基于PLC的中醫(yī)按摩機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)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(jī)器人步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)界面交互技術(shù)等來改進(jìn)傳統(tǒng)按摩器控制系統(tǒng)中的不足，從而研制出一種步進(jìn)電機(jī)的位置精確控制系統(tǒng)，進(jìn)而設(shè)計了一款新型中醫(yī)按摩機(jī)器人。經(jīng)驗證，該新型中醫(yī)按摩機(jī)器人實用效果良好。

關(guān)鍵詞：PLC;步進(jìn)電機(jī);中醫(yī)按摩機(jī)器人;S7-200SMART;傳感器技術(shù);亞健康

中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)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(fù)醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究。結(jié)合計算機(jī)、機(jī)電傳動、自動控制等多種技術(shù)研究基于原始點按摩療法的按摩機(jī)器人，緩解了當(dāng)前中醫(yī)按摩資源相對匱乏、人們?nèi)找骊P(guān)注的亞健康狀況及相關(guān)的疾病。

1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

按摩機(jī)器人有3個自由度，采用龍門式機(jī)械結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行X，Y，Z三個軸方向的步進(jìn)運動控制[1]。按摩機(jī)器人主要由3個步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)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(jī)械結(jié)構(gòu)采用仿機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計保證了軸向運動的精確性，該機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖1。

2 控制系統(tǒng)工作原理

中醫(yī)按摩機(jī)器人通過攝像頭的反饋來手動調(diào)節(jié)實現(xiàn)對運動軸的控制，結(jié)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(diào)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(jù)通過以太網(wǎng)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(jī)器人X，Y，Z三軸的精確控制。圖2為按摩機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(qū)動器。Q0.0，Q0.1，Q0.2產(chǎn)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。系統(tǒng)的電氣連接圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)通過PLC產(chǎn)生的高低電平信號進(jìn)行方向的控制，實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。設(shè)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(jìn)行限位。人機(jī)界面采用MCGS觸摸屏軟件[6-7]進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)了按摩器手法的切換、力度的調(diào)整、振動和加熱的設(shè)置、時間的顯示等功能。控制系統(tǒng)的上位機(jī)主界面如圖4所示。

5 結(jié) 語

本文主要介紹中醫(yī)按摩機(jī)器人步進(jìn)電機(jī)的控制部分，利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行工作，通過步進(jìn)電機(jī)控制器實現(xiàn)精確控制;上位機(jī)軟件采用MCGS觸摸屏進(jìn)行設(shè)計，簡單易操作。經(jīng)試驗驗證分析，中醫(yī)按摩機(jī)器人效果良好。

參 考 文 獻(xiàn)

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