基于C8051F020的假肢控制系統(tǒng)設(shè)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。本文針對失去整個手臂的情況，設(shè)計出一種仿人手臂形假肢的控制系統(tǒng)。使用者可以補償部分缺失的功能,達(dá)到生活自理甚至于可以從事基本勞動,減少身心痛苦,同時也相應(yīng)地解放了護理工作用。在設(shè)計中，采用C8051F020[1]單片機作為主控制器，并通過CPLD(Complex Programmable Logic Device)完成對各個關(guān)節(jié)控制量的檢測以及凌陽61單片機實現(xiàn)語音控制功能。
1 機器人假肢結(jié)構(gòu)
　多自由度機器人型假肢（上肢）擁有6個自由度，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

2 假肢控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1 控制器的工作原理
　控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，主要由控制、驅(qū)動、被控對象和檢測反饋四個部分構(gòu)成。控制部分主要由C8051f020完成；驅(qū)動部分由6個電機驅(qū)動器構(gòu)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(biāo)位置各個關(guān)節(jié)的控制量。系統(tǒng)主要采用按鍵控制和語音控制兩種控制方式。

2.1.1 按鍵控制
　　系統(tǒng)采用了12個獨立式按鍵對6個電機正反方向轉(zhuǎn)動的控制，電機的轉(zhuǎn)動驅(qū)動著各個關(guān)節(jié)進(jìn)行運動。各個按鍵對應(yīng)控制關(guān)節(jié)運動情況如表1所示。

2.1.2 語音控制
　語音識別模塊由SPCE061A單片機完成。首先，對各個命令進(jìn)行訓(xùn)練，并將訓(xùn)練結(jié)果保存下來。在系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)SPCE061A單片機識別出某條命令時，它會通過串口給C8051F020發(fā)送指令,當(dāng)C8510F020接收到相應(yīng)的指令時，控制相應(yīng)的關(guān)節(jié)做相應(yīng)的運動[2]。例如：當(dāng)SPCE061A識別出“手指張開”命令時，將會通過串口發(fā)送如“0x10”的十六進(jìn)制的數(shù)，當(dāng)C8051F020通過串口接收到“0x10”后，就會控制手指做張開運動。其他關(guān)節(jié)控制亦如此。其語音命令的控制形式如圖3所示。