基于PLC的中醫(yī)按摩機器人步進電機控制系統(tǒng)

初光勇 宰青青 譚曉波 王 楊魯景?

摘 要：針對現(xiàn)代亞健康等慢性病對人們工作生活的影響，提出基于PLC的中醫(yī)按摩機器人步進電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代PLC控制技術、傳感器技術、人機界面交互技術等來改進傳統(tǒng)按摩器控制系統(tǒng)中的不足，從而研制出一種步進電機的位置精確控制系統(tǒng)，進而設計了一款新型中醫(yī)按摩機器人。經驗證，該新型中醫(yī)按摩機器人實用效果良好。

關鍵詞：PLC;步進電機;中醫(yī)按摩機器人;S7-200SMART;傳感器技術;亞健康

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）06-0-01

0 引 言

我國的中醫(yī)歷史悠久，對亞健康疾病患者的治療很有療效。各大商場和公共場所購進了大批的按摩椅，但是這些按摩椅手法單一，不能夠起到很好的治療作用。這就促使了人們對具有良好按摩性能的康復醫(yī)療機器人進行了大量的研究。結合計算機、機電傳動、自動控制等多種技術研究基于原始點按摩療法的按摩機器人，緩解了當前中醫(yī)按摩資源相對匱乏、人們日益關注的亞健康狀況及相關的疾病。

1 機械系統(tǒng)設計

按摩機器人有3個自由度，采用龍門式機械結構，可進行X，Y，Z三個軸方向的步進運動控制[1]。按摩機器人主要由3個步進電機和步進驅動器、傳感器、PLC控制器、按摩頭、按摩臺、傳動絲杠、光杠等組成。機械結構采用仿機床結構的設計保證了軸向運動的精確性，該機器人的機械結構見圖1。

2 控制系統(tǒng)工作原理

中醫(yī)按摩機器人通過攝像頭的反饋來手動調節(jié)實現(xiàn)對運動軸的控制，結合患者體型的不同，對照原始點按摩療法尋找穴位，控制按摩頭實現(xiàn)精確找點;還可以通過調節(jié)力度、溫度、振動大小等參數(shù)實現(xiàn)不同的治療方案，數(shù)據通過以太網通信[2-5]傳輸?shù)絇LC中，并實時地顯示在觸摸屏上，從而實現(xiàn)按摩機器人X，Y，Z三軸的精確控制。圖2為按摩機器人的系統(tǒng)組成。

3 系統(tǒng)的硬件接線

PLC選擇的是西門子S7-200SMART系列的ST30。PLC是西門子標準的晶體管輸出的CPU，集成3路高速脈沖輸出，支持100 kHz的PTO輸出模式[1]，控制所有的伺服驅動器。Q0.0，Q0.1，Q0.2產生3軸的高速脈沖信號和方向控制信號。由于PLC輸出的電壓為24 V，需要串聯(lián)1 kΩ電阻才能連接步進電機驅動器。系統(tǒng)的電氣連接圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)通過PLC產生的高低電平信號進行方向的控制，實現(xiàn)電機的正反轉。設定脈沖量實現(xiàn)速度的控制，可以采用手動控制模式，實現(xiàn)上下、左右、前后的點動，通過X，Y，Z三軸的限位傳感器進行限位。人機界面采用MCGS觸摸屏軟件[6-7]進行設計，實現(xiàn)了按摩器手法的切換、力度的調整、振動和加熱的設置、時間的顯示等功能。控制系統(tǒng)的上位機主界面如圖4所示。

5 結 語

本文主要介紹中醫(yī)按摩機器人步進電機的控制部分，利用PLC控制步進電機進行工作，通過步進電機控制器實現(xiàn)精確控制;上位機軟件采用MCGS觸摸屏進行設計，簡單易操作。經試驗驗證分析，中醫(yī)按摩機器人效果良好。

參 考 文 獻

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