五自由度外骨骼上肢康复机器人系统课件课件.ppt
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
系统的组成
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
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
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。
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
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。
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
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
限位开关
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
软件功能介绍
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
机器人运动的图像
单轴运动
多轴联动
操作示意图
多轴联动及输出的运动曲线
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
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