[發明專利]一種用于人體指關節助力及康復設備的運動控制器

在審

• 申請號: 201811399175.9
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109498365A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 廖敏;趙甫;張凌云;張隆龍;張諾舟;李海
• 申請（專利權）人: 北京計算機技術及應用研究所;北京保利健醫藥技術發展有限責任公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了一種用于人體指關節助力及康復設備的運動控制器，包括主控部件MCU、信號調理電路、電流采樣電路、H橋驅動電路、上位機、壓力傳感器和液晶顯示屏，所述主控部件MCU采用STM32F103VC芯片；信號調理電路由濾波電路和運算放大電路組成，用于接收壓力傳感器的壓力反饋信號，并對壓力反饋信號進行調理；電流采樣電路用于實現電機電流采樣，并將采樣的電流信號轉換成電壓信號；H橋驅動電路依據PWM信號導通或關斷MOSFET，改變施加在電機兩端的電壓，實現電機的運動控制；液晶顯示屏用于實現人機交互。上述運動控制器簡化了電路設計，使整機系統輕巧便攜、操作簡單，從而方便使用。

技術領域

本發明涉及指關節康復設備技術領域，尤其涉及一種用于人體指關節助力及康復設備的運動控制器。

背景技術

目前，可穿戴式智能人體指關節助力及康復設備主要用于手部不協調患者的康復訓練和手部力量衰減的老年人的助力，其中運動控制器是可穿戴式智能人體指關節助力及康復設備的核心組成部分，一般由控制部分、驅動部分和人機交互部分組成，主要實現可穿戴式智能人體指關節助力及康復設備末端執行器的運動控制。

現有技術的運動控制器一般采用分層控制策略，由底層控制系統和頂層控制系統組成，底層控制系統負責具體控制，采用FPGA作為核心處理器。FPGA控制5個電機，同時完成傳感器和編碼器數據的采集和傳輸，數據上傳時，FPGA將采集到的數據打包后通過LVDS發送給頂層控制系統，同樣來自頂層的控制命令下行發送給底層，由它解包分配控制命令；頂層控制系統負責級別比較高的控制，使用了適合密集型計算和多任務處理的異構雙處理器構成系統，使其分別承擔兩類任務，并通過一種處理器獨有的HPI總線通訊方式完成兩處理器之間的數據傳輸，上述控制系統的方案較為復雜，導致體積較大，操作復雜，需要專業人員進行輔助，不適合居家使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于人體指關節助力及康復設備的運動控制器，該運動控制器簡化了電路設計，使整機系統輕巧便攜、操作簡單，從而方便使用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于人體指關節助力及康復設備的運動控制器，所述運動控制器包括主控部件MCU、信號調理電路、電流采樣電路、H橋驅動電路、上位機、壓力傳感器和液晶顯示屏，其中：

所述主控部件MCU采用STM32F103VC芯片，該芯片采用Cortex-M3內核，集成了定時器、脈沖寬度調制PWM、通用異步收發傳輸器UART、串行外設接口SPI、控制器局域網絡CAN、通用串行總線USB、數模轉換模塊D/A、模數轉換模塊A/D；

所述主控部件MCU用于分析并處理來自所述壓力傳感器的信號，根據分析結果輸出信號給所述H橋驅動電路，根據所述電流采樣電路輸出的信號控制電機輸出恒定力矩；通過SPI模塊與所述液晶顯示屏通信，實現參數的讀寫；通過UART模塊與所述上位機通信，實現相關信息的上傳；

所述信號調理電路由濾波電路和運算放大電路組成，用于接收壓力傳感器的壓力反饋信號，并對壓力反饋信號進行調理，并將調理后的信號輸入至所述主控部件MCU的模數轉換模塊A/D中；同時用于所述電流采樣電路輸出電流信號的調理，并將調理后的信號輸入至所述主控部件MCU的模數轉換模塊A/D；

所述電流采樣電路用于實現電機電流采樣，并將采樣的電流信號轉換成電壓信號，經過所述信號調理電路調理后輸入至所述主控部件MCU的模數轉換模塊A/D；

所述H橋驅動電路依據PWM信號導通或關斷MOSFET，改變施加在電機兩端的電壓，實現電機的運動控制；

所述上位機通過UART串口與所述主控部件MCU通信，實現康復數據的上傳；