基于C8051F020的假肢控制系統設計

假肢是人體缺損肢體的替代物,用以彌補缺損肢體的形狀和功能。本文針對失去整個(gè)手臂的情況，設計出一種仿人手臂形假肢的控制系統。使用者可以補償部分缺失的功能,達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)也相應地解放了護理工作用。在設計中，采用C8051F020[1]單片機作為主控制器，并通過(guò)CPLD(Complex Programmable Logic Device)完成對各個(gè)關(guān)節控制量的檢測以及凌陽(yáng)61單片機實(shí)現語(yǔ)音控制功能。
1 機器人假肢結構
　多自由度機器人型假肢（上肢）擁有6個(gè)自由度，其結構原理圖如圖1所示。

2 假肢控制系統的硬件設計
2.1 控制器的工作原理
　控制系統原理框圖如圖2所示，主要由控制、驅動(dòng)、被控對象和檢測反饋四個(gè)部分構成?？刂撇糠种饕蒀8051f020完成；驅動(dòng)部分由6個(gè)電機驅動(dòng)器構成；被控對象即是六自由的假肢；檢測反饋部分主要由CPLD檢測目標位置各個(gè)關(guān)節的控制量。系統主要采用按鍵控制和語(yǔ)音控制兩種控制方式。

2.1.1 按鍵控制
　　系統采用了12個(gè)獨立式按鍵對6個(gè)電機正反方向轉動(dòng)的控制，電機的轉動(dòng)驅動(dòng)著(zhù)各個(gè)關(guān)節進(jìn)行運動(dòng)。各個(gè)按鍵對應控制關(guān)節運動(dòng)情況如表1所示。

2.1.2 語(yǔ)音控制
　語(yǔ)音識別模塊由SPCE061A單片機完成。首先，對各個(gè)命令進(jìn)行訓練，并將訓練結果保存下來(lái)。在系統運行過(guò)程中，當SPCE061A單片機識別出某條命令時(shí)，它會(huì )通過(guò)串口給C8051F020發(fā)送指令,當C8510F020接收到相應的指令時(shí)，控制相應的關(guān)節做相應的運動(dòng)[2]。例如：當SPCE061A識別出“手指張開(kāi)”命令時(shí)，將會(huì )通過(guò)串口發(fā)送如“0x10”的十六進(jìn)制的數，當C8051F020通過(guò)串口接收到“0x10”后，就會(huì )控制手指做張開(kāi)運動(dòng)。其他關(guān)節控制亦如此。其語(yǔ)音命令的控制形式如圖3所示。