基于ARM医疗机械手的控制与研究

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近年来,日趋成熟的机器人技术和医疗器械控制技术的结合形成一种新型复合研究领域,受到人们的关注。医疗手术操作机械手系统在一些高难度手术中发挥着重要的作用,其机械手控制系统一直是研究的热点。本文以医疗手术操作机械手系统为背景,对医疗机械手控制系统进行了研究,实现两种控制模式即手动和自动。其中,红外遥控模块实现手动模式控制,Labview软件设计的上位机实现自动模式控制。  本文首先对医疗手术操作机械手系统的发展历史和研究现状进行了详细的阐述,指出本文的研究背景、意义及本文主要研究内容。其次,具体阐述了系统总体控制方案及机械手软硬件设计。硬件部分采用Cortex-M3内核芯片LPC1768对电机控制系统、电机驱动系统进行设计,包括Cortex-M3最小系统硬件模块、电源模块、红外遥控模块、液晶显示模块、反馈模块、JTAG调试模块、驱动电路模块等;软件部分设计的上位机通过Labview软件设计直观的、控制参数可调的控制界面,并实现和下位机的通信;下位机软件程序包括PWM、I2C总线、UART、红外遥控、控制算法实现等设计。然后对基于模糊PID的步进电机控制算法进行研究。详细阐述了模糊PID控制算法的基本原理,推导了步进电机的数学模型,通过仿真结果验证该控制算法在控制系统中可实现系统稳定性和精确性的提高。最后,控制系统调试以及对研究工作的总结和展望。包括控制板PWM输出频率进行测试、通信调试、模糊PID调试等。分析研究工作中存在的不足,以及对今后研究方向的展望。
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