CN107875465A - 一种自动拔罐机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域。目的是提供一种自动拔罐机器人，该机器人应具有动作灵活、定位准确、工作效率高的特点。技术方案是：一种自动拔罐机器人，其特征在于：该装置包括分别设置在平台上的摄像头、机械爪机构、导向抽气机构、带动机械爪机构与导向抽气机构竖直移动的双Z轴机构、带动双Z轴机构水平移动的XY机构以及连接上述部件的控制模块。

Description

一种自动拔罐机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种自动拔罐机器人。
背景技术
拔罐的原理是利用燃烧、抽气等方法排出罐内的空气，使罐吸附在人体指定部位形成负压，产生刺激而造成局部充血，达到一定的疗效。传统的拔罐通常依靠人工操作同时至少需要一人进行协助，主要采用玻璃罐和抽气罐两种罐具，使用时耗费人力并且效率较低，而市场上尚未出现能够实现自动拔罐的相关设备，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种自动拔罐机器人，该机器人应具有动作灵活、定位准确、工作效率高的特点。
本发明的技术方案是：
一种自动拔罐机器人，其特征在于：该装置包括分别设置在平台上的摄像头、机械爪机构、导向抽气机构、带动机械爪机构与导向抽气机构竖直移动的双Z轴机构、带动双Z轴机构水平移动的XY机构以及连接上述部件的控制模块；
所述XY机构包括分别水平固定在平台的两条平行横梁上并且配有Y滑块的两条Y导轨、两端与Y滑块固定并且配有X滑块的X导轨、两个平移电机、向X滑块传递平移电机动力的同步带组件；所述同步带组件包括两条同步带，驱动该两条同步带的外同步带轮与内同步带轮同时设置在平台两个相邻边角区域并且分别位于边角区域的外侧与内侧，由平移电机驱动的主动轮设置在平台另外两个相邻边角区域，每个Y滑块上设置两个惰轮；所述Y导轨设置在相邻的外同步带轮与主动轮之间，两条Y导轨相互平行布置并且垂直于X导轨；每条同步带的两端分别固定在X滑块面向Y导轨的两个侧面，每条同步带与设置在其中一条Y导轨一侧的外同步带轮、主动轮、一个惰轮啮合并且还与设置在另一条Y导轨一侧的内同步带轮、一个惰轮啮合；
所述双Z轴机构包括与X滑块固定并设有第一升降电机的支架、设有第二升降电机的铝型材，通过滑动结构可竖直滑动地定位在铝型材上的连接板、通过传递第一升降电机动力驱动铝型材竖直移动的丝杠结构、通过传递第二升降电机动力驱动连接板竖直移动的齿轮齿条结构；
所述机械爪机构包括固定在铝型材底部的机械爪安装板，机械爪安装板上设置两条手臂以及驱动手臂运动的舵机；所述导向抽气机构包括上下固定的连接套与导向罩、设置在连接套中并与导向罩顶部通孔对接的橡胶管、通过输气管连接橡胶管的气泵，连接套与双Z轴机构的连接板固定；所述控制模块分别连接摄像头、平移电机、第一升降电机、第二升降电机、舵机与气泵。
所述每条同步带中，连接X滑块与惰轮之间的带体平行于X导轨，并且连接惰轮与主动轮的带体、连接主动轮与外同步带轮的带体、连接内同步带轮与惰轮的带体均平行于Y导轨。
所述一条同步带的两个端部固定点的连线与另一条同步带的两个端部固定点的连线相交，并且两条同步带的端部固定点的连线与X导轨平行或垂直。
所述两条手臂对称布置，每条手臂包括第一连杆、可转动地铰接在机械爪安装板与第一连杆之间的第二连杆与第三连杆；所述第一连杆底部设置手指，第一连杆的顶部铰接端设置齿圈并且两条第一连杆的齿圈啮合，舵机驱动其中一条手臂的第一连杆转动。
所述导向抽气机构还包括关节轴承，关节轴承的内圈与连接套固定，关节轴承的外圈通过轴承座与连接板固定，橡胶管通过转接管连接输气管；所述导向罩中设置压力传感器。
所述丝杠结构包括可绕竖直轴线转动地定位在支架上的丝杆以及与丝杆螺纹啮合并可与支架形成滑动配合的丝杆滑块。
