基于两自由度髋关节运动的机器人假肢控制系统设计

徐燕华，李 荣，王华君，徐平平（.无锡太湖学院 工学院，江苏 无锡　4064；.东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京　89）

基于两自由度髋关节运动的机器人假肢控制系统设计

徐燕华1，李 荣1，王华君1，徐平平2
（1.无锡太湖学院 工学院，江苏 无锡214064；2.东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京211189）

针对假肢自动化测试不可重复性和可能对测试病人造成的不安全问题，本文设计了一种基于两自由度髋关节运动和MSP430单片机的机器人假肢控制系统。设计的机器人可在矢状面平面重复两个自由度臀部运动，将跑步机作为机器人行走平面，利用基于关节坐标的机器人通用动态模型对假肢进行建模。采用MSP430F2274单片机设计假肢控制电路，选用TP4056芯片设计锂电池充电电路，利用TPS77001芯片将锂电池电压降至3 V给单片机供电，利用LTC3426芯片将锂电池电压升至5 V给直线步进电机供电，利用霍尔传感器A3144调理电路。实验验证了臀部位移、大腿角度、膝盖角度的偏差，结果显示，本文系统的输出结果与实际角度非常接近，有效地保证了假肢控制系统的安全性。

机器人；假肢控制；髋关节运动；两自由度；MSP430单片机；垂直伺服系统

最近几年，机器人假肢［1-2］一直是研究热点，已在军事、医学康复和勘探等方面得到广泛应用［3-4］。由于在产品开发阶段，直接在病人身上测试存在风险［5-7］。因此，迫切需要更加安全的假肢控制系统。文献［8］设计了动力型下肢假肢步态预识别系统，利用足底压力传感器采集人体运动信息，引入隐马尔科夫模型估计运动信息，可准确地识别假肢步态。……