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医疗器械行业是一个多学科交叉、知识密集、资金密集的高科技产业。由于这几年随着计算机技术的飞速发展,医疗器械对于数字化、开放式、分布式体系的要求也越来越迫切。牵引整复按摩机是针对目前国内外腰椎间盘突出症的治疗现状而研制的,它是一款集牵引与整复功能于一体的数字化医疗器械。
腰椎牵引整复按摩机由两部分组成,即牵引床与整复按摩机械手,它们分别要完成的控制运动有:牵引床的平移运动和牵引运动;按摩机械手的垂直升降运动、横向移动、前后摆动、左右摆动、预压运动、整复按摩运动,所有的机械运动均由电机驱动。本课题采用Pro/ENGINEER对牵引床与按摩机械手的机械结构进行三维造型及其动态模拟仿真,并完成样机试制。
牵引整复按摩机控制系统的设计是本课题的重点研究内容。鉴于该系统应具备良好的人机界面、患者资料数据库、理论牵引力与按摩力的计算功能模块、手动控制功能模块及自动控制功能模块等要求,控制系统引进了CAN总线技术,使控制系统分为上位机控制和下位机控制,文中详细介绍了CAN总线技术的基本原理和技术规范。在本系统中,上位机主要负责人机界面、储存资料、力的计算、运动控制等功能,是整个控制系统的核心,下位机主要是对操作现场进行控制,即对电机的控制,它分担了上位机的运算压力,也解决了控制系统中风险集中的难题。
控制系统的软件设计亦分为上位机与下位机设计。上位机控制系统的软件采用VisualC++6.0语言在WindowsXP环境下设计和编制基于PC机的开放式控制系统,系统还嵌入了由MicrosoftOffice公司的Access数据库软件开发的患者资料数据库,采用ODBC方式进行访问。下位机是以微控制器:P80C51为核心的CAN总线节点控制通用模块,采用KeilC51高级语言编制了完整的CAN总线应用层协议和节点控制程序。
由于本课题所设计的牵引整复按摩机直接作用于人体,本着“以人为本”的原则,设计不仅在机械结构上增加限位开关,在控制系统的设计时考虑实时监控系统模块、急停按钮的设计等一系列保护措施,还在传感检测环节上选用了总线式智能传感器,这种传感器精度高、抗干扰能力强,在一定程度上提高了整个按摩机的安全系数。
本牵引整复按摩机系统顺应了目前医疗设备数字化、开放性、分布式体系的趋势,其稳定持久的按摩力与科学的按摩方式,对腰椎间盘突出症的治愈率有显著的提高,减轻了医护工作者的工作量,具有良好的应用前景和社会经济效益。