踝泵运动器电器设计毕业设计正文

1、引言 错误！未指定书签。课题研究的背景 错误！未指定书签。踝泵运动的定义及优点 错误！未指定书签。本文主要研究的内容 错误！未指定书签。控制方案的设计 错误！未指定书签。踝关节运动模型分析 错误！未指定书签。目前用于踝关节康复训练的器械 错误！未指定书签。脚踝康复机的功能要求分析 错误！未指定书签。脚踝康复机的控制方案确定 错误！未指定书签。控制系统硬件设计 错误！未指定书签。的选型 错误！未指定书签。步进电机的选型 错误！未指定书签。触摸屏的选型 错误！未指定书签。其他元器件选型与元件清单 错误！未指定书签。的分配 错误！未指定书签。电气原理图的设计 错误！未指定书签。接线图 错误！未指定书

2、签。控制系统软件设计 错误！未指定书签。程序设计 错误！未指定书签。触摸屏画面设计 错误！未指定书签。系统安装与调试 错误！未指定书签。硬件接线 错误！未指定书签。调试 错误！未指定书签。结论 错误！未指定书签。致谢 错误！未指定书签。参 考 文 献 错误！未指定书签。引言 课题研究的背景随着经济的发展，生活节奏的加快，人口老龄化的加重以及汽车等交通工具的广泛使用，使得交通事故和人体疾病导致肢体运动障碍的概率增加。踝关节是人体负重最大的关节，也是下肢运动的关键关节。人体站立时全身重量均落在踝关节上，日常生活中行走、跳跃活动，主要依靠踝关节的背屈跖屈运动。踝关节的损伤在日常生活中较为常见，踝关节

3、损伤后会使患者行动不便，严重影响其正常的日常生活。尤其对于长期卧床患者，会造成关节粘连和肌肉蒌缩, 并且极易引起并发症（下肢深静脉血栓形成），心、脑、肺部疾病导致长期卧床的患者的临床报导非常多见。因此，对踝关节的康复治疗相当重要。早期积极主动、被动的康复训练锻炼以促进静脉血液回流，起到了不可替代的作用。踝关节康复训练的主要采取运动训练的方式，以主动活动为主，被动活动为辅，如指导或帮助患者进行踝泵运动。康复训练是指可以借助外力或医疗器械，使踝关节进行有规律地、适度地运动，从而加速关节组织的愈合，增强踝关节周围韧带肌肉力量，提高踝关节的柔韧性、稳定性及协调性，预防再次扭伤，增强人体对踝关节的本体感

4、觉。目前对踝关节的康复训练主要依赖于治疗师一对一的徒手训练, 难以实现高强度、有针对性和重复性的康复训练要求, 而且手工康复训练的成本很高。另外由于康复评价也多为主观评价, 不能够实时监测治疗效果。另外市场上的关于踝关节康复训练的器械大多需要人力来完成, 且功能单一, 大多仅提供关节一个方向的运动, 对关节整体功能的恢复尚存不足, 而且使用不当易造成关节的再次损伤。市场上还没有专门针对踝关节进行综合康复训练的医疗器械。因此，本设计希望研制一台能够综合辅助患者康复训练的机器人“脚踝康复机”。 踝泵运动的定义及优点踝泵运动（英文名字），是就是通过踝关节的运动，起到像泵一样的作用，促进下肢的血液循环

5、和淋巴回流。踝泵运动是下肢骨折功能锻炼最简便、有效的训练方法，主要通过踝关节的活动带动下肢肌肉收缩，加快血液回流，促进肿胀消除及肢体功能康复；术后早期的踝泵训练能使高凝状态的血液流动增快。该护理方法简单易行，安全实惠，疗效突出，临 床应用广泛。但踝泵运动临床护理操作方式不尽相同，有单纯的踝关节屈伸运动，同 时有踝关节的内收和外展、跖屈和背伸、内翻和外翻组合在一起的“环绕运动”。.本文主要研究的内容本文主要是在踝关节损伤及其康复训练理论的基础上，根据踝关节的康复需要， 结合自己所学专业知识，完成脚踝康复机的控制系统进行设计。 完成相关图纸的设计。控制方案的设计.踝关节运动模型分析踝关节运动分析踝

