CN108743370A - 一种医用针灸机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种医用针灸机器人，包括转台、串联基座、第三串联臂、第四串联臂、第五串联臂。六自由度主体加两自由度第一底盘和两自由度的工作头，工作空间大；机器人可移动，控制更加灵活智能。摄像头和激光传感器可以扫描人体并测距，用于确定穴位、规划工作轨迹。两自由度的工作头，可带针一边旋转一边刺入皮肤，高度契合实际施针手法。自动化针灸，节省了人力。

Description

一种医用针灸机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种医用针灸机器人。

背景技术

针灸是针法和灸法的总称。针法是指在中医理论的指导下把针具（通常指毫针）按照一定的角度刺入患者体内，运用捻转与提插等针刺手法来对人体特定部位进行刺激从而达到治疗疾病的目的。为了解决中医生人数紧缺、人们逐渐选用针灸治疗做保健和调理的问题，急需一种能够针灸的机器人。如专利号为CN201810152852.0提出的《一种医疗针灸机器人》，包括底座部分、座椅部分、橡胶软托部分、三维扫描成像部分、滑动底座部分、针灸针抓取部分、微电流产生部分，其优点是可产生电流刺激；缺点是结构大而笨重、自由度低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种医用针灸机器人，六自由度主体加两自由度第一底盘和两自由度的工作头，工作空间大；机器人可移动，控制更加灵活智能。摄像头和激光传感器可以扫描人体并测距，用于确定穴位、规划工作轨迹。两自由度的工作头，可带针一边旋转一边刺入皮肤，高度契合实际施针手法。自动化针灸，节省了人力。

本发明所使用的技术方案是：一种医用针灸机器人，包括转台、串联基座、第三串联臂、第四串联臂、第五串联臂，第五串联臂固定安装在第四串联臂上，第四串联臂固定安装在第三串联臂上，第三串联臂固定安装在串联基座上，串联基座固定安装在转台上。

所述的转台包括第一底盘、防尘罩、针架、第一齿轮、第二齿轮、第一伺服电机、双轴电机、后车轴、车轮、支架、第三齿轮、第四齿轮、第一步进电机、第一连杆、第一支座、前轮轴、第二连杆、第二支座，所述的第一齿轮、第二齿轮分别铰接在第一底盘上面且相互啮合；防尘罩和针架分别固定安装在第一底盘上面，针架用于放置针灸用针；第一伺服电机固定安装在防尘罩上，输出轴与第二齿轮连接；所述的支架、两个第一支座、两个第二支座和一个双轴电机分别固定安装在第一底盘下面；两个后车轴分别连接双轴电机两侧输出轴且分别穿过两侧第二支座内孔并分别在外侧铰接一后车轮；第三齿轮和第四齿轮分别铰接在第一底盘下侧且相互啮合；第一步进电机固定安装在支架上且输出轴与第三齿轮连接；所述的两个前轮轴中部分别铰接在两侧的第一支座上，外侧轴端分别铰接有一前车轮；所述的第二连杆两端分别铰接在两侧的前轮轴上，中部铰接有一第一连杆，第一连杆另一端铰接在第四齿轮轴端。

所述的串联基座包括第二底盘、第三支座、第一RV减速器、第二伺服电机、第一机械臂、第二机械臂、第二RV减速器、第三伺服电机，所述的第二底盘固定安装在前述的第一齿轮上；第三支座固定安装在第二底盘上；第一RV减速器固定安装在第三支座一侧，第二伺服电机固定安装在第三支座另一侧，且输出轴与第一RV减速器输入轴连接；第一机械臂一端固定安装在第一RV减速器输出端，另一端一侧固定安装有一第二RV减速器，另一侧固定安装有一第三伺服电机，且电机输出轴与第二RV减速减速器输入轴连接；第二机械臂一端固定安装在第二RV减速减速器输出端。

所述的第三串联臂包括第四伺服电机、第一谐波减速器、第三机械臂、窥视孔盖、第一锥齿轮、第五伺服电机，所述的第一谐波减速器固定安装在前述的第二机械臂上；第四伺服电机固定安装在第一谐波减速器输入端且与其输入轴连接；第三机械臂固定安装在第一谐波减速器输出端，且其上固定安装有一窥视孔盖；第五伺服电机固定安装在第三机械臂内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮。