所述丝杆与第一升降电机转轴固定，铝型材与丝杆滑块固定；所述滑动结构包括竖直固定在铝型材上的滑轨以及与滑轨配合的连接板滑块。
所述连接板与连接板滑块固定；所述齿轮齿条结构包括竖直固定在滑轨上的齿条以及与第二升降电机转轴固定并与齿条啮合的齿轮。
本发明的有益效果是：
本发明通过XY机构与双Z轴机构的配合驱动机械爪机构与导向抽气机构在三维空间移动，从而实现自动取罐、锁定穴位、抽气、放气和收罐等动作，动作灵活、定位准确，有效地提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的俯视结构示意图。
图2是图1中XY机构的动力传递示意图。
图3是双Z轴机构的主视图(包括机械爪机构与导向抽气机构)。
图4是双Z轴机构的立体图(包括机械爪机构与导向抽气机构)。
图5是图3中机械爪机构的示意图。
图6是图5的右视结构示意图。
图7是机械爪机构的立体结构示意图。
图8是图3中导向抽气机构的示意图。
图9是图8中橡胶管、转接管、输气管的示意图。
图10是导向抽气机构的立体结构示意图。
图11是导向抽气机构的工作状态示意图。
图12、图13是机械爪机构的工作状态示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种自动拔罐机器人，包括平台1、安装在平台上的XY机构、安装在XY机构上的升降机构、机械爪机构、导向抽气机构、摄像头9、控制模块。
所述XY机构用于带动双Z轴机构水平移动，双Z轴机构分别用于带动机械爪机构A与导向抽气机构B竖直移动，导向抽气机构用于将气罐放在人体背部上并对气罐抽气,机械爪机构用于收回气罐，控制模块连接上述部件。
如图1所示，所述平台为水平放置的矩形框架。所述XY机构包括两条水平布置的Y导轨21、可水平滑动地定位在Y导轨上的Y滑块22、水平布置的X导轨23、可水平滑动地定位在X导轨上的X滑块24、两个平移电机31、同步带组件。所述两条Y导轨分别固定在平台的两条平行横梁11上，Y导轨之间相互平行，X导轨的两端与Y滑块固定并且X导轨垂直于Y导轨。
所述同步带组件通过传递平移电机动力以驱动X滑块在水平方向上移动。所述同步带组件包括两条同步带4、两个外同步带轮41、两个主动轮42、两个内同步带轮43、四个惰轮44。所述外同步带轮、主动轮、内同步带轮、惰轮的转动轴线均为竖直方向。
如图2所示，所述外同步带轮、主动轮、内同步带轮可转动地定位在平台的边角区域，其中，平台的两个相邻边角区域同时设置外同步带轮与内同步带轮，外同步带轮设置在边角区域的外侧位置，内同步带轮设置在边角区域的内侧位置，平台的另外两个相邻边角区域分别设置主动轮与平移电机，每个平移电机单独驱动一个主动轮，每个Y滑块上可转动地定位着两个惰轮。每条Y导轨则设置在相邻的外同步带轮与主动轮之间。
所述同步带的两端与X滑块固定，并且同步带与外同步带轮、内同步带轮、主动轮、惰轮啮合。所述每条同步带的两端分别固定在X滑块面向Y导轨的两个侧面(图2中的位于X滑块左右方向的侧面)，每条同步带与设置在其中一条Y导轨一侧的外同步带轮、主动轮、一个惰轮啮合并且还与设置在另一条Y导轨一侧的内同步带轮、一个惰轮啮合。所述X滑块上共有4个连接同步带的端部固定点，一条同步带的两个端部固定点的连线与另一条同步带的两个端部固定点的连线相交，并且一条同步带的一个端部固定点与另一条同步带的一个端部固定点的连线与X导轨平行或垂直。所述每条同步带中，连接X滑块与惰轮之间的带体平行于X导轨，并且连接惰轮与主动轮的带体、连接主动轮与外同步带轮的带体、连接内同步带轮与惰轮的带体均平行于Y导轨。
所述双Z轴机构包括支架51、铝型材52、连接板53、第一升降电机32、第二升降电机33、丝杠结构、齿轮齿条结构、滑动结构。所述支架与X滑块固定，第一升降电机固定在支架底部，铝型材用于固定机械爪机构A，第二升降电机固定在铝型材上，丝杠结构安装在支架上并且丝杠结构通过传递第一升降电机动力驱动铝型材竖直移动，连接板用于固定导向抽气机构B并且连接板通过滑动结构可竖直滑动地定位在铝型材上，齿轮齿条结构安装在滑动结构上并且齿轮齿条结构通过传递第二升降电机动力驱动连接板竖直移动。
