[发明专利]下肢康复机器人的控制系统

说明书

本发明公开了一种下肢康复机器人的控制系统，包括上位机、控制模组、DAQ模组、伺服驱动模组、力传感器；上位机与控制模组通过工业通信协议通信；控制模组用于接收运动角度；伺服驱动模组用于获取下肢康复机器人的跑台机构的电机和立柱机构的电机在运动过程中位置、速度、加速度信息；力传感器用于获取康复部位的力数据；控制模组还用于根据运动角度、位置、速度、加速度信息、力数据输出用于控制下肢康复机器人的指令。本发明的下肢康复机器人的控制系统充分利用控制器的硬件资源以及采用标准化的工业通信协议，能够有效地降低设计研发成本和保证系统良好的通信质量，能够满足机电类康复医疗器械对控制系统的需求。

技术领域

本发明属于下肢康复机器人技术领域，尤其涉及一种下肢康复机器人的控制系统。

背景技术

下肢康复机器人在康复训练过程中能够获取患者的运动数据以及状态信息，同时通过情景交互的方式，让患者能够主动参与到康复训练中，增加患者的康复信心，同时能够提供相应的评估数据报告，以量化的方式观察康复训练的效果，最后下肢康复机器人还能够适应患者不同的康复阶段，运用对应的运动控制算法来进行减重训练。

目前康复机器人的控制系统结构方式主要分为集中控制方式、主从控制方式、分散控制方式三种方式，首先，基于PC(个人电脑)的集中控制系统里，充分利用了PC资源开放性的特点，可以实现很好的开放性：多种控制卡，传感器设备等都可以通过标准PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中。其次，采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU(中央处理器)实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等：从CPU实现所有关节的动作控制。最后，按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块，每一个模块各有不同的控制任务和控制策略，各模式之间可以是主从关系，也可以是平等关系。这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实现智能控制，是目前流行的方式。

康复机器人的控制系统往往采用分散控制方式：其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配，并通过子系统的协调工作来完成控制任务，整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的。子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的，各个子系统之间通过网络等相互通讯。分散式控制结构提供了一个开放、实时、精确的机器人控制系统。分散式控制系统的优点在于：系统灵活性好，控制系统的危险性降低，采用多处理器的分散控制，有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间。而缺点在于系统的运行完全依赖于各个子系统之间的通信质量。主要是因为分散控制方式使得每个子系统都能够单独运行，而系统之间的交互主要是通过通信协议来完成，而通信协议的质量，则决定系统运行的好与坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中康复机器人的控制系统受各个子系统之间的通信质量的制约的缺陷，提供一种下肢康复机器人的控制系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种下肢康复机器人的控制系统，包括上位机、控制模组、DAQ(DataAcquisition，数据采集)模组、伺服驱动模组、力传感器；

上位机与控制模组通过工业通信协议通信；

DAQ模组用于获取康复部位在三个自由度方向的运动角度；

控制模组与DAQ模组通过串行总线连接，控制模组用于接收运动角度；

伺服驱动模组用于获取下肢康复机器人的跑台机构的电机和立柱机构的电机在运动过程中位置、速度、加速度信息；

控制模组与伺服驱动模组通过EtherCAT(以太网控制自动化技术)总线连接，控制模组还用于获取位置、速度、加速度信息；

力传感器用于获取康复部位的力数据；