專利名稱：康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種康復(fù)裝置，要求涉及一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置。
背景技術(shù)：
我國是中風(fēng)病的高發(fā)地區(qū)之一，中風(fēng)患者經(jīng)過醫(yī)院救治幸存后，常遺留一些運(yùn)動、感覺和語言等障礙，由于受到各種因素的制約，他們不可能在醫(yī)院長期接受康復(fù)治療，出院后進(jìn)行家庭康復(fù)鍛煉是一種有效的好方法。對于中風(fēng)病人，對其偏癱部位的進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練是十分重要和關(guān)鍵的醫(yī)療手段，及早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以大大減少殘疾的可能性。另一方面，由于車禍、事故等引起的肢體受傷病人的臨床癥狀同中風(fēng)病人一樣，也需要進(jìn)行及時(shí)的康復(fù)訓(xùn)練。
目前上述病人的康復(fù)訓(xùn)練或康復(fù)治療，主要由經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生根據(jù)病人的病情和恢復(fù)情況，親自操縱康復(fù)訓(xùn)練裝置，對病人肢體施加一定大小的作用力，引導(dǎo)病人進(jìn)行往復(fù)的肢體運(yùn)動鍛煉。然而，康復(fù)醫(yī)生的數(shù)量畢竟是有限的，不可能使每個(gè)病人都能得到醫(yī)生的親自指導(dǎo)和康復(fù)訓(xùn)練。國外現(xiàn)有的康復(fù)醫(yī)療裝置中，比較典型的是CPM機(jī)，它是利用康復(fù)醫(yī)學(xué)中連續(xù)被動運(yùn)動(Continuous Passive Motion/CPM)的基本原理對受傷肢體進(jìn)行康復(fù)治療的機(jī)械，是目前為止唯一的一個(gè)機(jī)器人生物力學(xué)或生物物理化學(xué)的應(yīng)用的一個(gè)例證。另外一個(gè)典型的康復(fù)機(jī)器人設(shè)備是美國麻省理工學(xué)院研制的MITMANUS，它有兩個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)病人的肩、肘和手運(yùn)動。國內(nèi)的類似設(shè)備比較少，南航開發(fā)了一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂，采用單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制；浙江的一些企業(yè)也開發(fā)一些與CPM類似的康復(fù)機(jī)械臂裝置。這些康復(fù)機(jī)械都存在一些共同的缺陷1)不能遠(yuǎn)程操作；2)醫(yī)生在本地親自操作，實(shí)施一對一的康復(fù)治療，或按計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)動，不能實(shí)現(xiàn)醫(yī)患交互；3)沒有力反饋功能；4)病人不能主動運(yùn)動，或康復(fù)設(shè)備不能提供阻尼力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，通過醫(yī)患互動的形式，可以實(shí)現(xiàn)一對多的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練，合理地利用資源，優(yōu)化診療效果。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，由數(shù)據(jù)采集模塊，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)處理電路模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，電機(jī)驅(qū)動電路模塊及USB接口電路模塊組成，數(shù)據(jù)采集模塊的力信號輸出端和位置信號輸出端分別與二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端(CHl、CH2)連接，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端(DOUT)與單片機(jī)處理電路模塊的輸入端(P3.0)連接，單片機(jī)處理電路模塊的輸出端(P1.0～P1.7)經(jīng)USB接口電路模塊與病人端計(jì)算機(jī)的輸入端連接，計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋信息輸出控制指令，經(jīng)USB接口電路模塊及單片機(jī)處理電路模塊輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊的模擬信號由電機(jī)驅(qū)動電路模塊處理后輸至電機(jī)，用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明為基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程力覺輔助康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，其系統(tǒng)主要由康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂、直流力矩電機(jī)、力和位置傳感器、信號采集和驅(qū)動電路、攝像機(jī)、病人端控制計(jì)算機(jī)、醫(yī)生端控制計(jì)算機(jī)以及Internet網(wǎng)絡(luò)等組成。