一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種骨科輔助牽引裝置的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在醫(yī)院對前臂骨折進(jìn)行正骨主要還是靠醫(yī)生進(jìn)行操作，一個醫(yī)生對前臂進(jìn)行牽弓丨，另一位醫(yī)生進(jìn)行正骨，由于正骨時間比較長，因此牽引的醫(yī)生會非常累，這樣就推動了骨科牽引設(shè)備的產(chǎn)生。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，通常的骨科輔助牽引裝置有的利用轉(zhuǎn)輪帶動絲桿轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)對患者手臂的牽引；有的利用機械式氣泵，通過手捏所述機械式氣泵調(diào)節(jié)可伸縮式氣缸的伸縮，以實現(xiàn)對患者手臂的牽引。上述骨科輔助牽引裝置的缺點是對患者手臂牽引所使用的力度不夠精準(zhǔn)，并且醫(yī)生在進(jìn)行正骨、接骨、打石膏等操作的同時還需要騰出手來調(diào)整牽引的力度，影響了醫(yī)生的治療。
[0004]目前，國內(nèi)外在小臂骨折治療自動化方面的研究主要集中在智能化程度較高，甚至能完全替代醫(yī)生工作的全自動化醫(yī)療機器人。但是這種機器人結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，安全保護(hù)措施少，可靠性不易保證，幾乎無法臨床應(yīng)用。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)醫(yī)生在正骨的過程中牽引手有一定角度的旋轉(zhuǎn)功能，降低醫(yī)生的勞動強度。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)，其包括微控制器與夾持平臺，其特征在于，所述微控制器分別與電機驅(qū)動單元、氣壓傳動單元通信連接，所述電機驅(qū)動單元、所述氣壓傳動單元均與全自動骨科牽引機器人的機械執(zhí)行單元相連接，所述氣壓傳動單元與所述夾持平臺相連接，所述機械執(zhí)行單元與所述夾持平臺相連接；所述電機驅(qū)動單元用于控制所述機械執(zhí)行單元產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動單元用于控制所述夾持平臺產(chǎn)生拉伸力與夾持力；所述微控制器設(shè)置有一開關(guān)單元，用于控制所述電機驅(qū)動單元、所述氣壓傳動單元的運行狀態(tài)；所述微控制器、所述電機驅(qū)動單元、所述氣壓傳動單元與所述機械執(zhí)行單元形成一傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0009]所述的控制系統(tǒng)，其中，所述電機驅(qū)動單元包括第一隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與第二隔離電路，所述第一隔離電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述第二隔離電路均與所述微控制器通信連接，所述第一隔離電路與第一驅(qū)動電路相連接，所述第一驅(qū)動電路與第一直流電機相連接，所述第一直流電機與所述機械執(zhí)行單元相連接，所述第一直流電機配置有第一碼盤，所述第一碼盤與所述微控制器通信連接，所述第一驅(qū)動電路與所述第一直流電機之間接入第一電流采樣電路，所述第一電流采樣電路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接；所述第二隔離電路與第二驅(qū)動電路相連接，所述第二驅(qū)動電路與第二直流電機相連接，所述第二直流電機與所述機械執(zhí)行單元相連接，所述第二直流電機配置有第二碼盤，所述第二碼盤與所述微控制器通信連接，所述第二驅(qū)動電路與所述第二直流電機之間接入第二電流采樣電路，所述第二電流采樣電路與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連接。
[0010]所述的控制系統(tǒng)，其中，所述機械執(zhí)行單元包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動機構(gòu)以及用于粗調(diào)所述夾持平臺的絲杠傳動機構(gòu)，所述第一直流電機與所述齒輪傳動機構(gòu)相連接，所述第二直流電機與所述絲杠傳動機構(gòu)相連接，所述齒輪傳動機構(gòu)、所述絲杠傳動機構(gòu)均與所述夾持平臺相連接。
[0011]所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氣壓傳動單元包括氣源，所述氣源依次與油水分離器、調(diào)壓閥、油霧器相連通，所述油霧器分別與驅(qū)動氣路、氣囊調(diào)整氣路相連通，所述驅(qū)動氣路依次連通有五位三通閥、比例閥、氣缸，所述氣缸與所述夾持平臺相連接；所述氣囊調(diào)整氣路依次連通有兩位三通閥、減壓閥、壓力表與氣囊；所述五位三通閥、所述兩位三通閥均與所述微控制器的第一可編程邏輯模塊通信連接，所述第一可編程邏輯模塊通過一數(shù)模接口與所述比例閥通信連接，所述數(shù)模接口與所述微控制器的串行總線相連接；所述比例閥與所述氣缸之間的所述驅(qū)動氣路、所述壓力表與所述氣囊之間的氣囊調(diào)整氣路均與所述微控制器的模數(shù)接口通信連接。
[0012]所述的控制系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)單元包括激光傳感器開關(guān)、限位開關(guān)、控制開關(guān)與腳踏開關(guān)，所述激光傳感器開關(guān)、所述限位開關(guān)、所述控制開關(guān)與所述腳踏開關(guān)均與所述微控制器的第二可編程邏輯模塊通信連接；所述微控制器配置有一觸摸屏與一電源裝置。
