一種用于全自動(dòng)骨科牽引機(jī)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(dòng)骨科牽引機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在醫(yī)院對(duì)前臂骨折進(jìn)行正骨主要還是靠醫(yī)生進(jìn)行操作，一個(gè)醫(yī)生對(duì)前臂進(jìn)行牽弓丨，另一位醫(yī)生進(jìn)行正骨，由于正骨時(shí)間比較長(zhǎng)，因此牽引的醫(yī)生會(huì)非常累，這樣就推動(dòng)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(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者手臂的牽引；有的利用機(jī)械式氣泵，通過手捏所述機(jī)械式氣泵調(diào)節(jié)可伸縮式氣缸的伸縮，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者手臂的牽引。上述骨科輔助牽引裝置的缺點(diǎn)是對(duì)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(shí)還需要騰出手來(lái)調(diào)整牽引的力度，影響了醫(yī)生的治療。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外在小臂骨折治療自動(dòng)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(dòng)化醫(yī)療機(jī)器人。但是這種機(jī)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(wú)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(dòng)骨科牽引機(jī)器人的控制系統(tǒng)，以實(shí)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(dòng)強(qiáng)度。
[0007]為實(shí)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(dòng)骨科牽引機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其包括微控制器與夾持平臺(tái)，其特征在于，所述微控制器分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、氣壓傳動(dòng)單元通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元均與全自動(dòng)骨科牽引機(jī)器人的機(jī)械執(zhí)行單元相連接，所述氣壓傳動(dòng)單元與所述夾持平臺(tái)相連接，所述機(jī)械執(zhí)行單元與所述夾持平臺(tái)相連接；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于控制所述機(jī)械執(zhí)行單元產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動(dòng)單元用于控制所述夾持平臺(tái)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(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元的運(yùn)行狀態(tài)；所述微控制器、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元與所述機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路相連接，所述第一驅(qū)動(dòng)電路與第一直流電機(jī)相連接，所述第一直流電機(jī)與所述機(jī)械執(zhí)行單元相連接，所述第一直流電機(jī)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(dòng)電路與所述第一直流電機(jī)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(dòng)電路相連接，所述第二驅(qū)動(dòng)電路與第二直流電機(jī)相連接，所述第二直流電機(jī)與所述機(jī)械執(zhí)行單元相連接，所述第二直流電機(jī)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(dòng)電路與所述第二直流電機(jī)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(jī)械執(zhí)行單元包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于粗調(diào)所述夾持平臺(tái)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第一直流電機(jī)與所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述第二直流電機(jī)與所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均與所述夾持平臺(tái)相連接。
[0011]所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氣壓傳動(dòng)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(dòng)氣路、氣囊調(diào)整氣路相連通，所述驅(qū)動(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)骨科牽引機(jī)器人的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)大夫就能夠獨(dú)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(gè)大夫相互配合工作的難題，并且實(shí)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(dòng)強(qiáng)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(diǎn))的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)，提高了全自動(dòng)骨科牽弓I機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中機(jī)械執(zhí)行單元與氣壓傳動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明中電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)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(dòng)骨科牽引機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其包括微控制器I與夾持平臺(tái)20，并且所述微控制器I分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元35、氣壓傳動(dòng)單元36通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元35、所述氣壓傳動(dòng)單元36均與全自動(dòng)骨科牽引機(jī)器人的機(jī)械執(zhí)行單元37相連接，所述氣壓傳動(dòng)單元36與所述夾持平臺(tái)20相連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元35用于控制所述機(jī)械執(zhí)行單元37產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動(dòng)單元35用于控制所述夾持平臺(tái)20產(chǎn)生拉伸力與夾持力，所述機(jī)械執(zhí)行單元37與所述夾持平臺(tái)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(jī)驅(qū)動(dòng)單元35、所述氣壓傳動(dòng)單元36的運(yùn)行狀態(tài)，所述微控制器1、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元35、所述氣壓傳動(dòng)單元36與所述機(jī)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(dòng)作的協(xié)調(diào)控制及與外部設(shè)備的通信。
[0023]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元35用以產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，通過機(jī)械執(zhí)行單元37帶動(dòng)所述夾持平臺(tái)20實(shí)現(xiàn)腕部的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述微控制器I根據(jù)外部指令，同時(shí)結(jié)合電機(jī)碼盤讀數(shù)值及電流采樣值，發(fā)出電機(jī)動(dòng)作指令，經(jīng)隔離電路進(jìn)行電氣隔離后，完成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。在此期間，一旦檢測(cè)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(duì)應(yīng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，以防對(duì)病人造成傷害。
[0024]所述氣壓傳動(dòng)單元35主要實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)氣囊21的充氣和放氣。
[0025]所述機(jī)械執(zhí)行單元37主要包括齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)27和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34兩部分。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)27的減速增扭后，控制所述夾持平臺(tái)20的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；此外，粗調(diào)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34后，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，控制所述夾持平臺(tái)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路23相連接，所述第一驅(qū)動(dòng)電路23與第一直流電機(jī)26相連接，所述第一直流電機(jī)26與所述機(jī)械執(zhí)行單元37相連接，所述第一直流電機(jī)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(dòng)電路23與所述第一直流電機(jī)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(dòng)電路30相連接，所述第二驅(qū)動(dòng)電路30與第二直流電機(jī)33相連接，所述第二直流電機(jī)33與所述機(jī)械執(zhí)行單元37相