6、关节是人体下肢运动的关键部位。 根据踝关节的生理结构及人类日常的活动方 式可知，踝关节任何复杂的运动都可分解为三个基本的运动。这三种运动形式分别为：背伸跖屈、内收外展、内翻外翻以及空间位置的平动是踝关节完成日常运动所需的基 本运动方式，其中背伸和跖屈是其主要的运动形式。 关于运动的幅度，由于测量方法、 测量条件、测量仪器和技术不同，得到的测量数据很不一致，另外性别，身体状况的差别，踝关节的运动范围不尽相同。经过查阅资料汇总得到，一般情况下踝关节的最 大运动幅度为：背伸。 ;跖屈。；内收。；外展。；由于内翻和外翻偏转角度较 小，很少有人测量，设计时可依靠固定脚踝的弹性绷带予以少度的偏转。踝关节三

7、种 基本运动和幅度如图 所示：外展250踝关节康复运动的简化模型踝关节的康复运动形式主要指踝关节的跖屈，背屈，外翻，内翻，外展，内收运动，以及踝关节在某位置时的牵引。其它的康复运动都是由这些运动复合而成。为设计研究方便，我们将踝关节的康复运动简化为绕三个互相垂直相交的轴线的转动和沿轴线的移动，如图所示:030径向平面定义在 所在的平面，在该平面的运动为绕轴的转动的背屈跖屈运动；横向的平面定义成 面，其运动为绕 轴的转动和沿 轴的微量移动，即为内收 外展运动和足底缓冲作用；前向平面定义成平面，具运动为绕 轴的转动的内翻外翻运动。在实际设计踝关节康复机器人的过程中，我们要考虑不同人的踝关节运动幅

8、度的不同，应该使康复机器人的运动幅度较之一般人留有一定余量。本文中，为了容 易分析比较踝关节康复机器人的运动学特性，取每个运动方式的范围均为。.目前用于踝关节康复训练的器械康复训练的医疗器械国内外已开展了利用机器人技术对踝关节损伤康复治疗的研究。我国对康复治疗的作用认识比较晚，到近几年才开始在临床上对于踝关节损伤应用康复治疗，市场上 几乎没有专用的踝关节康复器械。国外很多公司制造了多种用于提高踝关节力量、平衡能力和协调性的踝关节康复 器械。从简单的弹性绷带（如图 所示）、泡沫塑料滚筒（如图 所示）到复杂的电子 平台平衡系统（如图所示）、多关节系统 （如图 所示）等。弹性绷带是目前用于踝关节康复

9、训练最简单的辅助工具，患者把双脚套在弹力带中。当患者移动双脚的时候，弹力带提供阻力，从而训练控制踝关节运动的肌肉。患 者可以选择阻力不同的弹力带，适合不同时期的康复需要。泡沫塑料滚筒是一种提供踝关节平衡能力和协调性训练的简单的康复器械。半圆筒或圆筒置于患者脚下，给患者提供了不平稳表面。半圆筒方式由于它的不平稳面更 容易平衡，所以通常是康复训练的第一步。当患者取得了一定的效果之后，圆筒方式 用于提高平衡训练的难度。平衡系统实质上是一台电子控制摇板， 使患者站在一个可以移动重心的平面上， 且该平面的平稳性可以通过控制系统来操作。该系统可以评估患者的平衡能力和协调 性。也可以训练患者肌肉运动的知觉能

