智能材料驱动的护理机器人控制系统的研究

【摘要】： 随着科学技术的发展,机器人的应用范围不断扩大,应用领域从最初的汽车工业逐渐向其他行业渗透,种类也越来越多,如今机器人已经深入到人类生活的方方面面,在社会各方面显示出其优势。护理机器人是专门为高位截瘫的残疾人或重病人设计的,可以在病房或家庭中代替护理人员完成一定的护理工作。为此,江苏大学机器人研究中心最新研制出了一种基于双平行四边形的新型护理机器人。 在对其结构特点和运动规律分析的基础上,本文以虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI为软件开发工具,以单片机为控制核心,以超声电机为驱动元件,以高精度光电编码器作为速度和角位移检测装置,实现了机械臂的复位以及预定轨迹的闭环控制系统的开发;同时为适应一些强度不大、精度要求不高的应用场合,也为降低成本,简化控制装置,推动新型护理机械臂短期内应用推广的需要,以目前应用较为广泛、控制技术较为成熟的步进电机为驱动元件,用LabWindows/CVI开发环境、PCI1711数据采集卡以及线性功率放大器开发了一套控制系统,实现了手臂的复位、匀速运动以及预定轨迹的控制系统;为推广护理机器人在针灸理疗中应用,设计了简单的手指机构并利用LabWindows/CVI开发环境,以及智能材料驱动器——层叠式压电驱动器,进行了手指的抓取以及对驱动对象的转动控制。 搭建了整个实验系统并进行了实验,实验表明以超声电机为驱动器的控制系统,具有结构设计灵活、紧凑,低速可大力矩运行,不受电磁干扰的影响等特点,可以满足一些高精度护理要求;以步进电机为驱动器的控制系统可以满足一些负载变化较大,精度要求不是很高的护理工作需求;以压电驱动的末端执行器,在进一步完善的基础上,有望在针灸理疗上得到应用。整个实验系统具有可靠的稳定性,达到了预期研究的效果。