所述的第四串联臂包括第二谐波减速器、第四机械臂、第六伺服电机、第二锥齿轮，所述的第二谐波减速器输入端固定安装在前述的第三机械臂上；第二锥齿轮固定安装在第二谐波减速器输入轴上且与前述第一锥齿轮啮合；第四机械臂固定安装在第二谐波减速器输出端；第六伺服电机固定安装在第四机械臂外伸端。

所述的第五串联臂包括第三谐波减速器、第五机械臂、第二步进电机、第一支板、工字型柱、第二支板、第三支座、抓手、滑块、第一螺杆、激光传感器、摄像头、带轴螺母、第三支板、第三步进电机、第二螺杆、第四支板、第五齿轮、第六齿轮，第三谐波减速器输入端固定安装在第四机械臂外伸端上且其输入轴与第六伺服电机连接；第五机械臂固定安装在第三谐波减速器输出端，其上有一通孔和一螺纹孔，且一侧固定安装有一第四支板，第二步进电机穿过通孔固定安装在第四支板上，且输出轴上固定安装有一第六齿轮；两个工字型柱用于固定安装第一支板和第二支板，第二支板上面对角位置固定安装有两个第三支座，两侧面四个铰支座分别铰接有两个激光传感器和两个摄像头；第三支板固定安装在第二支板上，其上固定安装有一第三步进电机，且第三步进电机输出轴上固定安装有一带轴螺母；两个抓手中部分别铰接在两个第三支座上，每个抓手的横梁上套有一个滑块，构成两个圆柱副，两个滑块分别铰接在第一螺杆铰支座上，且第一螺杆与带轴螺母配合构成一螺旋副；第二螺杆固定安装在第一支板上，且螺杆部分与第五机械臂上的螺纹孔配合构成螺旋副；第五齿轮固定安装在第二螺杆另一端并与第六齿轮啮合。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：（1）六自由度主体加两自由度第一底盘和两自由度的工作头，工作空间大；机器人可移动，控制更加灵活智能；（2）摄像头和激光传感器可以扫描人体并测距，用于确定穴位、规划工作轨迹；（3）两自由度的工作头，可带针一边旋转一边刺入皮肤，高度契合实际施针手法；（4）自动化针灸，节省了人力。

附图说明

图1、图2为本发明的整体结构示意图。

图3、图4为本发明的转台结构示意图。

图5为本发明的串联基座结构示意图。

图6为本发明的第三串联臂结构示意图。

图7为本发明的第四串联臂结构示意图。

图8为本发明的第五串联臂结构示意图。

图9为本发明的带轴螺母零件结构示意图。

图10为本发明的第五机械臂零件结构示意图。

图11为本发明的第一螺杆零件结构示意图。

图12为本发明的第二螺杆零件结构示意图。

附图标号：1-转台；2-串联基座；3-第三串联臂；4-第四串联臂；5-第五串联臂；101-第一底盘；102-防尘罩；103-针架；104-第一齿轮；105-第二齿轮；106-第一伺服电机；107-双轴电机；108-后车轴；109-车轮；110-支架；111-第三齿轮；112-第四齿轮；113-第一步进电机；114-第一连杆；115-第一支座；116-前轮轴；117-第二连杆；118-第二支座；201-第二底盘；202-第三支座；203-第一RV减速器；204-第二伺服电机；205-第一机械臂；206-第二机械臂；207-第二RV减速器；208-第三伺服电机；301-第四伺服电机；302-第一谐波减速器；303-第三机械臂；304-窥视孔盖；305-第一锥齿轮；306-第五伺服电机；401-第二谐波减速器；402-第四机械臂；403-第六伺服电机；404-第二锥齿轮；501-第三谐波减速器；502-第五机械臂；503-第二步进电机；504-第一支板；505-工字型柱；506-第二支板；507-第三支座；508-抓手；509-滑块；510-第一螺杆；511-激光传感器；512-摄像头；513-带轴螺母；514-第三支板；515-第三步进电机；516-第二螺杆；517-第四支板；518-第五齿轮；519-第六齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12所示，一种医用针灸机器人，包括转台1、串联基座2、第三串联臂3、第四串联臂4、第五串联臂5，第五串联臂5固定安装在第四串联臂4上，第四串联臂4固定安装在第三串联臂3上，第三串联臂3固定安装在串联基座2上，串联基座2固定安装在转台1上。