10、力，弥补自身的不足。该系统可以提供患者康 复的记录和由电脑建立的反馈图表。多关节系统：是一台用于身体多关节综合康复系统，可控制踝关节运动的阻力， 测量踝关节的输出力。从而使治疗专家根据量化肌肉的输出力准确地对患者功能进行 评估。目前踝关节康复产品，虽然在一定程度上对踝关节康复起到了一些作用，但功能和使用的方便性上都存在缺陷，需进一步完善。这些器械大多需要人力来完成，且功能单一，大多仅提供关节一个方向的运动，对关节整体功能的恢复尚存不足，而且使用 不当易造成关节的再次损伤。具有综合功能的器械医用成本极高。市场上还没有专门 针对踝关节进行综合康复训练的便携医疗器械。新型控制系统在医疗器械领域的应用

11、()单片机控制系统单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算 机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机。()计算机控制系统计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术飞速发展的基础上产生的。随着计算机技术的进步，计算机控制技术在医疗器械领域发挥了不可代替的作用。()运动控制器系统运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机动 力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。在全数字环境下，伺服控制器实现了 软件化伺服控制。()控制系统即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，它是一种专门 为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的

12、电子装置。控制系统比较控制系统优点缺点单片机系统较强的接口驱动能力、扩展简 便、低功耗、信号采集、数据 处理能力强运动控制领域，稳定性及抗干扰能力较 弱、高速、高精度和多轴的同步运动控 制存在瓶颈计算机系统综合功能强大，集控制、检测、 分析、数据运算一体多为大型综合器械，制造及使用成本高、 开发周期长运动控制器可以实现多种运动轨迹的控 制、结构形式模块化成本高，一般卅于高速高精度，运动轨 迹复杂的场合控制系统稳定、安全可靠；体积小重量 轻，易实现机电自动一体化体系机构相对封闭，各厂家对应小同的 编程语言及指令系统；本设计的脚踝康复机，要求低速运动平稳可靠，能够满足医用运动要求，操作简 单，经济

13、安全。 控制系统能够满足要求。脚踝康复机的功能要求分析对踝关节康复训练装置进行设计前，应对康复训练装置的功能要求进行分析。踝 泵运动实际上是辅助踝关节进行模拟各种能够进行的动作，达到训练的目的。踝关节 的运动可以分解为三组基本的动作，()背伸和跖屈，()内收和外展，()内翻与 外翻。踝关节其他复杂动作均可由这三种基本的动作组合而成。为达到康复训练的良 好效果，踝泵运动器应满足以下基本功能：()性能稳定，能够长期安全使用。踝关节康复训练一般需要长期疗养过程，长期安 全实用是康复训练的基本保障。()可供多种训练模式选择。在能够实现基本动作的基础上，为达到康复训练效果， 让脚踝部得到充分彻底的动作练

14、习，可根据需要提供多种模式。()具有很好的柔性，训练动作次数、运动速度、周期、动作幅度等多种参数可调。 由于每个人的脚能够动作的最大极限，偏转角度不尽相同，以及每个人的恢复程度不 同，应根据每个人的具体情况，设定对应适合的参数，这就需要踝泵运动器的多种参 数均可在一定范围内调节。()高度自动化。为减少人力劳动，踝泵运动器需要自动返回原点，自动统计动作次 数等。()操作简单，易监控。为实现监控功能，让患者了解康复训练进度，可配置人际友 好界面，画面尽可能做的简单易懂，实用便捷。.脚踝康复机的控制方案确定总体控制方案基于对踝关节训练原理分析，在已经设计好的放置脚部球副机械结构的基础上， 结合自己所

15、学专业知识，提出踝泵运动器的控制总体方案。控制方案是以为控制核心, 触摸屏为监控及输入装置，接近开关传感器为信号元件，两台步进电机和丝杆螺母副 滑台为被控对象。两丝杆螺母滑台正交布置，通过控制步进电机带动丝杆上的滑台做 直线或曲线运动，从而带动球副结构，实现踝泵运动的动作。控制系统的难点在于对 滑台的轨迹控制。电源模块工作模式及轨迹控制根据踝泵运动的动作，为达到对踝关节充分训练的目的，踝泵运动器需要三种工 作模式，一是针对踝关节主要的运动方式背伸和跖屈进行训练，二是针对踝关节综合 运动进行训练，具体模式如下：模式一：屈伸动作。训练针对人体踝关节主要的运动方式，背伸和跖屈。其中动 作组数及每组次

