多軸運動控制器接口電路設(shè)計與信號濾波分析.pdf

1、醫(yī)生在手術(shù)機器人的幫助下進(jìn)行手術(shù)，不僅能提高手術(shù)的質(zhì)量，還能減少病人的痛苦。外科手術(shù)機器人已經(jīng)成為最熱門的研究領(lǐng)域之一。在國家863計劃資助課題“微創(chuàng)腹腔外科手術(shù)機器人系統(tǒng)研究”的研究背景下，本文作者所在的課題組自主研制開發(fā)了多軸運動控制器。本文主要完成的工作如下:
　　1、本文介紹了該項目中醫(yī)療機器人系統(tǒng)的整體架構(gòu)，然后重點介紹采用DSP+FPGA架構(gòu)設(shè)計的多軸運動控制器，并且對控制器與機器人系統(tǒng)將要完成的一些任務(wù)進(jìn)行了分析，從

2、而引出本人負(fù)責(zé)的工作。
　　2、本文研究分析了運動控制器與驅(qū)動器以及光電編碼器、電位器、限位開關(guān)之間的接口連接，設(shè)計了模擬接口電路與數(shù)字接口電路。其中模擬接口電路完成了模擬信號的電隔離、功率放大和濾波;數(shù)字接口電路完成了數(shù)字信號的整形、隔離和緩沖，從而實現(xiàn)了運動控制器與其它端口的電平匹配和安全保護(hù)。分析了機器人系統(tǒng)的多種主從對應(yīng)模式，利用模擬開關(guān)設(shè)計了邏輯切換電路，能夠隨時切換其工作模式。
　　3、本文研究分析了電位器信號噪

3、聲產(chǎn)生的原因，并且對實際的電位器信號進(jìn)行A/D采樣分析。然后根據(jù)噪聲利用MATLAB工具設(shè)計了FIR濾波器與IIR濾波器。其中FIR濾波器采用窗函數(shù)設(shè)計法，IIR濾波器采用巴特沃斯方法，最后對多種濾波結(jié)果進(jìn)行對比分析，選用了一種可靠高效的濾波方法。
　　4、本文闡述了機器人系統(tǒng)中所用電機驅(qū)動器的基本配置與調(diào)試步驟，介紹了三軸平臺，設(shè)計了三軸平臺的控制柜。兩套運動控制器分別控制主操作手與三軸平臺，實現(xiàn)了控制周期為1ms的主從運動跟隨