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随着社会经济的发展,人民生活水平不断提高,人口寿命不断延长,人口出生率的下降,当前不管是在发达国家还是发展中国家,均面临着越来越严重的人口老龄化问题;随着人们对生活质量的要求不断提高,使得原有的护理保键方式急需变革,而智能化护理设备的运用正是解决上述矛盾的有效途径之一。本文研究的机器人化多功能护理床是一种能有效减轻护理人员劳动强度,增强受护理人自理能力的智能化多功能护理设备。
本课题获得2005年粤港关键领域重点突破项目(编号:20054982304)、广东省科技攻关项目(编号:2004810201010)和华南理工大学高水平大学建设项目基金的资助。
在前一阶段研究室对护理床研究和开发的基础上,本文根据机械手多自由度、开链机构的相关设计方法,进行了开链、多自由度的机器人化护理床结构设计。从研究护理床床面各板块的运动轨迹出发,对多种机构方案进行分析研究,遵循护理床各部分的功能要求,优化选择出相应的机构,并且分别建立了它们的数学模型。在此基础上,求得了相应机构的主要几何参数,并对其进行了受力分析,然后,利用3D软件(UG)对相应的机构进行了实体建模及运动仿真。
本文对机器人关节位置控制系统进行了模型分析和仿真实验,在此基础上,根据模块化设计方法,设计了嵌入式多处理器控制系统。在硬件方面,该系统主要包括:主控系统模块、键盘控制系统模块、语音识别系统模块、语音回放模块以及电机驱动模块。其中前两个模块,通过串行通信机制协调工作;对于后三者,相关信息在各个模块中分别处理后,通过I/O口将相应的信息代码传递给主控系统模块,从而提高系统的工作效率。这种多处理器相互协调工作的嵌入式系统,大大减轻了主控系统模块的负担,从而提高了系统的实时性能。
在整个控制系统中,本文对相应模块的电路方案进行了分析和选择,同时,利用PROTEL软件绘制了电路原理图,并制作了相应的PCB板。在建好硬件平台的基础上,本文在keil uvision2集成开发环境下,利用C语言和汇编语言进行了控制系统的模块化程序设计。
本文最后对新研制的两台护理床,进行了机械结构和控制系统的整体测试,从测试结果可知,各项技术指标均达到了预期的设计要求。