16、数均可调节。运动轨迹反映到人脚，就是踝关节做背伸和跖屈，脚尖 的轨迹即为上下有规律的摆动。模式二：左脚环绕。训练针对人体踝关节各种基本运动的综合。其中动作组数及 每组次数均可调节。该模式先对脚步进行屈伸动作，作为训练前的预热准备工作，再 进行复杂的坏绕运动，运动轨迹反映到脚部，就是左脚脚尖的轨迹是以踝关节为中心, 做近似顺时针椭圆运动。模式二：右脚环绕。训练针对人体踝关节各种基本运动的综合。其中动作组数及 每组次数均可调节。该模式先对脚步进行屈伸动作，作为训练前的预热准备工作，再 进行复杂的坏绕运动，运动轨迹反映到脚部，就是右脚脚尖的轨迹是以踝关节为中心, 做近似逆时针椭圆运动。右脚模式与左脚

17、模式的区别在于椭圆轨迹的方向相反。要达到设计的三种踝泵运动训练模式，需要研究对脚的轨迹控制，脚步机构的动 作是有步进电机带动的丝杆滑台的运动来控制的，实质上转化为对丝杆滑台的控制。 步进电机转过一周，对应的丝杆转过一周，滑台移动一个导程（），通过改变脉冲频 率来改变步进电机的转速，从而改变滑台的移动速度；改变脉冲周期数来控制步进电 机转过的圈数，来控制滑台的移动距离。控制系统硬件设计. 的选型的定义即可编程控制器，（），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，它是 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计

18、时、计数和算术运算等 操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程。及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功 能的原则而设计。的特点）使用方便，编程简单；采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而 无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改 变控制方案而不拆动硬件。编程器的操作和使用也很简单。）功能强，性能价格比高；一台小型内有成百上千个可供用户使用的编程元件， 有很强的功能，可以实现复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比具有很高 的性能价格比。可以通过通信联网实现分散控制，集中管理。）硬

19、件配套齐全，用户使用方便，适应性强；产品已经标准化、系列化、模块 化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置， 组成不同功能、不同规模的系统。的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接 线。有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。）可靠性高，抗干扰能力强；传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、 时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。用软件代替大量的中间继电器和时 间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统 的，因触点接触不良造成的故障大为减少。采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力

20、，平均无故障时间 达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，已被广大用户公认为 最可靠的工业控制设备之一。止匕外，带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时 发出警报信息。）系统的设计、安装、调试工作量少；用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量 大大减少。的故障率极低；且具有很强的自诊断功能，可故障信息，迅速查明故障信 息，维修极为方便。的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易 掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图 的时间要少得多。的用户程序可

21、以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过上的发光二 极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现 的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。的工作过程采用循环扫描的工作方式。在中，用户程序按先后顺序存放，从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。 工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成 上述三个阶段称作一个扫描周期。扫描周期是一个很重要的指标，小型 的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。从输入端有一个输入信号发生变化到输出端对该变 化做出反应，需要一段时间，这段

22、时间就称为的响应时间或滞后时间。如图图循环扫描过程()输入采样阶段在输入采样阶段，以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周 期，才能保证在任何情况下，该输入才能被读入。()用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，总是根据梯形图程序先左后右、先上后下的扫描原则，顺序执行用户程序指令(梯形图)。对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根 据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在

23、系统存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能 指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在 映象区内的状态和数据不会发生变化， 而其他输出点和软设备在映象区或系统 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的用到这些线圈或数据的 梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到 下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。()输出刷新阶段当扫描用户程序结束后， 就进入输出刷新阶段。在此期间，按照 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应

