新型下肢关节康复装置控制器的制作方法

本实用新型涉及人体健康康复器材技术领域，具体涉及一种新型下肢关节康复装置控制器。

背景技术：

众所周知，下肢康复装置是一种对人体下肢的进行康复训练的装置，包括机械结构和控制器两部分。机械结构部分承载人体下肢，使其能在一定的空间范围运动。控制器包括传感器、可编程部件、人机交互部件和驱动输出部件，其作用是设定和执行康复训练方案，驱动机械结构运行。

现有的控制器主要以工控机为核心的一体化装置，通过扩展接口连接数据采集卡和输出驱动卡，实现对现场传感器数据的采集和驱动现场执行机构。工控机通常自带显示器、键盘、鼠标等装置实现人机交互。

这种控制器的主要不足是：

1.可靠性不够。控制器在恶劣环境下运行或长时间连续运行，工作性能不稳定，容易出现运行变慢和死机等情况。

2.实时性不够。控制器的核心工控机运行在多任务操作系统，程序的循环周期较长，因而对现场传感器数据的采集和驱动输出响应较慢。

3.功耗较大。控制器在任何时候都需要做显示处理、对键盘和鼠标进行监视等，外围部件较多，耗电较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的的不足，提供一种可靠性高、实时性强、功耗小的新型下肢关节康复装置控制器，以满足市场需求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型下肢关节康复装置控制器，用于驱动下肢关节康复装置的机械结构运行，其特征在于：所述控制器包括PLC、模数转换模块、电机驱动器和电机，所述PLC和电机驱动器由市电供电，所述PLC通过串行口与人机接口连接，按照串行通信协议方式进行数据通信，并通过扩展电缆与模数转换模块相连并读取压力信号；电机驱动器连接电机的三个电源输入端，人体脉搏传感器通过脉搏信号转换电路与PLC连接，用于检测人体左/右脚压力的压力传感器分别通过压力信号转换电路与模数转换模块连接。

上述的新型下肢关节康复装置控制器，脉搏信号转换电路由第一稳压电路和脉冲输入电路组成，所述第一稳压电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管D1和稳压管D2，其中，电阻R1的一侧与电阻R2和稳压管D1的阴极相连，电阻R1的另一侧与PLC相连，电阻R2的另一侧与稳压管D2的阴极相连，同时与人体脉搏传感器的输入端相连，稳压管D1、稳压管D2阳极、人体脉搏传感器的GND输入端均与PLC的COM端相连；所述脉冲输入电路包括电阻R3、光电隔离开关U1和电阻R4，其中，电阻R3的一侧与光电隔离开关U1相连，电阻R3的另一侧与人体脉搏传感器的OUT端相连，光电隔离开关U1与PLC的COM端相连，电阻R4的一侧与PLC相连，另一侧与光电隔离开关U1、PLC的X0输入端相连。

上述的新型下肢关节康复装置控制器，压力信号转换电路由第二稳压电路和放大电路组成，所述放大电路的5V、15V工作电压和接地端由第二稳压电路提供；所述第二稳压电路包括稳压三极管U1、稳压三极管U2、电容C1、电容C2和电容C3，其中，稳压三极管的两脚与PLC相连，稳压三极管U1的2脚与PLC的COM端相连，稳压三极管的第三脚一并与电容C1的正极侧、电容C2的一侧和稳压三极管U2的1脚相连，电容C1和电容C2的另一侧一并与PLC的COM端相连，稳压三极管U2的2脚与PLC的COM端相连，稳压三极管U2的3脚一并与电容C3的正极侧，电容C3的另一侧与PLC的COM端相连；所述放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器JP1，其中，电阻R1的一侧连接压力传感器的2脚，电阻R1的另一侧一并与运算放大器JP1的2脚和电阻R3的一侧连接，电阻R2的一侧连接压力传感器的4脚，电阻R2的另一侧一并与运算放大器JP1的3脚和电阻R4的一侧相连，电阻R3的另一侧一并与JP1的6脚和模数转换模块相连，电阻R4的另一侧连接模数转换模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可靠性高，实时响应快，功耗低，电路容易扩展和维护。

PLC取代了工控机作为控制器的核心，能够适应恶劣的工作环境，且具有很强的抗干扰能力，能够确保控制器在任何工作环境下长时间稳定运行。PLC以循环扫描的工作方式运行，程序执行速度快，确保对从X0输入的人体脉搏信号、从2AD输入的左(右)脚压力信号和从Y0和Y2输出的电机驱动控制信号的实时响应；当需要进行人机交互时，PLC可通过FX232AW串行口连接上位机或触摸屏，此时数据交互由上位机或触摸屏实现，因此对PLC的运行速度影响甚少。

