基于单片机的上下肢康复训练机器人

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1、文章编号:1674-7070(2011)05-0408-06基于单片机的上下肢康复训练机器人11谷士鹏宋爱国摘要0引言介绍了一种基于单片机的上下肢训练机器人．首先介绍了它的机械设计和目前，我国和世界许多国家一样，正逐步步入老龄化社会，在老控制系统设计．上下肢康复训练机器人龄人群中有大量的脑血管病或神经系统疾病患者，这类患者多数有由SSU7301单片机控制直流电机系统，由C8051F320单片机负责与上位机的偏瘫症状，同时，因交通事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也USB通信部分，两部分之间通过串口通越来越多．这两类患者除了早期的手

2、术治疗和必要的药物治疗外，科信．它可在一台康复训练机器人上实现学的康复训练对于肢体损伤治疗的后期运动功能恢复起到非常重要上、下肢的康复训练，并有被动模式和主［1］动模式2种训练方式，主、被动模式能实的作用．传统的康复程序依赖于治疗师的经验与徒手操作技术，然现自动切换．最后给出了上下肢训练机而随着病人数目迅速增大，节省治疗时间越来越成为关注的问题．在器人产品实例和实验结果，经过试验验这种背景下，康复训练机器人应运而生，它的主要功能是代替治疗师证，该机器人设计合理，性能稳定，实现了上下肢的康复训练．帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，如

3、行走训练、手臂运动训练关键词等．自从英国的MikeTopping公司于1987年推出世界上第1台商业上下肢训练机器人;单片机;电路用途的康复机器人Handy1，康复训练机器人的研究获得了巨大的发控制展．康复训练机器人技术是一项国际前沿技术，虽然它的历史很短，中图分类号TP242.3［2］但发展的速度却很快，不断有新的研究成果出现．近年来，虽然国文献标志码A内有分别针对上、下肢的康复训练机器人出现，但是能同时完成上下肢康复训练的机器人却鲜有问世．基于此，本文针对上下肢康复训练的要求，研制了一款上下肢康复训练机器人，并有USB接口与上位

4、机通信，以便后期的网络化［3］改造．1系统机械结构及工作原理根据已广泛应用于临床的CPM(ContinuousPassiveMotion)理论，即滑膜关节持续被动活动理论，康复训练机器人的设计应遵循2种设［4］计原则．1)解剖学设计．支撑并推动关节按其自然运动形式活动，在技术收稿日期2011-08-26上可使支撑带动关节接近生理活动．资助项目国家863计划(2008AA040202);江苏省自然科学基金重点项目(BK2010063)2)随意联动设计．通过牵动关节周围组织运动，使关节按其固有作者简介的运动轨迹活动．谷士鹏，男，硕士生，

5、研究方向为康复训练机器人和空间机器人．seufyloe@126．com解剖学设计可使患者更舒适，而随意联动则考虑到机械实现简宋爱国(通信作者)，男，博士后，主要从单和使用方便，更易帮助患者进行康复训练．因此上下肢康复训练机事测控技术和智能仪器等方面的研究和教学工作．a．g．song@seu．edu．cn器人的设计采用随意联动设计，通过运动臂的运动分别牵引上、下肢做大范围的康复训练．上下肢康复机器人的机械结构如图1所示，其1东南大学仪器科学与工程学院，南京，210096主要结构见图1中1—11．学报:自然科学版，2011，3(5):4

6、08-413JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology:NaturalScienceEdition，2011，3(5):408-4134091—训练器主体，2、5—运动臂，3—控制面板及LED显示模块，4—齿轮，6—电机，7—电机控制模块，8—床边固定件，9—墙体固定件，10—电源，11—USB通信模块．图1上下肢康复机器人机械结构Fig．1Themechanicalstructureofupperandlowerlimbsrehabilitationtra

7、iningrobot图1中，电源10为电机6提供24V工作电压，电机6经过减速器和一个链传动带动齿轮轴4转图2总体控制方案动，在齿轮轴4的两端有2个运动臂2和5，它们的Fig．2Theoverallcontrolscheme［5］位置相差180°，以保证患者在被动模式下运动时最大限度地被运动臂牵引．当2个运动臂安装有2单片机，以标准8052CPU为核心，外围集成了A/D转个运动手柄时，患者就可以在运动手柄的带动下进换器、PWM、SPWM、看门狗定时器和LCD驱动器等多行上肢康复训练，而当2个运动臂安装有2个运动种功能，内置8KB的闪

8、速存储器．总体来说，SSU7301脚踏时，患者就可以在进行相应的下肢康复训练．单片机性能优良，资源丰富，应用方便，完全满足上下肢康复训练机器人电机控制电路设计要求．2控制系统设计采用单片机PWM调制方式对电机进行控制，驱上下肢康复训练