24、的外部设备。这时, 才是 的真正输出。一般来说，的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的 总和。的选型选型时具体考虑以下几个方面要求：点的数量、用户的存储容量、的响应速度要求等要求及现有资源。结合自己所学专业知识，综合考虑目前的可编程控制器种 类，通过比较三菱、西门子、等厂家的产品，分析论证它们的优缺点，发现使西门子 系列 更容易完成该项目的要求。同时为满足接口数量，因此，我在本系统中选用西 门子 型号。利用其丰富的基本及功能指令来设计，从而实现对环境因子的具体控制 要求。西门子系列的特点是：操作简单方便，稳定性好、

25、可靠性高，功能强大。通过 使用 编程软件，直接在机上用梯形图编程，并进行现场实际操作调试程序。所选性能指标如下：它是晶体管输出型型号可网颦建终CPD二醯顿-时钟班CCP)/供电电压直流点数数据存储区程序执行时间脉冲输出X通讯接口X高速计数器XX实时时钟内置.步进电机的选型步进电机的概述步进电机是将脉冲信号转化成角位移的执行机构：当步进驱动器接收到一个脉冲 信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度 严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比， 通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而 达到准确定

26、位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到 调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。步进电机有如 下特点：()可用数字信号直接进行开环控制，步进电机的动态响应快，易于反复起动、正反 转及变速，适用于中小力矩。步进电机具有半电流自锁功能，维持控制绕组的电流为 额定电流的一半，电机便停在某一位置上不动，即步进电机有自整角能力，不需要机 械制动。()用于位置控制，通过细分驱动，消除了电机的低频振荡，提高了电机的输出转矩， 提高步距精度，没有累积误差，开环控制就能获得较高的控制精度。也可接编码器， 防止失步。()步进电机还具有耐振性好，结构简单，运行可靠，步

27、距角不受电源电压、负载大 小、环境条件的影响，每转一圈，步距积累误差为零，控制性能好，基本不需维护和 价格低廉的特点。()步进电机的缺点是电效率低，带负载的能力不大，起动转矩小，存在低频振 荡和高频力矩不足的问题，必须进行细分驱动，改善电机运行性能。步进电机没有积 累误差，因此是一种具有较高定位精度的执行元件。 步进电机主要用于开环控制系统， 当精度和速度有较高要求时也可采用闭环控制。作为伺服电动机应用于速度、位置控 制领域时，往往可以使系统简化、工作可靠，而且获得较高的控制精度。对于同一台 步进电机来讲，可以在宽广的范围内通过改变脉冲频率来实现无级平滑调速，能够快 速启动、反动和制动。步进电

28、机的这种控制功能，是其他电动机无法替代的。因而成 为经济型数控系统一种主要的伺服元件。在工业上尤其是用作状态伺服元件、状态指 示元件、位置控制和速度控制元件。广泛应用到其他领域，如电加工机床、小功率机 械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。给电机加一个脉冲信号，改变一次励磁状态并使转子转过一定的角度。其位移量 (角度或长度)与输入脉冲个数有严格的对应关系， 电机转速与输入脉冲频率能保持同 步。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到精确定位的目的；可以通过控制脉 冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 达到调速的目的。改变输入脉冲的通电相序, 就能控制转子机械位移的方向，实现位置控

29、制。步进电机的位置及速度控制()位置控制步进电机的步距角是脉冲计算中的一个重要参数，步距角是指，当输入一个电脉冲时,电动机转子所应转过角度的理论值，其计算公式如下：3600mzc式中 一相数；一转子齿数； 一工作方式，单拍和双拍时 ，单双拍时。将负载的 最小分辨率(也叫脉冲当量)换算到电机轴上，一个脉冲当量，电机应走一个步距角。那么步进电机转动一圈需要的脉冲数量为 360 0 /9个，则滑台移动的位移为：N*s 二0 L3600式中一滑台位移；一脉冲数；8一步距角；一丝杆导程；由于步进电机的步距角是固 定的，所以改变脉冲数量即可控制滑台的位移，若加减速器的话，滑台位移乘以减速 比即可，即：&a

