[实用新型]一种基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电控系统，特别涉及一种基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器。

背景技术

人体肢体运动的动态检测和模拟具有极大的医学应用价值，假肢的设计与控制不仅仅能够造福于肢体残疾人，更是一个国家运动学、生命科学、自动控制等实力的集中体现。因而成为世界各国研究的重点。

传统的假肢设计最先进的技术是将神经元传导的生物电信号通过收集器转化为机械可以识别的电信号，再通过机械操控假肢的移动。由于神经元传导的生物电信号的复杂度高，导致现有此方面的研究仍处于探索阶段，还不能应用于人们的日常生活。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器，包括位于假肢中的步进电机，其特征在于，还包括一个PCI1020运动控制卡，该PCI1020运动控制卡连接有PC机，PCI1020运动控制卡通过驱动器及接口连接步进电机。

本实用新型的基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器，越过复杂的神经生物信号的处理和连接，采用纯机械和电子信号检测将人在活动中大腿的动作识别分析，并通过电机控制系统给动力装置发出命令，操控假肢“小腿”的运动，高仿真地模拟出人走路、跑步、上下楼梯等基本动作的腿部正常的运动姿态，使实验者与正常人一样可以自由的走动，能够根据已建立的运动模型实时有效的控制假肢步态行为。实验证明，关节运动角度可在-70°～+15°范围内连续调节，角度分辨率达到0.04度。

附图说明

图1是试验用假肢结构示意图；

图2是本实用新型的基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器硬件结构框图；

图3是基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器的硬件接线图；

图4是通过控制的假肢运动状态函数图，其中，(a)图是模拟大腿的运动函数，(b)图是控制小腿的运动函数，(c)图是大小腿运动函数关系。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施方式

为满足下肢关节运动模型研究的需要，申请人以人体关节运动为研究对象，设计了分层式结构的基于PCI1020运动控制卡的假肢关节控制器。包括位于假肢中的步进电机，还包括一个PCI1020运动控制卡，该PCI1020运动控制卡连接有PC机，PCI1020运动控制卡通过驱动器及接口连接步进电机(图2)。

通过测试验证了该假肢关节控制器的合理与有效性。同时结构简单、步态逼真、成本低廉，具有较好的市场应用前景。

以下是主要的制备过程。

1、整体构架：

本实施例应用自主设计的假肢(如图1)作为被控对象。该假肢由大腿1、小腿2和脚3组成，结构尺寸完全按照人体肢体比例等比缩小制作，即大腿1的长度0.212m，小腿2的长度0.254m，脚3的长度为0.143m，高度为0.039m，假肢中包含三个电机(图中的标号4)，分别位于大腿1的上方、大腿1和小腿2的连接处，小腿2和脚3的连接处。

PC机通过Lab VIEW编写的程序对PCI1020运动控制卡下达指令，并确定肢体的运动状态。PCI1020接受运动控制卡PC机的指令，并将指令转换为协调步态的电机控制信号，进而分解为驱动多关节转动的时钟脉冲，发送给各个步进电机驱动器。步进电机驱动器接受驱动时钟脉冲，完成对关节的控制，达到控制假肢运动的目的。

1.1.控制方式

人体假肢的控制系统需要进行大量的协调计算和联动处理，控制大小腿的角度、角速度、角加速度等多种参量，并进行联调运算，同时处理多个电机的驱动，还需要一定的扩展功能，因此选用PCI1020作为主控制器。PCI1020是基于PC总线的以MCX314As作为核心处理器和PCI9052作为通信芯片的开放式运动控制器，将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制芯片的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好等优点，因此这种基于计算机标准总线的开放式运动控制器必将成为运动控制的主流器件。

MCX314As是单一芯片且可控制4轴的脉冲序列输入伺服马达、步进马达的运动控制芯片，可以进行各轴独立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4轴中任意的选择2轴或是3轴来进行圆弧、直线、位方式插补。