【摘要】： 本文基于DSP(Digital Signal Processor)研制開發(fā)了一套虛擬裝配數(shù)據(jù)手套控制器,研究了利用DSP的A/D端口采集傳感器數(shù)據(jù),利用D/A端口控制比例閥以調(diào)節(jié)氣動人工肌肉的壓力大小,利用D/O端口控制繼電器以控制制動氣囊的充、放氣的技術(shù),通過壓力輸出和角度采集,完成了控制器的調(diào)試,取得了良好的效果。 首先,探討了國內(nèi)外幾種典型的數(shù)據(jù)手套的結(jié)構(gòu)特征以及哈工大氣動中心的力反饋數(shù)據(jù)手套,分析了TI公司各系列DSP芯片的特點和適用范圍,結(jié)合數(shù)據(jù)手套對控制器的要求,選擇了TMS320F2812芯片。 其次,完成了控制器硬件和軟件的設(shè)計。利用DSP的多通道緩沖串口為角度傳感器和力傳感器設(shè)計了58路A/D數(shù)據(jù)采集電路并使用放大器和多路開關(guān)對其進行了電路調(diào)理;應(yīng)用串行外圍設(shè)備接口及多路采樣保持器擴展了64路D/A轉(zhuǎn)換電路用于控制比例閥,并為其配置了反向隔離電路;采用多路復(fù)用技術(shù)設(shè)計了16路D/O轉(zhuǎn)換電路用于控制繼電器板;完成了控制器與上位機通信的RS232接口、USB2.0接口以及控制器必需的工作電源提供電路、復(fù)位電路以及邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、仿真接口等。在軟件設(shè)計中,使用了集成開發(fā)環(huán)境CCS2(Code Composer Studio Version 2.0)作為開發(fā)工具,采用C語言和匯編語言混合編程,完成了系統(tǒng)主程序模塊、A/D子程序模塊、D/A子程序模塊、D/O子程序模塊、RS232子程序模塊。 最后,本文設(shè)計了壓力輸出和角度傳感器信號測量實驗對控制器進行了基本的調(diào)試�？刂破鞯腄/A端口給出不同的電壓輸出值控制比例壓力閥的壓力用于模擬不同的觸覺。通過對角度傳感器幾個完整周期的輸出信號的采集處理,對傳感器的輸出信號進行校正并與標(biāo)準(zhǔn)值作了對比。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TP391.9;TP368.12
【圖文】：

如圖1-1 所示。這種數(shù)據(jù)手套采用的是基于力敏原理的彎曲傳感器，共有 18 個傳感器分別縫在具有良好彈性的尼龍手套上的相關(guān)部位。當(dāng)操作者戴上該手套時，傳感器的彎曲角度隨手指變化，計算機通過信號轉(zhuǎn)換電路和A/D 采樣電路得到用戶手部的動作信息。這種手套的不足之處是，對人手尺寸的適應(yīng)性不強，必須制作一系列尺寸的手套，來適應(yīng)不同人手的尺寸。另外，由于手套中用到的電磁鐵具有非線性，在控制方面也存在較大的困難。圖 1-1 中科院數(shù)據(jù)手套 圖 1-2 拉特格斯力反饋機構(gòu)Fig. 1-1 GAS-Glove Fig. 1-2 Rutgers Master II-ND美國Rutgers大學(xué)的Burdea等人設(shè)計了一個非常輕的力反饋機構(gòu)，稱為Rutgers Master II-ND[4]。RM II像一副手套似的戴在用戶的手上，主要包括一個平臺，上面架著四個特制的氣缸。每個氣缸的頂端都和相應(yīng)的指尖相連，軸和指尖的連接通過“Y”形的連接物。這個平臺通過一條軟帶與手套相連，手套允許不同的用戶作相應(yīng)的調(diào)整，由一個簡單的細皮手套作為傳感器反饋系統(tǒng)的支持結(jié)構(gòu)。如圖 1-2 所示。“Cybergrasp”是Virtual Technologies公司開發(fā)的僅有的一款商業(yè)化力覺反饋數(shù)據(jù)手套[5]，如圖 1-3 所示。“Cybergrasp”是安裝在用戶手背上的一個鋼絲繩驅(qū)動的骨架機構(gòu)。該系統(tǒng)由伺服電機驅(qū)動

國內(nèi)的力覺反饋數(shù)據(jù)手套比較成熟的是中科院研制的GAS－Glove[3]，如圖1-1 所示。這種數(shù)據(jù)手套采用的是基于力敏原理的彎曲傳感器，共有 18 個傳感器分別縫在具有良好彈性的尼龍手套上的相關(guān)部位。當(dāng)操作者戴上該手套時，傳感器的彎曲角度隨手指變化，計算機通過信號轉(zhuǎn)換電路和A/D 采樣電路得到用戶手部的動作信息。這種手套的不足之處是，對人手尺寸的適應(yīng)性不強，必須制作一系列尺寸的手套，來適應(yīng)不同人手的尺寸。另外，由于手套中用到的電磁鐵具有非線性，在控制方面也存在較大的困難。