系統(tǒng)有兩種工作方式一是醫(yī)生端計(jì)算機(jī)通過Internet網(wǎng)絡(luò)設(shè)置機(jī)械臂工作的參數(shù)，由控制電路控制電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂運(yùn)動，從而帶動病人上肢進(jìn)行往復(fù)的訓(xùn)練運(yùn)動?？梢岳檬直?將病人的上肢固定在機(jī)械臂末端的托盤上，力傳感器檢測到病人和機(jī)械臂之間的相互作用力，位置傳感器檢測到機(jī)械臂轉(zhuǎn)動的角度，傳感電路將這些信息通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳送給醫(yī)生端計(jì)算機(jī)。保護(hù)桿的作用是限制機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動角度不大于180度，避免機(jī)械臂運(yùn)動角度過大拉傷病人。二是醫(yī)生直接操縱手柄2驅(qū)動機(jī)械臂帶動病人進(jìn)行訓(xùn)練。機(jī)械臂末端安裝一個(gè)帶有力敏元件的手托，可以將病人的肢體固定在手托上，此時(shí)，力敏元件感受到一定的力，系統(tǒng)開關(guān)打開，遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)開始工作?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)械臂的控制計(jì)算機(jī)通過Internet網(wǎng)絡(luò)與醫(yī)院的計(jì)算機(jī)連接，用戶撥號上網(wǎng)后，醫(yī)生在醫(yī)院根據(jù)每個(gè)病人的情況，設(shè)定機(jī)械臂的運(yùn)動控制參數(shù)如速度、力等，引導(dǎo)病人在家里進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，病人的訓(xùn)練情況如力和位置及視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)院，醫(yī)生對這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，觀察病人的恢復(fù)情況，從而制定康復(fù)醫(yī)療計(jì)劃，改變機(jī)械臂的運(yùn)動控制參數(shù)。
本發(fā)明利用力反饋-位置型的傳感與反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)具有力覺的運(yùn)動引導(dǎo)。病人端計(jì)算機(jī)通過一定的控制算法驅(qū)動力矩電機(jī)，帶動訓(xùn)練機(jī)械臂運(yùn)動。運(yùn)動過程中，機(jī)械臂與人手之間的相互力和位置信息一方面參與到控制回路中，形成反饋控制；另一方面通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給醫(yī)生端計(jì)算機(jī)，使醫(yī)生監(jiān)控到訓(xùn)練過程中的信息，實(shí)現(xiàn)具有力覺輔助的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練。
該發(fā)明系統(tǒng)對病人進(jìn)行康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練可以采用臨床上常用的4種模式被動運(yùn)動、助力運(yùn)動、主動運(yùn)動和阻力運(yùn)動。康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練模式的具體實(shí)現(xiàn)方式為(1)被動運(yùn)動電機(jī)采用速度控制模式，由醫(yī)生通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程確定運(yùn)動速度的目標(biāo)值，同時(shí)可對最大輔助力矩進(jìn)行設(shè)置。訓(xùn)練時(shí)受試者在機(jī)器人的帶動下運(yùn)動，但輔助力矩不超過所設(shè)閾值，以防拉傷肌肉。此訓(xùn)練模式適于基本無運(yùn)動功能的患者。(2)助力運(yùn)動電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。受試者運(yùn)動速度低于電機(jī)最小預(yù)設(shè)速度時(shí)，電機(jī)輸出力矩增加；大于最小速度時(shí)，輸出力矩降低；高于最高速度時(shí)，輸出力矩降為零，以避免受試者運(yùn)動速度太快。此訓(xùn)練模式適于具有一定運(yùn)動功能但運(yùn)動幅度較小的患者。(3)主動運(yùn)動電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。電機(jī)輸出力矩平衡設(shè)備重力和摩擦力，受試者主動完成動作。此訓(xùn)練模式可用于患者主動運(yùn)動功能的測試。(4)阻力運(yùn)動電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。電機(jī)輸出力矩提供運(yùn)動阻力，受試者克服阻力完成訓(xùn)練；也可以通過電機(jī)的速度控制模式實(shí)現(xiàn)，此時(shí)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，力矩范圍確定運(yùn)動阻力的大小。此訓(xùn)練模式適于希望進(jìn)一步提高運(yùn)動功能的患者。
