CN116899107B - 智能随动减重治疗机械臂、控制方法及治疗支架 - Google Patents
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Abstract
本发明提供智能随动减重治疗机械臂、控制方法及治疗支架，包括连接架，所述连接架的端部转动连接有横梁，且所述横梁的内部设有称重模组；所述称重模组包括收放件、力感应器和总控制板，所述总控制板与力感应器、收放件电连接；所述收放件连接吊绳，所述收放件用于收放吊绳；所述吊绳的另一端穿过力感应器与吊绳连接件连接，所述吊绳连接件连接拍头。本发明的机械臂通过设有的称重模组，在进行使用时，能够根据力感应器的检测情况调整使用者所受压力或者拉力，以实现减轻悬挂物的重量，提高使用者的舒适度；本发明的机械臂配合随动定位帽应用到经颅磁治疗支架时，能够在一定的范围内可以跟随使用者进行移动，保持跟随，实时有效针对靶点治疗。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体为一种智能随动减重治疗机械臂、控制方法及治疗支架。
背景技术
磁治疗设备是一种基于磁刺激技术的无痛、无创的绿色治疗方法，磁信号可以无衰减地透过人体的目标刺激部位而实现相应的治疗。比如，盆底磁可以刺激盆底肌肉，经颅磁可以透过颅骨而刺激到大脑神经，同时外周神经肌肉同样可以通过磁刺激拍头实现磁刺激治疗；
磁刺激治疗仪通常通过治疗拍头实现治疗，比如，经颅磁治疗设备包括经颅磁主机以、治疗拍头及经颅磁治疗支架，经颅磁治疗支架通常配合定位帽用于使用者头部固定，现有的经颅磁治疗支架需要人工进行调整，以便于去适应使用者不同的使用姿势，调整繁琐，时间长；另外，由于现有治疗支架有一定的自主约束力，调整困难，适应场景局限大，理论上治疗支架在使用过程中要求使用者不能动，但是实际使用时，由于时间长，使用过程中使用者会出现移动，造成支架无法随着使用者的移动及时进行调整，无法实时有效针对靶点进行治疗，误差大，若一直根据使用者的移动进行手动调整则长时间操作费时费力，又比如采用磁刺激拍头对人体其他肌肉群进行治疗，也存在因为长时间手持或者治疗者移动，而无法针对靶点进行治疗，误差大，费时费力的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种智能随动减重治疗机械臂、控制方法及治疗支架，可以解决现有无法随着使用者的移动及时进行调整，无法实时有效针对靶点进行治疗，误差大，若一直根据使用者的移动进行手动调整则长时间操作费时费力的问题。
为了实现上述目的，本发明是技术方案如下：
本发明是通过如下的技术方案来实现：一种智能随动减重治疗机械臂，包括
连接架，所述连接架的端部转动连接有横梁，且所述横梁的内部设有称重模组；所述称重模组包括收放件、力感应器和总控制板，所述总控制板与力感应器、收放件电连接；所述收放件连接吊绳，所述收放件用于收放吊绳；所述吊绳的另一端穿过力感应器与吊绳连接件连接，所述吊绳连接件连接拍头。
进一步的，所述收放件包括蜗轮蜗杆减速机、吊绳转盘以及滑轮组；所述横梁的内部固定有蜗轮蜗杆减速机，且所述蜗轮蜗杆减速机的输出轴连接吊绳转盘；所述吊绳转盘的外部缠绕吊绳；所述滑轮组包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮设有“一”字排开的四个；所述横梁的侧部顶端设有力感应器，所述力感应器的底端设有第二滑轮；所述吊绳穿过第一滑轮和第二滑轮；处于所述第二滑轮、第一滑轮之间的吊绳形成“n”字型结构；所述连接架与所述横梁之间垂直连接，且所述连接架与所述横梁之间的旋转角度为0°-180°。
进一步的，所述吊绳连接件的端部通过治疗仪夹头拆卸式连接拍头，所述治疗仪夹头包括滑槽、支架、竖板、第一螺栓、连接板和第二螺栓，所述支架的表面开设滑槽，所述吊绳连接件的端部插入到所述滑槽内，所述吊绳连接件的侧部螺纹连接有第二螺栓；所述支架的底端垂直设有竖板，且所述竖板的底端固定有连接板，所述连接板的截面采用“n”字型结构，且所述连接板的侧部螺纹连接第一螺栓；通过第一螺栓将所述拍头锁紧在所述连接板内。
