２０１１年第４期 （总第１１４期） 信息通信 ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ２０１１ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １１４） 下肢康复训练器控制系统设计 杨士超 ，邵严 ，石璐 （１．长安大学电子与控制工程学院，陕西西安７１００６４；２．西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西西安７１００５５） 摘要：介绍了一种下肢康复训练器的控制系统实现方案，详述了单片机系统和伺服电机驱动系统的硬件组成和软件设计，实 现了模拟正 的坐、站、锻炼、行走等动作。该控制系统电路结构新颖，易于加工制造，可以获得较高的控制精度。 关键词：下肢康复训练器；单片机；伺服电 中图分类号：ＴＨ７８９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１１３１（２０１１）０４—０１７２．０２ 目前，世界上大约有ｌ０余家实验室从事可穿戴型康复训练 机器人的研究，然而现有装置存在着共同的缺点，由于肌电传 感器是根据肌肉活动时皮肤表面传送的微弱电流信号或肌肉的 软硬程度来推断人的行为意识，导致所采用的大部分传感器要 与人体肌肤直接接触并粘贴在肌肤上，需要特别的固定装置， 这样直接导致穿戴上的不便；人体分泌的汗液、传感器安装的 好坏等将影响所获取信息的稳定与准确性，而且信息量大而复 杂，易受干扰，从而使控制难度加大 。而且大部分残疾人的下 肢没有肌肉活动和知觉，那么这样的装置也就失去了意义。本 文通过研究人的运动步态，建立了运动控制模型和新型的感知 检测系统，借助计算机控制系统完成了样机的设计，经测试取 得了好的效果。 １训练器的基本结构 训练器由腰托、左大腿连杆、左小腿连杆、右大腿连杆、右 小腿连杆、捆扎带、腰关节和膝关节的直流电机伺服系统、状态 选择器、电源及控制系统背包、脚托和足底传感器以及供患者 使用的拐杖等组成。 患者通过一副拐杖来平衡自己的身体，通过状态选择器选 择某种动作：坐、站、锻炼、行走等。 ２控制系统构成 训练器的控制系统主要由四部分组成：单片机系统，是整 个控制核心；伺服电机驱动系统，是系统的执行机构：操作手 柄及检测限位系统等，系统框图见图ｌ。 图１系统框图 ２．１单片机系统 训练器采用ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５２进行集中控制，它是８ 位的高性能嵌入式控制器，其内部集成了８ｋ的可在线编程的 Ｆｌａｓｈ存储器；２５６字节的ＲＡＭ，可寻址６４字节，具有３２个ｉ／ｏ ｎ、 ３个可编程定时器、８个中断源、６个中断矢量、１个看门狗定时器 嘲。本设计采用１１．０５２９６ＭＨ晶振提供系统时间基准。单片机完 １７２ 成数学计算、信号采集、以及一些逻辑控制等。系统原理如图２ 所示。 图２单片机控制系统原理图 ２．２伺服控制系统 伺服电机的驱动采用步进脉冲控制方式直流伺服驱动器， 该驱动器主要用于数码雕刻机、纺织机、绣花机、模具雕刻机、 机器人、蠕动泵、血液分析仪、包装机、精密机床、灌装机等。其 控制方式有两种：脉冲和方向信号（兼容步进电机的控制接Ｅ１） 控制：脉冲的频率对应于电机的转速，脉冲的个数对应于电机 转过的位移（对应于编码器分辨率的四倍频）；ＰＷＭ控制：应用 于速度控制模式，占空比５０％电机制动，大于５０％电机正转，小 于５０％电机反转。本设计采用的是脉冲和方向控制方式。 ２．３驱动脉冲产生电路 伺服电机的驱动和控制需要一个稳定的脉冲信号，这样才 能保证控制精度，将一个１２ＭＨｚ的有源晶振分频后得到所需驱 动脉冲信号，再经过一个由单片机控制的三态门输入到伺服电 机的驱动器中，控制伺服电机运动。其原理如图３所示。 直 流 伺 服 驱 动 器 号 图３伺服电机驱动连接图 ２０１１年第４期 信息通信 ２０１１ （总第１１４期） ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １１４） 对下一代广播电视Ｍ（ＮＧＢ）构建方式和发展规划的探讨 王凤军 （陕西省志丹县广电网络公司，陕西志丹７１７５００） 摘要：下一代广播电视网ＮＢＧ是广电行业提出的广播电视中长期发展的战略规划，它不仅可以为用户提供高清晰的电视、数 字音频节目、高速数据接入和语音等三网融合业务，也Ｉ可为科教、文化、商务等行业搭建信息服务平台，使信息服务更加快捷 方便。