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微小型多通道生物机器人遥控刺激系统的研制

作　者: 谢合瑞
导　师: 郭策
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 微机电系统及其微细制造
关键词: 生物机器人 遥控刺激系统 大壁虎 微刺激器 神经控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要


大壁虎具有超凡的三维空间无障碍运动能力,其运动速度快,动作敏捷,体格健壮,负重能力强。以大壁虎为基体的生物机器人能够继承它作为生物的各种优良特性,并且与仿生机器人相比它具有明显的优势:它的运动不需要电池供电、它隐蔽性好、它对自然环境的适应性能力强等,其应用价值总能给人们带来无限的遐想!在诸多决定生物机器人研制成功与否的因素中,“生物机器人遥控刺激系统”便是关键因素之一,它是生物机器人摆脱各种束缚实现自由运动的必经之路,也是生物机器人甩掉长长的一束信号线,走出实验室的必要条件。它要求工作性能可靠、效率高、无线传输远,为了能够对大壁虎脑内存在差异的脑核团进行精确刺激,“生物机器人遥控刺激系统”还要求能够对各项电刺激参数独立调节,此外,受大壁虎体态的限制,对“遥控微刺激器”的尺寸、重量和能耗都有严格的要求。本文针对“生物机器人遥控刺激系统”的组成、软硬件设计进行了深入研究,确定了“生物机器人遥控刺激系统”是由“无线信号发射站”和“遥控微刺激器”两大部分组成。其中“遥控信号发射站”是基于“LabVIEW控制程序的PC机”与“无线信号发射台”两部分通过RS232串口线连接而成。文章首先进行了“遥控信号发射台”研制和“基于LabVIEW8.20的PC机控制界面”程序的设计。为了给“遥控微刺激器”的设计提供足够的理论指导,提出了电极间脑组织的电路模型并做了测量和计算,得到脑电极间脑组织的阻抗。并对组成“遥控微刺激器”的所有电路单元做了详细分析。后来又依次介绍了“多通道双相电压脉冲微刺激器”、“恒流多通道双相脉冲微刺激器”和“恒流多通道单相脉冲微刺激器”的设计以及性能,文章最后对研制的“生物机器人遥控刺激系统”作了总结并对未来的工作进行了展望。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 神经控制  11
    1.1.2 生物机器人的优点和用途  11-12
    1.1.3 大壁虎的特点  12
  1.2 课题的提出  12-14
  1.3 生物机器人遥控刺激系统国内外研究现状  14-17
  1.4 生物机器人遥控刺激系统的结构模型的提出  17-18
  1.5 论文的主要工作  18-19
第二章 遥控信号发射台的设计  19-23
  2.1 “无线信号发射台”的电路设计  19-21
  2.2 “无线信号发射台”微处理器的程序设计  21-22
  2.3 本章小节  22-23
第三章 基于LABVIEW8.20 的控制程序设计  23-27
  3.1 虚拟仪器介绍  23
  3.2 使用NI-VISA 进行串口通信  23-24
  3.3 “生物机器人遥控刺激系统”控制程序的设计  24-26
  3.4 本章小节  26-27
第四章 神经电刺激的机理与大壁虎脑组织的电路模型  27-31
  4.1 在电刺激下神经元冲动的产生和传导  27
  4.2 在电刺激下神经元冲动的传递  27-28
  4.3 大壁虎脑电极间脑组织的等效电路模型  28-29
  4.4 电路模型的参数测量  29-31
第五章 生物机器人“遥控微刺激器”的设计  31-55
  5.1 “生物机器人遥控微刺激器”电路单元简介  31-44
    5.1.1 微处理器ATmega8L 单元  31-34
    5.1.2 双相电压脉冲发生电路  34-37
    5.1.3 电压控制电流源电路  37-39
    5.1.4 负压电路  39-40
    5.1.5 无线收发机模块  40-42
    5.1.6 刺激信号输出电路  42-43
    5.1.7 电池和5V 稳压电路  43-44
  5.2 “多通道双相电压脉冲微刺激器”的研制  44-48
    5.2.1 电路设计  45-46
    5.2.2 程序设计  46-47
    5.2.3 小结  47-48
  5.3 “恒流多通道单相脉冲微刺激器”的研制  48-51
    5.3.1 电路设计  49-50
    5.3.2 程序设计  50
    5.3.3 小结  50-51
  5.4 “恒流多通道双相脉冲微刺激器”的研制  51-55
    5.4.1 电路设计  51-54
    5.4.2 程序设计  54
    5.4.3 小结  54-55
第六章 ATMEGA8L 程序的编写编译、下载与熔丝位的设置  55-58
  6.1 单片机程序的编写编译环境  55
  6.2 ATMEGA8L 单片机程序的下载  55-57
    6.2.1 单片机程序的下载的硬件支持  55-57
    6.2.2 单片机程序下载的软件支持  57
  6.3 单片机熔丝位的设置  57-58
第七章 总结与展望  58-61
  7.1 “生物机器人遥控刺激系统”研制的总结  58-59
  7.2 “生物机器人遥控刺激系统”的展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
在学期间的研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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