智能仿生腿步速測量與步速控制系統(tǒng)研究.pdf

1、智能仿生腿一般是指帶有智能膝關(guān)節(jié)的假肢，其智能主要體現(xiàn)在可以隨著步行速度、關(guān)節(jié)角度變化自動調(diào)整假肢膝關(guān)節(jié)的控制力矩，使假肢步態(tài)在對稱性和跟隨性等方面更接近健康人步態(tài)，具有較高仿生性能。由于智能仿生腿對改善殘疾人的生存條件以及促進(jìn)醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義，因此對智能仿生腿的研究一直都是機(jī)器人學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程以及康復(fù)工程領(lǐng)域中的重要研究課題。
　　本文以CIP-Ⅰ Leg為例，介紹了CIP-Ⅰ Leg的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，

2、并據(jù)此分別進(jìn)行了步速測量系統(tǒng)與步速控制系統(tǒng)的方案設(shè)計。對于步速測量系統(tǒng)，采用高靈敏度的霍爾傳感器來測量仿生腿一個完整的步行周期，通過測得的周期時間長短來反應(yīng)步速的快慢，在方案設(shè)計中主要包括步速測量方法、步速測量系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計等。對于步速控制系統(tǒng)，選擇了直流電機(jī)作為執(zhí)行器，并以閉環(huán)的方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制，其中在硬件實(shí)現(xiàn)部分，選用基于ARM內(nèi)核的嵌入式芯片S3C6410作為嵌入式系統(tǒng)的主控CPU，為運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)提供了硬件平臺，并設(shè)計

3、了用PWM波來驅(qū)動直流電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動電路;在軟件實(shí)現(xiàn)部分，Linux由于其內(nèi)核開源、可修改以及可移植性等優(yōu)良性能被選作為嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，軟件設(shè)計主要包括開發(fā)環(huán)境的建立、內(nèi)核的配置與移植、設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用程序的開發(fā)和移植等。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了克服系統(tǒng)中存在的非線性問題，采用了基于改進(jìn)遺傳算法的模糊自適應(yīng)PID控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制。計算機(jī)仿真結(jié)果表明，基于改進(jìn)遺傳算法的模糊自適應(yīng)PID控制器的引入有效地克服了系統(tǒng)的抖動，確保系統(tǒng)