CN108743369B - 一种自动化针灸床 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种自动化针灸床，包括转台、并联基座、第一串联臂、第二串联臂、第三串联臂、针架、床垫、床板、第一支撑架、轮瓦、轮子。九自由度混联机构主体加两自由度的工作头，工作空间大，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。两个床身，可一次性给两个躺着的病人施针，也可对坐着的六个病人施针。

Description

一种自动化针灸床
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种自动化针灸床。
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，本发明提供一种自动化针灸床，九自由度混联机构主体加两自由度的工作头，工作空间大，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。两个床身，可一次性给两个躺着的病人施针，也可对坐着的六个病人施针。
本发明所使用的技术方案是：一种自动化针灸床，包括转台、并联基座、第一串联臂、第二串联臂、第三串联臂、针架、床垫、床板、第一支撑架、轮瓦、轮子，所述的第三串联臂固定安装在第二串联臂上，第二串联臂固定安装在第一串联臂上，第一串联臂固定安装在并联基座上，并联基座固定安装在转台上，转台固定安装在床板上；所述的床板两侧放置有两个床垫，前端固定安装有一针架，下面固定安装有一第一支撑架，第一支撑架四角底部铰接有四个轮瓦，每个轮瓦上铰接有一个轮子。
所述的转台包括第一底盘、第一齿轮、防尘罩、第二齿轮、第一伺服电机，所述的第一底盘固定安装在前述的床板上；所述的第一齿轮、第二齿轮铰接在第一底盘上，且相互啮合；防尘罩固定安装在第一底盘上，第一伺服电机固定安装在防尘罩上且输出轴与第二齿轮连接。
所述的并联基座包括第二底盘、第一支座、第一铰链、第一球形铰支座、第二支座、第二铰链、第一电动推杆、第三支座、第三铰链、第二电动推杆、第三电动推杆、支撑套、第一机械臂，其特征在于：所述的第二底盘固定安装在前述的第一齿轮上；所述的第一支座、第二支座和四个第一球形铰支座固定安装在第二底盘上；第三电动推杆通过第一铰链铰接在第一支座上，其上固定安装有一第三支座；第一电动推杆底端通过第二铰链铰接在第二支座上，推杆端通过第三铰链铰接在第三支座上；所述的第二电动推杆有四个，底端分别铰接在一个第一球形铰支座上；所述的支撑套下侧五个球形铰支座分别与第二电动推杆、第三电动推杆推杆端铰接；所述的第一机械臂固定安装在支撑套内。
所述的第一串联臂包括第二伺服电机、第一谐波减速器、第二机械臂、窥视孔盖、第一锥齿轮、第三伺服电机，所述的第一谐波减速器固定安装在前述的第一机械臂上；第二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；第二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；第三伺服电机固定安装在第二机械臂内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮。
所述的第二串联臂包括第二谐波减速器、第三机械臂、第四伺服电机、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二机械臂上；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；第三机械臂固定安装在第二谐波减速器输出端；第四伺服电机固定安装在第三机械臂外伸端。
所述的第三串联臂包括第三谐波减速器、第四机械臂、第一步进电机、激光传感器、摄像头、第四支座、轴、第一抓手、第二抓手、第四铰链、连杆、螺母、第一螺杆、第一支板、第二步进电机、工字型柱、第二支板、第二螺杆、第三齿轮、第四齿轮、第二支撑架，所述的第三谐波减速器固定安装在前述的第三机械臂上，且输入轴与第四伺服电机输出轴连接；第四机械臂固定安装在第三谐波减速器输出端，且其上内孔带螺纹；第一步进电机固定安装在第四机械臂上；所述的两个激光传感器和两个摄像头分别铰接在第一支板两侧；两个第四支座和一个第二步进电机分别固定安装在第一支板上下底面；轴两端固定安装在第四支座上；第一抓手、第二抓手铰接在轴上，每个抓手下侧两面分别通过一个第四铰链铰接有两个连杆；四个连杆两两一组，每组另一端分别通过一个第四铰链铰接在螺母两侧带孔耳中；所述的第一螺杆固定安装在第二步进电机输出轴，且与螺母配合构成一螺旋副；两个工字型柱用于固定连接第一支板与第二支板；第二螺杆一端带法兰且固定安装在第二支板上，螺杆部分与第四机械臂上的螺纹孔配合构成一螺旋副，另一端固定安装有一第三齿轮；第二支撑架固定安装在第四机械臂上，其上固定安装有一第四齿轮，与第三齿轮啮合，且齿轮轴与第一步进电机输出轴连接。
