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欠驱动假肢手的控制系统研究

闫士杰  
【摘要】:人手可以提供丰富的运动功能,是人类日常生活中最重要的工具之一。但疾病、事故等原因造成了大量的手部截肢患者,他们无法正常的工作和生活。而功能完善、安全可靠的假肢手是解决这一问题的有效方法。本文以提供一种能够实际应用于截肢患者的假肢手为目的,设计了一种欠驱动假肢手(X-Hand)的控制系统和控制策略。本文主要内容包括:(1)通过分析假肢手的运动规律,提出了假肢手控制系统的总体设计方案。建立了假肢手电机伺服控制系统的精确模型,为假肢手的抓取姿势控制和柔顺度控制奠定理论基础。(2)设计了假肢手的控制策略:通过采集人手实际运动的关节数据,生成了假肢手拟人的运动轨迹;引入基于力的阻抗控制,实现了假肢手驱动空间的刚度控制,使假肢手的抓取具有柔顺性。(3)研制了嵌入式假肢手控制系统,设计了控制与驱动电路,制作了高集成度的印制电路板,使假肢手具有自包含性,并完成了嵌入式软件的开发。(4)在研制的假肢手控制系统上,分别进行了假肢手电机伺服控制测试和假肢手抓取实验,结果表明所设计的假肢手控制系统和控制策略满足假肢手的应用需求。


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