CN111904397A - 可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集*** - Google Patents

可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集***，该***输出压力大小可以控制，包括微型电机、高减速比齿轮组、联轴器、微型扭矩传感器、压杆。该***由三组结构协作完成。该设备的作用是在压杆末的指端提供恒定的压力来为指端收集脉搏信号。在该设备中，扭矩传感器用来监测扭矩值，根据压杆长度和扭矩的大小换算出指端的压力值，并通过反馈信号控制电机，设定不同的扭矩值实现指端不同压力的需求，通过高减速比齿轮组中的蜗轮蜗杆的反向自锁来维持输出压力值恒定。该装置的优点是将蜗轮蜗杆减速器应用于脉诊仪中，脉诊仪只需要在工作的时候电机通电，达到各自所需压力时断电，并且三组结构的运动互不干扰，独立控制。

Description

可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集***
技术领域
本发明涉及蜗轮蜗杆和机电控制中力矩传感器在脉诊仪上的应用，尤其是应用蜗轮蜗杆齿轮组的反向自锁性和力矩传感器的信息反馈对电机的控制来实现脉诊仪指端输出恒定压力维持工作的可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集***。
背景技术
脉诊仪主要体现在实现了中医脉诊客观化。脉诊是中医诊断学四诊之一，是一种独特的诊断方法。它主要是利用手指的感觉来分析脉搏的“位、数、形、势”等特征，借以人身体的功能状态，从而实现无创诊断的目的，对疾病的诊断和治疗有着积极的意义。但是脉象因人因病而已，脉象的成因复杂，许多学者在古人对脉象的认识的基础上，利用科技手段对常见脉象进行分析和测绘，使脉象图辨识进入定量分析，还设计了多种对脉象进行信号采集的传感器，并且将时域频域分享和模糊数学应用于脉象诊断中，通过多角度多信息进行研究，不断促进脉象客观化的研究分析。
授权公告号为CN209252848U的专利公开了一种用于诊脉仪的机械手指，通过控制传感器的角度来获得准确的脉象信息。但该设置体积较大，结构相对复杂，多个机械手指无法同时工作。
《基于霍尔元件的力矩传感控制***的研究与实现》中就是通过扭矩传感器对电机输出转矩的检测，通过分析在不同状态下电机输出转矩的大小的不同进行调节，最后控制电机以达到助力作用，使电机不论在什么情况下都可以起到最优的效果，可以让人用最小的力达到最好的效果。
申请公布号为CN110125805A的专利公开了在自动打蜡中利用扭矩电机输出恒扭矩的***及其应用，可以实现输出恒扭矩的要求。但是该***在输出恒扭矩的时候要求电机保持通电状态，这样不仅仅能耗增加，而且电机处于堵转状态下缩短了***的使用寿命。
申请公布号为CN109770870A的专利公开了一种脉诊仪机械手指，该手指结构简单，体积较小。但是该机械手指没有测量力的传感器，不能控制脉诊传感器和手的压力大小。
授权公告号为CN20915963U的专利公开了一种脉诊仪的机械手指，该装置结构简单，有多个传感器，可以保证对准速度快，精度高，但是该手指也无法测量传感器和手之间的压力，工作时无法实现恒压输出。
针对上诉脉诊仪的不足之处，本设计发明的可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集***可以控制指端压力的大小，在工作时保证压力恒定。并且采用仿生学原理，用三根杆末端来模拟三个手指，信号采集处体积小，结构简单。
发明内容
本发明的目的是为了在脉诊仪中三个指端分别输出轻中重三种不同的压力，并且两两之间互不干扰、独立工作，进而提供了一种可控压力大小的指端恒压脉诊仪信号采集***。
本发明采用如下技术方案：
一种可控压力大小的指端恒压脉诊方法，该方法是通过模拟人体指端提供轻、中、重三种不同的恒定压力来收集脉搏信号，三种不同的压力两两之间互不干扰、独立工作。
所述压力是通过压杆长度和扭矩大小换算得到。
一种用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，包括垂直连接的上支架、下支架以及安装于上支架上的三组脉搏信号采集***；
所述脉搏信号采集***包括微型电机、微型变速箱、扭矩传感器和压杆，微型电机连接驱动微型变速箱，微型变速箱的输出轴与压杆的首端铰接，压杆的末端作为脉诊指端，型变速箱的输出轴上安装有扭矩传感器；三组脉搏信号采集***的压杆末端的运动圆基本重合。
所述压杆指端安装有压力传感器，该传感器可以检测压力对扭矩换算压力进行校核。
所述微型电机型号为TS-32G370,工作转速为8250转每分钟。
所述微型变速箱采用涡轮蜗杆减速器，减速器的齿轮传动比为1650:1。
所述扭矩传感器型号为JNNT-S传感器，传感器测量范围为0-1000NM。
