五自由度外骨骼上肢康复机器人系统课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,hit,*,单击此处编辑母版标题样式,引言,上肢康复机器人系统是医疗机器人的一个重要分支，它以偏瘫上肢运动再学习理论为依据，融和了康复医学、人体解剖学、机械学、计算学及机器人学等诸多学科技术，是当今国内外研究的热点，为偏瘫患者的带来了福音,五自由度外骨骼上肢康复机器人是结合了人机工程学、解剖学，融入临床安全行，舒适性和实用性而研制开发的一款多功能性、高安全性、易操作性等医疗机器人,机器人可以结合不同的康复策略，使医师能够更好的为患者提供康复治疗,hit,系统的组成,机械结,构本体,系 统,组 成,硬件控,制系统,软件控,制系统,hit,机械结构本体,机械臂,康复机器人的主体，具有电机驱动的,5,个主动自由度，和可伸缩连杆等,机械臂支架,用来支持和悬挂机械臂，可调整机械臂的位置，对左臂和右臂分别进行康复,底座,用于支撑整个结构，并安装配重块起到防震稳定的作用,机械结构本体,hit,康复机械臂,1.,康复机械臂的组成如右图所示,2.,结构采用连杆式，关节处采用电机,+,减速器的形式，除了腕部回转关节，各个关节均有限位开关，防止由于“飞车”造成各种危险，限制关节运动范围以及设置回零。,3.,机械臂设有五个主动自由度，分别是肩部外展、肩部俯仰、肘部俯仰，腕部回转和腕部俯仰。能够最大限度的模拟手臂的运动,hit,关节电机及机构,右图即是各个关节的电机及结构,肩部外展和肩部俯仰均是松下交流伺服电机，增量码盘，分辨率,2500,，谐波减速器，减速比,1:160,肘部俯仰采用,EC90,盘式电机，霍尔传感器，谐波减速器减速比,1:160,腕部俯仰采用,maxonRE25,直流电机，编码器分辨率,1000,，通过带轮传动，传动比,1,：,1.6,腕部回转采用,maxonA-max19,直流电机，编码器分辨率,512,，通过带轮传动，传动比,1:6.6,，轴承采用滑动轴承。,hit,直流驱动器接口板,接口板用来扩展驱动器的外围电路,原理图,实物图,PCB,板,hit,驱动器参数设定与电机调试,交流电机参数设定首先选择控制模式，设定输出脉冲方向和形式，电子齿轮等，,PID,的参数由驱动器自动设定，同时也可以自动滤波，最后将修改后的参数写进,room,里,直流驱动器参数通过,CME,软件设定，首先对电机进行初始参数设置，然后建立串口通讯，进行,PID,调节时，先自动调节电流环，然后调节速度环，最后调节位置环。同时可以设置,Home,（回零）动作，在遇到正负限位时，回零。,hit,运动控制卡与力矩传感器,运动控制卡,MAC-3002SSP4,是基于,PCI,高速总线的,4,轴高性能运动控制卡，用于控制肩部两关节的交流伺服驱动器，,PCI,接口与,PC,机相连，利用接口板与驱动器相连。通过调用控制卡的函数库，可实现对电机的速度、位置模式的控制。,力矩传感器,4,路信号采集，可实现串口与,USB,接口与,PC,机通讯。可实时采集力矩信号，具有软硬件滤波。分别采集肩部两关节，肘部俯仰以及腕部俯仰,运动控制卡,接线板,力矩传感器采集器,hit,限位开关的功能,限位开关由光电开关通过光电挡片阻挡红外线而形成的，它分为正限位和负限位，正向运动到达的限位为正限位，反之为负限位,它可以在限制机器人关节的运动角度，康复机器人关节运动角度的范围根据人体关节运动角度范围设定，再人关节运动角度范围基础上减小一部分，这样可以保证安全，避免”飞车“,限位开关方便关节寻零运动，使每次康复运动之后，机器人都能回到最初的位置,hit,限位开关,hit,软件控制系统,VC+,程序,用来控制机器人的运动、联动、回零，绘制曲线等。,源代码,源代码已经公布,接口,交流电机通过运动控制卡提供的库函数进行编程，直流电机通过串口通讯，利用,coply,提供的,ASCII,编写的程序,力矩传感器采集系统,用来实时采集各个关节处的力矩信号,软件操作界面,hit,软件功能介绍,hit,软件功能介绍,单轴运动,可以使每个关节都安装某一速度和某一绝对位置运动，同时可以显示速度和位移，直流电机还可以显示通过串口发给,PC,机的命令,多轴联动,在设置各个关节的的运动位置，运动速度即可实现各种姿态的联动如指鼻等运动,显示运动曲线,在运动后可以显示各个关节的运动曲线，利用,matlab,画出，同时生成运动数据,直流驱动器复位,如果直流电机出现不动等问题，可以将直流驱动器复位，这时电机是不动的,回零,电机各个关节在运动过后通过回零恢复到开机前的状态,hit,机器人运动的图像,单轴运动,多轴联动,hit,操作示意图,多轴联动及输出的运动曲线,hit,力矩传感器采集系统,可以通过串口和,USB,实时采集力矩信号,可以实时显示力矩值,可实现多精度的力矩值采集,可实现软件和硬件滤波,可以设置不同的采样频率,可以显示力矩值和电压值,力矩值数据记录才,excel,文档内,hit,力矩传感器采集图,多轴运动力矩传感器采集信号,单轴运动力矩传感器采集信号,hit,