對于這4種訓(xùn)練模式，病人家里的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接收到醫(yī)生設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)，控制直流電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂運(yùn)動。同時(shí)機(jī)械臂的力和位置以及視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)院的控制計(jì)算機(jī)上，醫(yī)生可以同時(shí)監(jiān)控到各個(gè)患者的訓(xùn)練機(jī)械臂輸出信號，并根據(jù)具體情況修改治療方案，如果訓(xùn)練過程中發(fā)生意外，醫(yī)生能夠及時(shí)中斷訓(xùn)練，保護(hù)患者。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具體優(yōu)點(diǎn)如下1)機(jī)械臂是遠(yuǎn)程控制的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂的控制計(jì)算機(jī)通過Internet網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)生端計(jì)算機(jī)連接，病人端計(jì)算機(jī)和醫(yī)生端計(jì)算機(jī)采用客戶機(jī)/服務(wù)器的方式，醫(yī)生可遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)控制機(jī)械臂的運(yùn)動模式，病人在家里根據(jù)醫(yī)生的設(shè)定自行進(jìn)行鍛煉，方便患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；2)該康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練系統(tǒng)是一對多的醫(yī)生在醫(yī)院同時(shí)控制多個(gè)機(jī)械臂運(yùn)動，指導(dǎo)多名病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，合理地利用資源；3)實(shí)現(xiàn)了力覺輔助采用基于力反饋-位置型的傳感和反饋結(jié)構(gòu)，利用直流力矩電機(jī)產(chǎn)生與人手的交互作用力和實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制，力和位置信息以及視頻信息通過Internet網(wǎng)發(fā)送給醫(yī)生，從而使醫(yī)生可以監(jiān)控到病人的訓(xùn)練情況，并及時(shí)地修改康復(fù)訓(xùn)練方案，有效地實(shí)現(xiàn)醫(yī)患互動，提高診療效率；4)該康復(fù)機(jī)械臂除了帶動患者往復(fù)運(yùn)動外，患者還可以主動運(yùn)動，康復(fù)機(jī)械臂系統(tǒng)可以提供一定的阻尼力；5)轉(zhuǎn)動軸設(shè)計(jì)在機(jī)械臂中部，既可以由醫(yī)生一對多地遠(yuǎn)程控制電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂帶動患者肢體運(yùn)動，也可以直接操作機(jī)械臂另一端，一對一地引導(dǎo)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
遠(yuǎn)程力覺輔助康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)將不僅可以大大地提高康復(fù)醫(yī)生的工作效率，而且極大地方便了廣大傷殘病人和中風(fēng)病人，滿足傷殘病人和中風(fēng)病人康復(fù)訓(xùn)練和醫(yī)療的需要。這對于提高中風(fēng)病人的生活水平和減輕家庭及社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)具有重要意義。


圖1是本發(fā)明電路框圖。
圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集模塊電路圖。
圖3是本發(fā)明二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊電路圖。
圖4是本發(fā)明USB接口電路模塊電路圖。
圖5是本發(fā)明單片機(jī)處理電路模塊電路圖。
圖6是本發(fā)明D/A轉(zhuǎn)換電路模塊電路圖。
圖7是本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動電路模塊電路圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，由數(shù)據(jù)采集模塊100，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200，單片機(jī)處理電路模塊300，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400、電機(jī)驅(qū)動電路模塊500及USB接口電路模塊600組成，數(shù)據(jù)采集模塊100的力信號輸出端和位置信號輸出端分別與二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200的輸入端CH1、CH2連接，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200的輸出端DOUT與單片機(jī)處理電路模塊300的輸入端(P3.0)連接，單片機(jī)處理電路模塊300的輸出端(P1.0～P1.7)經(jīng)USB接口電路模塊600與病人端計(jì)算機(jī)700的輸入端連接，計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋信息輸出控制指令，經(jīng)USB接口電路模塊600及單片機(jī)處理電路模塊300輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400的模擬信號由電機(jī)驅(qū)動電路模塊500處理后輸至電機(jī)，用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。