所述丝杠结构中，丝杆54可绕竖直轴线转动地定位在支架上并且与第一升降电机转轴固定，丝杆滑块55与丝杆螺纹啮合，铝型材与丝杆滑块固定，第一升降电机驱动丝杆转动时，丝杆滑块沿着支架的侧面竖直移动(丝杆滑块与支架之间形成滑动配合)，支架的侧面用于引导丝杆移动来避免丝杆滑块绕丝杆转动。所述滑动结构中，滑轨56竖直固定在铝型材上，连接板滑块57可竖直滑动地定位在滑轨上，连接板与连接板滑块固定。所述齿轮齿条结构中，齿条58竖直固定在滑轨上，齿轮59与第二升降电机转轴固定并与齿条啮合。
所述机械爪机构包括机械爪安装板60、两条手臂、舵机69。每条手臂中，第二连杆62与第三连杆63的一端可转动地铰接在机械爪安装板上并且另一端可转动地铰接在第一连杆61上(铰接轴的轴线互相平行)，第三连杆铰接在第一连杆的中部，第一连杆底部设置手指64并且第一连杆的顶部铰接端设置齿圈65；第一连杆、第二连杆、第三连杆与机械爪安装板组成四杆机构；机械爪安装板与铝型材底部固定，两条手臂对称布置，两条第一连杆的齿圈啮合，舵机驱动其中一条手臂的第一连杆转动(这条手臂再通过齿圈带动另一条手臂转动)。
所述导向抽气机构包括上下固定的连接套71与导向罩72，漏斗形的导向罩开口向下并且顶部设置通孔，导向罩的内腔形状与气罐的外形相适合，橡胶管73设置在连接套中并与导向罩的顶部通孔对接，橡胶管的内腔形状与气罐顶部堵气杆的外形相适合,橡胶管通过转接管77依次连接输气管与气泵(图中省略)，关节轴承用于保证导向罩能够自由摆动，关节轴承的内圈与连接套固定，关节轴承的外圈通过轴承座76与连接板固定。所述导向罩的内腔中设置压力传感器(图中省略)。
所述摄像头与控制模块(图中省略)固定在平台上。所述控制模块分别连接摄像头、平移电机、第一升降电机、第二升降电机、舵机与气泵。本发明的各部件均可外购获得，与本发明配合的气罐也为通用产品。
XY机构与双Z轴机构的工作原理为：
平移电机启动，如果两个主动轮以相同转速同向旋转，X滑块沿着X导轨水平滑动，如果两个主动轮以相同转速反向旋转，X导轨与X滑块沿着Y导轨水平滑动；第一升降电机启动，机械爪机构与导向抽气机构同时竖直移动，第二升降电机启动，导向抽气机构竖直移动。
本发明的工作步骤为：
1、准备：拔罐者趴在拔罐机器人下方，摄像头拍下拔罐者的背部图像并发送给控制模块，控制模块进行处理后识别出人体背部穴位的位置，再计算出机械爪机构和导向抽气机构的移动路线；
2、取气罐：XY机构将双Z轴机构移动至气罐存放区，双Z轴机构带动导向抽气机构下降，导向罩罩住气罐C使得气罐的堵气杆C1外部的圆台卡入橡胶管中(图11所示)，双Z轴机构上升后取出气罐；
3、放气罐：XY机构将双Z轴机构移动至拔罐者背部穴位上方，双Z轴机构带动气罐下降，气罐与人体背部接触时压力传感器产生信号，当压力传感器信号达到设定值时双Z轴机构停止运动同时气泵开始抽气，一定时间后气泵停止工作并且气罐内部形成负压从而吸附在人体背部，双Z轴机构带动导向抽气机构上升使得气罐与导向罩脱开；重复第2步与第3步，将气罐逐个放在拔罐者背部；
5、取气罐：XY机构将双Z轴机构移动至拔罐者背部的气罐上方，双Z轴机构带动机械爪机构下降(图12所示，机械爪机构的手指位于气罐堵气杆的两侧)，双Z轴机构带动机械爪机构上升同时舵机驱动手指收拢(图13所示，机械爪机构的手指夹住堵气杆并将其向上拉起，使得气罐内部负压消失)，双Z轴机构将气罐从拔罐者背部提起，XY机构将气罐移动至气罐存放区；重复第5步，将气罐逐个从拔罐者背部取走。

Claims (8)

1.一种自动拔罐机器人，其特征在于：该装置包括分别设置在平台上的摄像头、机械爪机构、导向抽气机构、带动机械爪机构与导向抽气机构竖直移动的双Z轴机构、带动双Z轴机构水平移动的XY机构以及连接上述部件的控制模块；
