CN107898594A - 一种复现式腰部治疗伺服机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复现式腰部治疗伺服机器人，主要由信号采集控制系统、患处定位机构、伺服力控制并联机构、座靠机构组成。信号采集控制系统可在医生进行正骨过程中采集每个时刻医生在患处施加的力的大小和方向，当复现式腰部治疗伺服机器人复现正骨过程时将采集到的数据当作控制信号重新进行输出控制，患处定位机构可以实现对需要按摩的各个患处精准定位，伺服力控制并联机构可以根据力伺服控制在空间产生任意方向，任意大小并且可以连续变化的力，进而实现多次精确重复医生的正骨过程。本发明可在不断增加的患者的前提下，在一个疗程内精确、高效、便捷地完成如同医生般精准的反复按摩，具有安全、方便、可靠且适用性广泛等特点。

Description

一种复现式腰部治疗伺服机器人
技术领域
本发明涉及医疗康复设备领域，尤其是一种精确复现医生对病人腰部正骨治疗全过程的治疗伺服机器人。
背景技术
人们每天除了睡眠之外，腰部三分之二的时间都在承受人体百分之六十的重量和压迫。随着生活工作节奏的不断加快，腰部疾病的发病率在不断增高，因此精确、高效、便捷的医疗手段越来越受到人们欢迎。
腰部疾病治疗周期长，并且在一个疗程内需要医生反复按摩。随着患者的不断增加，医用资源十分紧张。为了缓解医生的工作量，提高效率，需要复现式腰部治疗伺服机器人将医生的正骨过程全程精确复现，以保证治疗效果，提高效率。
目前，大部分腰部康复机器人只能进行基础性按摩，很难保证对腰部患处进行有效按摩，最终导致康复的可能性下降。如何在保证缓解医生工作量、方便患者就诊的前提下进行精确治疗工作意义重大。
发明内容
本发明目的在于提供一种定位准确、操作安全、应用广泛的复现式腰部治疗伺服机器人。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述机器人包括信号采集控制系统、患处定位机构、伺服力控制并联机构、座靠机构、地基；
所述信号采集控制系统包括六维力传感器和DSP控制系统；六维力传感器时刻采集施加在患处的力的大小和方向，DSP控制系统首先将患处位置信号与六维力传感器采集到的信号经A/D转化器采样转换，然后将数据传输到DSP中进行处理，最后将数据通过USB总线送至计算机加以处理和保存，计算机将采集到的数据当作控制信号进行输出控制；
所述患处定位机构包括平行移动机构、升降机构、伸缩机构，所述平行移动机构与地基连接构成移动副，可以带动患处定位机构沿x轴方向移动，所述升降机构与平行移动机构连接构成移动副，可以实现患处定位机构沿y轴方向移动，所述伸缩机构与升降机构连接构成移动副，可以实现患处定位机构沿z 轴方向移动；
所述伺服力控制并联机构包括基座、虎克铰、伺服电动缸、位移传感器、力传感器、动平台和按摩平台；基座固定在伸缩机构前端并与伸缩机构同轴，6 个虎克铰在统一圆周上分布且每个虎克铰的一端均安装在基座上，伺服电动缸底部与虎克铰相连，位移传感器底部与伺服电动缸底部相连，位移传感器顶部与伺服电动缸活塞杆相连，伺服电动缸顶部与力传感器一端相连，力传感器另一端与虎克铰连接，虎克铰的另一端连接动平台，按摩平台与动平台相连；
所述座靠机构包括座椅机构、靠背机构、安全带，座椅机构固定到地基上，靠背机构与座椅机构焊接为一体，安全带装在靠背机构两侧。
进一步的，所述平行移动机构、升降机构、伸缩机构在计算机采集信号的控制下协同运动，使按摩平台与患处相接触并重合，以实现对需要按摩的患处精准定位；所述伺服力控制并联机构可以在采集到的正骨力信号的控制下，利用力伺服控制在空间产生任意方向，任意大小并且可以连续变化的力进行正骨模拟力加载，由每条伺服电动缸的位移量测量位姿。
进一步的，6个虎克铰在统一圆周上分布且安装在基座上，6个虎克铰总共分为3组，每组2个虎克铰，每组内的2个虎克铰之间夹角为30°，每组间夹角互为120°。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：可通过信号采集手段收集医生整个治疗过程中的力和位置的数据，模拟出一套治疗系统，精确、高效、便捷地完成如同医生般精准的反复按摩，具有安全、方便、可靠且适用性广泛等特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是基座和按摩平台部分的放大图。
附图标号：1-平行移动机构、2-升降机构、3-伸缩机构、4-伺服力控制并联机构、5-按摩平台、6-座椅机构、7-靠背机构、8-安全带、9-虎克铰、10-伺服电动缸、 11-位移传感器、12-基座、13-力传感器、14-动平台、15-地基。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