进一步的，所述称重模组还包括复位按钮和启动按钮，所述复位按钮和启动按钮设于横梁的端部，且所述复位按钮和启动按钮电连接总控制板；所述复位按钮和启动按钮通过所述总控制板控制蜗轮蜗杆减速机的运行。
一种智能随动减重治疗机械臂的控制方法，所述方法包括：
根据机械臂的初始状态通过力感应器确定拍头的重量记为weight_ini；
根据机械臂使用时力感应器的实时数值得到实时压力记为weight；
通过拍头的重量weight_ini、实时压力weight，确定使用者头部受力W_error =weight - weight_init；
根据使用者头部的受力W_error计算出控制信号Control_Psre (t)，并根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机的控制。
进一步的，所述控制信号Control_Psre (t)的计算式为：
其中，Kp为 PID 算法中的比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。
进一步的，所述并根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机的控制，包括：
当 Control_Psre(t) < 0，则总控制板控制蜗轮蜗杆减速机正向转动带动拍头上升，蜗轮蜗杆减速机根据信号的大小对拍头进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) > 0，则总控制板控制蜗轮蜗杆减速机反向转动带动拍头下降，蜗轮蜗杆减速机根据信号的大小对拍头进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) = 0，总控制板不会对蜗轮蜗杆减速机发送控制信号，蜗轮蜗杆减速机停止转动，拍头静止。
一种治疗支架，包括上述所述的机械臂和随动定位帽，所述机械臂拆卸式连接随动定位帽。
进一步的，所述拍头的内壁设有魔术贴，所述魔术贴配合连接随动定位帽。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明的机械臂通过设有的称重模组，在进行使用时，能够根据力感应器的检测情况调整使用者所受压力或者拉力，以实现减轻悬挂物的重量，提高使用者的舒适度；
本发明的机械臂配合随动定位帽应用到经颅磁治疗支架时，能够在一定的范围内可以跟随使用者进行移动，保持跟随，实时有效针对靶点进行治疗；采用减重支架辅助人工手持，大大降低了人工成本和学习成本，释放人力。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明一种智能随动减重治疗机械臂整体结构示意图；
图2为本发明实施案例横梁的内部的结构示意图；
图3为本发明实施案例支撑连板的背面结构示意图；
图4为本发明实施案例治疗仪夹头的结构示意图；
图5为本发明实施案例随动定位帽的俯视结构示意图；
图6为本发明实施案例随动定位帽的立体结构示意图
图中标注说明：1、连接架；2、横梁；3、吊绳连接件；4、治疗仪夹头；41、滑槽；42、支架；43、竖板；44、第一螺栓；45、连接板；46、第二螺栓；5、拍头；51、魔术贴；6、称重模组；61、蜗轮蜗杆减速机；62、吊绳转盘；63、滑轮组；631、第一滑轮；632、第二滑轮；64、力感应器；65、总控制板；66、复位按钮；67、启动按钮；68、支撑连板；7、吊绳；8、随动定位帽。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