所述三组脉搏信号采集***的其中一根压杆长度为200mm、直径为15mm，另外两根压杆长度为100mm、直径为15mm。
所述200mm长压杆的活动角度为60°，100mm长压杆的活动角度为30°。
本发明有两部分可以实现对输出力的控制，第一部分是由扭矩传感器检测控制的，通过传感器的反馈控制电机的转动和停止来控制轴上的转矩，进而控制压杆末指端压力的大小；第二部分就是高传动比的涡轮反向自锁能力，当电机断电无动力输出后，传动轴因为蜗轮蜗杆的反向自锁仍可保持所需的压力值持续工作。本设计的脉诊仪中电机只需要在力变化的时候才需要工作，极大地降低了通电时间，在使用过程中更加节能。
附图说明
图1为本发明的三维模型图；
图2为电机和减速箱结构示意图；
图3为扭矩传感器结构示意图；
图4为100mm的压杆二和压杆三的结构示意图；
图5为200mm的压杆一结构示意图；
图6为减速箱和传感器之间的变径联轴器结构示意图；
图7为上支架结构示意图；
图8为下支架结构示意图；
图9为单个***三维模型示意图；
图中：1-变径联轴器、2-上支架、3-微型电机、4-微型变速箱、5-下支架、6-扭矩传感器、7-压杆一、8-压杆二、9-指端传感器、10-压杆三；
201-阶梯支架、202-安装板一、203-安装板二；
501-底板、502-凸台诊座、503-支撑杆。
具体实施方式
结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所示脉诊方法是通过控制微型电机转动和停止来实现指端压力的增加和停止，采用齿轮组中蜗轮蜗杆的反向自锁来阻止指端压力减小，实现指端压力保持恒定。在该设计中，电机是直接动力元件；高减速比齿轮组是间接动力元件，将高速小转矩转化为低速大转矩来输出；压杆的末端的指端是压力输出部分，三个指端要求的压力值由扭矩传感器检测反馈控制。脉诊仪工作时指端需要轻、中、重三个不同的压力值，三个指端的压力值和工作时间都不同，采用扭矩传感器检测各自轴上压力值，并反馈给控制***，和三根轴上设定的压力值相比较，达到要求时电机断电，该杆维持所需压力值。停止诊脉工作时，电机反转，压杆归位。
本发明将蜗轮蜗杆减速器的反向自锁应用在诊脉仪中。
本发明指端压力测量是通过扭矩传感器测得的扭矩值换算得到的，无需在指端串联压力传感器。
本发明所述脉诊信号采集***如图1所示，包括垂直连接的上支架、下支架以及安装于上支架上的三组脉搏信号采集***；所述脉搏信号采集***包括微型电机、微型变速箱、扭矩传感器和压杆，微型电机连接驱动微型变速箱，微型变速箱的输出轴与压杆的首端铰接，压杆的末端作为脉诊指端，型变速箱的输出轴上安装有扭矩传感器；三组脉搏信号采集***的压杆末端的运动圆基本重合。
其中，微型电机构成动力元件，高传动比的微型减速器构成动力转化元件，扭矩传感器构成检测调节元件，压杆构成运动转换元件，压杆末端指端则作为执行元件。设定脉诊仪各个轴上需要的扭矩值，然后当传感器所在轴上的扭矩达到压力值得时候，电机断电，蜗轮蜗杆维持传动轴上扭矩恒定，通过压杆转换后的压力值也保持恒定不变。
图2中的轴为减速箱的输出轴，该轴为低速大转矩轴，输出***的整体驱动力，该轴与变径联轴器的细端相连。电机和减速箱是一个整体，他们和支架之间的连接靠减速箱外面的四个螺纹和上支架相连接。
图3为扭矩传感器，扭矩传感器的两端直径相同，一端与变径联轴器的粗端相连，另一端与压杆相连接。
图7为上支架的结构示意图，上支架做成阶梯状的可以防止长压杆运动受限，影响长压杆的旋转运动。两组短压杆脉搏信号采集***通过安装板对称安装于阶梯支架的低台阶上，而长压杆脉搏信号采集***通过安装板安装于高台阶上。微型电机和微型变速箱固定于安装板外侧，扭矩传感器的一端垂直穿过安装板并与减速器的输出轴连接。
图8为下支架的结构示意图，支撑杆与上支架垂直固定，下支架的凸台为放置受压物体的位置，要求在该平面处三根杆末端的运动圆重合或相近。
该设备可以在诊脉时使三根压杆同时输出不同的压力，并且三根压杆独立工作，互不干扰。
脉诊仪的电机只需要在工作开始和结束时通电，增加了电机寿命。
控制三个指端的三个***是独立工作的，根据所需压力和压杆长计算每根轴上扭矩值，设定轻、中、重三个压力值对应的扭矩大小，就可使三个指端分别输出轻中重三种恒定压力。
在工作时，电机转动，带动传感器和压杆转动，当压杆指端碰到手腕时，压杆转动量迅速下降，轴上扭矩值增加，达到设定扭矩时电机断电，蜗轮蜗杆自锁提供指端所需的压力值。
当电机旋转后，通过减速箱的减速将转速降至5转每分钟获得大转矩，输出转动通过联轴器和扭矩传感器后传给压杆，带动压杆的转动。当压杆压到物体的时候，压杆末端位移量可以忽略不计，所以末端的压力值会上升，通过压杆的传递后轴上的扭矩也会上升，扭矩传感器检测轴上扭矩达到要求后控制电机停止转动，但是齿轮组的蜗轮蜗杆会反向自锁，轴不会反转，因此保持固定压力值工作。