30、mp; =sk ,为减速比。()速度控制当步进电机的步距角确定后，转速可表达为:n = 6式中一电机转速；8 一步距角；一脉冲频率。输入的脉冲频率越高，步进电机的转 速越高，可以通过控制步进电机的脉冲频率来得到相应的转速。则对应的滑台移动速 度为：v=nL=efL/6；式中一滑台移动速度；一丝杆导程；通过改变脉冲频率即可改变滑台移动速度，若加入减速器，则滑台速度为：M=kv；一减速比。()细分驱动由于步进电机每接收一个脉冲后所转过的步距角的大小由自身制造工艺即转子齿数所决定，这一特性使得步进电机分辨率较低， 系统运行过程中灵活性小，电机会振 动特别是在低频运行时更为明显，由于振动的原因步进电机

31、运行时产生的噪音高于其 它微电机造成了电机装置疲劳度增加、使用寿命减少。可以采用细分驱动技术，克服上述缺点。步进电机的工作原理本质上就是励磁绕组产生的旋转的合成的磁场带动转 子做同步运动。当步进电机未细分时,步进电机所产生的合磁场将以一个固定的角度 进行旋转。当对步进电机进行细分后，这个固定的角度就会被细化成若干份，从而实现 步距角的细分。步进电机的步距角为8 ,若对步进电机进行细分，则电机实际步距角为：=H/n。步进电机及驱动器的选型()步进电机及驱动器选型时主要考虑以下几个方面：.通过驱动机械装置的部件尺寸、减速比、外作用力、重力等其他因素，确定步进电机拖动负载所需要的力矩并计算出负载惯量

32、；.确定实际使用时电机的最高转速和最低转速；.根据力矩和速度两个重要指标，查电机的“矩频特性”，选择满足需要的电机，但要留有一定的力矩余量和速度余量；.选择电机时，并非步进电机的标称力矩越大越好， 要考虑其高速性能：有些电机尽管 标称值很大，但随着转速的增加力矩衰减很快，这种电机适用于低速场合；有些电机 虽然标称值不大，但力矩衰减较慢，可以使用于高速场合。.经济情况。在满足控制条件的基础上，选择价格合理的步进电机，可以节约成本。综合以上分析，选用型号为：；能够满足要求；具体技术参数如下：型号相数步距角（）电压（）电流（）保持车歙巨（）定位车歙巨（）空载频率（）转动惯量（）相电阻（Q ）Mm (

33、)（2）驱动器选型：步进电机驱动器是一款专业的两相步进电机驱动，可实现正反转控制。该驱动器 具有接口采用高速光耦隔离、自动半流减少发热量、大面积散热片不惧高温环境使用、 抗高频干扰能力强、输入电压防反接保护、过热，过流短路保护等特点。输入电压,推荐使用输入电流推荐使用开关电源功率输出电流取大功率细分、温度工作温度C；存放温度CC湿度不能结露，不能有水珠气体禁止有引燃气体和导电灰尘千克输入输出端说明:信号输入端:脉冲信号输入正。（） :脉冲信号输入负。（） :电机正、反转控制正。:电机正、反转控制负:电机脱机控制正。:电机脱机控制负。电机绕组连接:连接电机绕组相。:连接电机绕组相。:连接电机绕组

34、相。:连接电机绕组相。电源电压连接:电源正端:电源负端PUL+卬虹二 JDIR+接线：驱动器与控制器、电机、电源接线如图IVCC喻ft傕金丹.;方向僖芸冉JENA+使能信会产1EHA-直流电步进电机图驱动器接线触摸屏的选型触摸屏的概述人机界面主要应用于工业，工业人机界是一种带微处现器的智能终端。目前，工 业人机界面也应用于一些非工业领域，如：银行信息管理、智能楼宇、智能家居、城 市信息管理、医院信息管理等，而其广泛的应川也得益于其成熟的人机界面技术和高 可靠性。因此，工业人机界面正在向应用范更广的高可靠性智能化信息终端发展。根 据功能的不同，工业人机界面习惯上被分为文本显器、触摸屏人机界面和平

