五自由度外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)課件

1、五自由度外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)導(dǎo)師：吳冬梅學(xué)生：張志成引言上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)是醫(yī)療機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它以偏癱上肢運(yùn)動再學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，融和了康復(fù)醫(yī)學(xué)、人體解剖學(xué)、機(jī)械學(xué)、計(jì)算學(xué)及機(jī)器人學(xué)等諸多學(xué)科技術(shù)，是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，為偏癱患者的帶來了福音五自由度外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人是結(jié)合了人機(jī)工程學(xué)、解剖學(xué)，融入臨床安全行，舒適性和實(shí)用性而研制開發(fā)的一款多功能性、高安全性、易操作性等醫(yī)療機(jī)器人機(jī)器人可以結(jié)合不同的康復(fù)策略，使醫(yī)師能夠更好的為患者提供康復(fù)治療hit系統(tǒng)的組成機(jī)械結(jié)構(gòu)本體 系 統(tǒng) 組 成硬件控制系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)hit康復(fù)機(jī)械臂1.康復(fù)機(jī)械臂的組成如右圖所示2.結(jié)構(gòu)采用連桿式，關(guān)節(jié)處

2、采用電機(jī)+減速器的形式，除了腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各個(gè)關(guān)節(jié)均有限位開關(guān)，防止由于“飛車”造成各種危險(xiǎn)，限制關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍以及設(shè)置回零。3.機(jī)械臂設(shè)有五個(gè)主動自由度，分別是肩部外展、肩部俯仰、肘部俯仰，腕部回轉(zhuǎn)和腕部俯仰。能夠最大限度的模擬手臂的運(yùn)動hit關(guān)節(jié)電機(jī)及機(jī)構(gòu)右圖即是各個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)及結(jié)構(gòu) 肩部外展和肩部俯仰均是松下交流伺服電機(jī)，增量碼盤，分辨率2500，諧波減速器，減速比1:160肘部俯仰采用EC90盤式電機(jī)，霍爾傳感器，諧波減速器減速比1:160腕部俯仰采用maxonRE25直流電機(jī)，編碼器分辨率1000，通過帶輪傳動，傳動比1：1.6腕部回轉(zhuǎn)采用maxonA-max19直流電機(jī)，編碼器分辨率

3、512，通過帶輪傳動，傳動比1:6.6，軸承采用滑動軸承。 hit硬件控制系統(tǒng)硬件控制系統(tǒng)主要設(shè)置在控制柜中控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)hit電機(jī)驅(qū)動器交流驅(qū)動器 松下A4交流伺服驅(qū)動器通過由運(yùn)動控制卡發(fā)出的控制命令，向交流電機(jī)發(fā)出脈沖方向控制信號直流驅(qū)動器 由于直流電機(jī)的功率不同，分別采用兩種驅(qū)動器，一個(gè)是ACK-055-06，額定工作電流3A，用在腕部兩個(gè)關(guān)節(jié)；另外一種是ACK-055-18，額定工作電流6A，用在肘部的盤式電機(jī)。通過串口RS232與PC機(jī)通訊A4驅(qū)動器ACK-055-06ACK-055-18hit驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定與電機(jī)調(diào)試交流電機(jī)參數(shù)設(shè)定首先選擇控制模式，設(shè)定輸出脈沖方向和形式，電子齒輪

4、等，PID的參數(shù)由驅(qū)動器自動設(shè)定，同時(shí)也可以自動濾波，最后將修改后的參數(shù)寫進(jìn)room里直流驅(qū)動器參數(shù)通過CME軟件設(shè)定，首先對電機(jī)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，然后建立串口通訊，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)時(shí)，先自動調(diào)節(jié)電流環(huán)，然后調(diào)節(jié)速度環(huán)，最后調(diào)節(jié)位置環(huán)。同時(shí)可以設(shè)置Home（回零）動作，在遇到正負(fù)限位時(shí)，回零。hit限位開關(guān)的功能限位開關(guān)由光電開關(guān)通過光電擋片阻擋紅外線而形成的，它分為正限位和負(fù)限位，正向運(yùn)動到達(dá)的限位為正限位，反之為負(fù)限位它可以在限制機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動角度，康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動角度的范圍根據(jù)人體關(guān)節(jié)運(yùn)動角度范圍設(shè)定，再人關(guān)節(jié)運(yùn)動角度范圍基礎(chǔ)上減小一部分，這樣可以保證安全，避免”飛車“限位開關(guān)方便關(guān)節(jié)

5、尋零運(yùn)動，使每次康復(fù)運(yùn)動之后，機(jī)器人都能回到最初的位置hit軟件控制系統(tǒng)VC+程序 用來控制機(jī)器人的運(yùn)動、聯(lián)動、回零，繪制曲線等。源代碼 源代碼已經(jīng)公布接口 交流電機(jī)通過運(yùn)動控制卡提供的庫函數(shù)進(jìn)行編程，直流電機(jī)通過串口通訊，利用coply提供的ASCII編寫的程序力矩傳感器采集系統(tǒng) 用來實(shí)時(shí)采集各個(gè)關(guān)節(jié)處的力矩信號 軟件操作界面hit軟件功能介紹 hit軟件功能介紹單軸運(yùn)動 可以使每個(gè)關(guān)節(jié)都安裝某一速度和某一絕對位置運(yùn)動，同時(shí)可以顯示速度和位移，直流電機(jī)還可以顯示通過串口發(fā)給PC機(jī)的命令多軸聯(lián)動 在設(shè)置各個(gè)關(guān)節(jié)的的運(yùn)動位置，運(yùn)動速度即可實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)的聯(lián)動如指鼻等運(yùn)動顯示運(yùn)動曲線 在運(yùn)動后可以顯示各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動曲線，利用matlab畫出，同時(shí)生成運(yùn)動數(shù)據(jù)直流驅(qū)動器復(fù)位 如果直流電機(jī)出現(xiàn)不動等問題，可以將直流驅(qū)動器復(fù)位，這時(shí)電機(jī)是不動的回零 電機(jī)各個(gè)關(guān)節(jié)在運(yùn)動過后通過回零恢復(fù)到開機(jī)