欠驱动手指实验平台的设计

发布时间：2017-06-18 20:15

  本文关键词：欠驱动手指实验平台的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：手是人类劳动和生活的重要工具，随着医学和机器人技术的发展，手部运动功能的重建越来越受到人们的重视。对于手部缺失患者来说，假肢手的出现极大地改善了他们的生活质量。目前，假肢手的研究集生机电三方面为一体，已经成为康复医学工程和智能机器人领域的一个热点方向。 手指是手的基本单元，假肢手指的结构特点和运动特性将很大程度影响整个假肢手的综合性能，所以假肢手指的设计在假肢手的总体设计中扮演重要的角色。近年来，欠驱动机构以其驱动少、重量轻、能耗低等优点被采用到假肢手指的设计中来。但欠驱动假肢手指的设计大部分是仿照人手的尺寸，并没有一个专门的实验环境，来针对设计过程中的关键环节，为设计者提供手指性能测试平台和手指运动轨迹数据。因此，，设计一个欠驱动假肢手指实验平台对于欠驱动假肢手指的发展具有重要意义。 本文以三关节绳索驱动的欠驱动假肢手指为研究对象，设计了一种欠驱动假肢手指实验平台。首先，本实验平台为欠驱动假肢手指提供了性能测试的硬件平台；同时，平台配置有VICON红外光点三维运动分析系统，可对手指运动过程进行全程轨迹跟踪，其数据经计算机处理，可为欠驱动假肢手指外部形状、内部结构、空间布局、抓取轨迹和运动控制的优化设计提供强大的数据基础。 本文首先介绍了本课题的研究背景和研究意义，接着描述了实验平台的总体设计和组成架构，然后分别对实验平台机械结构、实验平台DSP控制系统、VICON红外光点三维运动分析系统以及计算机数据存储和数据处理系做了详细描述，最后完成了单个假肢手指自由运动的实验。从实验结果可以看出，本文设计的实验平台满足设计要求，为欠驱动假肢手指的性能测试和优化设计提供了可靠的测试平台和数据基础。
【关键词】：欠驱动 手指 实验平台 数字信号处理 运动捕捉
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.1;TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题的背景与研究意义8-9
• 1.3 假肢手的发展历史和国内外研究概况9-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 2 实验平台总体设计19-22
• 2.1 设计要求19
• 2.2 设计方案19-20
• 2.3 实验平台的总体架构20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 实验平台机械结构设计22-32
• 3.1 机械结构总体设计22-24
• 3.2 传动系统的原理设计24-25
• 3.3 安装孔的布局设计25-26
• 3.4 绳索固定座的设计26-28
• 3.5 直线步进电机的选型设计28-29
• 3.6 直线导轨的选型设计29-30
• 3.7 霍尔传感器的选型设计30-31
• 3.8 本章小结31-32
• 4 实验平台控制系统设计32-44
• 4.1 控制系统总体设计32-33
• 4.2 主控制器33-35
• 4.3 电源电路35-36
• 4.4 PWM 电路36
• 4.5 数字信号输入电路36-38
• 4.7 模拟信号输入电路38
• 4.8 操控板的设计38-39
• 4.9 控制系统软件设计39-43
• 4.10 本章小结43-44
• 5 实验平台的验证44-54
• 5.1 VICON 红外光点三维运动分析系统44-45
• 5.2 计算机数据处理系统45-49
• 5.3 单个假肢手指自由运动实验49-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-56
• 6.1 全文总结54
• 6.2 研究展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 黄海;王新庆;姜力;刘宏;;欠驱动假手手指抓取力的研究[J];哈尔滨工业大学学报;2010年05期

2 史士财,高晓辉,姜力,刘宏;欠驱动自适应机器人手的研制[J];机器人;2004年06期

3 赵树磊;谢吉华;刘永锋;;基于霍尔传感器的电机测速装置[J];江苏电器;2008年10期

4 刘伊威;金明河;樊绍巍;兰天;陈兆們;;五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ[J];机械工程学报;2009年11期

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本文编号：460746