本文分析了我国下一代广播电视网的发展现状和技术背景，并对下一代广播电视网（ＮＧＢ）的构建方式和发展规划进行 了探讨。 关键词：广播电视Ｎ；ＮＧＢ；构建方式；发展规划 中图分类号：ＴＮ９４８．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１１３１（２０１１）０４・０１７３—０２ １概述 家信息化建设中的作用非常重要。 “下一代广播电视网（ＮＧＢ；Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅ ｒａｔｉ Ｏ ｎ ２ ＮＧＢ发展战略目标 Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）”即电信网、计算机网和有线电视网三网融合， 我国在２００２年启动了数字电视发展计划，２００６年确立了有 有线无线相结合、全程全网的广播电视网络 。下一代广播电视 线电视双向改造的发展方向，２００８年发射了中星９号电视转播卫 网ＮＧＢ是广电行业提出的广播电视中长期发展的战略规划，它 星，２００８年开始了移动电视ＣＭＭＢ建设商用试点，在此基础上， 不仅可以为用户提供高清晰的电视、数字音频节目、高速数据 广电总局提出了下一代广播电视网ＮＧＢ发展计划，明确了广电行 接入和语音等三网融合业务，也可为科教、文化、商务等行业搭 业发展的战略目标。我国下一代广播电视网的建设目标是为覆 建信息服务平台，使信息服务更加快捷方便。 盖城乡的３亿户以上家庭构建低成本的信息高速通路，计划用 广播电视是中国最普及的信息工具和最便捷的信息载体， １Ｏ年左右时间，对原有有线电视网进行改造升级，使千家万户 中国目前拥有世界上用户规模最大的广播电视网。２００８年，全 的广播电视服务过渡￣ＪＮＧＢ网络。下一代广播电视网将建成领 国有线电视用户已经达￣Ｕ４５２８万户，全国有２２９个城市进行了数 先的国家宽带基础设施 。ＮＧＢ网络核心传输带宽将超过每秒１ 字化整体转换，其中１０６个城市已经完成转换，北京、天津、青 千千兆比特、保证每户接入带宽超过每秒４０兆比特，具有可信 海：贵州、吉林等地的城市有线数字电视用户比例超过了５０％。 的服务保障和可管可控网络。骨干网宽带速率将达到每秒１０００ 到目前为止，我国广播电视人口综合覆盖率达到了９５％以上，拥 兆，接入网用户端达ＮｌＯＯ￣￣，每秒的速率。将提供三网融合的一 有电视机４亿台以上，广播电视网是中国覆盖面最厂＿、普及率最 站式平台服务，管理系统可支持跨地域的业务交换、共享和服 高、影响力最大的网络 。 务，实现智能化的监控和管理。下一代广播电视网ＮＧＢ的发展目 下一代广播电视网ＮＧＢ建设，有线电视网络宽带双向改造 标具有重大战略意义，广播电视是人们工作、生活、学习、娱乐 是关键任务，有线电视网将采用以ＨＦＣ网络架构基础上实现双 不可或缺的组成部分，随着电视数字化、信息化、双向化的发 向宽带传输与用户接入，由单向广播网络向双向交互网络演 展趋势，我国的地面广播电视、卫星广播电视和有线广播电视 进。由于ＥＰＯＮ的线路结构与ＨＦＣ差异并不大，因此可以按照现有 覆盖了全国９５％以上人口、４亿台电视机，提供了大量的全天候广 网络的模式进行设计。下一代广播电视网将实现视音频业务、 播电视节目。下一代广播电视网ＮＧＢ是广电行业在数字化、信息 数据接入业务、商务服务、交互服务、话音业务的同网传输，新 化时代的发展目标，主要体现在融合与创新两个特点，贯穿于 一代国家信息基础设施也将进入发展阶段，我国广电在未来国 业务、技术、平台与服务。 ２．４安全保护电路 经过较长时间的训练，能恢复下肢的运动机 当运动过程中出现异常或按下急停开关 能。该训练器结构巧妙，易于加工制造，采用 时，伺服驱动器会产生报警信号，此信号输入 低成本的单片机控制，有利于产品化。 到保护电路中，通过继电器切断驱动器的电 源，保障患者的安全。 参考文献： ３软件设计 ［１３夏吴昕，张立勋，王岚．下肢康复机器 人［Ｊ］．应用科技，２００４，３１（２）． 训练器控制流程如图４所示。 ［２］孙建，余永，葛运建，陈峰．可穿戴型 在软件设计的过程中，首先要详细分析 下肢助力机器人感知系统研究［Ｊ］．微纳电子 各个动作的动作特点，然后制作出相应的各 技术，２００７（７－８）：３５３—３５４． 关节电机的动作时序表，最后按照图４的控 ［３］肖南峰．仿人机器人［Ｍ］．科学出版 制流程进行程序编写。 社．２００８ ４结语 ［４］中国西安铭朗电子科技有限责任公 介绍的下肢康复训练器能使下肢瘫痪 司．电机驱动器类产品手册．２００８ 者完成一些日常生活中的基本动作。患者若 图４控制流程图 １７３