結(jié)合FPGA與DSP的仿人假手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　拇指內(nèi)旋/外展自由度驅(qū)動(dòng)電機(jī)由NIOS核中自定義元件PWM控制。元件功能通過VHDL語(yǔ)言編寫，PWM波周期和占空比均可調(diào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用MPC17531A，其內(nèi)部集成雙H橋，可直接控制直流有刷電機(jī)。

　　2.2手指運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)

　　五根手指的運(yùn)動(dòng)控制模塊采用相同的設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)系統(tǒng)的互換性與通用性。該模塊由DSP作為控制核心，直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MPC17531A作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)手指電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，力矩傳感器、位置傳感器、電機(jī)電流傳感器信號(hào)的采集與處理，以及與觸覺傳感器系統(tǒng)的通信，最后各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過RS—485通信接口與主控芯片模塊通信?？刂颇K如圖4.

　　圖4手指運(yùn)動(dòng)控制模塊功能框圖

　　該模塊采用的DSP TMS320F28027運(yùn)行速率高，封裝小。內(nèi)部集成的16通道12位A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)對(duì)力矩、位置、電機(jī)電流信號(hào)的采樣。串行異步通信接口通過RS—485收發(fā)接口芯片實(shí)現(xiàn)與主控芯片模塊通信。EPWM模塊可直接控制直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MPC17531A.

　　如圖5，關(guān)節(jié)力矩傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)包括力矩傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。力矩傳感器基于應(yīng)變?cè)?，采用儀表放大器INA337組成半橋電路對(duì)力矩信號(hào)進(jìn)行放大后通過RC濾波電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片。

　　圖5力矩傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)

　　如圖6，關(guān)節(jié)位置傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)包括位置傳感器、處理放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。位置傳感器基于旋轉(zhuǎn)電位器原理，采用集成運(yùn)放MAX9618對(duì)電位器信號(hào)進(jìn)行放大后通過RC濾波電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片。

　　圖6位置傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)

　　2.3肌電信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

　　肌電信號(hào)采集模塊用來(lái)采集肌電電極的信號(hào)以及對(duì)信號(hào)的濾波和D/A轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在CPU中，包括RC電路組成的濾波電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和電壓轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字信號(hào)通過電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為3.3 V電壓，通過SPI接口輸入到CPU中央處理器。

　　2.4電池管理系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

　　電池管理模塊包括電池、電流傳感器、蜂鳴器電路、LED顯示電路。電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池輸出電流大小，通過LED顯示電路和蜂鳴器電路顯示充電狀態(tài)和電池電量過低報(bào)警。