(參見圖2)數(shù)據(jù)采集模塊100由位置傳感器111、跟隨器112、力傳感器121和力調(diào)理放大電路122組成，力調(diào)理放大電路采用型號為AD620的儀用放大器AD620，位置傳感器111和力傳感器121的輸出端分別與跟隨器112和力調(diào)理放大電路122的輸入端連接，儀用放大器AD620的輸出端OUT1和跟隨器112的輸出端OUT2構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊100的輸出端，上述儀用放大器AD620的外圍電路接法參照其技術(shù)手冊；(參見圖5)單片機(jī)處理電路模塊300采用型號為AT89C52的單片機(jī)AT89C52，二選一A/1)轉(zhuǎn)換模塊200采用型號為MCP3204的逐次逼近式的12位模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器MCP3204，其輸入端CH1、CH2分別與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端相連，時(shí)鐘信號端CLK與單片機(jī)AT89C52的P1.2引腳相連，串行數(shù)據(jù)輸入端DIN與單片機(jī)AT89C52的P3.1引腳相連，片選/關(guān)斷端CS/SHDN與單片機(jī)AT89C52的P2.6引腳相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊200的輸出為MCP3204的串行數(shù)據(jù)輸出端DOUT引腳；(參見圖4)USB接口電路模塊600為一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片CH372，該芯片的雙向數(shù)據(jù)總線接口D0～D7分別與單片機(jī)AT89C52的P1.0～P1.7相連，USB總線的數(shù)據(jù)線(D+、D-)與病人端計(jì)算機(jī)700相連，地址線輸入端A0與單片機(jī)AT89C52的P2.4引腳相連，讀選通輸入端RD#與單片機(jī)AT89C52的P3.6引腳相連，寫選通輸入端WR#與單片機(jī)AT89C52的P3.7引腳相連，中斷請求輸出端INT#與單片機(jī)AT89C52的P3.2引腳相連，片選控制輸入端CS#與單片機(jī)AT89C52的P2.7引腳相連，上述USB總線接口芯片CH372外圍電路的連接參照USB總線接口芯片CH372的技術(shù)手冊；(參見圖6)D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400由型號為DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換芯片410和D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路420組成，D/A轉(zhuǎn)換芯片410的輸入DI0～DI7與單片機(jī)AT89C52的P0口(P0.0～P0.7)相連接，寫選通信號端WR1和WR2與單片機(jī)AT89C52的P3.6引腳相連，輸出IOUT1和IOUT2與D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路420的輸入連接，J6為10K*8的排阻，與單片機(jī)AT89C52的P0口相連，電容C27一端接D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的8號引腳，另一端接地，D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路采用型號為TL082的雙運(yùn)放TL082，雙運(yùn)放TL082的2號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的IOUT1相連，3號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的IOUT2相連并且接地，1號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的REF端相連，電阻R24與電阻R1的兩端分別與雙運(yùn)放TL082的1號引腳和6號引腳相連；電阻R2一端與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的VREF端相連，另一端與雙運(yùn)放TL082的6號引腳相連，電阻R3的一端與雙運(yùn)放TL082的6號引腳相連，另一端與雙運(yùn)放TL082的7號引腳相連，電容C26的兩端分別與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的REF端和IOUT端相連，作為去耦電容，電容C25一端與雙運(yùn)放TL082的8號引腳相連，另一端接地，作為濾波電容；電容C24-端與雙運(yùn)放TL082的4號引腳相連，另一端接地，作為濾波電容；電容C28的一端與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的VREF端相連，另一端接地，作為濾波電容，D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路的功能為將D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的輸出轉(zhuǎn)換成雙極性電壓輸出，從而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，其輸出端VIN作為D/A轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出；(參見圖7)電機(jī)驅(qū)動電路模塊500由光電隔離放大電路510和電機(jī)驅(qū)動電路520組成，光電隔離放大電路510采用型號為ISO124的光耦線性隔離放大器ISO124，它的輸入VIN與D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路420的輸出連接，其輸出VOUT與電機(jī)驅(qū)動電路520的輸入連接，而電機(jī)驅(qū)動電路520采用型號為LM1875的功率放大芯片LM1875，穩(wěn)壓管D1和穩(wěn)壓管D2反向連接后一端與功率放大芯片LM1875的1號引腳相連，另一端接地。