结合FPGA与DSP的仿人假手控制系统设计

传感器、处理放大电路、滤波电路和A/D转换电路。力矩传感器基于应变原理，采用仪表放大器INA337组成半桥电路对力矩信号进行放大后通过RC滤波电路进入A/D转换芯片。

　　图5 力矩传感器信号采集系统

　　如图6，关节位置传感器信号采集系统包括位置传感器、处理放大电路、滤波电路和A/D转换电路。位置传感器基于旋转电位器原理，采用集成运放MAX9618对电位器信号进行放大后通过RC滤波电路进入A/D转换芯片。

　　图6 位置传感器信号采集系统

　　2.3肌电信号采集模块设计

　　肌电信号采集模块用来采集肌电电极的信号以及对信号的滤波和D/A转换后存储在CPU中，包括RC电路组成的滤波电路、D/A转换电路和电压转换电路。数字信号通过电压转换芯片转换为3.3 V电压，通过SPI接口输入到CPU中央处理器。

　　2.4电池管理系统模块设计

　　电池管理模块包括电池、电流传感器、蜂鸣器电路、LED显示电路。电流传感器实时监测电池输出电流大小，通过LED显示电路和蜂鸣器电路显示充电状态和电池电量过低报警。

　　3软件实现

　　在FPGA控制器程序设计中主要完成各系统参数的初始化与控制算法的实现，具体由如下几部分构成：

　　1）与上位机通信部分：通过3种方式与上位机通信，获得控制指令，分别为USB通信、LVDS通信、CAN通信，其中LVDS通信与CAN通信不能同时使用;

　　2）肌电信号采集部分：通过A/D转换芯片将肌电电极信号转换为数字量，并经过运算处理得到控制指令;

　　3）与手指运动控制模块通信部分：通过SCI接口实现与手指运动控制模块的RS—485通信;

　　4）生成驱动电机控制参数部分：运算处理控制指令，生成电机运动参数（方向与占空比）。

　　控制流程图如图7所示。

　　图7 FPGA控制流程图

　　DSP控制程序主要完成DSP各参数的初始化，控制流程图如图8.

　　图8 DSP控制流程图

　　4假手抓取实验

　　基于上述设计，研制出HIT V假手样机，进行抓取实验（图9），可实现多种动作模式的抓取，分别为：两指捏取、三指捏取、圆柱抓取、球形抓取、单指指向、胡克抓取、侧边捏取、五指端取。控制过程中，系统工作稳定，满足仿人假手运动控制和传感器信息采集要求。

　　图9 多指抓取实验

　　5结论

　　本文介绍了结合FPGA与DSP的仿人假手控制系统的设计组成与工作流程。该控制系统体积小巧，可完全安装于假手内部。实验证明：该系统运行可靠、控制灵活，使用效果良好。