一种智能随动减重治疗机械臂，包括连接架1，如图1所示，在用于到经颅磁治疗时，其中的连接架1用于快速安装经颅磁主机，整个机械臂、随动定位帽8与经颅磁主机分体设计，便于拆装和运输，所述连接架1的端部转动连接有横梁2，所述连接架1与所述横梁2垂直设置，且所述连接架1与所述横梁2之间的旋转角度为0°-180°，可180°旋转的横梁2，以便于机械臂在使用过程中多角度进行偏摆，具有较大范围的应用场景，示例性的，所述连接架1与所述横梁2之间设有2kg的阻尼，以便于横梁2在合适的范围内在外力作用下任意偏摆。
所述横梁2的内部设有称重模组6；如图2和图3所示，所述称重模组6包括收放件、力感应器64和总控制板65，所述总控制板65与力感应器64、收放件电连接；所述收放件连接吊绳7的一端，所述收放件用于收放吊绳7，所述吊绳7的另一端穿过力感应器64与吊绳连接件3连接；所述吊绳连接件3连接拍头5。
示例性的，所述收放件包括蜗轮蜗杆减速机61、吊绳转盘62以及滑轮组63；所述横梁2的内部固定有蜗轮蜗杆减速机61，且所述蜗轮蜗杆减速机61的输出轴连接吊绳转盘62；所述吊绳转盘62的外部缠绕吊绳7；所述滑轮组63包括第一滑轮631和第二滑轮632，所述第一滑轮631设有“一”字排开的四个（图中a、b、c、d所示），所述横梁2的侧部顶端设有力感应器64，所述力感应器64的底端设有第二滑轮632；所述第二滑轮632设于c处第一滑轮631的顶端；所述吊绳7穿过第一滑轮631和第二滑轮632，具体的，所述吊绳7从吊绳转盘62伸出后穿过a、b处两个第一滑轮631的底端，从b、c处两个第一滑轮631之间穿过，绕过第二滑轮632从c、d处两个第一滑轮631之间穿过，进行垂直导向；处于所述第二滑轮632、第一滑轮631之间的吊绳7形成“n”字型结构。所述称重模组6还包括复位按钮66和启动按钮67，启动按钮67与复位按钮66固定在横梁2端部的外形钣金上，控制称重模组6工作；具体的，所述复位按钮66和启动按钮67电连接总控制板65；所述复位按钮66和启动按钮67通过所述总控制板65控制蜗轮蜗杆减速机61的运行。
其中，所述横梁2的年内部固定有支撑连板68，其中总控制板65通过铜螺柱安装固定在支撑连板68上，总控制板65离蜗轮蜗杆减速机61相近，以便于调试；滑轮组63转动连接支撑连板68。
所述吊绳连接件3的端部通过治疗仪夹头4拆卸式连接拍头5，所述治疗仪夹头4包括滑槽41、支架42、竖板43、第一螺栓44、连接板45和第二螺栓46，如图4所示；所述支架42的表面开设滑槽41，所述吊绳连接件3的端部插入到所述滑槽41内，所述吊绳连接件3的侧部螺纹连接有第二螺栓46，第二螺栓46用于对支架42和吊绳连接件3进行锁紧；所述支架42的底端垂直设有竖板43，且所述竖板43的底端固定有连接板45，所述连接板45的截面采用“n”字型结构，且所述连接板45的侧部螺纹连接第一螺栓44；通过第一螺栓44将所述拍头5锁紧在所述连接板45内；拍头5有多种型号，通过治疗仪夹头4可对不同型号的拍头5进行快速装夹。
本发明提供一种治疗支架，包括上述的机械臂和随动定位帽8，为了便于进行拍头5与随动定位帽8的拆卸式连接，本发明采用魔术贴的方式进行；其中所述接拍头5的内壁设有魔术贴51，所述魔术贴51配合连接随动定位帽8；进一步的，拍头5的魔术贴51为刺毛面，随动定位帽8为圆毛面，二者通过接触可以进行连接；随动定位帽8以随动定位帽顶端的Cz点为基准使之处于使用者头部的正中央，调整好定位帽后，固定下巴处，固定牢固，使随动定位帽与使用者头部相对固定，其中随动定位帽8的结构如图5和6所示。
一种治疗支架的使用方法，具体用于经颅磁治疗时的使用方法，使用前使设备通电，使用者佩戴随动定位帽8，通过连接架1将支架与经颅磁主机连接；确定拍头5的位置，并使拍头5与随动定位帽8连接；按下启动按钮67，此时蜗轮蜗杆减速机61根据力感应器64当前压力值进行正反转调节随动定位帽8（即使用者头部，此案例中忽略随动定位帽8的重量）所承受的重量；若力感应器64检测的实时压力值大于拍头5重量时，此时蜗轮蜗杆减速机61反方向旋转，放吊绳7以平衡使用者头部所受的拉力；若力感应器64检测的压力值小于拍头5重量时，此时蜗轮蜗杆减速机61正方向旋转，收吊绳7以平衡使用者头部所受的压力；若力感应器64检测的压力值等于拍头5重量时，此时蜗轮蜗杆减速机61不工作；当使用者使用完毕后，使拍头5与随动定位帽8分离，按下复位按钮66，使蜗轮蜗杆减速机61带动吊绳7复位。
