[发明专利]基于CAN总线的上肢康复机器人及其控制系统

说明书

本发明公开了一种基于CAN总线的上肢康复机器人及其控制系统，上肢康复机器人控制系统，包括控制器、多轴驱动器、数据采集卡、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块以及两路CAN总线；所述控制器用于通过一路CAN总线与所述模拟量输入输出模块以及所述数字量输入输出模块通信连接，通过另一路CAN总线与所述多轴驱动器以及所述数据采集卡通信连接。本发明的控制系统采用两路CAN总线拓扑结构分别连接控制器、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块及控制器、多轴驱动器、数据采集卡，提高了控制系统的可靠性、可扩展性及易维护性。

技术领域

本发明涉及机器人通信领域，特别涉及一种基于CAN总线的上肢康复机器人及其控制系统。

背景技术

卒中、脑外伤患者数量巨大，其中大约75％脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症，由脑卒中引起的上肢运动功能障碍患者如果不能得到及时有效的治疗，他们的上肢功能可能永远无法恢复正常。医学理论和临床医学证明，除手术治疗和药物治疗外，科学的康复训练对卒中和脑外伤患者的肢体功能康复起着重要的作用，及时进行一定程度的集中和重复训练可以修复受损的中枢神经，有助于上肢运动功能的恢复。

上肢康复机器人作为一种康复医疗设备，通过辅助患者进行科学地、有效地康复训练，从而达到恢复患者肢体功能的目的。控制系统要考虑系统的稳定性和实时性，特别是运动机构的数据和指令传输的实时性，控制系统数据传输的实时性和稳定性直接决定了康复设备的用户体验和稳定性，在一定程度上也影响了患者康复训练的效果。

但是，现有的上肢康复训练设备主要存在以下问题：

1、为了简化系统结构，部分康复训练设备的控制系统采用以太网总线拓扑结构，以太网总线虽具有通信速率高、成本低软硬件支持丰富等特点，但其数据包封装协议的效率较低，不适合数据量小、实时性要求高的模拟或数字I/O(输入/输出)、状态和指令数据的传输，满足不了机器人系统对实时性的需求。

2、一些康复训练设备的控制系统采用CAN(控制器局域网络)总线拓扑结构实现下位机互联设备的通信，但其CAN网络拓扑结构中，往往将模拟/数字I/O模块节点与驱动执行结构节点挂在同一CAN网络分支，因前者对数据传输实时性需求没有后者要求高，将两者混合在同一CAN网络分支中，既降低了CAN总线数据传输的效率和实时性，又影响了控制系统的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中上肢康复训练设备的控制系统采用以太网总线导致无法满足系统对实时性的需求、采用CAN总线时既降低了CAN总线数据传输的效率和实时性，又影响了控制系统的稳定性的缺陷，提供一种基于CAN总线的上肢康复机器人及其控制系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种基于CAN总线的上肢康复机器人控制系统，包括控制器、多轴驱动器、数据采集卡、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块以及两路CAN总线；

所述控制器用于通过一路CAN总线与所述模拟量输入输出模块以及所述数字量输入输出模块通信连接，通过另一路CAN总线与所述多轴驱动器以及所述数据采集卡通信连接。

较佳地，所述控制系统还包括电机和编码器，所述电机和所述编码器与所述多轴驱动器通信连接。

较佳地，所述控制系统还包括多个传感器组，每个传感器组均包括扭矩传感器以及角度传感器；

所述数据采集卡的数量为多个，每个数据采集卡与一个所述传感器组对应通信连接。

较佳地，所述控制系统还包括上位机，所述上位机与所述控制器通信连接。

较佳地，所述控制系统还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制器、所述模拟量输入输出模块以及所述数字量输入输出模块供电。