肝腫瘤消融機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)doc(編輯修改稿)
2025-08-14 14:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理想總線。CANopen 是一種高性價(jià)比的分布式控制執(zhí)行方案。在PVT模式下，驅(qū)動(dòng)器可以接收同步的位置/速度/時(shí)間信號(hào)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。在軌跡模式下，驅(qū)動(dòng)器可以執(zhí)行一些基于預(yù)先參數(shù)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)CANopen也支持速度和力矩控制模式。本方案選用CANPCI02，CANPCI02 是一款板載微處理器并具有兩個(gè)完全隔離通道的 PCI 卡。CANIPM01 I/O 處理模塊能為OEM客戶提供最佳的系統(tǒng)接口，并能集成到 CANopen 網(wǎng)絡(luò)中。Accelnet有兩個(gè)版本。驅(qū)動(dòng)控制器ACK設(shè)計(jì)耐溫范圍更寬，防潮，抗震，抗沖擊性能更強(qiáng)。主要用于COTS軍工，航海，航空，以及提煉及車輛系統(tǒng)等要求較高的場(chǎng)所。環(huán)境溫度40186。C 到 70186。C，溫度沖擊 40186。C 到 70186。C 1 分鐘內(nèi)，相對(duì)濕度95% 非冷凝狀態(tài) 在 60186。C震動(dòng)5 Hz 到 500 Hz, 高達(dá) grms，海拔 400 m 到 5,000 m，沖擊 40 g 峰值加速度驅(qū)動(dòng)控制器選擇ACK卡?？刂颇Ｊ? Indexer, 點(diǎn)到點(diǎn), PVT,電子凸輪, 電子齒輪,位置, 速度, 力矩；命令接口：CANopen/DeviceNet，ASCII 和離散 I/O，步進(jìn)脈沖命令，177。10V 位置/速度/力矩命令，PWM 速度/力矩命令，主編碼器；通訊：CANopen/DeviceNet，RS232反饋，數(shù)字積分 A/B 編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器 輔助編碼器輸入 / 編碼器輸出，模擬編碼器 [ADP, ACJ S 選項(xiàng)]，數(shù)字霍爾，I/O 數(shù)字，812 輸入, 24 輸出。本方案選的ACK卡是ACK05506MODELACK055063655為額定電流，為峰值電流通訊方式：CANopen/DeviceNet、RS232電流環(huán)的刷新頻率14KHz()(357us)有刷直流電機(jī)主要由靜止部分磁極體、轉(zhuǎn)動(dòng)部分電樞以及電刷和換向器等組成，如圖1所示。圖中，N、S為磁極體線圈abed組成電樞，電刷A、B和換向片Ⅱ組成機(jī)械換向機(jī)構(gòu)。當(dāng)接上電源，電流I從電刷A流進(jìn)去，經(jīng)過換向片I、線圈abed至換向片Ⅱ，然后由電刷B流出。根據(jù)畢奧薩伐爾定律：如果磁場(chǎng)中有一載流導(dǎo)體，且導(dǎo)體與磁場(chǎng)方向相互垂直，則作用在載流導(dǎo)體上的電磁力應(yīng)為／ ＝ IBι，其中，I為流過導(dǎo)體的電流；B為磁通密度；ιa為載流導(dǎo)體的有效長度。這個(gè)力形成了作用在線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)左手定則，線圈在這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，將按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)載流導(dǎo)體轉(zhuǎn)過180176。電角度后，電流I還是從電刷A進(jìn)去，經(jīng)由換向片I、線圈dcbca，至換向片Ⅱ，最后仍從電刷B流出?？梢姡谟兴⒅绷麟姍C(jī)中，就是借助電刷一換向片，使得在某一磁極下，雖然導(dǎo)體在不斷更替，但只要外加電壓的極性不變，則導(dǎo)體中流過的電流方向始終不變，作用在電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終不變，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也始終不變，這就是有刷直流電機(jī)的機(jī)械換相過程。圖31無刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子換向裝置，代替了傳統(tǒng)的機(jī)械換向裝置（換向器和電刷），不但保留了直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速與啟動(dòng)特性，而且具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，這種電動(dòng)機(jī)性能良好，工作可靠，因此，近年來迅速發(fā)展。傳統(tǒng)型直流電動(dòng)機(jī)電樞是旋轉(zhuǎn)的，磁極是靜止的，但無刷直流電動(dòng)機(jī)于此相反，磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞是靜止的，電樞繞組的電流換向可借助位置傳感器和電子開關(guān)電路來完成。使電機(jī)無刷。無刷直流電動(dòng)機(jī)一般由電動(dòng)機(jī)、位置傳感器、和電子開關(guān)三部分組成。電動(dòng)機(jī)本身由多相（三相、四相、五相不等）電樞繞組定子和一定極對(duì)數(shù)的永磁體轉(zhuǎn)子組成。AA、BB、CC表示電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組，NS是永久磁鐵，是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，PS是轉(zhuǎn)子位置傳感器，它的轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸相連，BGBGBG3是電子開關(guān)線路的功率開關(guān)管，三相繞組A、B、C分別于BGBGBG3相串聯(lián)后接到電源上。它的動(dòng)作原理是，由PS發(fā)出信號(hào)控制BGBGBG3等開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的定子繞組中，就有電流通過并產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁極相互作用便產(chǎn)生力矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于位置傳感器轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)同軸相連，因此它的轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)并依次地向BGBGBG3發(fā)出信號(hào)，控制其導(dǎo)通與截止，從而電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化依次序換向，使電樞磁場(chǎng)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)下去。本設(shè)計(jì)根據(jù)醫(yī)療機(jī)器人的需要，選用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。編碼器是數(shù)控裝置中常用的角度檢測(cè)裝置，常與伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠同軸安裝，以檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角[11]。脈沖編碼器是一種光學(xué)式位置檢測(cè)元件，編碼盤直接裝在轉(zhuǎn)軸上，以測(cè)出軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化，其輸出信號(hào)為電脈沖。這種檢測(cè)方式的特點(diǎn)是：檢測(cè)方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力小，響應(yīng)速度快。按編碼器的不同讀數(shù)方法，可分為絕對(duì)編碼器和增量編碼器兩種。增量式編碼器的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；缺點(diǎn)是，有可能由于噪聲或其他外干擾產(chǎn)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。絕對(duì)編碼器優(yōu)點(diǎn)：坐標(biāo)值可從絕對(duì)編碼盤中直接讀出，不會(huì)有累積進(jìn)程中的誤計(jì)數(shù)；運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以提高，編碼器本身具有機(jī)械式存儲(chǔ)功能，即便因停電或其他原因造成坐標(biāo)值清除，通電后，仍可找到原絕對(duì)坐標(biāo)位置；其缺點(diǎn)是，當(dāng)進(jìn)給轉(zhuǎn)數(shù)大于一轉(zhuǎn)時(shí)，需作特別處理，如用減速齒輪將兩個(gè)以上的編碼器連接起來，組成多級(jí)檢測(cè)裝置，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高?？紤]到醫(yī)療機(jī)械對(duì)機(jī)器人尺寸和檢測(cè)的要求，本設(shè)計(jì)選用的是增量式編碼器。增量式編碼器不僅能滿足要求，還能減少機(jī)器人的尺寸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
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