具体实施案例，本发明的经颅磁治疗支架在使用时，随动定位帽8受机械臂施加的压力（拉力）范围为41.39~76N。所述随动定位帽8采用OK布-莱卡复合材料。
由于使用者头部可以左右上下移动，导致拍头5在随动定位帽8上（即使用者头部）的重量发生变化，使用者头部与拍头5形成拉力或者压力，当产生的拉力大时会使拍头5不能与头部贴合，影响治疗效果；当产生压力大时，长时间会增加使用者头部负担。
为了解决这个问题采用PID压力控制算法，使得使用者头部在移动时，拍头5会跟随使用者头部移动，让使用者头部感受到的压力始终接近于零压力和拉力。
具体的，本发明提供一种智能随动减重治疗机械臂的控制方法，包括：
S1、当开机时，系统对拉力感应器64初始化；根据机械臂的初始状态通过力感应器64确定拍头5的重量记为weight_ini；
S2、使用者头部移动时，会产生拉压力的变化；根据机械臂使用时力感应器64的实时数值得到实时压力记为weight；
S3、通过拍头5的重量weight_ini、实时压力weight，确定使用者头部受力W_error= weight - weight_init；
S4、根据使用者头部的受力W_error计算出控制信号Control_Psre (t)，并根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机61的控制；
其中所述控制信号Control_Psre (t)的计算式（PID算法公式）为：
其中，Kp、Ti、Td的取值将较大地影响肌力检测气囊稳压的速度和效果；Kp为 PID算法中的比例系数，Ti为积分时间常数，Td 为微分时间常数；首先确定 Kp、合适的Kp加快稳压的速度；再确定Ti、可消除稳压的误差，最后确定Td，可反应误差变化速度。
所述并根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机61的控制包括：
当 Control_Psre(t) < 0，则总控制板65控制蜗轮蜗杆减速机61正向转动带动拍头5上升，蜗轮蜗杆减速机61根据信号的大小对拍头5进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) > 0，则总控制板65控制蜗轮蜗杆减速机61反向转动带动拍头5下降，蜗轮蜗杆减速机61根据信号的大小对拍头5进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) = 0，总控制板65不会对蜗轮蜗杆减速机61发送控制信号，蜗轮蜗杆减速机61停止转动，拍头5静止。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种智能随动减重治疗机械臂，其特征在于：包括
连接架（1），所述连接架（1）的端部转动连接有横梁（2），且所述横梁（2）的内部设有称重模组（6）；所述称重模组（6）包括收放件、力感应器（64）和总控制板（65），所述总控制板（65）与力感应器（64）、收放件电连接；所述收放件连接吊绳（7），所述收放件用于收放吊绳（7）；所述吊绳（7）的另一端穿过力感应器（64）与吊绳连接件（3）连接，所述吊绳连接件（3）连接拍头（5）；