而電阻R10和C12相連后一端與功率放大芯片LM1875的4號引腳相連，另一端接地，電阻R8一端接功率放大芯片LM1875的2號引腳，另一端接地；電阻R9一端接功率放大芯片LM1875的2號引腳，另一端接功率放大芯片LM1875的4號引腳。電容C8、電容C9一端接功率放大芯片LM1875的5號引腳，另一端接地；電容C10、電容C11一端接功率放大芯片LM1875的3號引腳，另一端接地，電機(jī)驅(qū)動電路520的輸出端OUT為電機(jī)驅(qū)動電路模塊500的輸出，光電隔離放大電路510中光耦線性隔離放大器ISO124的外圍電路的連接參照其技術(shù)手冊。
實(shí)施例2一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，由數(shù)據(jù)采集模塊100，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200，單片機(jī)處理電路模塊300，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400、電機(jī)驅(qū)動電路模塊500及USB接口電路模塊600組成，數(shù)據(jù)采集模塊100的力信號輸出端和位置信號輸出端分別與二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200的輸入端CH1、CH2連接，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊200的輸出端DOUT與單片機(jī)處理電路模塊300的輸入端(P3.0)連接，單片機(jī)處理電路模塊300的輸出端(P1.0～P1.7)經(jīng)USB接口電路模塊600與病人端計(jì)算機(jī)700的輸入端連接，計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋信息輸出控制指令，經(jīng)USB接口電路模塊600及單片機(jī)處理電路模塊300輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊400的模擬信號由電機(jī)驅(qū)動電路模塊500處理后輸至電機(jī)，用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，單片機(jī)處理電路模塊300采用型號為AT89C52的單片機(jī)AT89C52，單片機(jī)的P0口(P0.0～P0.7)與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832410的輸入端DI0～DI7相連，P1口(P1.0～P1.1)與USB總線接口芯片CH372的雙向數(shù)據(jù)總線接口D0～D7相連，P2.4引腳與USB總線接口芯片CH372的地址線輸入端A0相連，P3.6引腳分別與USB總線接口芯片CH372的讀選通輸入端RD#和D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832410的寫選通信號端WR1和WR2相連，P3.7引腳與USB總線接口芯片CH372的寫選通輸入端WR#相連，P3.2引腳與USB總線接口芯片CH372的中斷請求輸出端INT#相連，P2.7引腳與USB總線接口芯片CH372的片選控制輸入端CS#相連，P1.2引腳與模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器MCP3204的時(shí)鐘信號端CLK相連，P3.1引腳與模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器MCP3204的串行數(shù)據(jù)輸入端DIN相連，P2.6引腳與模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器MCP3204的片選/關(guān)斷端CS/SHDN相連，單片機(jī)AT89C52的外圍電路接法參照AT89C52的技術(shù)手冊。
權(quán)利要求
1.一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于由數(shù)據(jù)采集模塊(100)，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊(200)，單片機(jī)處理電路模塊(300)，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊(400)，電機(jī)驅(qū)動電路模塊(500)及USB接口電路模塊(600)組成，數(shù)據(jù)采集模塊(100)的力信號輸出端和位置信號輸出端分別與二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊(200)的輸入端(CH1、CH2)連接，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊(200)的輸出端(DOUT)與單片機(jī)處理電路模塊(300)的輸入端(P3.0)連接，單片機(jī)處理電路模塊(300)的輸出端(P1.0～P1.7)經(jīng)USB接