基于Android手机语音的前臂假肢控制系统研究与设计

摘要

本论文设计了一款通过Android手机语音控制前臂假肢运动的系统，通过手机，用户可以语音控制前臂假肢完成手部保持自平衡、关闭自平衡、上下转、内外转、抓取物体、张开手部、暂停转动等动作，使其能完成吃饭喝水等基本生活所需动作。
　　本系统中设计了一款Android手机离线语音APP，其能在无网络的环境中识别用户的语音，并将识别结果通过手机自带蓝牙传递给前臂假肢的底层控制板。深入探讨了开发手机离线语音APP所需的语音识别理论知识及关键技术、Android开发环境的搭建及Android手机与前臂假肢底层控制板之间的数据通信。其中，Android手机离线语音APP基于PocketSphinx语音识别引擎开发，自主设计前臂假肢底层控制板的相关电路，并制作PCB板，底层控制板的核心芯片选用STM32F103C8T6。
　　在前臂假肢手部安装压力传感器及滑觉传感器，并分别设计相应的信号调理电路，以检测手部与抓取目标之间是否出现滑移现象，可实现抓取鸡蛋等易碎物品，从而实现假肢手部软抓取功能，其中，滑觉传感器选用PVDF压电薄膜，压力传感器选用A301力敏薄膜传感器。
　　此外，用户在完成喝水等一类动作时，为防止杯中水外撒，假肢手部虎口需要与大地所在平面始终保持平行。为实现此功能，选用了MPU6050传感器对前臂假肢做准确的姿态估计。其中，选用四元数法及互补滤波算法进行姿态解算，以得到前臂假肢的姿态角。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的背景与研究意义

1.2 国内外发展现状

1.3 课题来源与主要研究内容及方法

2 前臂假肢控制系统硬件设计

2.1 前臂假肢的机械结构设计

2.2 前臂假肢功能设计

2.3 前臂假肢控制系统硬件组成

2.4 前臂假肢控制系统硬件选择

2.5 前臂假肢底层控制板电路设计

2.6 本章小结

3 前臂假肢控制系统软件设计

3.1 软件的开发环境

3.2 STM32底层控制板软件设计

3.3 Android手机离线语音APP开发

3.4 本章小结

4 前臂假肢手部软抓取功能设计

4.1 压力传感器选型及其信号调理电路设计

4.2 滑觉传感器选型及其信号调理电路设计

4.3 滑觉传感器信号调理电路测试

4.4 前臂假肢手部软抓取实验测试

4.5 本章小结

5 前臂假肢手部自平衡设计

5.1 前臂假肢手部自平衡系统设计

5.2 姿态解算算法研究及应用

5.3 前臂假肢手部自平衡系统实验结果与分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

科学研究及学习经历简介

攻读硕士学位期间主要成果

致谢