下肢康复机器人嵌入式控制系统设计与研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:xinxing1983
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下肢康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支,它的研究贯穿了生物力学、康复医学、传感技术、材料学、机械学、计算机科学、电子学以及机器人学等诸多领域,已经成为了机器人领域的一个研究热点。由于下肢康复机器人服务对象为特殊人群,所以对其控制系统提出了更高的要求。嵌入式系统作为后PC时代的主力军,是一种用于控制、监测或协助特定机器和设备正常运转的计算机,被广泛应用于机器人控制系统中。本文根据下肢康复机器人的机械系统和控制系统要求提出了下肢康复机器人进行控制嵌入式控制系统,并从以下几个方面对其进行了研究:首先,分别对下肢外骨骼康复机器人、减重平台系统和多模式运动平台的功能进行了分析。根据各个部分的功能分别提出了对应的控制方案,根据各部分的控制方案及控制原则划分模块并搭建各自的嵌入式硬件控制平台。选择ARM7内核的LPC2132微处理器作为嵌入式控制平台的核心控制芯片,并着重介绍了各个模块的电路设计方法。其次,对下肢康复机器人控制软件进行了设计,引入了嵌入式实时操作系统的概念。首先着重介绍了嵌入式实时操作系统UC/OS-II的移植方法和移植过程。然后,根据下肢康复机器人的功能划分软件的任务,并且根据模块化思想编写各个任务软件。再次,设计了下肢康复机器人单关节PID控制器并将它移植到在ARM7上。首先建立下肢外骨骼康复机器人单关节数学模型,然后引入PID控制器并将其植入LPC2132微处理器中,最后利用MATLAB的SIMULINK模块进行仿真。最后,对下肢外骨骼康复机器人控制系统进行了仿真及其实验。首先利用Proteus软件与keil软件搭建联合仿真环境,然后建立控制系统原理图,编写控制软件,最后对控制系统进行仿真。
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