CN105997471A - 一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人,包括下平台，所述下平台的上端面沿轴线方向均匀安装有六个并联支链，六个并联支链的上端均匀安装在上平台上；所述并联支链包括下端焊接在下平台上的空心下螺纹轴，空心下螺纹轴上通过螺纹连接方式安装有一号球铰，一号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒，一号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸，液压缸的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒，二号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰，二号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴，空心上螺纹轴焊接在上平台的下端面上。本发明可以实现肩部稳定的超声波均匀按摩功能，提供了一种肩部按摩的新途径。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体的说是一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，长时间的看书、面对电脑屏幕、使用手机和搓麻将等现象随处可见，但是长时间的弯腰低头会引起脊椎变形，从而使得肩部斜方肌长期处于紧张状态，给人们带来了许多的病痛，如脑缺氧，头痛失眠，眩晕，神经失常等。现有解决这些肩部病痛的方式主要为按摩，通过有效的按摩穴位，放松缓解肩部斜方肌的紧张，得以解除患者的疼痛。
现有技术中的肩部按摩方式主要为人工按摩或者自动化按摩设备按摩两种方式，人工肩部按摩主要为通过手部对肩部斜方肌进行按摩，使得肩部斜方肌肌肉放松，缓解肩部疼痛，但是在这种人工肩部按摩方式存在需要人工调整按摩位置、按摩力不均匀、按摩时间长、按摩效果差和工作效率低等缺陷；而现有自动化肩部按摩方式主要为披肩式按摩方式和壁挂式按摩方式，虽然都能实现自动化肩部按摩的功能，但是披肩式按摩方式需要人工来调节肩部按摩部位，操作繁琐，工作效率低，而壁挂式按摩方式的按摩高度不能调节，不能满足不同身高的病人，适用范围小，按摩力度不可调，按摩过程中设备存在抖动，按摩稳定性能差，按摩范围小，按摩效果差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人，可以解决人工肩部按摩方式需要人工调整按摩位置、操作繁琐和工作效率低的难题，也可以解决现有自动化肩部按摩方式存在的按摩高度不可调、适用范围小、按摩力度不可调、按摩范围小、按摩效果差、按摩过程中设备存在抖动和按摩稳定性能差的难题，可以实现肩部稳定的超声波均匀按摩功能，且具有按摩高度可调、适用范围大、按摩力度可调、按摩范围大、按摩效果好、按摩过程中不存在抖动、按摩稳定性能好、无需人为调节按摩位置、操作简便和工作效率高等优点，提供了一种肩部按摩的新途径。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人,包括下平台，所述下平台的上端面沿轴线方向均匀安装有六个并联支链，六个并联支链的上端均匀安装在上平台上；所述并联支链包括下端焊接在下平台上的空心下螺纹轴，空心下螺纹轴上通过螺纹连接方式安装有一号球铰，一号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒，一号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸，液压缸的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒，二号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰，二号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴，空心上螺纹轴焊接在上平台的下端面上，本发明通过一号球铰工作时形成的球面副S、液压缸伸缩时形成的移动副P和二号球铰工作时形成的球面副S组成了SPS并联支链，而本发