35、板电脑三 大类，可以实现人和机器之间的信的交互，即信息输入及信息输出显示，包括文字或 图形。的点数,使用人机界面可以使机器的配线标准化、简单化，还能减少所配的 同时由于控制设备的高性能以及操作面板的小型化，相对地提高了整套设备的附加 值。触摸屏的选型在控制系统中，触摸屏要完成显示、输入功能，对触摸屏的要求不高，有足够的画面数据存储器；有足够的分辨率和显示亮度；有基本的串行通信功能，方便的通信;就可以满足基于控制的要求，结合市场价格及稳定性。以此为原则选用了台达公司的触摸屏完成系统的输入、显示功能。该触摸屏配备有端口和端口，端口通过专用电缆用于与进行连接。该触摸屏能够很好兼容西门子,端口用于与安

36、装有画面制作工具软件一的计算机连接。台达触摭屏触摸屏主要技术参数:尺寸：口寸分辨率：X像素供电电压：直流支持上下载，支持一端口与通讯支持以太网络造型时尚现代化，内置3音效功能可连接打印机具有宏指令精灵，使用宏指令更加方便其他元器件选型与元件清单为节约成本，方便维护与维修，控制系统硬件尽量采用常用标准件，以下是控制 系统主要元件：序号名称型号数量一触摸屏步进电机步进电机驱动器减速器减速比：开关电源急停按钮光电传感器丝杆一导程的分配序号地址连接兀件注释传感器轴中心检测传感器轴中心检测传感器轴左限位传感器轴右限位传感器轴左限位传感器轴右限位继电器选择左脚继电器选择右脚急停按钮急停电机电机脉冲信号电机

37、电机脉冲信号电机电机方向信号电机电机方向信号电气原理图的设计接线图1 1M 0.00.10.20.30.40.50.60.7 2M 1.01.11.21.31.41.51.5 M L+24V DC*_r、_r、_# _广 >Li '*- ,SBS1 S2 S3 S4 S5 S6-24VDC轴轴轴轴轴轴 中 中左右左右 心心限限限限 检检位位位位 测测停止按钮I/O 口端子接线图1学校淮阴工学院班级机自3113设计梁龙强学号1111121102审核比例图接线图控制控制控制控制I/O 口端子接线图2学校淮阴工学院班级机自3113设计梁龙强学号1111121102审核比例图接线图控制系

38、统软件设计程序设计本设计的脚踝康复机，有三种相互独立的工作模式，可以采用分模块设计的思想, 即将整个控制程序分成多个功能模块，每个功能模块单独设计成一个子程序，每个子 程序间又有着一定的联系。将一个将复杂系统划分成多个模块进行设计的思想使程序结构更加清晰、合理，同时也有利于每个模块单独调试和各程序模块的整合。控制程.触摸屏画面设计在该系统中，使用台达公司开发的软件一来设计人机界面。组态软件是面向监控 与数据采集的软件平台工具，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好 的用户开发界面和简捷的使用方法。具体设计如下：（1）主画面：主画面为状态显示画面，显示运行模式，记录运行次数。如图（）（

39、2）模式选择画面：三种工作模式可供选择，每个模式下的运动组数和次数可调。如图（）（3）使用说明画面：说明本系统运行的方法。如图（）（4）报价提示画面：上电时和超程时会跳出此画面。如图（）、（）（5）屏保画面：设定一定时间无人操作，屏保画面显示。如图（）：状态显示2015m -次数显示运行运行模式屈伸动作右脚环绕左脚环绕图（）模式选择2 cli5.03.11 10:48:28模式- m组数门每细次数I 0如1咏1:T :" 运行加1 j酸1- 11甄曲 °模式二需r、r j每组次数1 口 .复位模式三百组数1 c 1)每组次数Li状态模泰|LEJ巴回回日回使用说明2015,0

