微创手术机器人主从运动控制系统设计

为满足微创手术机器人对主从控制系统的实时性、易扩展性和通用性要求,开发了基于工业计算机和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)控制器的运动控制系统。采用集中计算、分布控制结构,工业计算机作为主站完成主从臂的正逆运动学、主从映射和基于反向传播神经网络的PID控制算法,每个FPGA控制器作为从站可以控制4个有刷直流伺服电机,实现脉宽调制输出、电位器电压采集、编码器位置采集和速度反馈、数字输入和输出等功能。工业计算机和FPGA控制器采用Ethernet POWERLINK通讯。主从轨迹跟踪实验表明此控制系统是可行的,实现了控制系统的实时性、易扩展性和通用性,具有良好的稳定性和轨迹跟踪性能。