附图说明

图1为本实用新型的控制器原理框图。

图2为本实用新型的控制器电路结构示意图。

图3为本实用新型的脉搏信号转换电路图。

图4为本实用新型的压力信号转换电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接。也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

如图1-4所示，下肢康复装置的控制部分由可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、模数转换模块12、3个转换电路、左脚和右脚压力传感器11、人体脉搏传感器、电机驱动器、电机和人机接口组成。PLC是整个电路的核心，它通过模数转换模块和两个相应的转换电路采集左脚和右脚压力传感器的信号，通过相应的的转换电路采集人体脉搏传感器信号；PLC根据对以上信号的检测结果，执行一定的控制方法，产生相应的输出信号给予电机驱动器，由此带动电机运行，并通过串行口与人机接口连接并进行数据交互。

下肢康复装置的总体电路如图2所示，由PLC、模数转换模块、电机驱动器和电机四部分组成，下面以FX1N-24MT、FX1N-2AD、伺服驱动器MR-C10A和伺服电机HC-PQ13作为以上四部分的选型进行说明。总体电路以PLC作为中心，其特征在于：220V交流电分别供电给PLC和电机驱动器；PLC通过串行口(FX232AW)与人机接口连接，按照串行通信协议方式进行数据通信，并通过扩展电缆与模数转换模块相连并读取压力信号；电机驱动器的U、V、W连接电机的三个电源输入端，接头CN2连接电机的码盘输出线；接头CN1的端子9(PP)和7(NP)分别连接PLC的端子Y0和Y2，CN1的端子5(SG)同时连接PLC的端子COM、COM0和COM2，CN1的端子15(LSP)、14(LSN)和17(SON)分别与按钮SB2、SB1和SB0串接后，一并连接PLC的COM端，CN1的端子20(V24)和19(OPC)一并连接PLC的24V端；人体脉搏传感器、左(右)脚压力传感器分别连接于相应的脉搏信号转换电路和左(右)脚压力信号转换电路，脉搏信号转换电路的供电输入连接PLC的24V端和COM端，信号输出连接PLC的X0端，左、右脚压力信号转换电路的输出分别连接FX1N-2AD模块的CH1和CH2输入通道。

图3是脉搏信号转换电路，由第一稳压电路和脉冲输入电路组成。第一稳压电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管D1和稳压管D2，其中，R1的一侧与R2和D1的阴极相连，R1的另一侧与PLC的24V端输出相连，R2的另一侧与D2的阴极相连，同时与人体脉搏传感器的5V输入端相连，D1、D2阳极和人体脉搏传感器的GND输入端与PLC的COM端相连；脉冲输入电路包括电阻R3、光电隔离开关U1和电阻R4，其中，R3的一侧与U1的1脚相连，另一侧与人体脉搏传感器的OUT端相连，U1的2脚与3脚一并与PLC的COM端相连，R4的一侧与PLC的24V端相连，另一侧与U1的4脚相连，且与PLC的X0输入端相连。

图4是压力信号转换电路，由第二稳压电路和放大电路组成，放大电路的5V、15V工作电压和接地端由稳压电路提供。第二稳压电路包括稳压三极管U1、稳压三极管U2、电容C1、电容C2和电容C3，其中，U1的1脚与PLC的24V端相连，U1的2脚与PLC的COM端相连，3脚一并与C1的正极侧、C2的一侧和U2的1脚相连，C1和C2的另一侧一并与PLC的COM端相连，U2的2脚与PLC的COM端相连，U2的3脚一并与C3的正极侧，C3的另一侧与PLC的COM端相连；放大电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和运算放大器JP1，其中，R1的一侧连接压力传感器的2脚，R1的另一侧一并与JP1的2脚和R3的一侧连接，R2的一侧连接压力传感器的4脚，R2的另一侧一并与JP1的3脚和R4的一侧相连，R3的另一侧一并与JP1的6脚和模数转换模块的V+端相连，R4的另一侧连接模数转换模块的V--端。

本控制器的脉搏信号转换电路和压力信号转换电路主要采用分立元件设计，功耗较低；此外，本控制器的上位机或触摸屏按需通电运行，大部分时间可处于关闭状态，因此，相比传统以工控机为核心的控制器，大大节约了电能。若需要对本控制器增加输入和输出信号，可通过相应的转换电路或接口电路连接到PLC的其它开关量的输入(X)和输出(Y)端，或连接到PLC的模数(AD)和数模(DA)电路模块，扩展便利；因PLC的输入和输出信号都是标准的低压直流电信号，所以对电路的日常测试维护、故障检修等工作容易进行且确保安全。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。