CN108852823A - 六自由度机械臂智能艾灸器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种六自由度机械臂智能艾灸器，艾条存储单元、艾烟吸附单元、安全保障单元及控制单元放置于外壳和后盖板之间的空间内，外壳上设有一连接口与六自由度机械臂进行连接；艾条存储单元放置于艾烟吸附单元下方，艾烟吸附单元在金属筒内形成高压电场，艾柱发出的烟雾被吸入金属筒内，艾条存储单元由电机带动上下位移；红外测温传感器、激光测距传感器和图像传感器分别与控制单元连接，红外测温传感器实时感应艾灸时皮肤处的温度，激光测距传感器实时感应艾柱与皮肤的距离，并发送至控制单元，控制单元接收图像传感器的定位贴片位置信号，控制外接的六自由度机械臂自动定位至艾灸位置并进行艾灸。本发明的优点是体积小，使用简便，能精确定位艾灸位置，具有安全防护功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗保健器械技术领域，特别涉及一种六自由度机械臂智能艾灸器。
背景技术
艾灸为中医中针灸治疗灸法的一种，是在中医基础理论指导下利用艾条以及一些药物的燃烧与温煦，使得热量与药物的有效成分通过经络系统影响人体，从而达到祛除病邪，强势保健的作用。
传统艾灸治疗最常见的是人手持艾条进行艾灸手法的实施，一位施术者一次仅能对一位患者进行操作，不仅费力，同时工作效率很低。实际临床治疗中，由于医患比例严重失调的现状，大多数医疗场所往往使用艾灸盒来代替医师操作，由于艾灸盒的发热点相对固定，不仅无法实施艾灸手法，还会使同一位置温度过高，容易灼伤皮肤。同时由于患者体位移动导致艾灸盒倾倒会造成烫伤，艾灸过程中艾烟直接排入空气中会在一定程度上造成空气的污染。
针对以上问题，目前已有一种艾灸治疗器械，采用机械臂取代医务人员的手臂，采用微型气泵及吸尘器对艾条的烟雾及艾灰处理实施控制，并通过艾条盒限位传感器控制艾条与穴位的准确距离。其艾条烟雾控制采用了气泵及吸尘器，需用导管将艾烟抽走，结构较复杂且体积大，同时对于艾条与穴位距离控制仅采用限位传感器，无法实时获得艾条与穴位表面实时距离值和艾灸穴位处的实时温度，也无法实现艾灸时穴位的自动定位，故难以实现真正的推广使用。这是本申请需要着重改善的地方。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种精确定位艾炙位置，并能起到安全防护功能的六自由度机械臂智能艾灸器。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种六自由度机械臂智能艾灸器，所述艾灸器包括外壳、后盖板、艾条存储单元、艾烟吸附单元、腧穴定位单元、安全保障单元及控制单元，所述艾条存储单元、艾烟吸附单元、安全保障单元及控制单元放置于外壳和后盖板之间的空间内，外壳与后盖板通过紧固件连接，外壳上设有一连接口与六自由度机械臂进行连接；所述艾条存储单元放置于艾烟吸附单元下方，艾烟吸附单元包括金属筒和高压发生器，在金属筒内形成高压电场，艾条存储单元固定有艾柱，艾柱发出的烟雾被吸入金属筒内，艾条存储单元由电机带动上下位移；所述腧穴定位单元包括图像传感器，图像传感器外置于外壳的支架上，图像传感器与控制单元连接，图像传感器实时传送定位贴片的位置信息至控制单元；所述安全保障单元包括红外测温传感器和激光测距传感器，红外测温传感器和激光测距传感器固定于外壳内，红外测温传感器实时感应艾炙时皮肤处的温度，并发送至控制单元，激光测距传感器实时感应艾柱与皮肤的距离，并发送至控制单元；所述控制单元接收图像传感器的定位贴片位置信号，控制外接的六自由度机械臂自动定位至艾炙位置并进行艾炙。
所述艾条存储单元包括艾柱支架、直流电机、丝杆和安全网，艾柱支架位于艾烟吸附单元的下方，艾柱支架中心处设有定位针，定位针固定艾柱，艾柱支架设有与丝杆吻合的内螺纹，直流电机输出轴与丝杆刚性连接，直流电机输出轴带动丝杆转动，使艾柱支架做上下往复运动。
所述艾柱支架为中空的扁圆桶状，圆桶底部设有定位针，圆桶底部的长板有内螺纹，内螺纹与丝杆啮合，艾柱支架装于外壳的滑槽中，防止艾柱支架与丝杆相对转动，实现艾柱支架的轴向运动。