参见图1～3，本实施例的复现式腰部治疗伺服机器人，其包括信号采集控制系统、患处定位机构、伺服力控制并联机构、座靠机构，信号采集控制系统包括六维力传感器，DSP控制系统；患处定位机构包括平行移动机构1、升降机构2、伸缩机构3；伺服力控制并联机构4包括基座12、虎克铰9、伺服电动缸 10、位移传感器11、力传感器13、动平台14和按摩平台5；座靠机构包括座椅机构6、靠背机构7和安全带8。平行移动机构与地基15构成移动副，可以带动患处定位机构沿x轴方向移动，升降机构与平行移动机构构成移动副，可以实现患处定位机构沿y轴方向移动，伸缩机构与升降机构构成移动副，可以实现患处定位机构沿z轴方向移动。基座固定在伸缩机构的端面上，并与伸缩机构同轴，虎克铰安装在基座上，在一个圆周上分布，总共分为3组，每组有2 个虎克铰，每组内2个虎克铰之间夹角为30°，每组间夹角互为120°，伺服电动缸底部与虎克铰相连，位移传感器的底部与伺服电动缸的底部相连，位移传感器的顶部与伺服电动缸的活塞杆相连，伺服电动缸的顶部与力传感器的一端相连，力传感器的另一端与虎克铰连接，虎克铰的另一端安装在动平台上，虎克铰在一个圆周上分布，总共分为3组，每组2个虎克铰，每组内的2个虎克铰之间夹角为30°，每组间夹角互为120°，按摩平台与动平台相连，所述座靠机构包括座椅机构、靠背机构和安全带，靠背机构在患者胸前一侧与座椅机构焊接为一体，安全带装在靠背机构两侧。
本发明的工作过程大致：首先六维力传感器放在医生手中，在医生进行正骨过程中六维力传感器采集每个时刻医生在患处施加的力的大小和方向， DSP控制系统首先将患处位置信号与六维力传感器采集到的信号经A/D转化器采样转换，然后将数据传输到DSP中进行处理，最后将数据通过USB总线送至计算机加以处理和保存，当复现式腰部治疗伺服机器人复现正骨过程时DSP控制系统将采集到的数据当作控制信号重新进行输出控制。当复现式腰部治疗伺服机器人进行治疗工作时，首先使患者坐到座椅机构上，前胸紧贴靠背机构，此时用安全带从患者背后绕过，在靠背机构另一侧扣紧，保证患者在治疗过程中不能随意动弹。然后运行DSP控制系统，使DSP控制系统首先控制平行移动机构、升降机构、伸缩机构协同运动至按摩平台与第一个患处相接触并重合，然后利用采集到的正骨力信号控制伺服力控制并联机构进行医生正骨模拟力加载，当第一个患处按摩完成后，伺服力控制并联机构和平行移动机构、升降机构、伸缩机构缩回至初始位置。机器人运动到下一患处重复上述动作，精确、高效、便捷地复现医生正骨全过程。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种复现式腰部治疗伺服机器人，其特征在于：所述机器人包括信号采集控制系统、患处定位机构、伺服力控制并联机构、座靠机构、地基；
所述信号采集控制系统包括六维力传感器和DSP控制系统；六维力传感器时刻采集施加在患处的力的大小和方向，DSP控制系统首先将患处位置信号与六维力传感器采集到的信号经A/D转化器采样转换，然后将数据传输到DSP中进行处理，最后将数据通过USB总线送至计算机加以处理和保存，计算机将采集到的数据当作控制信号进行输出控制；
所述患处定位机构包括平行移动机构、升降机构、伸缩机构，所述平行移动机构与地基连接构成移动副，可以带动患处定位机构沿x轴方向移动，所述升降机构与平行移动机构连接构成移动副，可以实现患处定位机构沿y轴方向移动，所述伸缩机构与升降机构连接构成移动副，可以实现患处定位机构沿z轴方向移动；
所述伺服力控制并联机构包括基座、虎克铰、伺服电动缸、位移传感器、力传感器、动平台和按摩平台；基座固定在伸缩机构前端并与伸缩机构同轴，6个虎克铰在统一圆周上分布且每个虎克铰的一端均安装在基座上，伺服电动缸底部与虎克铰相连，位移传感器底部与伺服电动缸底部相连，位移传感器顶部与伺服电动缸活塞杆相连，伺服电动缸顶部与力传感器一端相连，力传感器另一端与虎克铰连接，虎克铰的另一端连接动平台，按摩平台与动平台相连；
所述座靠机构包括座椅机构、靠背机构、安全带，座椅机构固定到地基上，靠背机构与座椅机构焊接为一体，安全带装在靠背机构两侧。
2.根据权利要求1所述的一种复现式腰部治疗伺服机器人，其特征在于：所述平行移动机构、升降机构、伸缩机构在计算机采集信号的控制下协同运动，使按摩平台与患处相接触并重合，以实现对需要按摩的患处精准定位；所述伺服力控制并联机构可以在采集到的正骨力信号的控制下，利用力伺服控制在空间产生任意方向，任意大小并且可以连续变化的力进行正骨模拟力加载，由每条伺服电动缸的位移量测量位姿。
3.根据权利要求1所述的一种复现式腰部治疗伺服机器人，其特征在于：6个虎克铰在统一圆周上分布且安装在基座上，6个虎克铰总共分为3组，每组2个虎克铰，每组内的2个虎克铰之间夹角为30°，每组间夹角互为120°。
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