由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：（1）九自由度混联机构主体加两自由度的工作头，工作空间大，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；（5）两个床身，可一次性给两个躺着的病人施针，也可对坐着的六个病人施针。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的转台结构示意图。
图3为本发明的并联基座结构示意图。
图4为本发明的第一串联臂结构示意图。
图5为本发明的第二串联臂结构示意图。
图6、图7为本发明的第三串联臂结构示意图。
图8为本发明的支撑套零件结构示意图。
图9为本发明的第四机械臂零件结构示意图。
图10为本发明的螺母零件结构示意图。
附图标号：1-转台；2-并联基座；3-第一串联臂；4-第二串联臂；5-第三串联臂；6-针架；7-床垫；8-床板；9-第一支撑架；10-轮瓦；11-轮子；101-第一底盘；102-第一齿轮；103-防尘罩；104-第二齿轮；105-第一伺服电机；201-第二底盘；202-第一支座；203-第一铰链；204-第一球形铰支座；205-第二支座；206-第二铰链；207-第一电动推杆；208-第三支座；209-第三铰链；210-第二电动推杆；211-第三电动推杆；212-支撑套；213-第一机械臂；301-第二伺服电机；302-第一谐波减速器；303-第二机械臂；304-窥视孔盖；305-第一锥齿轮；306-第三伺服电机；401-第二谐波减速器；402-第三机械臂；403-第四伺服电机；404-第二锥齿轮；501-第三谐波减速器；502-第四机械臂；503-第一步进电机；504-激光传感器；505-摄像头；506-第四支座；507-轴；508-第一抓手；509-第二抓手；510-第四铰链；511-连杆；512-螺母；513-第一螺杆；514-第一支板；515-第二步进电机；516-工字型柱；517-第二支板；518-第二螺杆；519-第三齿轮；520-第四齿轮；521-第二支撑架。
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。
实施例：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的一种自动化针灸床，包括转台1、并联基座2、第一串联臂3、第二串联臂4、第三串联臂5、针架6、床垫7、床板8、第一支撑架9、轮瓦10、轮子11，第三串联臂5固定安装在第二串联臂4上，第二串联臂4固定安装在第一串联臂3上，第一串联臂3固定安装在并联基座2上，并联基座2固定安装在转台1上，转台1固定安装在床板8上。床板8两侧放置有两个床垫7，前端固定安装有一针架6，下面固定安装有一第一支撑架9，第一支撑架9四角底部铰接有四个轮瓦10，每个轮瓦上铰接有一个轮子11。
转台1包括第一底盘101、第一齿轮102、防尘罩103、第二齿轮104、第一伺服电机105，第一底盘101固定安装在前述的床板8上。第一齿轮102、第二齿轮104铰接在第一底盘101上，且相互啮合。防尘罩103固定安装在第一底盘101上，第一伺服电机105固定安装在防尘罩103上且输出轴与第二齿轮104连接。
并联基座2包括第二底盘201、第一支座202、第一铰链203、第一球形铰支座204、第二支座205、第二铰链206、第一电动推杆207、第三支座208、第三铰链209、第二电动推杆210、第三电动推杆211、支撑套212、第一机械臂213，第二底盘201固定安装在前述的第一齿轮102上。第一支座202、第二支座205和四个第一球形铰支座204固定安装在第二底盘201上。第三电动推杆211通过第一铰链203铰接在第一支座202上，其上固定安装有一第三支座208。第一电动推杆207底端通过第二铰链206铰接在第二支座205上，推杆端通过第三铰链209铰接在第三支座208上。第二电动推杆210有四个，底端分别铰接在一个第一球形铰支座204上。支撑套212下侧五个球形铰支座分别与第二电动推杆210、第三电动推杆211推杆端铰接。第一机械臂213固定安装在支撑套212内。
第一串联臂3包括第二伺服电机301、第一谐波减速器302、第二机械臂303、窥视孔盖304、第一锥齿轮305、第三伺服电机306，其特征在于：第一谐波减速器302固定安装在前述的第一机械臂213上。第二伺服电机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。第二机械臂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。第三伺服电机306固定安装在第二机械臂303内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮305。