所述定位针中心与金属筒的轴心吻合，艾灸时产生的烟雾垂直上升至金属筒内，提升艾灸烟雾的吸附效率。
所述安全网为活动插入式，放置于艾柱支架的下方，防止艾灸时产生的灰烬掉落在人体皮肤上，通过拆卸安全网清洁灰烬。所述安全网的材质为耐高温材料。
所述艾烟吸附单元包括高压发生器、金属筒、风扇和法兰片，风扇固定于第一法兰片上安装于外壳内，所述风扇轴心与金属筒轴心吻合，第三法兰片上固定有金属筒，第二法兰片与金属针刚性连接，金属针向下伸入金属筒内，所述金属针与高压发生器的负极连接，金属筒与高压发生器的正极连接，在金属筒内形成高压电场产生负离子吸附艾柱烟雾。所述第一法兰片、第二法兰片和第三法兰片通过锁扣固定于外壳内。
所述金属针与金属筒的中心轴共线。所述金属针的材质为镀镍。
所述图像传感器放置于一支架内，该支架放置于外壳背面的燕尾槽和弹性块上。所述定位贴片贴于患者需要艾灸的腧穴处。所述图像传感器实时将定位贴片的位置信息发送至控制单元。
所述外壳下部锁扣固定红外窗口和光路窗口，所述红外测温传感器通过红外窗口发出红外线，激光测距传感器通过光路窗口发出激光。所述红外测温传感器与激光测距传感器通过锁扣固定在外壳内，用于感应艾灸时人体皮肤处的温度，以及艾柱与人体皮肤之间的距离。
所述控制单元固定于外壳内上部的锁扣中，与直流电机之间用一隔板分开，所述控制单元接收图像传感器、红外测温传感器和激光测距传感器的信号，实时控制外接的六自由度机械臂的运动，实现艾灸时腧穴的自动定位。
所述控制单元的主控电路包括单片机，单片机实时接收红外测温传感器与激光测距传感器发出的信号，将收到的实时温度数据和距离数据与单片机内设定的温度、距离的阈值进行比较，若超过阈值发出指令控制并调整六自由度机械臂的运动；所述单片机内设置颜色阈值，此颜色阈值与定位贴片颜色符合，且与人体皮肤颜色差异大，通过图像传感器获取的图像信息用于识别贴于人体皮肤的定位贴片，单片机控制外接的六自由度机械臂精准定位至艾灸位置，进行多种艾灸手法。
本发明的优越功效在于：
1）本发明的外壳与盖板连接，组装成一个外观小巧简单的整体，操作灵活便于使用；
2）本发明采用负离子的吸附装置，配合外壳上的通风口，能有效清除艾灸过程中产生的多余烟雾；
3）本发明外壳内部采用多处锁扣固定多个部件，便于拆卸清洗以及更换；
4）本发明的转接口连接六自由度机械臂，能够实现回旋灸、雀啄灸等确定艾灸手法的模拟，提高临床的使用效率；
5）本发明的红外测温传感器与激光测距传感器实时测定艾灸时人体表面的温度以及与人体皮肤间的距离，当人体表面温度或与人体皮肤表面的距离超过设定阈值时，发出警报并且控制机械臂进行回零动作，起到安全防护的作用；
6）本发明采用图像传感器，识别贴于人体皮肤表面所需艾灸位置处的定位贴片，配合机械臂能自动精准定位至艾灸位置并进行艾灸。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构分解示意图；
图2为本发明的后视示意图；
图3为本发明外壳内部的剖视示意图；
图4为本发明金属筒侧的剖视示意图；
图5为本发明另一侧内部的结构示意图；
图6为本发明的侧视示意图；
图7为本发明艾柱支架的剖视图；
图中标号说明
1—外壳；
101—锁扣一； 102—锁扣二；
103—锁扣三； 104—锁扣四；
105—锁扣五； 106—锁扣六；
107—光路窗口； 108—隔离板；
109—连接口； 110—弹性组块；
111—内螺纹M； 112—走线口一；
113—散热口； 114—通风口；
115—燕尾槽； 116—锁扣七；
117—走线口二； 118—走线口三；
119—滑槽； 120—红外窗口；
121—开孔一；
2—后盖板； 201—开孔二；
3—控制单元主控电路； 4—红外测温传感器；
5—激光测距传感器； 6—直流电机；
7—风扇； 8—金属筒；
9—法兰片A； 10—法兰片B；
11—艾柱支架；
1101—内螺纹N； 1102—定位针；
12—法兰片C； 13—安全网；
14—紧固件； 15—图像传感器；