[0013]本發(fā)明提供的一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個大夫就能夠獨立完成正骨工作的效果，不僅解決了醫(yī)生正骨過程中必須有兩個大夫相互配合工作的難題，并且實現(xiàn)了柔性控制，能夠密切地與大夫進(jìn)行配合，大大提高了正骨過程的安全性，降低了醫(yī)生的勞動強度，并且本發(fā)明具有逼近任意非線性函數(shù)的能力，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身的學(xué)習(xí)，可以找到某一最優(yōu)控制律下的PID參數(shù)，在正向傳播過程中從輸入層經(jīng)隱含層逐層處理，并傳向輸出層，每層神經(jīng)元(節(jié)點)的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)，提高了全自動骨科牽弓I機器人操作的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明中微控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明中電機驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中機械執(zhí)行單元與氣壓傳動單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明中電機驅(qū)動單元之三環(huán)控制的流程示意圖；
[0019]圖6是本發(fā)明中控制系統(tǒng)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于全自動骨科牽引機器人的控制系統(tǒng)，其包括微控制器I與夾持平臺20，并且所述微控制器I分別與電機驅(qū)動單元35、氣壓傳動單元36通信連接，所述電機驅(qū)動單元35、所述氣壓傳動單元36均與全自動骨科牽引機器人的機械執(zhí)行單元37相連接，所述氣壓傳動單元36與所述夾持平臺20相連接，所述電機驅(qū)動單元35用于控制所述機械執(zhí)行單元37產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動單元35用于控制所述夾持平臺20產(chǎn)生拉伸力與夾持力，所述機械執(zhí)行單元37與所述夾持平臺20相連接；所述微控制器I設(shè)置有一開關(guān)單元，用于控制所述電機驅(qū)動單元35、所述氣壓傳動單元36的運行狀態(tài)，所述微控制器1、所述電機驅(qū)動單元35、所述氣壓傳動單元36與所述機械執(zhí)行單元37形成一傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0022]所述微控制器I根據(jù)外部指令，完成拉伸、偏轉(zhuǎn)、夾持等動作的協(xié)調(diào)控制及與外部設(shè)備的通信。
[0023]所述電機驅(qū)動單元35用以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，通過機械執(zhí)行單元37帶動所述夾持平臺20實現(xiàn)腕部的偏轉(zhuǎn)運動。所述微控制器I根據(jù)外部指令，同時結(jié)合電機碼盤讀數(shù)值及電流采樣值，發(fā)出電機動作指令，經(jīng)隔離電路進(jìn)行電氣隔離后，完成電機的驅(qū)動控制。在此期間，一旦檢測到異常，比如出現(xiàn)過流、過壓、過溫等情況以及超過有效的限位開關(guān)值，立即停止對應(yīng)電機運動，以防對病人造成傷害。
[0024]所述氣壓傳動單元35主要實現(xiàn)拉伸力和夾持力的調(diào)整。氣壓經(jīng)過凈化處理后，一路經(jīng)過五位三通閥13在比例閥16的調(diào)壓控制下，作用在汽缸上，實現(xiàn)了拉伸力的調(diào)整；另一路經(jīng)過兩位三通閥14后，在控制指令作用下，實現(xiàn)氣囊21的充氣和放氣。
[0025]所述機械執(zhí)行單元37主要包括齒輪傳動機構(gòu)27和絲杠傳動機構(gòu)34兩部分。電機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過所述齒輪傳動機構(gòu)27的減速增扭后，控制所述夾持平臺20的偏轉(zhuǎn)運動；此外，粗調(diào)電機的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過絲杠傳動機構(gòu)34后，旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，控制所述夾持平臺20位置的粗調(diào)。
[0026]為了更進(jìn)一步描述本發(fā)明的方案，以下進(jìn)行更為詳盡的說明。
[0027]如圖3所示的，所述電機驅(qū)動單元35包括第一隔離電路22、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路28與第二隔離電路29，所述第一隔離電路22、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路28與所述第二隔離電路29均與所述微控制器I通信連接，所述第一隔離電路22與第一驅(qū)動電路23相連接，所述第一驅(qū)動電路23與第一直流電機26相連接，所述第一直流電機26與所述機械執(zhí)行單元37相連接，所述第一直流電機26配置有第一碼盤25，所述第一碼盤25與所述微控制器I通信連接，所述第一驅(qū)動電路23與所述第一直流電機26之間接入第一電流采樣電路24，所述第一電流采樣電路24與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路28相連接；所述第二隔離電路29與第二驅(qū)動電路30相連接，所述第二驅(qū)動電路30與第二直流電機33相連接，所述第二直流電機33與所述機械執(zhí)行單元37相