基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统设计

发布时间：2024-06-06 03:01

　　针对目前下肢康复机器人控制系统设计时,存在的参数配置复杂、忽略踝关节的康复训练等问题,提出了一种基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统。根据下肢关节机械结构非线性运动,采用极点配置算法设计控制器,通过z变换对设计的控制器进行离散化处理,在以ARM—M3为内核的STM32微控制器中实现位置闭环控制。STM32微控制器通过串口协议与上位机通信,实现触摸屏控制微处理器,从而控制下肢康复机器人的运动模式。并实时地把各关节的角度信号和作用力信号传输到上位机进行曲线显示。实验对8名被测者在不同减重比下的被动行走训练进行测试,通过分析关节角度曲线和关节驱动力曲线,该控制系统能够实现下肢康复机器人在不同康复训练模式下协调平稳的控制。并能满足一定康复训练要求。

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【部分图文】：

康复机器人的控制系统硬件结构主要有下肢关节机械结构、直流伺服电机、驱动器、控制器、角度传感器、拉压力传感器和上位机等组成。如图1(a)为左膝关节的机械结构图。关节角度传感器安装与运动关节同轴，用于实时监测关节角度，并传给控制器形成闭环控制。拉压力传感器安装在滚珠丝杠末端，用于监测....

如图2所示，机器人控制器通过RS—232串口通信来实现数据信息交互。一方面上位机给控制器发送指令来设置康复训练模式;另一方面，控制器通过串口通信把处理后的位置信号和力信号实时发送给上位机，并在上位机上以曲线的形式显示。STM32微控制器通过模拟端口采集各关节的位置信号和力信号，经....

图3为拉压力传感器放大电路。由于微处理器的模拟输入端口只能接收0～3.3V的电压。而拉压力传感器输出-5～5V双极性电压，因此需要外部放大电路转换处理后才能被微处理器接收。图中选用的OP4177芯片为4通道放大器电路，具有低漂移、低功耗、低噪声等特性，并且输出稳定，无需外部补....

上肢康复机器人控制系统总共控制6个关节协调运动，共6个直流伺服电机，均采用以极点配置控制算法为核心的闭环控制。极点配置法相对于PID控制来说设定参数简单。由于6个关节控制原理相似，本文以具有代表性的左膝关节作为主要阐述。康复机器人左膝关节闭环控框图如图4所示。系统的微控制器输出的....

本文编号：3990208