一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统及方法，涉及康复技术领域，包括：工控机、CAN收发芯片、单片机、MOS驱动、MOS管、220V交流电、整流桥、直流电机、数据采集器；工控机与单片机通过CAN收发芯片连接，单片机与MOS驱动连接，MOS驱动与MOS管连接，220V交流电与整流桥连接，整流桥与MOS管连接，MOS管与直流电机连接，直流电机与数据采集器连接，数据采集器与单片机连接，直流电机驱动跑步机进行工作。本发明专利技术的优点在于：能够高速实时控制直流电机的转速，从而实时控制跑步机的速度，且成本低，有效避免信号间的干扰。所采用的控制方法效率更高，控制效果更好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统及方法
本专利技术涉及康复
，更具体涉及一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统及方法。
技术介绍
在现生活中，下肢康复机器人是一种运动训练的机器人，它通过模拟真人的步态来实现对下肢瘫痪病人的康复训练。一般的下肢康复机器人，在训练的过程中，除了机械腿协助下肢的步态训练，还有一个重要的设备就是配合步态用的跑步机，康复用的这类跑步机，运行的速度相比一般的跑步机慢，但是要求实时控制跑步机的速度，使其与下肢机械腿的速度一致。一般下肢康复机器人的设计思路是所有电机均采用伺服电机，可以精确的控制机械腿各关节的运动，所有电机通过网络总线连接，由工控同时控制，从而实现各关节的协调运动。现有技术中，跑步机一般采用51单片机来控制，51单片机价格便宜，性能也稳定，但是跑步机一般是预先设定好不同的速度，通过按键来选择，则不能和工控机之间通信，从而并不能够实现实时调整下肢康复机器人对于跑步机的速度的要求，随时与机械腿的摆动速度保持一致。跑步机中也需要电机来带动跑步机来运动，而伺服电机成本高。因此需要一种低成本实时性高的跑步机来训练下肢康复机器人的，从而帮助下肢瘫痪的病人。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于实时性较差，成本高，提供一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统及方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，包括：工控机、CAN收发芯片、单片机、MOS驱动、MOS管、交流电、整流桥、直流电机、数据采集器；所述工控机与所述单片机通过所述CAN收发芯片连接，所述单片机与所述MOS驱动连接，所述MOS驱动与所述MOS管连接，所述交流电与所述整流桥连接，所述整流桥与所述MOS管连接，所述MOS管与所述直流电机连接，所述直流电机与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述单片机连接，所述直流电机驱动跑步机进行工作。优选的，还包括两个隔离器，所述两个隔离器包括第一隔离器(1)，第二隔离器(2)；所述MOS驱动通过所述第一隔离器(1)与所述单片机连接，所述数据采集器通过所述第二隔离器(2)与所述单片机连接。优选的，所述两个隔离器都选用光耦，第一隔离器(1)选用TLP715，第二隔离器(2)选用EL817。优选的，所述单片机选用STM32F103CBT6，所述CAN收发芯片选用TJA1050，TJA1050的引脚1和引脚4分别通过电阻R1和电阻R4与STM32F103CBT6的引脚33和引脚32连接；通过STM32F103CBT6的第一输入输出端口控制所述交流电接通与断开，通过STM32F103CBT6的第二输入输出端口接收所述数据采集器所采集的数据，通过STM32F103CBT6的第三输入输出端口接收给所述MOS驱动传输指令。优选的，所述TJA1050的引脚2通过电阻R2接地，所述TJA1050的引脚3通过电阻R3接第一电源V1，所述TJA1050的引脚6与CAN总线保护器NUP2105LT的2脚和电感L1连接，所述TJA1050的引脚7与CAN总线保护器NUP2105LT的1脚和电感L2连接，CAN总线保护器NUP2105LT的3脚接地，所述TJA1050的引脚8与电阻R5和电阻R6连接，电阻R5另一端接地，电阻R6另一端与第二电源V2连接，电感L1的另一端和电感L2的另一端分别与电阻R7的一端连接，电感L1和电感L2的另一端分别接CAN收发芯片的通信接口的CANH和CANL。优选的，所述数据采集器包括光电门传感器、第三电源V3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2、开关管M2、电阻R10；第三电源V3与电阻R11、电阻R12和电阻R13进行连接，电阻R11、电阻R12和电阻R13进行并联且与电容C1和光电门传感器的引脚2连接，电阻R11的另一端与开关管M2的引脚1连接，电阻R12的另一端与开关管M2的引脚3和电阻R10连接，开关管M2的引脚2接地，光电门传感器的引脚1与电阻R13的另一端和电容C2和连接，开关管M2的引脚3与STM32F103CBT6的引脚10的输入输出端口连接，电容C1和电容C2的另一端都接地，光电门传感器的引脚3接地；所述光电门传感器与所述直流电机进行连接。优选的，所述整流桥选用GBJ2510，所述MOS管选用MGD623S，GBJ2510的引脚1与MGD623S的引脚2连接，GBJ2510的引脚4与电容C3的负极连接，电容C3的正极与电阻R18连接，电阻R18的另一端与电容C4连接，电容C4的另一端与MGD623S的引脚3和二极管D2的负极连接，MGD623S的引脚1与MOS驱动、电阻R19和二极管D1的负极连接，二极管D1的正极和电阻R19的另一端都接地，MGD623S的引脚3与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与电阻R20、电容C5和直流电机的负极连接，电阻R20和电容C5的另一端与直流电机的正极连接。优选的，所述MOS驱动选用IR2101S，IR2101S的引脚5与MGD623S的引脚1通过电阻R23进行连接。