五自由度外骨骼上肢康复机器人系统

五自由度外骨骼上肢康复机器人系统导师：吴冬梅学生：张志成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硬件控制系统硬件控制系统主要设置在控制柜中控制柜内部结构hit电机驱动器交流驱动器松下A4交流伺服驱动器通过由运动控制卡发出的控制命令，向交流电机发出脉冲方向控制信号直流驱动器

由于直流电机的功率不同，分别采用两种驱动器，一个是ACK-055-06，额定工作电流3A，用在腕部两个关节；另外一种是ACK-055-18，额定工作电流6A，用在肘部的盘式电机。通过串口RS232与PC机通讯A4驱动器ACK-055-06ACK-055-18hit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