RU2695020C1 - Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator - Google Patents
Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695020C1 RU2695020C1 RU2018140029A RU2018140029A RU2695020C1 RU 2695020 C1 RU2695020 C1 RU 2695020C1 RU 2018140029 A RU2018140029 A RU 2018140029A RU 2018140029 A RU2018140029 A RU 2018140029A RU 2695020 C1 RU2695020 C1 RU 2695020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- manipulator
- signal
- output
- controller
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H15/00—Massage by means of rollers, balls, e.g. inflatable, chains, or roller chains
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться в лечебно-профилактических учреждениях, осуществляющих свою деятельность по профилям медицинская реабилитация и спортивная медицина, для определения механических характеристик биологических тканей, как сенсорная система при управлении роботизированным манипулятором.The invention relates to medical technology and can be used in medical institutions that carry out their activities on the profiles of medical rehabilitation and sports medicine, to determine the mechanical characteristics of biological tissues, as a sensory system when controlling a robotic manipulator.
Актуальность изобретения состоит в высокой востребованности для клинической медицины в точных устройствах для определения характеристик упругости и болевой чувствительности поверхностных мягких тканей.The relevance of the invention lies in the high demand for clinical medicine in precise devices for determining the characteristics of elasticity and pain sensitivity of superficial soft tissues.
Известно устройство, содержащее антропоморфный манипулятор робота с электромеханическими приводами, конечное звено которого оснащено массажным инструментом (Рос. патент №2145833, А61Н 7/00, 1998). Устройство способно проводить широкий диапазон массажных операций, однако не обеспечивает высокой объективизации массажа из-за отсутствия контроля усилия манипулятора и режима тензоалгометрического контроля состояния мягких тканей.A device containing an anthropomorphic robot manipulator with electromechanical drives is known, the final link of which is equipped with a massage tool (Ros. Patent No. 2145833, А61Н 7/00, 1998). The device is capable of carrying out a wide range of massage operations, however, it does not provide a high objectivization of massage due to the lack of control of the manipulator’s efforts and the tensoalgometric mode of monitoring soft tissue conditions.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является биоуправляемый робот, содержащий силовой датчик, связанный с роботизированным манипулятором и с диагностическим блоком, содержащим средства записи параметров мышечного тонуса в диагностируемых точках (Патент РФ на полезную модель №105588, А61Н 15/00, 2011). Устройство способно работать в режиме диагностики мышечного тонуса, позволяя судить о тонизации или релаксации заинтересованных участков, но обладает ограниченными функциональными возможностями по контролю усилия взаимодействия конечного звена манипулятора с мягкими тканями и упругими материалами, а также по проведению тензоалгометрии (количественной оценки болевой чувствительности при деформации мягких тканей) в диагностируемых точках из-за отсутствия возможности формировать управляющие командыThe closest in technical essence to the proposed device is a biocontrolled robot containing a force sensor associated with a robotic manipulator and with a diagnostic unit containing means for recording muscle tone parameters at diagnosed points (RF Patent for useful model No. 105558, А61Н 15/00, 2011) . The device is able to work in the mode of muscle tone diagnostics, allowing to judge toning or relaxation of the affected areas, but it has limited functionality for controlling the force of interaction of the final link of the manipulator with soft tissues and elastic materials, as well as for conducting tensoalgometry (quantifying pain sensitivity during deformation of soft tissues) at diagnosed points due to the lack of the ability to form control commands
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение эффективности контроля усилия взаимодействия пластины индентора (элемента прибора для измерения твердости, вдавливаемого в испытываемый материал) роботизированного манипулятора, с мягкими тканями в диагностируемых точках, и выведении полученных результатов измерения давления в международной системе единиц физических величин (кг), а также повышении объективизации тензоалгометрии при появлении в процессе контроля ощущения болезненности у пациента, что выгодно отличает ее от прототипа.The technical result of the proposed device is to increase the effectiveness of monitoring the interaction force of the indenter plate (an element of the device for measuring hardness pressed into the test material) of a robotic manipulator with soft tissues at diagnosed points, and deriving the obtained pressure measurement results in the international system of physical quantities (kg), as well as increasing the objectification of tensoalgometry when a patient experiences pain in the control process, which is beneficial chaet it from the prototype.