明中的下平台作为定平台、六个SPS并联支链、上平台作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，通过六个并联支链上六个液压缸的运动带动上平台作升降运动，从而实现了本发明的升降可调功能，使得本发明适用于不同身高的病人，适用范围大；所述上平台上端面中部安装有肩部按摩机械手，通过肩部按摩机械手开始对病人肩部进行超声波均匀按摩，且由于本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上方的肩部按摩机械手在超声波按摩过程中能够始终保持平稳状态，消除了按摩过程中产生的抖动现象，增加了按摩过程的稳定性，提高了按摩效果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述肩部按摩机械手包括安装在上平台上端面中部的按摩立柱，按摩立柱的末端焊接有U型支架，U型支架的内壁上设置有一层海绵垫，在肩部按摩过程中病人颈部靠在海绵垫上，海绵垫增加了病人按摩过程的舒适程度，U型支架的两端对称安装有两个按摩装置，按摩装置可以实现来回的自动均匀按摩功能，无需人为调整肩部按摩位置，操作简便，按摩范围大，按摩效率高；所述按摩装置包括焊接在U型支架外壁上的按摩支板，按摩支板上端面远离U型支架的一端焊接有挡板，挡板上通过电机座安装有移动电机，移动电机的输出轴上通过联轴器安装有移动丝杠，移动丝杠的两端通过轴承对称安装在两个固定耳上，两个固定耳的下端对称焊接在按摩支板上端面，按摩支板的中部设置有方型限位槽；所述移动丝杠的中部通过螺纹连接方式安装有移动滑块，移动滑块的两端对称焊接有两个燕尾形滑柱，两个燕尾形滑柱分别通过滑动配合方式安装在两个燕尾形滑槽上，两个燕尾形滑槽对称焊接在按摩支板的两侧，通过两个燕尾形滑柱和两个燕尾形滑槽的限位运动使得移动滑块能在移动丝杠上稳定的来回运动；所述移动滑块的下端面焊接有按摩圆柱，按摩圆柱的中部穿设在按摩支板上的方型限位槽中，按摩圆柱的下端焊接有弧形按摩块，弧形按摩块的内壁上均匀安装有超声波按摩支链，方型限位槽起到限定来回超声波按摩范围的作用；所述超声波按摩支链包括通过电机座安装在弧形按摩块内壁上的超声波马达，超声波马达的输出轴上安装有超声波探头，通过超声波马达带动超声波探头转动，超声波探头与外界超声波发生器相连，外界超声波发生器可以向超声波探头发出不同频率的按摩超声波，不同频率按摩超声波的按摩力大小不同，从而实现了本发明按摩力大小可调的功能，且由于超声波发出比较稳定，从而使得病人肩部受到的按摩力非常均匀。
超声波肩部按摩主要原理为：通过超声波发出的高频超声振动来促进血液、淋巴液能更好的供应组织，并吸引白细胞主动向炎区中心移动，消除微循环障碍，刺激穿膜过程，由此加强了新陈代谢过程，起到消炎、止痛、消肿、促进愈合的作用，提高了组织的再生机能和调节机能，本发明就是利用超声波的上述生物理化效应来达到缓解病人肩部疼痛的效果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述下平台的中心轴线与上平台的中心轴线相重合，借助6-SPS并联机构的刚度高和稳定性能好等优点可以始终使下平台与上平台保持平行，从而使得肩部按摩机械手对病人进行肩部按摩过程中可以始终保持平稳，稳定性能好，按摩效果好，工作效率高。
作为本发明的一种优选技术方案，所述超声波按摩支链的数量至少为十五个，超声波按摩支链的数量越多，按摩的舒适程度越高，按摩效果越好。
工作时，将本发明先安装在所需按摩的操作地面上，然后确定病人的身高来调节肩部按摩高度，通过六个并联支链上六个液压缸的运动带动上平台上的肩部按摩机械手作升降运动，从而实现了本发明的升降可调功能，使得本发明适用于不同身高的病人，适用范围大，当本发明达到合适肩部按摩高度时液压缸停止工作；再根据病人肩部状况调节超声波按摩力大小，通过外界超声波发生器向超声波探头发出合适频率的按摩超声波，因为不同频率按摩超声波的按摩力大小不同，从而实现了本发明按摩力大小可调的功能，且由于超声波发出比较稳定，从而使得病人肩部受到的按摩力非常均匀；最后肩部按摩机械手开始对病人肩部进行来回超声波按摩，两个按摩装置上的两个移动电机同时开始工作，移动电机带动移动丝杠转动，移动丝杠带动移动滑块，移动滑块在两个燕尾形滑柱和两个燕尾形滑槽的限位运动下带动按摩圆柱在按摩支板上的方型限位槽中来回运动，按摩圆柱带动弧形按摩块内壁上的超声波按摩支链来回运动，而超声波按摩支链上的超声波马达带动超声波探头进行超声波旋转按摩，在移动滑块的来回运动下和超声波探头的超声波旋转按摩下实现了本发明对病人肩部稳定的超声波均匀按摩功能，且由于本发明中的下平台作为定平台、六个SPS并联支链、上平台作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上的肩部按摩机械手在超声波按摩过程中能够始终保持平稳状态，消除了按摩过程中产生的抖动现象，增加了按摩过程的稳定性，提高了按摩效果。