Claims (9)

1.一种可控压力大小的指端恒压脉诊方法，其特征在于，该方法是通过模拟人体指端提供轻、中、重三种不同的恒定压力来收集脉搏信号，三种不同的压力两两之间互不干扰、独立工作。
2.根据权利要求1所述的可控压力大小的指端恒压脉诊方法，其特征在于，所述压力是通过压杆长度和扭矩大小换算得到。
3.一种用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，包括垂直连接的上支架、下支架以及安装于上支架上的三组脉搏信号采集***；
所述脉搏信号采集***包括微型电机、微型变速箱、扭矩传感器和压杆，微型电机连接驱动微型变速箱，微型变速箱的输出轴与压杆的首端铰接，压杆的末端作为脉诊指端，型变速箱的输出轴上安装有扭矩传感器；三组脉搏信号采集***的压杆末端的运动圆基本重合。
4.根据权利要求3所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述压杆指端安装有压力传感器。
5.根据权利要求4所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述微型电机型号为TS-32G370,工作转速为8250转每分钟。
6.根据权利要求5所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述微型变速箱采用涡轮蜗杆减速器，减速器的齿轮传动比为1650:1。
7.根据权利要求6所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述扭矩传感器型号为JNNT-S传感器，传感器测量范围为0-1000NM。
8.根据权利要求7所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述三组脉搏信号采集***的其中一根压杆长度为200mm、直径为15mm，另外两根压杆长度为100mm、直径为15mm。
9.根据权利要求8所述的用于实现可控压力大小的指端恒压脉诊方法的脉诊仪信号采集***，其特征在于，所述200mm长压杆的活动角度为60°，100mm长压杆的活动角度为30°。
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