所述XY机构包括分别水平固定在平台的两条平行横梁上并且配有Y滑块(22)的两条Y导轨(21)、两端与Y滑块固定并且配有X滑块(24)的X导轨(23)、两个平移电机(31)、向X滑块传递平移电机动力的同步带组件；所述同步带组件包括两条同步带(4)，驱动该两条同步带的外同步带轮(41)与内同步带轮(43)同时设置在平台两个相邻边角区域并且分别位于边角区域的外侧与内侧，由平移电机驱动的主动轮(42)设置在平台另外两个相邻边角区域，每个Y滑块上设置两个惰轮(44)；所述Y导轨设置在相邻的外同步带轮与主动轮之间，两条Y导轨相互平行布置并且垂直于X导轨；每条同步带的两端分别固定在X滑块面向Y导轨的两个侧面，每条同步带与设置在其中一条Y导轨一侧的外同步带轮、主动轮、一个惰轮啮合并且还与设置在另一条Y导轨一侧的内同步带轮、一个惰轮啮合；
所述双Z轴机构包括与X滑块固定并设有第一升降电机(32)的支架(51)、设有第二升降电机(33)的铝型材(52)，通过滑动结构可竖直滑动地定位在铝型材上的连接板(53)、通过传递第一升降电机动力驱动铝型材竖直移动的丝杠结构、通过传递第二升降电机动力驱动连接板竖直移动的齿轮齿条结构；
所述机械爪机构包括固定在铝型材底部的机械爪安装板(60)，机械爪安装板上设置两条手臂以及驱动手臂运动的舵机(69)；所述导向抽气机构包括上下固定的连接套(71)与导向罩(72)、设置在连接套中并与导向罩顶部通孔对接的橡胶管(73)、通过输气管(74)连接橡胶管的气泵，连接套与双Z轴机构的连接板固定；所述控制模块分别连接摄像头、平移电机、第一升降电机、第二升降电机、舵机与气泵。
2.根据权利要求1所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述每条同步带中，连接X滑块与惰轮之间的带体平行于X导轨，并且连接惰轮与主动轮的带体、连接主动轮与外同步带轮的带体、连接内同步带轮与惰轮的带体均平行于Y导轨。
3.根据权利要求2所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述一条同步带的两个端部固定点的连线与另一条同步带的两个端部固定点的连线相交，并且两条同步带的端部固定点的连线与X导轨平行或垂直。
4.根据权利要求3所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述两条手臂对称布置，每条手臂包括第一连杆(61)、可转动地铰接在机械爪安装板与第一连杆之间的第二连杆(62)与第三连杆(63)；所述第一连杆底部设置手指(64)，第一连杆的顶部铰接端设置齿圈(65)并且两条第一连杆的齿圈啮合，舵机驱动其中一条手臂的第一连杆转动。
5.根据权利要求4所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述导向抽气机构还包括关节轴承(75)，关节轴承的内圈与连接套固定，关节轴承的外圈通过轴承座(76)与连接板固定，橡胶管通过转接管(77)连接输气管；所述导向罩中设置压力传感器。
6.根据权利要求5所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述丝杠结构包括可绕竖直轴线转动地定位在支架上的丝杆(54)以及与丝杆螺纹啮合并可与支架形成滑动配合的丝杆滑块(55)。
7.根据权利要求6所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述丝杆与第一升降电机转轴固定，铝型材与丝杆滑块固定；所述滑动结构包括竖直固定在铝型材上的滑轨(56)以及与滑轨配合的连接板滑块(57)。
8.根据权利要求7所述的一种自动拔罐机器人，其特征在于：所述连接板与连接板滑块固定；所述齿轮齿条结构包括竖直固定在滑轨上的齿条(58)以及与第二升降电机转轴固定并与齿条啮合的齿轮(59)。
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