转台1包括第一底盘101、防尘罩102、针架103、第一齿轮104、第二齿轮105、第一伺服电机106、双轴电机107、后车轴108、车轮109、支架110、第三齿轮111、第四齿轮112、第一步进电机113、第一连杆114、第一支座115、前轮轴116、第二连杆117、第二支座118，其特征在于：第一齿轮104、第二齿轮105分别铰接在第一底盘101上面且相互啮合。防尘罩102和针架103分别固定安装在第一底盘101上面，针架103用于放置针灸用针。第一伺服电机106固定安装在防尘罩102上，输出轴与第二齿轮105连接。支架110、两个第一支座115、两个第二支座118和一个双轴电机107分别固定安装在第一底盘101下面。两个后车轴108分别连接双轴电机107两侧输出轴且分别穿过两侧第二支座118内孔并分别在外侧铰接一后车轮109。第三齿轮111和第四齿轮112分别铰接在第一底盘101下侧且相互啮合。第一步进电机113固定安装在支架上且输出轴与第三齿轮111连接。两个前轮轴116中部分别铰接在两侧的第一支座115上，外侧轴端分别铰接有一前车轮109。第二连杆117两端分别铰接在两侧的前轮轴116上，中部铰接有一第一连杆114，第一连杆114另一端铰接在第四齿轮112轴端。

串联基座2包括第二底盘201、第三支座202、第一RV减速器203、第二伺服电机204、第一机械臂205、第二机械臂206、第二RV减速器207、第三伺服电机208，第二底盘201固定安装在前述的第一齿轮104上。第三支座202固定安装在第二底盘201上。第一RV减速器203固定安装在第三支座202一侧，第二伺服电机204固定安装在第三支座202另一侧，且输出轴与第一RV减速器203输入轴连接。第一机械臂205一端固定安装在第一RV减速器203输出端，另一端一侧固定安装有一第二RV减速器207，另一侧固定安装有一第三伺服电机208，且电机输出轴与第二RV减速减速器207输入轴连接。第二机械臂206一端固定安装在第二RV减速减速器207输出端。

第三串联臂3包括第四伺服电机301、第一谐波减速器302、第三机械臂303、窥视孔盖304、第一锥齿轮305、第五伺服电机306，第一谐波减速器302固定安装在前述的第二机械臂206上。第四伺服电机301固定安装在第一谐波减速器302输入端且与其输入轴连接。第三机械臂303固定安装在第一谐波减速器302输出端，且其上固定安装有一窥视孔盖304。第五伺服电机306固定安装在第三机械臂303内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮305。

第四串联臂4包括第二谐波减速器401、第四机械臂402、第六伺服电机403、第二锥齿轮404，第二谐波减速器401输入端固定安装在前述的第三机械臂303上。第二锥齿轮404固定安装在第二谐波减速器401输入轴上且与前述第一锥齿轮305啮合。第四机械臂402固定安装在第二谐波减速器401输出端。第六伺服电机403固定安装在第四机械臂402外伸端。

第五串联臂5包括第三谐波减速器501、第五机械臂502、第二步进电机503、第一支板504、工字型柱505、第二支板506、第三支座507、抓手508、滑块509、第一螺杆510、激光传感器511、摄像头512、带轴螺母513、第三支板514、第三步进电机515、第二螺杆516、第四支板517、第五齿轮518、第六齿轮519，第三谐波减速器501输入端固定安装在第四机械臂402外伸端上且其输入轴与第六伺服电机403连接。第五机械臂502固定安装在第三谐波减速器501输出端，其上有一通孔和一螺纹孔，且一侧固定安装有一第四支板517，第二步进电机503穿过通孔固定安装在第四支板上517，且输出轴上固定安装有一第六齿轮519。两个工字型柱505用于固定安装第一支板504和第二支板506，第二支板506上面对角位置固定安装有两个第三支座507，两侧面四个铰支座分别铰接有两个激光传感器511和两个摄像头512。第三支板514固定安装在第二支板506上，其上固定安装有一第三步进电机515，且第三步进电机515输出轴上固定安装有一带轴螺母513。两个抓手508中部分别铰接在两个第三支座507上，每个抓手508的横梁上套有一个滑块509，构成两个圆柱副，两个滑块509分别铰接在第一螺杆510铰支座上，且第一螺杆510与带轴螺母513配合构成一螺旋副。第二螺杆516固定安装在第一支板504上，且螺杆部分与第五机械臂502上的螺纹孔配合构成螺旋副。第五齿轮518固定安装在第二螺杆516另一端并与第六齿轮519啮合。