所述收放件包括蜗轮蜗杆减速机（61）、吊绳转盘（62）以及滑轮组（63）；所述横梁（2）的内部固定有蜗轮蜗杆减速机（61），且所述蜗轮蜗杆减速机（61）的输出轴连接吊绳转盘（62）；所述吊绳转盘（62）的外部缠绕吊绳（7）；所述滑轮组（63）包括第一滑轮（631）和第二滑轮（632），所述第一滑轮（631）设有“一”字排开的四个；所述横梁（2）的侧部顶端设有力感应器（64），所述力感应器（64）的底端设有第二滑轮（632）；所述吊绳（7）穿过第一滑轮（631）和第二滑轮（632）；处于所述第二滑轮（632）、第一滑轮（631）之间的吊绳（7）形成“n”字型结构；所述连接架（1）与所述横梁（2）之间垂直连接，且所述连接架（1）与所述横梁（2）之间的旋转角度为0°-180°。
2.根据权利要求1所述的一种智能随动减重治疗机械臂，其特征在于：所述吊绳连接件（3）的端部通过治疗仪夹头（4）拆卸式连接拍头（5），所述治疗仪夹头（4）包括滑槽（41）、支架（42）、竖板（43）、第一螺栓（44）、连接板（45）和第二螺栓（46），所述支架（42）的表面开设滑槽（41），所述吊绳连接件（3）的端部插入到所述滑槽（41）内，所述吊绳连接件（3）的侧部螺纹连接有第二螺栓（46）；所述支架（42）的底端垂直设有竖板（43），且所述竖板（43）的底端固定有连接板（45），所述连接板（45）的截面采用“n”字型结构，且所述连接板（45）的侧部螺纹连接第一螺栓（44）；通过第一螺栓（44）将所述拍头（5）锁紧在所述连接板（45）内。
3.根据权利要求1所述的一种智能随动减重治疗机械臂，其特征在于：所述称重模组（6）还包括复位按钮（66）和启动按钮（67），所述复位按钮（66）和启动按钮（67）设于横梁（2）的端部，且所述复位按钮（66）和启动按钮（67）电连接总控制板（65）；所述复位按钮（66）和启动按钮（67）通过所述总控制板（65）控制蜗轮蜗杆减速机（61）的运行。
4.一种智能随动减重治疗机械臂的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据机械臂的初始状态通过力感应器（64）确定拍头（5）的重量记为weight_ini；
根据机械臂使用时力感应器（64）的实时数值得到实时压力记为weight；
通过拍头（5）的重量weight_ini、实时压力weight，确定使用者头部受力W_error =weight - weight_init；
根据使用者头部的受力W_error计算出控制信号Control_Psre (t)，并根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机（61）的控制；
其中，所述控制信号Control_Psre (t)的计算式为：
，
其中，Kp为 PID 算法中的比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数；
根据Control_Psre (t)的数值进行蜗轮蜗杆减速机（61）的控制包括如下步骤：
当 Control_Psre(t) < 0，则总控制板（65）控制蜗轮蜗杆减速机（61）正向转动带动拍头（5）上升，蜗轮蜗杆减速机（61）根据信号的大小对拍头（5）进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) > 0，则总控制板（65）控制蜗轮蜗杆减速机（61）反向转动带动拍头（5）下降，蜗轮蜗杆减速机（61）根据信号的大小对拍头（5）进行相应速度的移动；
当 Control_Psre(t) = 0，总控制板（65）不会对蜗轮蜗杆减速机（61）发送控制信号，蜗轮蜗杆减速机（61）停止转动，拍头（5）静止。
5.一种治疗支架，其特征在于：包括如权利要求1-3任意一项所述的机械臂和随动定位帽（8），所述机械臂拆卸式连接随动定位帽（8）。
6.根据权利要求5所述的一种治疗支架，其特征在于：所述拍头（5）的内壁设有魔术贴（51），所述魔术贴（51）配合连接随动定位帽（8）。
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