40、3 11 10:48:581、使用前，先按“复位”按钮，校正位置2、在“模式选择”氟面，可选择一种模式，再按两次“启动"按钮3、中途若按下“停止”按钮，可以停止摆动，下次后动前 需先按“复位”按钮4.若按下“启动”按钮设备没有反应，可依次按下“停止” 、“复位”按钮，后重新使用运行复位5、紧急情况F,可按外部红色“急停”按钮，使设备停止系统安装与调试 硬件接线（）按电路图（或元件明细表）检查元件配置情况，并进行检验按电路图（或元件明细表）检查控制板和控制面板上的元件是否齐全，观察各类元件上的厂标或索引号、工作电压性质和数值等标志是否符合电路要求。观察各类元件上触点及接线端子的位置并用

41、万用表逐个检查元件的常开、常闭触点及接触器线圈是否完好。（）布线.选用导线） 导线的类型硬线只能用在固定安装的不动部件之间，且导线的截面积不小于，在其余场合则应采用软线。）导线的绝缘导线必须绝缘良好，并应具有抗化学腐蚀的能力。）导线的截面积在必须能承受正常条件下流过的最大电流的同时，还应考虑到线路中允许的电压降、导线的机械强度以及与熔芯的配合。.布线方法所有导线从一个端子到另一个端子的走线必须是连续的，中间不得有接头；对明露导线必须做到平直、整齐、 走线合理等要求。由于明露导线在布线时需固定、绑扎，工作量较大且维修不便，目前较多采用有齿槽板布线方式。.接线方法所有导线的连接必须牢固、不得松动。

42、导线与端子的接线，原则上是一个端子只接一根导线，至多接二根导线。有些端子不适合连接软导线时，可在导线端头上采用针形或叉形等冷压接头。 调试测试接线正确性、通电前检查（）各个元器件的代号、标志是否与原理上的一致，是否齐全。（）各个安全保护措施是否可靠。（）控制电路是否满足原理图所要求的各种功能。()各个电气元件安装是否正确和牢靠。()各个接线端子是否连接牢固。()布线是否符合要求、整齐。()各个按钮、光标按钮和各种电路绝缘导线是否符合要求。()保护电路导线连接是否正确、牢固可靠。()电气绝缘电阻是否符合要求。、通电试验通电前应检查所接电源是否符合要求。 通电后应验证电气设备的各个部分的工作 是否

43、正确和操作顺序是否正常。然后在正常负载下连续运行，验证电气设备所有部分 运行的正确性。同时要验证全部器件的温升不得超过规定的允许温升。程序调试本系统程序分多个模块，故调试也需分模块调试，验证每个模块的正确性，再验 证整体程序的正确性，主要包括一下几个方面：()点确认。根据设计的分配表，逐个确认。()分块程序调试。通过程序设置将不同功能部分分开调试，修改程序，使得程 序运行功能符合要求。()整体程序调试。根据脚踝康复机的功能要求，调试整个程序。确保各个功能 模块互不影响本文结合国内外踝关节康复机器人的研究现状，根据踝关节康复训练的需要，对 气脚踝康复机控制系统进行设计。主要研究工作总结如下：()

44、完成控制系统设计并制作，及相关图纸的绘制。控制系统以为核心，步进电 机为执行元件，根据医疗训练要求，控制运动轨迹。控制系统采用触摸屏作人机界面, 使用触摸屏组态软件设计出系统的操作和显示界面，实现了各种参数的设定和控制信 息的动态显示，提高了系统的人机交互能力。()本控制系统能够满足医疗运动要求。()本设计中我的工作主要包含以下内容：提出总体控制方案相关图纸的绘制程序及触摸屏画面的设计系统调试编写使用说明及技术文档()创新点：安全可靠；操作简单，高度自动化；经济便携，制造及使用成本低； 运动周期、速度、动作频率、摆动幅度均可调，能够满足不同人的需要，柔性好。()本设计取得一定的成果，在本设计基础上，将来可以进一步完善该