本发明工作原理：本发明的六自由度串联主体的六个自由度具体为：第一伺服电机106控制的第二底盘201绕其中心的转动。第二伺服电机204控制的第一机械臂205绕第一RV减速器203中心的转动。第三伺服电机208控制的第二机械臂206绕第二RV减速器207中心的转动。第四伺服电机301控制的第三机械臂303绕第一谐波减速器302中心的转动。第五伺服电机306控制的第四机械臂402绕第二谐波减速器401中心的转动。第六伺服电机403控制的第五机械臂502绕第三谐波减速器501中心的转动。

两自由度第一底盘101的自由度具体为：双轴电机107控制的后车轮109的前进。第一步进电机113控制的前车轮109的转向，靠平行四边形机构实现。故第一底盘101可带动机器人主体在地面上任意移动。

两自由度工作头的自由度具体为：工作头沿第二螺杆516中心的移动和转动，即对应第二螺杆516和第五机械臂502构成的螺旋副的边转动边移动的过程，靠第二步进电机503驱动第六齿轮519，进而带动固结在第二螺杆516上的第五齿轮518实现。第五齿轮518转动的同时会随第二螺杆516上下移动，从而造成与第六齿轮519啮合齿轴向滑移现象，故第五齿轮518与第六齿轮519的齿厚差即为工作头的移动行程。

抓针过程为：六自由度串联主体调整姿态使工作头到达针架103附近的抓取位置，然后第三步进电机515驱动带轴螺母513转动，带动与其配合的第一螺杆510上下移动，两个铰接在第一螺杆510上的滑块509随之运动，带动与其构成圆柱副的两个抓手508绕第三支座507转动，从而实现抓手508的开合，进而抓针。抓取针后，第三步进电机515停止转动，由于螺旋机构的自锁作用，针将被固定在两抓手508中。

Claims (1)

1.一种医用针灸机器人，包括转台（1）、串联基座（2）、第三串联臂（3）、第四串联臂（4）、第五串联臂（5），其特征在于：第五串联臂（5）固定安装在第四串联臂（4）上，第四串联臂（4）固定安装在第三串联臂（3）上，第三串联臂（3）固定安装在串联基座（2）上，串联基座（2）固定安装在转台（1）上；

所述的转台（1）包括第一底盘（101）、防尘罩（102）、针架（103）、第一齿轮（104）、第二齿轮（105）、第一伺服电机（106）、双轴电机（107）、后车轴（108）、车轮（109）、支架（110）、第三齿轮（111）、第四齿轮（112）、第一步进电机（113）、第一连杆（114）、第一支座（115）、前轮轴（116）、第二连杆（117）、第二支座（118），所述的第一齿轮（104）、第二齿轮（105）分别铰接在第一底盘（101）上面且相互啮合；防尘罩（102）和针架（103）分别固定安装在第一底盘（101）上面，针架（103）用于放置针灸用针；第一伺服电机（106）固定安装在防尘罩（102）上，输出轴与第二齿轮（105）连接；所述的支架（110）、两个第一支座（115）、两个第二支座（118）和一个双轴电机（107）分别固定安装在第一底盘（101）下面；两个后车轴（108）分别连接双轴电机（107）两侧输出轴且分别穿过两侧第二支座（118）内孔并分别在外侧铰接一后车轮（109）；第三齿轮（111）和第四齿轮（112）分别铰接在第一底盘（101）下侧且相互啮合；第一步进电机（113）固定安装在支架上且输出轴与第三齿轮（111）连接；所述的两个前轮轴（116）中部分别铰接在两侧的第一支座（115）上，外侧轴端分别铰接有一前车轮（109）；所述的第二连杆（117）两端分别铰接在两侧的前轮轴（116）上，中部铰接有一第一连杆（114），第一连杆（114）另一端铰接在第四齿轮（112）轴端；