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过六个并联支链上六个液压缸的运动带动上平台上的肩部按摩机械手作升降运动，从而实现了本发明的升降可调功能，使得本发明适用于不同身高的病人，适用范围大；且本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上的肩部按摩机械手在超声波按摩过程中能够始终保持平稳状态，消除了按摩过程中产生的抖动现象，增加了按摩过程的稳定性，提高了按摩效果；
2、本发明通过外界超声波发生器使超声波探头发出不同频率的按摩超声波，通过不同频率的肩部按摩超声波来实现本发明按摩力可调的功能，不同频率按摩超声波的按摩力大小不同，且由于超声波发出比较稳定，从而使得病人肩部受到的按摩力非常均匀；且本发明肩部按摩机械手上的两个按摩装置可以实现来回的自动均匀按摩功能，无需人为调整肩部按摩位置，操作简便，按摩范围大，按摩效率高；
3、本发明解决了人工肩部按摩方式需要人工调整按摩位置、操作繁琐和工作效率低的难题，也解决了现有自动化肩部按摩方式存在的按摩高度不可调、适用范围小、按摩力度不可调、按摩范围小、按摩效果差、按摩过程中设备存在抖动和按摩稳定性能差的难题，实现了肩部稳定的超声波均匀按摩功能，且具有按摩高度可调、适用范围大、按摩力度可调、按摩范围大、按摩效果好、按摩过程中不存在抖动、按摩稳定性能好、无需人为调节按摩位置、操作简便和工作效率高等优点，提供了一种肩部按摩的新途径。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明肩部按摩机械手的结构示意图；
图3是本发明肩部按摩机械手的俯视图；
图4是本发明图3的C-C向剖视图。
具体实施例
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人,包括下平台1，所述下平台1的上端面沿轴线方向均匀安装有六个并联支链2，六个并联支链2的上端均匀安装在上平台3上；所述并联支链2包括下端焊接在下平台1上的空心下螺纹轴21，空心下螺纹轴21上通过螺纹连接方式安装有一号球铰22，一号球铰22的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒23，一号套筒23的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸24，液压缸24的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒25，二号套筒25的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰26，二号球铰26的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴27，空心上螺纹轴27焊接在上平台3的下端面上，本发明通过一号球铰22工作时形成的球面副S、液压缸24伸缩时形成的移动副P和二号球铰26工作时形成的球面副S组成了SPS并联支链2，而本发明中的下平台1作为定平台、六个SPS并联支链2、上平台3作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，通过六个并联支链2上六个液压缸24的运动带动上平台3作升降运动，从而实现了本发明的升降可调功能，使得本发明适用于不同身高的病人，适用范围大；所述上平台3上端面中部安装有肩部按摩机械手9，通过肩部按摩机械手9开始对病人肩部进行超声波均匀按摩，且由于本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台3上方的肩部按摩机械手9在超声波按摩过程中能够始终保持平稳状态，消除了按摩过程中产生的抖动现象，增加了按摩过程的稳定性，提高了按摩效果。