Указанный технический результат достигается тем, что для тензоалгометрического обследования используется индентор на базе системы скелетно-мышечного тестирования MES 9000 (производства Myotronics-Noromed Inc., США, регистрационное удостоверение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития №ФСЗ 2008/01481), жестко связанный с роботизированным манипулятором и с диагностическим блоком, содержащим силовой датчик и концевой выключатель, при этом диагностический блок выполнен в виде кнопочного выключателя, сигнал с которого последовательно передается через цифровой вход модуля ввода-вывода на центральный процессор с помощью магистрали, через которую преобразованный сигнал также передается на цифровой вход контроллера, вырабатывающего сигнал на первый вход последовательного порта персонального компьютера, на второй вход последовательного порта персонального компьютера поступает сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя, на вход которого поступает сигнал с выхода силового датчика индентора системы скелетно-мышечного тестирования MES 9000, установленного на конечном звене манипулятора, причем выход датчика усилия соединен с аналоговым входом контроллера, при этом контроллер имеет выходной цифровой канал, по которому передаются данные на магистраль, связанную с системой управления манипулятором.This technical result is achieved by using an indenter based on the musculoskeletal testing system MES 9000 (manufactured by Myotronics-Noromed Inc., USA), registration certificate of the Federal Service for Supervision of Health and Social Development No. FSH 2008/01481), rigidly connected with a robotic manipulator and with a diagnostic unit containing a power sensor and a limit switch, while the diagnostic unit is designed as a push-button switch, the signal from which successively transmitted through the digital input of the I / O module to the central processor via a trunk, through which the converted signal is also transmitted to the digital input of the controller, which generates a signal to the first input of the serial port of the personal computer, to the second input of the serial port of the personal computer the digital converter, to the input of which a signal comes from the output of the power sensor of the indenter system of the musculoskeletal testing system MES 9000, is installed on the final link of the manipulator, the output of the force sensor is connected to the analog input of the controller, and the controller has an output digital channel through which data is transmitted to the line connected to the control system of the manipulator.
Описание устройства.Description of the device.
Робот 1 имеет антропоморфную кинематику из звеньев в виде предплечья 2 и кисти 3, оснащенной датчиком 4 усилия и контактной пластиной 5, а также систему управления 6, связанную с электромеханическими приводами 7, индентор 8, тензоалгометрический блок 9 и нормально разомкнутый кнопочный выключатель для пациента.Robot 1 has anthropomorphic kinematics of links in the form of
Тензоалгометрический блок 9 содержит кнопочный выключатель 10, сигнал с которого последовательно передается через цифровой вход модуля 14 ввода-вывода на центральный процессор 15 с помощью магистрали 16, через которую преобразованный сигнал также передается на цифровой вход контроллера 13 вырабатывающего сигнал на первый вход последовательного порта персонального компьютера 12, на второй вход последовательного порта персонального компьютера 12 поступает сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 11, на вход которого поступает сигнал с выхода силового датчика 4, причем выход датчика усилия соединен с аналоговым входом контроллера 13, при этом контроллер имеет цифровой канал, по которому передаются данные на магистраль 16 входящую в систему управления 6.
Сущность предлагаемого устройства поясняется рисунками (Фиг. 1; Фиг. 2).The essence of the proposed device is illustrated by drawings (Fig. 1; Fig. 2).
Описание работы устройства.Description of the device.
Действие аппаратной части тензоалгометрического блока системы управления роботизированным манипулятором основано на том, что контрактная пластина 5 индентора 8 последовательно проходит между деформируемыми диагностируемыми точками выполняя надавливание в каждой точке, координаты которых рассчитываются в системе управления 6, которая вырабатывает управляющие воздействия на электромеханические привода 7 звеньев плеча 1, предплечья 2 и кисти 3 антропоморфного манипулятора устанавливаемого оператором над проекцией первой диагностируемой точки в полуавтоматическом режиме, при необходимости с уточняющей ручной подстройкой направления контактной пластины 5.The hardware of the tensoalgometric unit of the control system of the robotic manipulator is based on the fact that the