所述的串联基座（2）包括第二底盘（201）、第三支座（202）、第一RV减速器（203）、第二伺服电机（204）、第一机械臂（205）、第二机械臂（206）、第二RV减速器（207）、第三伺服电机（208），所述的第二底盘（201）固定安装在前述的第一齿轮（104）上；第三支座（202）固定安装在第二底盘（201）上；第一RV减速器（203）固定安装在第三支座（202）一侧，第二伺服电机（204）固定安装在第三支座（202）另一侧，且输出轴与第一RV减速器（203）输入轴连接；第一机械臂（205）一端固定安装在第一RV减速器（203）输出端，另一端一侧固定安装有一第二RV减速器（207），另一侧固定安装有一第三伺服电机（208），且电机输出轴与第二RV减速减速器（207）输入轴连接；第二机械臂（206）一端固定安装在第二RV减速减速器（207）输出端；

所述的第三串联臂（3）包括第四伺服电机（301）、第一谐波减速器（302）、第三机械臂（303）、窥视孔盖（304）、第一锥齿轮（305）、第五伺服电机（306），其特征在于：所述的第一谐波减速器（302）固定安装在前述的第二机械臂（206）上；第四伺服电机（301）固定安装在第一谐波减速器（302）输入端且与其输入轴连接；第三机械臂（303）固定安装在第一谐波减速器（302）输出端，且其上固定安装有一窥视孔盖（304）；第五伺服电机（306）固定安装在第三机械臂（303）内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮（305）；

所述的第四串联臂（4）包括第二谐波减速器（401）、第四机械臂（402）、第六伺服电机（403）、第二锥齿轮（404），所述的第二谐波减速器（401）输入端固定安装在前述的第三机械臂（303）上；第二锥齿轮（404）固定安装在第二谐波减速器（401）输入轴上且与前述第一锥齿轮（305）啮合；第四机械臂（402）固定安装在第二谐波减速器（401）输出端；第六伺服电机（403）固定安装在第四机械臂（402）外伸端；

所述的第五串联臂（5）包括第三谐波减速器（501）、第五机械臂（502）、第二步进电机（503）、第一支板（504）、工字型柱（505）、第二支板（506）、第三支座（507）、抓手（508）、滑块（509）、第一螺杆（510）、激光传感器（511）、摄像头（512）、带轴螺母（513）、第三支板（514）、第三步进电机（515）、第二螺杆（516）、第四支板（517）、第五齿轮（518）、第六齿轮（519），第三谐波减速器（501）输入端固定安装在第四机械臂（402）外伸端上且其输入轴与第六伺服电机（403）连接；第五机械臂（502）固定安装在第三谐波减速器（501）输出端，其上有一通孔和一螺纹孔，且一侧固定安装有一第四支板（517），第二步进电机（503）穿过通孔固定安装在第四支板上（517），且输出轴上固定安装有一第六齿轮（519）；两个工字型柱（505）用于固定安装第一支板（504）和第二支板（506），第二支板（506）上面对角位置固定安装有两个第三支座（507），两侧面四个铰支座分别铰接有两个激光传感器（511）和两个摄像头（512）；第三支板（514）固定安装在第二支板（506）上，其上固定安装有一第三步进电机（515），且第三步进电机（515）输出轴上固定安装有一带轴螺母（513）；两个抓手（508）中部分别铰接在两个第三支座（507）上，每个抓手（508）的横梁上套有一个滑块（509），构成两个圆柱副，两个滑块（509）分别铰接在第一螺杆（510）铰支座上，且第一螺杆（510）与带轴螺母（513）配合构成一螺旋副；第二螺杆（516）固定安装在第一支板（504）上，且螺杆部分与第五机械臂（502）上的螺纹孔配合构成螺旋副；第五齿轮518固定安装在第二螺杆516另一端并与第六齿轮（519）啮合。