所述肩部按摩机械手9包括安装在上平台3上端面中部的按摩立柱91，按摩立柱91的末端焊接有U型支架92，U型支架92的内壁上设置有一层海绵垫93，在肩部按摩过程中病人颈部靠在海绵垫93上，海绵垫93增加了病人按摩过程的舒适程度，U型支架93的两端对称安装有两个按摩装置94，按摩装置94可以实现来回的自动均匀按摩功能，无需人为调整肩部按摩位置，操作简便，按摩范围大，按摩效率高；所述按摩装置94包括焊接在U型支架93外壁上的按摩支板941，按摩支板941上端面远离U型支架93的一端焊接有挡板942，挡板942上通过电机座安装有移动电机943，移动电机943的输出轴上通过联轴器安装有移动丝杠944，移动丝杠944的两端通过轴承对称安装在两个固定耳944a上，两个固定耳944a的下端对称焊接在按摩支板941上端面，按摩支板941的中部设置有方型限位槽；所述移动丝杠944的中部通过螺纹连接方式安装有移动滑块945，移动滑块945的两端对称焊接有两个燕尾形滑柱946，两个燕尾形滑柱946分别通过滑动配合方式安装在两个燕尾形滑槽947上，两个燕尾形滑槽947对称焊接在按摩支板941的两侧，通过两个燕尾形滑柱946和两个燕尾形滑槽947的限位运动使得移动滑块945能在移动丝杠944上稳定的来回运动；所述移动滑块945的下端面焊接有按摩圆柱945a，按摩圆柱945a的中部穿设在按摩支板941上的方型限位槽中，按摩圆柱945a的下端焊接有弧形按摩块948，弧形按摩块948的内壁上均匀安装有超声波按摩支链949，方型限位槽起到限定来回超声波按摩范围的作用；所述超声波按摩支链949包括通过电机座安装在弧形按摩块948内壁上的超声波马达9491，超声波马达9491的输出轴上安装有超声波探头9492，通过超声波马达9491带动超声波探头9492转动，超声波探头9492与外界超声波发生器相连，外界超声波发生器可以向超声波探头9492发出不同频率的按摩超声波，不同频率按摩超声波的按摩力大小不同，从而实现了本发明按摩力大小可调的功能，且由于超声波发出比较稳定，从而使得病人肩部受到的按摩力非常均匀。
超声波肩部按摩主要原理为：通过超声波发出的高频超声振动来促进血液、淋巴液能更好的供应组织，并吸引白细胞主动向炎区中心移动，消除微循环障碍，刺激穿膜过程，由此加强了新陈代谢过程，起到消炎、止痛、消肿、促进愈合的作用，提高了组织的再生机能和调节机能，本发明就是利用超声波的上述生物理化效应来达到缓解病人肩部疼痛的效果。
所述下平台1的中心轴线与上平台3的中心轴线相重合，借助6-SPS并联机构的刚度高和稳定性能好等优点可以始终使下平台1与上平台3保持平行，从而使得肩部按摩机械手9对病人进行肩部按摩过程中可以始终保持平稳，稳定性能好，按摩效果好，工作效率高。
所述超声波按摩支链949的数量至少为十五个，超声波按摩支链949的数量越多，按摩的舒适程度越高，按摩效果越好。
工作时，将本发明先安装在所需按摩的操作地面上，然后确定病人的身高来调节肩部按摩高度，通过六个并联支链2上六个液压缸24的运动带动上平台3上的肩部按摩机械手9作升降运动，从而实现了本发明的升降可调功能，使得本发明适用于不同身高的病人，适用范围大，当本发明达到合适肩部按摩高度时液压缸24停止工作；再根据病人肩部状况调节超声波按摩力大小，通过外界超声波发生器向超声波探头9492发出合适频率的按摩超声波，因为不同频率按摩超声波的按摩力大小不同，从而实现了本发明按摩力大小可调的功能，且由于超声波发出比较稳定，从而使得病人肩部受到的按摩力非常均匀；最后肩部按摩机械手9开始对病人肩部进行来回超声波按摩，两个按摩装置94上的两个移动电机943同时开始工作，移动电机943带动移动丝杠944转动，移动丝杠944带动移动滑块945，移动滑块945在两个燕尾形滑柱946和两个燕尾形滑槽947的限位运动下带动按摩圆柱945a在按摩支板941上的方型限位槽中来回运动，按摩圆柱945a带动弧形按摩块948内壁上的超声波按摩支链949来回运动，而超声波按摩支链949上的超声波马达9491带动超声波探头9492进行超声波旋转按摩，在移动滑块945的来回运动下和超声波探头9492的超声波旋转按摩下实现了本发明对病人肩部稳定的超声波均匀按摩