16—图像传感器固定支架； 17—金属针；
18—丝杆。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图示，进一步阐述本发明。
如图1-6所示，本发明提供了一种六自由度机械臂智能艾灸器，包括外壳1与后盖板2，后盖板2上具有与外壳1上内螺纹M111位置相对应的开孔二201，外壳1与后盖板2通过内螺纹M111与开孔二201使用紧固件14相连接。
本发明外壳1顶部具有散热口113，用于艾灸时控制单元主控电路3的散热。进一步地，外壳1顶部还具有通风口114，配合风扇7调节进风量控制艾条燃烧速度。
本发明外壳1内部具有锁扣三103，可用于固定法兰片三12，法兰片三12上方通过紧固件固定有金属筒8，金属筒8为铝或铁等导电金属，外壳1内部还具有锁扣二102，用于固定法兰片二10，法兰片二10上通过紧固件固定有金属针17，金属针17与金属筒8中心轴共线，金属针17接高压发生器负极，金属筒8接高压发生器正极，在金属筒8内形成电场产生负离子来吸附艾灸时产生的多余烟雾。进一步地，外壳1内具有走线口三118，用于使连接金属筒8与金属针17的排线通过。
本发明外壳1的内部具有锁扣一101，用于固定法兰片一9，法兰片一9上方通过紧固件固定有风扇7，风扇7用于调节艾条燃烧速度以及使艾灸时产生的多余的烟雾进入金属筒8内进行吸附。
本发明外壳1的内部具有锁扣四104，用于固定安全网13，安全网13位于金属筒正下方用于防止艾条燃烧时的灰烬掉落在人体上，安全网13随时拆卸便于清洁。
本发明外壳1的内部具有锁扣六106，锁扣六106用于固定直流电机6，直流电机6的输出轴与丝杆19刚性连接，丝杆19穿过外壳1内部的开孔一121，艾柱支架11上具有和丝杆19吻合的内螺纹N1101，艾柱支架11穿过外壳1内部的滑槽119，直流电机6输出轴带动丝杆19转动，以此带动艾柱支架1做上下往复运动。
本发明的艾柱支架11上具有定位针18，用于固定艾条。
本发明外壳1的内部具有锁扣七116、锁扣七117用于固定红外测温传感器4与激光测距传感器5，进一步地，外壳1下部具有红外窗口120以及光路窗口107，红外窗口120用于使红外测温传感器4发出的红外线通过，光路窗口107用于使激光测距传感器5发出的激光通过，外壳1内部具有走线口二117，用于使红外测温传感器4与激光测距传感器5的排线通过。
本发明外壳1的内部具有隔离板108，隔离板108用于分隔直流电机6与控制单元主控电路3。进一步地，外壳1内部具有锁扣五105与走线口一112，锁扣五105用于固定主控电路3，走线口一112用于使主控电路3的排线通过。
主控电路3包括单片机，单片机控制外接的六自由度机械臂进行回旋灸、雀啄灸等艾灸手法，单片机还实时接收红外测温传感器4与激光测距传感器5发出的信号，将收到的实时温度数据和距离数据与单片机内设定的温度、距离的阈值进行比较，若超过阈值则发出指令控制并调整六自由度机械臂，防止艾灸时人体皮肤温度过高。
主控电路3还包括蓝牙模块，将实时测得的温度、距离等数据传递给具有蓝牙功能的上位机，上位机实时监控本发明位置以及人体皮肤温度并随时对六自由度机械臂进行控制。
本发明外壳1的外部背面具有弹性组块110与燕尾槽115，弹性组块110与燕尾槽115用于固定图像传感器固定支架16，图像传感器固定支架16上固定有图像传感器15，图像传感器15用于实时采集人体皮肤图像信息，并将信息传给主控电路3，主控电路3的单片机设置颜色阈值，此颜色阈值与定位贴片颜色符合，且与人体皮肤颜色差异大，通过图像传感器15获取的图像信息用于识别贴于人体皮肤的定位贴片，发出信号控制连接的六自由度机械臂实现艾灸部位的自动定位。
本发明的外壳1的外部具有连接口109，连接口109用于连接六自由度机械臂。
