手指運動姿態(tài)檢測及對機械手的控制研究.pdf

1、手指運動姿態(tài)反映了手指的運動功能，手指運動姿態(tài)檢測是評測手指運動功能，為醫(yī)療、體育仿生學等研究提供參考數(shù)據(jù)的重要手段。通過對手指運動姿態(tài)的測量，分析、揭示手指的運動規(guī)律，可以為康復醫(yī)學、運動仿生學、人-機工程學等領域對手指運動的研究提供準確、可靠的參考依據(jù)。
　　本文在了解國內外關于手指運動姿態(tài)檢測方法的基礎上，采用加速度傳感器檢測手指的運動姿態(tài)。在對加速度傳感器角度測量原理分析的基礎上，為了驗證傳感器測量動態(tài)角度的可行性，設計了

2、靜態(tài)角度和動態(tài)角度測量實驗，結果顯示傳感器靜態(tài)測量絕對誤差小于1.5°，動態(tài)測量的絕對誤差主要分布在1～2.5°之間，相對誤差主要分布在3％～6%之間；在此基礎上，利用傳感器測量食指做屈指運動時三個關節(jié)角度的變化，并結合動態(tài)攝像系統(tǒng)進行驗證，將傳感器所測手指關節(jié)的角度和動態(tài)攝像所測結果進行對比，誤差統(tǒng)計的結果表明測量的絕對誤差主要分布在0.5～3.5°，相對誤差主要分布在2%～4%；利用加速度傳感器又進一步對食指在做屈伸運動時的角度、角

3、速度、角加速度等運動學信息進行了檢測，結果表明食指做屈伸運動時三個關節(jié)的運動既表現(xiàn)出同步性，又具有差異性。利用加速度傳感器又對手指在敲擊鍵盤這一手指常見動作進行了檢測，檢測結果與相關文獻報道情況相一致。
　　在驗證實驗基礎上，將傳感器所測結果用于手指模型的控制。利用步進電機轉動角度的可控性，制作了以步進電機作為驅動源的三自由度單指模型。利用DSPTMS320F2812內部自帶的12位AD模塊采集食指在屈指過程中三個指節(jié)上的傳感器的

4、數(shù)據(jù)，在DSP內部將傳感器的電壓信號轉換成角度信息，根據(jù)此角度信息，利用DSP事件管理器（EV）模塊里的比較器發(fā)送與此該角度信息相對應的控制脈沖，脈沖輸入到基于L297、L298芯片的電機驅動模塊，控制三個指節(jié)模型使之轉動當次傳感器所檢測的角度。結合動態(tài)攝像將人手運動的角度和模型運動的角度進行對比，并統(tǒng)計誤差的大小及誤差分布情況，結果顯示測量的絕對誤差最大值為5.5°，且主要集中在0～3°。
　　本文根據(jù)人手指尺寸大小及運動范圍，

5、模仿人手比例設計了一個簡易三指機械手模型。該機械手有三個手指（拇指、食指、中指），手指采用模塊化設計，每個手指有3個自由度，總共有9個自由度。驅動方式采用步進電機驅動，傳動方式采用簡易蝸輪蝸桿配和同步帶傳動。在機械制圖軟件Pro/E里完成手指各個零部件的設計，再根據(jù)機械加工圖完成各零部件的實物加工和組裝。本文進一步利用加速度傳感器實現(xiàn)了對機械手的控制。將四個傳感器分別放置在手掌、拇指、食指、中指相應位置，利用DSP檢測三個手指在做抓取運