第二串联臂4包括第二谐波减速器401、第三机械臂402、第四伺服电机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二机械臂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。第三机械臂402固定安装在第二谐波减速器401输出端。第四伺服电机403固定安装在第三机械臂402外伸端。
第三串联臂5包括第三谐波减速器501、第四机械臂502、第一步进电机503、激光传感器504、摄像头505、第四支座506、轴507、第一抓手508、第二抓手509、第四铰链510、连杆511、螺母512、第一螺杆513、第一支板514、第二步进电机515、工字型柱516、第二支板517、第二螺杆518、第三齿轮519、第四齿轮520、第二支撑架521，第三谐波减速器501固定安装在前述的第三机械臂402上，且输入轴与第四伺服电机403输出轴连接。第四机械臂502固定安装在第三谐波减速501器输出端，且其上内孔带螺纹。第一步进电机503固定安装在第四机械臂502上。两个激光传感器504和两个摄像头505分别铰接在第一支板514两侧。两个第四支座506和一个第二步进电机515分别固定安装在第一支板514上下底面。轴507两端固定安装在第四支座506上。第一抓手508、第二抓手509铰接在轴507上，每个抓手下侧两面分别通过一个第四铰链510铰接有两个连杆511。四个连杆511两两一组，每组另一端分别通过一个第四铰链510铰接在螺母512两侧带孔耳中。第一螺杆513固定安装在第二步进电机515输出轴，且与螺母512配合构成一螺旋副。两个工字型柱516用于固定连接第一支板514与第二支板517。第二螺杆518一端带法兰且固定安装在第二支板517上，螺杆部分与第四机械臂502上的螺纹孔配合构成一螺旋副，另一端固定安装有一第三齿轮519。第二支撑架521固定安装在第四机械臂502上，其上固定安装有一第四齿轮520，与第三齿轮519啮合，且齿轮轴与第一步进电机503输出轴连接。
本发明工作原理：本发明执行机构为九自由度混联机构加上两自由度工作头，其中转台1有一个自由度，即第一伺服电机105控制的并联基座2绕第一齿轮102中心的转动，该自由度用于驱动机构实现对两侧床垫7上不同位置的病人进行施针。并联基座2有五个自由度，分别为向前、向上的移动和绕坐标轴三个轴的转动，四个第二电动推杆210为SPS全自由度支链，不影响机构自由度；而中间第三电动推杆211为RPS支链，拥有前述的五个自由度。具体控制为，控制上下移动自由度的运动靠第三电动推杆211的推杆上下移动来实现，控制前后移动自由度的运动靠第一电动推杆207的推杆上下移动来实现，控制绕三个坐标轴的转动运动靠四个第二电动推杆210的推杆上下移动来实现。串联部分第一串联臂3、第二串联臂4和第三串联臂5依次串联连接并安装在并联基座2上的第一机械臂213外伸端，拥有绕三个谐波减速器中心轴的转动自由度。工作头部分，第二步进电机515控制第一螺杆513转动，驱动与之配合的螺母512上下移动，连杆511随螺母移动，第一抓手508、第二抓手509随连杆511移动，从而实现抓手开合的功能。而工作头的两个自由度为，第二螺杆518绕其中心的转动和沿其轴向的移动，靠第一步进电机503驱动第四齿轮520带动与第二螺杆518固结的第三齿轮519实现，可使工作头一边自传一边前进，模仿人工施针时捻针扎针的过程，两齿轮的齿厚差决定了前进的行程。摄像头505用于传回图像数据进行穴位和距离分析及轨迹规划，激光传感器504用于测距，控制扎针深度，并防误触。

Claims (1)

1.一种自动化针灸床，包括转台（1）、并联基座（2）、第一串联臂（3）、第二串联臂（4）、第三串联臂（5）、针架（6）、床垫（7）、床板（8）、第一支撑架（9）、轮瓦（10）、轮子（11），其特征在于：所述的第三串联臂（5）固定安装在第二串联臂（4）上，第二串联臂（4）固定安装在第一串联臂（3）上，第一串联臂（3）固定安装在并联基座（2）上，并联基座（2）固定安装在转台（1）上，转台（1）固定安装在床板（8）上；所述的床板（8）两侧分别放置有一个床垫（7），前端固定安装有一针架（6），下面固定安装有一第一支撑架（9），第一支撑架（9）四角底部分别铰接有一个轮瓦（10），每个轮瓦上铰接有一个轮子（11）；