口電路模塊(600)與病人端計(jì)算機(jī)(700)的輸入端連接，計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋信息輸出控制指令，經(jīng)USB接口電路模塊(600)及單片機(jī)處理電路模塊(300)輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊(400)，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊(400)的模擬信號由電機(jī)驅(qū)動電路模塊(500)處理后輸至電機(jī)，用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集模塊(100)由位置傳感器(111)、跟隨器(112)、力傳感器(121)和力調(diào)理放大電路(122)組成，力調(diào)理放大電路采用型號為AD620的儀用放大器(AD620)，位置傳感器(111)和力傳感器(121)的輸出端分別與跟隨器(112)和力調(diào)理放大電路(122)的輸入端連接，儀用放大器(AD620)的輸出端(OUT1)和跟隨器(112)的輸出端(OUT2)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊(100)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于單片機(jī)處理電路模塊(300)采用型號為AT89C52的單片機(jī)(AT89C52)，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊(200)采用型號為MCP3204的逐次逼近式的12位模擬數(shù)據(jù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(MCP3204)，其輸入端(CH1、CH2)分別與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端相連，時(shí)鐘信號端(CLK)與單片機(jī)(AT89C52)的P1.2引腳相連，串行數(shù)據(jù)輸入端(DIN)與單片機(jī)(AT89C52)的P3.1引腳相連，片選/關(guān)斷端(CS/SHDN)與單片機(jī)(AT89C52)的P2.6引腳相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊(200)的輸出為MCP3204的串行數(shù)據(jù)輸出端(DOUT)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于USB接口電路模塊(600)為一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片(CH372)，該芯片的雙向數(shù)據(jù)總線接口(D0～D7)分別與單片機(jī)(AT89C52)的P1.0～P1.7相連，USB總線的數(shù)據(jù)線(D+、D-)與病人端計(jì)算機(jī)(700)相連，地址線輸入端(A0)與單片機(jī)(AT89C52)的P2.4引腳相連，讀選通輸入端(RD#)與單片機(jī)(AT89C52)的P3.6引腳相連，寫選通輸入端(WR#)與單片機(jī)(AT89C52)的P3.7引腳相連，中斷請求輸出端(INT#)與單片機(jī)(AT89C52)的P3.2引腳相連，片選控制輸入端(CS#)與單片機(jī)(AT89C52)的P2.7引腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于D/A轉(zhuǎn)換電路模塊(400)由型號為DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換芯片(410)和D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路(420)組成，D/A轉(zhuǎn)換芯片(410)的輸入(DI0～DI7)與單片機(jī)(AT89C52)的P0口(P0.0～P0.7)相連接，寫選通信號端(WR1和WR2)與單片機(jī)(AT89C52)的P3.6引腳相連，輸出(IOUT1和IOUT2)與D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路(420)的輸入連接，J6為10K*8的排阻，與單片機(jī)(AT89C52)的P0口相連，電容(C27)一端接D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的8號引腳，另一端接地，D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路采用型號為TL082的雙運(yùn)放(TL082)，雙運(yùn)放(TL082)的2號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的IOUT1相連，3號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的IOUT2相連并且接地，1號引腳與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的REF端相連，電阻(R24)與電阻(R1)的兩端分別與雙運(yùn)放(TL082)的1號引腳和6號引腳相連；電阻(R2)一端與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的VREF端相連，另一端與雙運(yùn)放(TL082)的6號引腳相連，電阻(R3)的一端與雙運(yùn)放(TL082)的6號引腳相連，另一端與雙運(yùn)放(TL082)的7號引腳相連，電容(C26)的兩端分別與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的REF端和IOUT端相連，作為去耦電容，電容(C25)一端與雙運(yùn)放(TL082)的8號引腳相連，另一端接地，作為濾波電容；電容(C24)一端與雙運(yùn)放(TL082)的4號引腳相連，另一端接地，作為濾波電容；電容(C28)的一端與D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的VREF端相連，另一端接地，作為濾波電容，D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路的功能為將D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的輸出轉(zhuǎn)換成雙極性電壓輸出，從而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，其輸出端(VIN)作為D/A轉(zhuǎn)換電路模塊的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于電機(jī)驅(qū)動電路模塊(500)由光電隔離放大電路(510)和電機(jī)驅(qū)動電路(520)組成，光電隔離放大電路(510)采用型號為ISO124的光耦線性隔離放大器(ISO124)，它的輸入(VIN)與D/A轉(zhuǎn)換運(yùn)放電路(420)的輸出連接，其輸出VOUT與電機(jī)驅(qū)動電路(520)的輸入連接，而電機(jī)驅(qū)動電路(520)采用型號為LM1875的功率放大芯片(LM1875)，穩(wěn)壓管(D1)和穩(wěn)壓管(D2)反向連接后一端與功率放大芯片(LM1875)的1號引腳相連，另一端接地。而電阻(R10)和(C12)相連后一端與功率放大芯片(LM1875)的4號引腳相連，另一端接地，電阻(R8)一端接功率放大芯片(LM1875)的2號引腳，另一端接地；電阻(R9)一端接功率放大芯片(LM1875)的2號引腳，另一端接功率放大芯片(LM1875)的4號引腳。電容(C8)、電容(C9)一端接功率放大芯片(LM1875)的5號引腳，另一端接地；電容(C10)、電容(C11)一端接功率放大芯片(LM1875)的3號引腳，另一端接地，電機(jī)驅(qū)動電路(520)的輸出端(OUT)為電機(jī)驅(qū)動電路模塊(500)的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，其特征在于單片機(jī)處理電路模塊(300)采用型號為AT89C52的單片機(jī)(AT89C52)，單片機(jī)的P0口(P0.0～P0.7)與D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832(410)的輸入端(DI0～DI7)相連，P1口(P1.0～P1.1)與USB總線接口芯片(CH372)的雙向數(shù)據(jù)總線接口(D0～D7)相連，P2.4引腳與USB總線接口芯片(CH372)的地址線輸入端(A0)相連，P3.6引腳分別與USB總線接口芯片(CH372)的讀選通輸入端(RD#)和D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832(410)的寫選通信號端(WR1和WR2)相連，P3.7引腳與USB總線接口芯片(CH372)的寫選通輸入端(WR#)相連，P3.2引腳與USB總線接口芯片(CH372)的中斷請求輸出端(INT#)相連，P2.7引腳與USB總線接口芯片(CH372)的片選控制輸入端(CS#)相連，P1.2引腳與模擬數(shù)據(jù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(MCP3204)的時(shí)鐘信號端(CLK)相連，P3.1引腳與模擬數(shù)據(jù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(MCP3204)的串行數(shù)據(jù)輸入端(DIN)相連，P2.6引腳與模擬數(shù)據(jù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(MCP3204)的片選/關(guān)斷端(CS/SHDN)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂的運(yùn)動控制裝置，由數(shù)據(jù)采集模塊，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)處理電路模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，電機(jī)驅(qū)動電路模塊及USB接口電路模塊組成，數(shù)據(jù)采集模塊的力信號輸出端和位置信號輸出端分別與二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與單片機(jī)處理電路模塊的輸入端連接，單片機(jī)處理電路模塊的輸出端經(jīng)USB接口電路模塊與病人端計(jì)算機(jī)的輸入端連接，計(jì)算機(jī)根據(jù)反饋信息輸出控制指令，經(jīng)USB接口電路模塊及單片機(jī)處理電路模塊輸出到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊的模擬信號由電機(jī)驅(qū)動電路模塊處理后輸至電機(jī)，用于控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)一對多的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練，合理地利用資源，優(yōu)化診療效果。
文檔編號B25J13/00GK1709660SQ200510040819
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者宋愛國, 李會軍, 劉威, 王理研, 賈冬菊, 官奕, 王慧敏, 張昊 申請人:東南大學(xué)