Последовательность прохождения контактной пластины 5 индентора 8 по точкам траекторий на поверхности мягкой ткани формируется в системе управления 6. Запись контактных усилий при погружении контактной пластины 5 в диагностируемые точки производится тензоалгометрической системой MES 9000, от момента ее касания поверхности мягкой ткани до момента отрыва контактной пластины в диагностируемой точке вследствие подачи команды активации кнопочного выключателя 10 о прекращении надавливания. При отсутствии сигнала с кнопочного выключателя деформирование в текущей диагностируемой точке завершается по достижению границы заданного диапазона усилия. Поскольку контроль максимального значения границы диапазона усилия осуществляется контроллером блока тензоалгометрии 9, то аналоговый сигнал усилия с силового датчика 4, преобразованный контроллером в цифровой сигнал передается на модуль 14 ввода-вывода системы управления 6, для прекращения надавливания манипулятором 3 на текущую диагностируемую точку и перехода к следующей диагностируемой точке.The sequence of passage of the
При появлении команды от пациента с кнопочного выключателя 10 данный сигнал поступает на вход модуля 14 ввода-вывода системы управления 6, после преобразования поступает на центральный процессор 15, где так же формируется информация о координатах диагностируемых точек и куда поступает сигнал о достижении границ силового диапазона. Процедура контроля усилия как в случае наличия команды со стороны пациента через кнопочный выключатель 10, так и при достижении максимального значения границы диапазона усилия, если команда от пациента не поступила, состоит в том, что манипулятор 3 оказывающий давление через индентор 8 на мягкую ткань в диагностируемой точке обеспечивает равномерный рост усилия, которое одновременно считывается силовым датчиком 4 и контроллером 13, скорость и точность вдавливания формируются командами центрального процессора 15 с помощью программно установленных шагов поперечного смещения, на каждом из которых контроллер 13 и центральный процессор 15 опрашивают сигналы с концевого выключателя 10 и силового датчика 4. При появлении сигнала с кнопочного выключателя 10 происходит остановка робота 3, надавливание прекращается, происходит считывание информации о усилии соответствующем моменту нажатия кнопочного выключателя 10. Сигнал усилия поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя 11 и на аналоговый вход контроллера 13. Когда кнопочный выключатель 10 не сработал, сигнал остановки манипулятора 3 выдает контроллер 13 в момент когда усилие с силового датчика 4 становится равно или превышает максимальное значение границы силового диапазона. После команды остановки с центрального процессора 15 данные, о количестве пройденных шагов находятся в контроллере 13. Полученные сигналы в оцифрованном виде передаются на вход последовательного порта персонального компьютера 12 и после преобразования посредством программного обеспечения формируют участки массива тензоалгометрической диаграммы.When a command from the patient comes from the push-
По истечению времени измерения в текущей точке центральный процессор 15 подает сигнал манипулятору 3 на перемещение над диагностируемой точкой и переход к проекции над следующей диагностируемой точкой. В момент механического разъединения пластины 5 с мягкой тканью аналогово-цифровой преобразователь 11 прекращает считывать сигнал усилия. Возобновление записи нового объема силовой информации для очередной диагностируемой точки происходит при механическом контакте пластины 5 с мягкой тканью очередной диагностируемой точки.Upon expiration of the measurement time at the current point, the
Последовательный опрос сигналов с силового датчика 4 и кнопочного выключателя 10 в диагностируемых точках через модуль ввода-вывода 14, аналого-цифровой преобразователь 11, контроллер 13, магистраль 16 и центральный процессор 15 позволяют сформировать в персональном компьютере 12 массив данных для построения тензоалгометрических диагностических диаграмм наглядно отражающих объективную силовую информацию.Sequential polling of signals from the
Последовательность прохода манипулятором 3 траекторий состоящих из диагностируемых точек определяется заданным массивом координат записанных в системе управления 6. Индентор 8 установленный на фланце манипулятора 3, последовательно обходит через заданные координаты точек и в каждой из них контролирует усилия, встроенным силовым датчиком 4 на тех траекториях, через которые осуществляется проход. При появлении силовой информации в пределах границ силового диапазона в каждой диагностируемой точке предусмотрена фиксация усилия соответствующего команде пациента от кнопочного выключателя 10, согласно программно заданному условию смещения манипулятора 3 деформирующего мягкую ткань в диагностируемой точке с усилием ΔF, которое задается неравенствами:The sequence of passage by the
если Fmin<ΔF←Fk, то Δzi+1=-Δ,if F min <ΔF ← F k , then Δz i + 1 = -Δ,
если Fmin=ΔF←Fk, Fmax=ΔF←Fk, то Δzi+1=0,if F min = ΔF ← F k , F max = ΔF ← F k , then Δz i + 1 = 0,
где Fmin÷Fmax - диапазон контролируемого усилия задаваемый программно; ΔF - текущее усилие развиваемое манипулятором при деформации мягкой ткани в диагностируемых точках; Fk - усилие соответствующее достигнутому значению ΔF при активации пациентом концевого выключателя; Δ - шаг погружения контактной пластины индентора при перемещении манипулятора в направлении оси z.where F min ÷ F max is the range of the monitored force set by software; ΔF - the current force developed by the manipulator during the deformation of the soft tissue at the diagnosed points; F k - force corresponding to the achieved value of ΔF when the patient activates the limit switch; Δ is the step of immersion of the contact plate of the indenter when moving the manipulator in the direction of the z axis.
