連接，所述第二直流電機33配置有第二碼盤32，所述第二碼盤32與所述微控制器I通信連接，所述第二驅(qū)動電路30與所述第二直流電機33之間接入第二電流采樣電路31，所述第二電流采樣電路31與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路28相連接。
[0028]更進一步的，如圖4所示的，所述機械執(zhí)行單元37包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動機構27以及用于粗調(diào)所述夾持平臺20的絲杠傳動機構34，所述第一直流電機26與所述齒輪傳動機構27相連接，所述第二直流電機33與所述絲杠傳動機構34相連接，所述齒輪傳動機構27、所述絲杠傳動機構34均與所述夾持平臺20相連接。
[0029]在本發(fā)明的另一較佳實施例中，如圖4所示的，所述氣壓傳動單元36包括氣源9，所述氣源9依次與油水分離器10、調(diào)壓閥11、油霧器12相連通，所述油霧器12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13、比例閥16、氣缸18，所述氣缸18與所述夾持平臺20相連接；所述氣囊調(diào)整氣路依次連通有兩位三通閥14、減壓閥17、壓力表19與氣囊21 ;所述五位三通閥13、所述兩位三通閥14均與所述微控制器I的第一可編程邏輯模塊8通信連接，所述第一可編程邏輯模塊8通過一數(shù)模接口 15與所述比例閥16通信連接，所述數(shù)模接口 15與所述微控制器I的串行總線相連接；所述比例閥16與所述氣缸18之間的所述驅(qū)動氣路、所述壓力表19與所述氣囊21之間的氣囊調(diào)整氣路均與所述微控制器I的模數(shù)接口通信連接。
[0030]更進一步的，如圖1所示的，所述開關單元包括激光傳感器開關3、限位開關4、控制開關5與腳踏開關6，所述激光傳感器開關3、所述限位開關4、所述控制開關5與所述腳踏開關6均與所述微控制器I的第二可編程邏輯模塊38通信連接；所述微控制器I配置有一觸摸屏7與一電源裝置2。
[0031]尤其是，本發(fā)明采用三環(huán)閉環(huán)算法控制驅(qū)動對應電機，如圖5所示，使位置環(huán)、速度環(huán)與電流環(huán)采用不同的PID參數(shù)，是其具有逼近任意非線性函數(shù)的能力，而且結構和學習算法簡單明確，通過神經(jīng)網(wǎng)絡自身的學習，可以找到某一最優(yōu)控制律下的PID參數(shù)。
[0032]本發(fā)明的控制系統(tǒng)的學習過程由正向傳播和反向傳播組成，在正向傳播過程中，輸入信息從輸入層經(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)。如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉(zhuǎn)入反向傳播，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經(jīng)元的權值，使誤差信號最小。其中PID控制器采用經(jīng)典增量式數(shù)字PID，其算法為:
[0033]Du (k) =Kp [e (k)—e (k—I) ] +Κχθ (k) +Kd [θ (k) ~2e (k—I) +e (k—2)]
[0034]上式中，Kp為比例系數(shù)，K1為積分系數(shù)，Kd為微分系數(shù)。
[0035]其具體的過程，如圖6所示的，所述微控制器I初始化，通過觸摸屏7等人機交互設備向所述微控制器I輸入向量與目標輸出量，然后得到隱含層、輸出層中各個節(jié)點的輸出參數(shù)，然后獲取目標輸出量與實際輸出量的偏差，得到反向偏差值，進行權值計算，然后判斷其學習過程是否結束，若為否，則重新獲取隱含層、輸出層中各個節(jié)點的輸出參數(shù)，計算上述偏差值；若為是，則結束學習過程。
[0036]本發(fā)明的控制系統(tǒng)使用時，根據(jù)輸入的參數(shù)以及相關數(shù)據(jù)控制全自動骨科牽引機器人，產(chǎn)生的拉力會通過骨折病人的小臂傳遞到其大臂、接著傳遞到所述夾持平臺20上，使所述夾持平臺20上部會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的趨勢，但在所述夾持平臺20之力傳感器的作用下，并不會實際產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。同時，當大夫?qū)Σ∪斯钦凼直圻M行正骨時，控制系統(tǒng)也可以實時判斷出大夫的出力大小，提供一個可靠的受力數(shù)字量，這樣控制系統(tǒng)就可以根據(jù)大夫的出力而對應調(diào)節(jié)所述夾持平臺20加力的大小，實現(xiàn)了全自動骨科牽引機器人的柔性調(diào)節(jié)，使控制過程更加智能，并且增加了設備的安全性。此外，采用三環(huán)閉環(huán)算法控制驅(qū)動對應電機，還可以使傷者的手臂在安全范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進而調(diào)整手臂的方向位置，使患者免受傷害，進一步豐富了機器的功能，免去了多余的人力勞動。
[0037]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一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；所述微控制器設置有一開關單元，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。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，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。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機械執(zhí)行單元包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動機構以及用于粗調(diào)所述夾持平臺的絲杠傳動機構，所述第一直流電機與所述齒輪傳動機構相連接，所述第二直流電機與所述絲杠傳動機構相連接，所述齒輪傳動機構、所述絲杠傳動機構均與所述夾持平臺相連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，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。
5.根據(jù)權利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關單元包括激光傳感器開關、限位開關、控制開關與腳踏開關，所述激光傳感器開關、所述限位開關、所述控制開關與所述腳踏開關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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了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，其中，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，所述機械執(zhí)行單元與所述夾持平臺相連接；而開關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)行單元形成傳播神經(jīng)網(wǎng)絡。本發(fā)明提供的全自動骨科牽引機器人具有自動化、安全、易操作和高效率的優(yōu)點。
【IPC分類】A61F5-042, A61B17-56
【公開號】CN104622550
【申請?zhí)枴緾N201310562977
【發(fā)明人】楊奇峰, 周永強, 鄒風山, 徐方, 劉世昌, 褚明杰
【申請人】沈陽新松機器人自動化股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月13日