套實(shí)現(xiàn)同步控制機(jī)械手掌,機(jī)械手套的主控
3、器通過手指彎曲傳感器和三軸加速度傳感器采集手部的肌電信息,通過藍(lán)牙將信息傳送至機(jī)械手掌,機(jī)械手掌主控器接受到的相應(yīng)控制信息后,進(jìn)行信息的處理從而控制機(jī)械手掌運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了智能手套遠(yuǎn)程控制機(jī)械手掌。如圖2、圖3所示。
2.2智能手套
智能手套由五個(gè)彎曲傳感器、陀螺儀、無線發(fā)射模塊組成。其中彎曲傳感器分別檢測不同手指的力數(shù)據(jù),控制機(jī)械手掌的手指彎曲。陀螺儀檢測手掌的軸向加速度、軸向角速度以及軸向地磁數(shù)據(jù),通過智能手套主控器上的AHRS算法將其轉(zhuǎn)化機(jī)械手掌的左右運(yùn)動(dòng)、上下運(yùn)動(dòng)及翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。無線發(fā)射模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包發(fā)送至機(jī)械手掌主控器。如圖4所示。
4、
2.3機(jī)械手掌
仿生機(jī)械手掌包括機(jī)械手本體、舵機(jī)、無線接收模塊組成。無線接收模塊接收到智能手套的肌電數(shù)據(jù)通過機(jī)械手掌主控器進(jìn)行處理控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手本體的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手掌的主控器有PE機(jī)接口、單片機(jī)模塊插座、PWM舵機(jī)接口、蜂鳴器(支持低壓報(bào)警)、5V供電接口、3.3V供電接口、總線舵機(jī)接口、串口通信接口等接口,還設(shè)置了6路舵機(jī)過流保護(hù)系統(tǒng)。如圖5所示。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示,通過測試使用智能手套能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手靈活的同步抓取物體如圖7所示。
4結(jié)論
本文采用肌電信號(hào)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能手套同
5、步控制機(jī)械手掌運(yùn)動(dòng),對(duì)不同的幾何外形的物體進(jìn)行抓握測試,達(dá)到了預(yù)期的效果,具有控制靈活和操縱簡單的特點(diǎn),下一步將進(jìn)行控制系統(tǒng)的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)手部姿態(tài)更精確的控制。
參考文獻(xiàn):
[1]劉帥,孟巖.仿生機(jī)械手的設(shè)計(jì)與仿真分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019(12):70-72.
[2]孫福旭,劉薊南,張千宇.欠驅(qū)動(dòng)仿生機(jī)械手的研究[J].南方農(nóng)機(jī),2019,50(11):39.
[3]呂辛,喬尚嶺,黃勇,等.繩驅(qū)動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手穩(wěn)定抓取構(gòu)型分析[J].英文版.東南大學(xué)學(xué)報(bào),2018(3):309-316.
[4]千承輝
6、,李芮林,李冰洋,等.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的仿生機(jī)械手研究[J].壓電與聲光,2017,39(4):490-493+497.
[5]李素蕊,李振新,于毅.智能仿生手的研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2015,32(11):1045-1047.
[6]李素蕊,于毅,董兵超,等.基于腦機(jī)接口技術(shù)下仿生手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析[J].電子測試,2014(24):113-115.
[7]王宏,姬彥巧,趙長寬,等.基于肌肉電信號(hào)控制的假肢用機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào),2006(9):1018-1021.
[8]許哲,魏鵬,牟曉華,等.基于數(shù)據(jù)手套的仿生手硬件在回路仿真系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2016,32(3):43-46.