功能，且由于本发明中的下平台1作为定平台、六个SPS并联支链2、上平台3作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台3上的肩部按摩机械手9在超声波按摩过程中能够始终保持平稳状态，消除了按摩过程中产生的抖动现象，增加了按摩过程的稳定性，提高了按摩效果，解决了人工肩部按摩方式需要人工调整按摩位置、操作繁琐和工作效率低的难题，也解决了现有自动化肩部按摩方式存在的按摩高度不可调、适用范围小、按摩力度不可调、按摩范围小、按摩效果差、按摩过程中设备存在抖动和按摩稳定性能差的难题，达到了目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人,其特征在于：包括下平台(1)，所述下平台(1)的上端面沿轴线方向均匀安装有六个并联支链(2)，六个并联支链(2)的上端均匀安装在上平台(3)上；所述并联支链(2)包括下端焊接在下平台(1)上的空心下螺纹轴(21)，空心下螺纹轴(21)上通过螺纹连接方式安装有一号球铰(22)，一号球铰(22)的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒(23)，一号套筒(23)的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸(24)，液压缸(24)的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒(25)，二号套筒(25)的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰(26)，二号球铰(26)的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴(27)，空心上螺纹轴(27)焊接在上平台(3)的下端面上；所述上平台(3)上端面中部安装有肩部按摩机械手(9)；
所述肩部按摩机械手(9)包括安装在上平台(3)上端面中部的按摩立柱(91)，按摩立柱(91)的末端焊接有U型支架(92)，U型支架(92)的内壁上设置有一层海绵垫(93)，U型支架(93)的两端对称安装有两个按摩装置(94)；所述按摩装置(94)包括焊接在U型支架(93)外壁上的按摩支板(941)，按摩支板(941)上端面远离U型支架(93)的一端焊接有挡板(942)，挡板(942)上通过电机座安装有移动电机(943)，移动电机(943)的输出轴上通过联轴器安装有移动丝杠(944)，移动丝杠(944)的两端通过轴承对称安装在两个固定耳(944a)上，两个固定耳(944a)的下端对称焊接在按摩支板(941)上端面，按摩支板(941)的中部设置有方型限位槽；所述移动丝杠(944)的中部通过螺纹连接方式安装有移动滑块(945)，移动滑块(945)的两端对称焊接有两个燕尾形滑柱(946)，两个燕尾形滑柱(946)分别通过滑动配合方式安装在两个燕尾形滑槽(947)上，两个燕尾形滑槽(947)对称焊接在按摩支板(941)的两侧；所述移动滑块(945)的下端面焊接有按摩圆柱(945a)，按摩圆柱(945a)的中部穿设在按摩支板(941)上的方型限位槽中，按摩圆柱(945a)的下端焊接有弧形按摩块(948)，弧形按摩块(948)的内壁上均匀安装有超声波按摩支链(949)。
2.根据权利要求1所述的一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人，其特征在于：所述下平台(1)的中心轴线与上平台(3)的中心轴线相重合。
3.根据权利要求1所述的一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人，其特征在于：所述超声波按摩支链(949)包括通过电机座安装在弧形按摩块(948)内壁上的超声波马达(9491)，超声波马达(9491)的输出轴上安装有超声波探头(9492)。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于六自由度并联机构的超声波肩部按摩机器人，其特征在于：所述超声波按摩支链(949)的数量至少为十五个。
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