本发明能有效解决现有艾灸治疗中位置调节困难，难以实施艾灸手法，效率低以及艾烟大的问题。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述艾灸器包括外壳、盖板、艾条存储单元、艾烟吸附单元、腧穴定位单元、安全保障单元及控制单元，所述艾条存储单元、艾烟吸附单元、安全保障单元及控制单元放置于外壳和盖板之间的空间内，外壳上设有一连接口与六自由度机械臂进行连接；所述艾条存储单元放置于艾烟吸附单元下方，艾烟吸附单元包括金属筒和高压发生器，在金属筒内形成高压电场，艾条存储单元固定有艾柱，艾柱发出的烟雾被吸入金属筒内，艾条存储单元由电机带动上下位移；所述腧穴定位单元包括图像传感器，图像传感器外置于外壳的支架上，图像传感器与控制单元连接，图像传感器实时传送定位贴片的位置信息至控制单元；所述安全保障单元包括红外测温传感器和激光测距传感器，红外测温传感器和激光测距传感器固定于外壳内，红外测温传感器实时感应艾炙时皮肤处的温度并发送至控制单元，激光测距传感器实时感应艾柱与皮肤的距离并发送至控制单元；所述控制单元接收图像传感器的定位贴片位置信号，控制外接的六自由度机械臂自动定位至艾炙位置并进行艾炙。
2.根据权利要求1所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述艾条存储单元包括艾柱支架、直流电机、丝杆和安全网，艾柱支架位于艾烟吸附单元的下方，艾柱支架中心处设有定位针，定位针固定艾柱，艾柱支架设有与丝杆吻合的内螺纹，直流电机输出轴与丝杆刚性连接，直流电机输出轴带动丝杆转动，使艾柱支架做上下往复运动。
3.根据权利要求2所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述艾柱支架为中空的扁圆桶状，圆桶底部设有定位针，圆桶底部的长板有内螺纹，内螺纹与丝杆啮合，艾柱支架装于外壳的滑槽中。
4.根据权利要求2所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述安全网为活动插入式，放置于艾柱支架的下方。
5.根据权利要求1所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述艾烟吸附单元包括高压发生器、金属筒、风扇和法兰片，风扇固定于第一法兰片上安装于外壳内，所述风扇轴心与金属筒轴心吻合，第三法兰片上固定有金属筒，第二法兰片与金属针刚性连接，金属针向下伸入金属筒内，所述金属针与高压发生器的负极连接，金属筒与高压发生器的正极连接，在金属筒内形成高压电场产生负离子吸附艾柱烟雾。
6.根据权利要求5所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述金属针与金属筒的中心轴共线。
7.根据权利要求1所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述图像传感器放置于一支架内，该支架放置于外壳背面的燕尾槽和弹性块上。
8.根据权利要求1所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述外壳下部锁扣固定红外窗口和光路窗口，所述红外测温传感器通过红外窗口发出红外线，激光测距传感器通过光路窗口发出激光。
9.根据权利要求1所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述控制单元固定于外壳内上部的锁扣中，与直流电机之间用一隔板分开，所述控制单元接收图像传感器、红外测温传感器和激光测距传感器的信号，实时控制外接的六自由度机械臂的运动。
10.根据权利要求1或9所述的六自由度机械臂智能艾灸器，其特征在于：所述控制单元的主控电路包括单片机，单片机实时接收红外测温传感器与激光测距传感器发出的信号，将收到的实时温度数据和距离数据与单片机内设定的温度、距离的阈值进行比较，若超过阈值发出指令控制并调整六自由度机械臂的运动；所述单片机内设置颜色阈值，此颜色阈值与定位贴片颜色符合，且与人体皮肤颜色差异大，通过图像传感器获取的图像信息用于识别贴于人体皮肤的定位贴片，单片机控制外接的六自由度机械臂精准定位至艾灸位置，进行多种艾灸手法。
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