圖 1-3 骨架機構(gòu) 圖 1-4 流體動力手套Fig.1-3 Cybergrasp Fig.1-4 Fluid Power GloveFluid Power Glove是日本HOSEI大學(xué)田中實驗室研究的氣動式力反饋數(shù)據(jù)手套[6]，如圖 1-4 所示。這種力反饋數(shù)據(jù)手套通過應(yīng)變儀測量手指的彎曲角度，應(yīng)變儀貼在手指的關(guān)節(jié)處，和固定電阻組成平衡電橋，當(dāng)手指彎曲時，應(yīng)變儀的電阻發(fā)生變化，電橋失去平衡，通過輸出電壓得應(yīng)變片彎曲的角度。數(shù)據(jù)手套作為手的數(shù)字化輸入設(shè)備，用來檢測指關(guān)節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角和手指間的相對轉(zhuǎn)角。它的測量機制直接影響數(shù)據(jù)手套的性能�，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)手套采用手套上依附傳感器的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)存在以下兩點不足：(1) 手套的大小約束了不同人手的適應(yīng)性，故手套必須有一系列的規(guī)格。(2) 作為支撐物的手套存在線性滑移和非線性的彎曲運動，標(biāo)定柔性體有很大誤差，且沿手指方向存在關(guān)節(jié)間的耦合。近年來，以氣動肌肉為主的柔性執(zhí)行器逐漸引起人們的重視。氣動人工肌肉是目前比較理想的可以模仿生物肌肉用于仿生機構(gòu)研究的一種驅(qū)動器[7]，有輸出力/自重比高，安裝簡單，可彎曲，柔性，安全，動作平滑，運動更接近于自然生物運動等優(yōu)點。氣動中心的數(shù)據(jù)手套采用氣動人工肌肉和制動氣囊的組合形式作為驅(qū)動器，重量輕，可以佩戴在胳膊的小臂上，由氣管提供壓縮

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王萱;王挺峰;于涌;;基于TMS320LF2407的步進電機控制系統(tǒng)[J];光機電信息;2008年01期

2 梁玉紅;;基于DSP-NNCPID的電液位置伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計[J];北京電子科技學(xué)院學(xué)報;2010年04期

3 劉鵬;呂振;;基于DSP控制的液晶顯示屏設(shè)計[J];工礦自動化;2009年09期

4 張洪彬;;基于DSP的液晶顯示屏的設(shè)計及實現(xiàn)[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2009年27期

5 李瑞峰,亢雪英;基于雙DSP的防爆機器人控制器的設(shè)計[J];制造業(yè)自動化;2005年07期

6 崔洋;包鋼;王祖溫;;基于DSP的氣動數(shù)據(jù)手套控制器的設(shè)計[J];機械與電子;2008年06期

7 賴燕君;;DSP技術(shù)及其在機械制造控制器的應(yīng)用研究[J];才智;2011年20期

8 程遠楚;蔣卓宇;黃克峰;;基于DSP2812的靜止無功補償裝置[J];電工技術(shù);2008年04期

9 雷強;王煉紅;;基于DSP的電動輪自卸車控制器的設(shè)計[J];微計算機信息;2007年20期

10 王志海;潘雅繽;趙慶園;宋慶生;;基于DSP的潛油電機節(jié)能控制器的設(shè)計[J];電子元器件應(yīng)用;2008年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 堯波;王心堅;金龍;王敏才;胡敏強;;一種基于DSP的超聲波電動機控制器[A];第十屆中國小電機技術(shù)研討會論文集[C];2005年

2 李建林;李亞西;潘磊;林資旭;趙棟利;;基于DSP控制器下的有源電力濾波器[A];第八屆全國電技術(shù)節(jié)能學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

3 甘金明;;基于DSP的路燈監(jiān)控視頻捕捉器設(shè)計[A];全國第二屆信號處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議�？痆C];2008年

4 邵剛;石山;;一種新的無刷直流電動機的起動方法研究[A];中國航空學(xué)會控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

5 劉希凌;汪渤;鄭智輝;;基于DSP+FPGA的機場視頻輔助監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會D卷[C];2011年

6 陳樹人;裴文超;尹東富;;基于DSP的棉田雜草實時識別試驗研究[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

7 董麗榮;董文智;;基于DSP的電機調(diào)速系統(tǒng)[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2009年會論文集[C];2009年

8 龔敏;王林泓;龔衛(wèi)國;楊利平;;基于DSP的心電檢測及自診斷系統(tǒng)的設(shè)計[A];中國儀器儀表學(xué)會醫(yī)療儀器分會第四次全國會員代表大會暨2009年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

9 鄒W

本文編號：2785451