一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速方法，包括：单片机通过CAN收发芯片接收工控机发送的指令，所述指令包括要求速度；通过数据采集器将所采集的实际速度传输给单片机，所述单片机将所述要求速度与实际速度进行比较；若要求速度与实际速度不相同，则通过单片机的输入输出端口将满足要求速度的指令发送给MOS驱动，所述MOS驱动接收到要求速度的指令后，控制所述MOS驱动的信号发生改变；根据所述MOS驱动的信号控制MOS管的通断；将交流电的电压通过整流桥传输到MOS管；根据所述MOS管的通断控制供给直流电机的电压，从而实现控制直流电机的转速，使得直流电机的转速满足要求速度；通过数据采集器采集所述直流电机的转速的数据，并将所采集的所述直流电机的转速的数据传输到单片机；所述单片机将接收到的所述直流电机的转速的数据传输到所述工控机，使得所述工控机中的上位机实时读取跑步机速度。优选的，还包括：通过第一隔离器(1)将工控机、CAN收发芯片和单片机所产生的弱电信号与交流电、整流桥、MOS管、MOS驱动所产生的强电信号进行隔离；通过第二隔离器(2)将工控机、CAN收发芯片和单片机所产生的弱电信号与交流电、整流桥、MOS管、直流电机和数据采集器所产生的强电信号进行隔离。本专利技术相比现有技术具有以下优点：1、本专利技术中单片机通过CAN收发芯片接收工控机发送的要求速度，通过数据采集器将所采集的实际速度传输给单片机，单片机将要求速度与实际速度进行比较，通过调整MOS驱动的控制信号，使得MOS管的通断发生改变，从而控制直流电机的电压，使得直流电机的速度满足要求速度，因此能够实时控制跑步机的速度。2、本专利技术中跑步机调速系统所用的电机是直流电机，其中，直流电机的成本低，从而有效的降低了系统的成本。3、本专利技术中工控机的控制信号与交流电压的直流信号利用隔离器将控制信号的弱电与驱动信号中的强电进行隔离，有效的避免了高低压之间的信号干扰。4、本专利技术中所采用的控制方法效率更高，控制效果更好。附图说明图1是本专利技术实施例一的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例一的一种基于下肢康复机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，包括：工控机、CAN收发芯片、单片机、MOS驱动、MOS管、交流电、整流桥、直流电机、数据采集器；所述工控机与所述单片机通过所述CAN收发芯片连接，所述单片机与所述MOS驱动连接，所述MOS驱动与所述MOS管连接，所述交流电与所述整流桥连接，所述整流桥与所述MOS管连接，所述MOS管与所述直流电机连接，所述直流电机与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述单片机连接，所述直流电机驱动跑步机进行工作。

【技术特征摘要】
1.一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，包括：工控机、CAN收发芯片、单片机、MOS驱动、MOS管、交流电、整流桥、直流电机、数据采集器；所述工控机与所述单片机通过所述CAN收发芯片连接，所述单片机与所述MOS驱动连接，所述MOS驱动与所述MOS管连接，所述交流电与所述整流桥连接，所述整流桥与所述MOS管连接，所述MOS管与所述直流电机连接，所述直流电机与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述单片机连接，所述直流电机驱动跑步机进行工作。2.根据权利要求1所述的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，还包括两个隔离器，所述两个隔离器包括第一隔离器(1)，第二隔离器(2)；所述MOS驱动通过所述第一隔离器(1)与所述单片机连接，所述数据采集器通过所述第二隔离器(2)与所述单片机连接。3.根据权利要求2所述的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，所述两个隔离器都选用光耦，第一隔离器(1)选用TLP715，第二隔离器(2)选用EL817。4.根据权利要求1所述的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，所述单片机选用STM32F103CBT6，所述CAN收发芯片选用TJA1050，TJA1050的引脚1和引脚4分别通过电阻R1和电阻R4与STM32F103CBT6的引脚33和引脚32连接；通过STM32F103CBT6的第一输入输出端口控制所述交流电接通与断开，通过STM32F103CBT6的第二输入输出端口接收所述数据采集器所采集的数据，通过STM32F103CBT6的第三输入输出端口接收给所述MOS驱动传输指令。5.根据权利要求4所述的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，所述TJA1050的引脚2通过电阻R2接地，所述TJA1050的引脚3通过电阻R3接第一电源V1，所述TJA1050的引脚6与CAN总线保护器NUP2105LT的2脚和电感L1连接，所述TJA1050的引脚7与CAN总线保护器NUP2105LT的1脚和电感L2连接，CAN总线保护器NUP2105LT的3脚接地，所述TJA1050的引脚8与电阻R5和电阻R6连接，电阻R5另一端接地，电阻R6另一端与第二电源V2连接，电感L1的另一端和电感L2的另一端分别与电阻R7的一端连接，电感L1和电感L2的另一端分别接CAN收发芯片的通信接口的CANH和CANL。6.根据权利要求4所述的一种基于下肢康复机器人的跑步机的调速系统，其特征在于，所述数据采集器包括光电门传感器、第三电源V3、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2、开关管M2、电阻R10；第三电源V3与电阻R11、电阻R12和电阻R13进行连接，电阻R11、电阻R12和电阻R13进行并联且与电容C1和光电门传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张岩岭，戴维，王琪，于振中，李文兴，
申请(专利权)人：哈工大机器人合肥国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34