一種基于STM32的力反饋型康復機器人控制系統設計

康復醫療機器人不僅是當前機器人研究的前沿，而且是涉及自動控制、計算機、智能儀器、機械學、康復醫學、神經科學等跨學科的研究領域，是一個新興學科?？祻歪t療機器人的研究具有重要的科學意義?；谏现祻陀柧毜囊?，筆者研制一種基于STM32的力反饋型上肢康復訓練系統。在設計控制系統時，保證系統的安全性與穩定性是最基本的原則⑷。為了避免在突發情況下對患肢造成二次損傷，通常采用限定機器人末端和受訓患肢之間作用力大小的辦法。經過實驗驗證，本系統設計合理，性能穩定，可以實現康復機器人的平穩控制，具有的力反饋功能可以在保證系統安全性的前提下充分激發患者殘存的功能。

1、上肢康復機器人系統構成

上肢康復機器人的機械臂是關于軸心對稱的，能夠繞軸心進行反復的弧線運動，既可以由計算機控制訓練，也可以由治療師直接操作機器人引導患者進行訓練。圖1為該上肢康復訓練機器人的實物。

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圖1單自由度上肢康復訓練機器人

該機器人系統主要由機械臂機械結構、電機、位置傳感器、扭矩傳感器、電機驅動器、機器人控制器和上位機組成，系統框圖如圖2所示。扭矩傳感器、驅動電機和位置傳感器沿機械臂軸心依次放置。位置傳感器用于檢測機械臂的運動角度;扭矩傳感器用于檢測患者與機械臂的交互作用力，在患者主動能力不足時提供更大的輔助，而在患者有能力完成動作時，適當減小輔助甚至施加阻力，以便充分激發患者殘存的功能;電機驅動器，用于產生康復訓練的輔助力或阻尼力，推動或是阻礙機械臂和患肢的運動。

圖2單自由度的上肢康復訓練機器人系統框圖

機器人控制器通過USB接口與上位機實現數據交換，一方面控制電路接收上位機發送來的控制信息，解析上位機命令控制電機驅動器;另一方面，機器人控制器將采集到的扭矩傳感器和位置傳感器數據發送到上位機?？祻歪t師可根據上位機人機交互界面顯示的{言息’對患者的康復訓練情況進行定量的科學分析與評價，滅者細膝卿計耀供決策依據。