所述的转台（1）包括第一底盘（101）、第一齿轮（102）、防尘罩（103）、第二齿轮（104）、第一伺服电机（105），所述的第一底盘（101）固定安装在前述的床板（8）上；所述的第一齿轮（102）、第二齿轮（104）铰接在第一底盘（101）上，且相互啮合；防尘罩（103）固定安装在第一底盘（101）上，第一伺服电机（105）固定安装在防尘罩（103）上且输出轴与第二齿轮（104）连接；
所述的并联基座（2）包括第二底盘（201）、第一支座（202）、第一铰链（203）、第一球形铰支座（204）、第二支座（205）、第二铰链（206）、第一电动推杆（207）、第三支座（208）、第三铰链（209）、第二电动推杆（210）、第三电动推杆（211）、支撑套（212）、第一机械臂（213），所述的第二底盘（201）固定安装在前述的第一齿轮（102）上；所述的第一支座（202）、第二支座（205）和四个第一球形铰支座（204）固定安装在第二底盘（201）上；第三电动推杆（211）的底端通过第一铰链（203）铰接在第一支座（202）上，第三电动推杆（211）的上部固定安装有一第三支座（208）；第一电动推杆（207）底端通过第二铰链（206）铰接在第二支座（205）上，推杆端通过第三铰链（209）铰接在第三支座（208）上；所述的第二电动推杆（210）有四个，底端分别铰接在一个第一球形铰支座（204）上；所述的支撑套（212）下侧五个球形铰支座分别与第二电动推杆（210）、第三电动推杆（211）推杆端铰接；所述的第一机械臂（213）固定安装在支撑套（212）内；
所述的第一串联臂（3）包括第二伺服电机（301）、第一谐波减速器（302）、第二机械臂（303）、第一锥齿轮（305）、第三伺服电机（306），所述的第三伺服电机（306）固定安装在第二机械臂（303）内部，且其输出轴上固定安装有一第一锥齿轮（305）；所述的第一串联臂（3）还包括窥视孔盖（304），所述的第一谐波减速器（302）固定安装在前述的第一机械臂（213）上；第二伺服电机（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；第二机械臂（303）固定安装在第一谐波减速器（302）输出端，且其上固定安装有所述窥视孔盖（304）；
所述的第二串联臂（4）包括第二谐波减速器（401）、第三机械臂（402）、第四伺服电机（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二机械臂（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；第三机械臂（402）固定安装在第二谐波减速器（401）输出端；第四伺服电机（403）固定安装在第三机械臂（402）外伸端；
所述的第三串联臂（5）包括第三谐波减速器（501）、第四机械臂（502），所述的第三谐波减速器（501）固定安装在前述的第三机械臂（402）上，且输入轴与第四伺服电机（403）输出轴连接；第四机械臂（502）固定安装在第三谐波减速器（501）输出端，且第四机械臂（502）上设置有螺纹孔；所述的第三串联臂（5）还包括第一步进电机（503）、激光传感器（504）、摄像头（505）、第四支座（506）、轴（507）、第一抓手（508）、第二抓手（509）、第四铰链（510）、连杆（511）、螺母（512）、第一螺杆（513）、第一支板（514）、第二步进电机（515）、工字型柱（516）、第二支板（517）、第二螺杆（518）、第三齿轮（519）、第四齿轮（520）、第二支撑架（521），所述的第一步进电机（503）固定安装在第四机械臂（502）上；两个所述的激光传感器（504）和两个所述的摄像头（505）分别铰接在第一支板（514）两侧；两个第四支座（506）和一个第二步进电机（515）分别固定安装在第一支板（514）上下底面；轴（507）两端固定安装在第四支座（506）上；第一抓手（508）、第二抓手（509）铰接在轴（507）上，每个抓手下侧两面分别通过一个第四铰链（510）与两个连杆（511）的一端铰接，两个连杆（511）的另一端分别通过另一个第四铰链（510）铰接在螺母（512）两侧的带孔耳中；所述的第一螺杆（513）固定安装在第二步进电机（515）输出轴，且与螺母（512）配合构成一螺旋副；两个工字型柱（516）用于固定连接第一支板（514）与第二支板（517）；第二螺杆（518）一端带法兰且固定安装在第二支板（517）上，螺杆部分与第四机械臂（502）上的螺纹孔配合构成一螺旋副，另一端固定安装有一第三齿轮（519）；第二支撑架（521）固定安装在第四机械臂（502）上，第二支撑架（521）上固定安装有一第四齿轮（520），与第三齿轮（519）啮合，且第四齿轮（520）的齿轮轴与第一步进电机（503）输出轴连接。
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