Таким образом, достигается повышение эффективности и объективизация метода тензоалгометрии при взаимодействии манипулятора через индентор с мягкими тканями и используемым кнопочным выключателем для самоконтроля пациента в процессе тензоалгометрического исследования состояния мягких тканей.Thus, an increase in the efficiency and objectification of the method of tensoalgometry is achieved when the manipulator interacts through the indenter with soft tissues and the used pushbutton switch for the patient to self-control during the tensoalgometric study of the state of soft tissues.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018140029A RU2695020C1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018140029A RU2695020C1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2695020C1 true RU2695020C1 (en) | 2019-07-18 |
Family
ID=67309459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018140029A RU2695020C1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2695020C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1520515A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-04-06 | R.G.M. S.p.A. | Heat algometer |
RU2295282C1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-03-20 | ГОУ ВПО "Московский государственный медико-стоматологический университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" | Method for predicting the efficiency of manual therapy at treating the dysfunction of temporomandibular articulation |
RU105588U1 (en) * | 2011-01-12 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный индустриальный университет (ГОУ МГИУ) | BIO-CONTROLLED ROBOT |
WO2011082712A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | Medotech A/S | Palpometer |
WO2016189093A1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Aalborg Universitet | Inflatable cuff for pain modulation or pain assessment |
WO2017052173A2 (en) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 주식회사 세라젬 | Method for controlling acupressure force and body scan in real time |
-
2018
- 2018-11-13 RU RU2018140029A patent/RU2695020C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1520515A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-04-06 | R.G.M. S.p.A. | Heat algometer |
RU2295282C1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-03-20 | ГОУ ВПО "Московский государственный медико-стоматологический университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" | Method for predicting the efficiency of manual therapy at treating the dysfunction of temporomandibular articulation |
WO2011082712A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | Medotech A/S | Palpometer |
RU105588U1 (en) * | 2011-01-12 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный индустриальный университет (ГОУ МГИУ) | BIO-CONTROLLED ROBOT |
WO2016189093A1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Aalborg Universitet | Inflatable cuff for pain modulation or pain assessment |
WO2017052173A2 (en) * | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 주식회사 세라젬 | Method for controlling acupressure force and body scan in real time |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Towards wearable a-mode ultrasound sensing for real-time finger motion recognition | |
Viitasalo et al. | Interrelationships between electromyographic, mechanical, muscle structure and reflex time measurements in man | |
US20150112451A1 (en) | Ultrasound system for real-time tracking of multiple, in-vivo structures | |
Castellini et al. | Ultrasound image features of the wrist are linearly related to finger positions | |
Li et al. | Human-machine interface based on multi-channel single-element ultrasound transducers: A preliminary study | |
CN112603322A (en) | Limb muscle function evaluation device | |
Zou et al. | A multimodal fusion model for estimating human hand force: Comparing surface electromyography and ultrasound signals | |
Yeh et al. | Quantifying spasticity with limited swinging cycles using pendulum test based on phase amplitude coupling | |
Lu et al. | Wearable real-time gesture recognition scheme based on A-mode ultrasound | |
CN103230279A (en) | Continuous changeable stress test system | |
US20210315509A1 (en) | Neural Interface | |
RU2695020C1 (en) | Strain-gauging unit of control system of robotic manipulator | |
Johns et al. | Force modelling of upper limb biomechanics using ensemble fast orthogonal search on high-density electromyography | |
Fara et al. | Prediction of arm end-point force using multi-channel MMG | |
D’Aleo et al. | Cortico-cortical drive in a coupled premotor-primary motor cortex dynamical system | |
Yang et al. | Sonomyographic prosthetic interaction: Online simultaneous and proportional control of wrist and hand motions using semisupervised learning | |
Ranzani et al. | Method for muscle tone monitoring during robot-assisted therapy of hand function: a proof of concept | |
Su et al. | Ankle joint torque prediction based on surface Electromyographic and angular velocity signals | |
Huang et al. | Performances of surface EMG and ultrasound signals in recognizing finger motion | |
Wang et al. | Multi-finger myoelectric signals for controlling a virtual robotic prosthetic hand | |
Triwiyanto et al. | Investigation of Electrode Location to Improve the Accuracy of Wearable Hand Exoskeleton Trainer Based on Electromyography | |
Hoda et al. | Predicting muscle forces measurements from kinematics data using kinect in stroke rehabilitation | |
Sidek et al. | Measurement system to study the relationship between forearm EMG signals and wrist position at varied hand grip force | |
Qu et al. | Sensing and controlling strategy for upper extremity prosthetics based on piezoelectric micromachined ultrasound transducer | |
Arkhipov et al. | Study of the Force-Moment Sensing System of a Manipulative Robot in Contact Situations with Tenzoalgometry of Soft Biological Tissues |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201114 |