1. 研究目的与意义
随着社会经济和科学技术的飞速发展，社会各行各业都在朝着智能化化方向发展，这为工业机器人的发展提供了广阔的空间。工业机械臂是最早出现的工业机器人，其出现是为了减少人工成本，原理是通过对其预编程，模仿人的手臂实现抓取、移动等动作，从而实现现实生活中的生产工作。国外斯坦福大学aerospace robotics实验室在1996年研制了otter，实现了自主机器人通过机械手系统从海底取回特定物体；欧盟资助的深海采样先进机械手(amadeus)项目，由英国、意大利、西班牙以及希腊等国家的数所大学参加，重点研究执行任务时机械手的协调控制，中国科学院沈阳研究所研制了搭载有三功能电动机机械手的鱼雷型小型自治水下机器人，实现水下探测工作。基于舵机（servo）的机械臂系统由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成，通过发送脉冲宽度调制(pwm)信号开控制输出轴旋转角度，其中mg90s型舵机价格便宜、耐用度高，适合于对驱动要求不高的小型机械臂的驱动。
肌电传感器是一类可穿戴式传感器系统，着重于肌肉活动的检测。在人行走时，下肢肌肉电信号生理发生重复的周期性变化，该现象可被用于临床步态分析。lauer等人将肌电图传感器用于健康成年受试者和脑瘫患者步态测试研究，joshi等将肌电传感器步态分析系统用于患者下肢支具的制作。肌电传感器的优点在于可更为直接地检测人体下肢肌肉活动情况，并形成最多的步态时相。
随着物联网技术的发展，各行各业都在生产中应用物联网技术。蓝牙技术是爱立信公司在1994年创制的，其工作频率通常情况下为2.4ghz，但是通信距离一般不会超过10m，难以满足当前物联网发展下的要求。窄带物联网（narrow band internet of things,nb-iot）协议是工作于授权频谱下3gpp支持的2/3/4g蜂窝通信技术，由nb-lte和nb-ciot融合而来，使用1ghz以下的授权频段，适用于大吞吐量的应用场景，但是成本较大且协议复杂，开发难度较大。lora技术由semtech公司在2013年发布，是一种基于扩展技术的低功耗长距离无线通信技术，主要应用于物联网，相对nb-iot较为简单、经济，待机时间长，适用于不频繁的通信应用场景，广泛应用于智慧农业和智能建筑等领域。
2. 研究内容和预期目标
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研究内容： 设计实现一种基于LoRa控制下机械臂无线控制系统。首先肌电传感器检测人体手臂运动产生的肌电信号形成电压模拟量，传感器连接至单片机模块的AD输入口，编写AD转换程序进行数据处理，通过MCU的内置AD转换单元将模拟量转换成数字量，再编写串口通讯程序，将所得到的数字量通过串口发送至LoRa模块，由远程的LoRa模块接收。远程的LoRa模块连接至FPGA的IO口，通过编写串口通讯的Verilog程序接收LoRa模块的发送来的数据，最后编写驱动机械臂的运动。
预期目标： 基于LoRa模块与FPGA硬件模块、肌电传感器、MCU模块、机械臂的实物一套，实现带有物联网模式下无线的、实时的机械臂控制、信息交互系统。
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3. 研究的方法与步骤
研究方法：
1、采用无线通信模式——lora模块的应用电路的实现；
2、在肌电信号采集中采用肌电传感器作为关键器件来实现；
4. 参考文献
| [1]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2010. [2] 王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇.新兴物联网技术——Lora[J].研究与开发,2017. [3]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[M].北京:北京航空航天大学出版社.2004. [4]袁俊泉等.VerilogHDL数字系统设计及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，2002.11. [5]候伯亨,顾新.VerilogHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社.2006. [6]粟慧龙,肖辽亮.基于CPLD/FPGA的多串口设计与实现[J].电子设计工程,2011,19(2). [7]Alter公司.QuartusII Getting Started,1997 [8]刘凤新,赵坚固.基于FPGA的多路并行独立串口的实现[J].仪表技术与传感器,2010,11(6). [9]陈志逸,赵敏,等.基于并行控制的FPGA多串口拓展实现[J].机械制造与自动化,2014,43(1). [10]卢俊文,郑鹭斌,等.基于IP核的多UART扩展及其FPGA实现[J].计算机技术与发展,2010,20(6). [11]刘岸杰.基于FPGA的串口通讯设计与VGA显示[J].工业控制计算机,2006,19(6). [14]周灿荣.UART通信的FPGA实现[J].山西电子技术,2006,(3). [12]刘乐善.微型计算机接口技术及其应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2000.
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5. 计划与进度安排
| 1、第1-3周 查找、整理资料，撰写开题报告； 2、第4-6周 学习Verilog HDL语言、C语言以及蓝牙模块的串口协议等； 3、第7-8周 设计蓝牙终端模块与蓝牙模块收发控制模块； 4、第9-11周 设计蓝牙模块与FPGA芯片和MCU模块的收发控制设置； 5、第12-13周 实现MCU的模拟量采集，FPGA的机械臂驱动，系统整合； 6、第14-15周 整理设计材料，撰写毕业设计论文并修改； 7、第16--17周 预备答辩。
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