一種具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其是關(guān)于一種具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)老齡化趨勢(shì)的加重，人體運(yùn)動(dòng)功能障礙(即因?yàn)榧怪鶕p傷、腦卒、意外事故傷害等而造成人體的神經(jīng)受損)已成為一種常見(jiàn)的疾病。通過(guò)及時(shí)有效的康復(fù)訓(xùn)練，可以刺激大腦中樞神經(jīng)以恢復(fù)部分功能，消除由于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷帶來(lái)的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙，提高患者的運(yùn)動(dòng)能力。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，利用自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)幫助患者康復(fù)成為了國(guó)內(nèi)外康復(fù)訓(xùn)練發(fā)展的主流。
[0003]康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備可以配合理療師為患者進(jìn)行治療，幫助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。現(xiàn)有的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，雖然經(jīng)過(guò)了多年發(fā)展，有些也已經(jīng)應(yīng)用于臨床治療，但在使用中仍有不足之處:康復(fù)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)曲線數(shù)據(jù)是預(yù)先存入控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，這些數(shù)據(jù)是對(duì)大多數(shù)正常人行走步態(tài)曲線或上肢活動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)和分析后獲得的數(shù)據(jù)，不僅數(shù)據(jù)單一，無(wú)法自適應(yīng)患者病情，而且由于修改涉及編程，修改參數(shù)復(fù)雜，理療師很難學(xué)會(huì)有效操縱現(xiàn)有康復(fù)設(shè)備，更不能針對(duì)每個(gè)病人及時(shí)編寫程序調(diào)整訓(xùn)練動(dòng)作曲線數(shù)據(jù)?？祻?fù)訓(xùn)練設(shè)備本應(yīng)該是配合理療師的治療，起輔助作用的，但現(xiàn)在卻因?yàn)椴倏貑?wèn)題而影響患者的治療進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備，通過(guò)控制器控制主操縱器的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)從動(dòng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)關(guān)節(jié)的反饋?zhàn)赃m應(yīng)做出適合從動(dòng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案及技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明提出一種具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備，包括主操縱器和從動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述主操縱器具有轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力可調(diào)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)主軸，主軸上設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一安裝座板和第二安裝座板，所述第一安裝座板上固定有摩擦盤，第二安裝座板上設(shè)有與摩擦盤接觸摩擦以改變其轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述從動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有與主操縱器的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)和與控制器連接并驅(qū)動(dòng)該關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)執(zhí)行器，用于檢測(cè)第一安裝座板和第二安裝座板相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器和用于檢測(cè)從動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況的從動(dòng)傳感器均與控制器連接，所述控制器根據(jù)角度傳感器和從動(dòng)傳感器的測(cè)量值判斷同一信號(hào)采集時(shí)間間隔內(nèi)主操縱器關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與從動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速的差值，并根據(jù)差值大小通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制主操縱器關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)阻尼力的大小。
[0007]較佳的，所述的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備還包括存儲(chǔ)主操縱器預(yù)定動(dòng)作指令信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器與控制器連接以傳輸動(dòng)作指令信號(hào)給控制器。
[0008]較佳的，所述從動(dòng)傳感器是檢測(cè)從動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度的從動(dòng)角度傳感器。
[0009]較佳的，所述從動(dòng)傳感器是檢測(cè)從動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位置的位置傳感器。
[0010]較佳的，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括相對(duì)的設(shè)置在摩擦盤兩側(cè)以?shī)A持摩擦盤的兩個(gè)氣缸，兩個(gè)氣缸與控制其同步動(dòng)作的比例調(diào)節(jié)閥連接，比例調(diào)節(jié)閥連接控制器以控制兩個(gè)氣缸的動(dòng)作。
[0011]較佳的，在所述兩個(gè)氣缸內(nèi)側(cè)均設(shè)有夾持摩擦盤的摩擦片。
[0012]較佳的，所述主操縱器包括多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力可調(diào)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)之間通過(guò)連桿相連，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的第一安裝座板和第二安裝座板設(shè)有固定連桿的安裝孔位。
[0013]較佳的，所述從動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)與主操縱器對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動(dòng)每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)執(zhí)行器，關(guān)節(jié)執(zhí)行器與從動(dòng)傳感器連接。
[0014]較佳的，所述角度傳感器設(shè)于主軸上。
[0015]較佳的，所述第二安裝座板固定于主軸上，所述第一安裝座板沿主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)摩擦盤相對(duì)第二安裝座板沿主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
1、本發(fā)明通過(guò)控制器控制主操縱器的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)從動(dòng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)關(guān)節(jié)的反饋?zhàn)赃m應(yīng)做出適合從動(dòng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作，從動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，為了使從動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)做出合適的動(dòng)作，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)主操縱器以解決現(xiàn)有技術(shù)需要修改存儲(chǔ)器中運(yùn)動(dòng)曲線參數(shù)數(shù)據(jù)的不便，主操縱器與從動(dòng)機(jī)構(gòu)都連接到控制器，一方面，從動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)可以與主操縱器的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作，另一方面，控制器通過(guò)判斷同一信號(hào)采集時(shí)間間隔內(nèi)主操縱器關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和從動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速的差值大小，控制主操縱器關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)阻尼力的大小，轉(zhuǎn)速差值越大，控制器反饋給主操縱器的阻尼力就越大，操作主操縱器的人(如理療師)根據(jù)從動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼反饋?zhàn)赃m應(yīng)的做出適合使用從動(dòng)機(jī)構(gòu)的人的示教動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了示教再現(xiàn)和阻尼力反饋的功能，理療師通過(guò)操作主操縱器，幫助使用從動(dòng)機(jī)構(gòu)的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；
2、存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)主操縱器預(yù)定動(dòng)作指令信號(hào)數(shù)據(jù)，主操縱器根據(jù)從動(dòng)機(jī)構(gòu)阻尼反饋?zhàn)龀龅暮线m動(dòng)作數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，相當(dāng)于根據(jù)使用從動(dòng)機(jī)構(gòu)的人(如患者)的情況，實(shí)時(shí)更新存儲(chǔ)器中的運(yùn)動(dòng)曲線數(shù)據(jù)，之后一定時(shí)間內(nèi)，可由控制器調(diào)用存儲(chǔ)器中的合適數(shù)據(jù)，控制從動(dòng)機(jī)構(gòu)重復(fù)該動(dòng)作若干次，減輕了操作主操縱器的人的工作負(fù)擔(dān)；
3、從動(dòng)傳感器反饋給控制器的數(shù)據(jù)可以是從動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)的角度測(cè)量值或位置測(cè)量值，可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的從動(dòng)傳感器；
4、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)氣缸是相對(duì)的設(shè)置在摩擦盤兩側(cè)，通過(guò)比例調(diào)節(jié)閥控制兩個(gè)氣缸同步動(dòng)作夾持摩擦盤，第一安裝座板和第二安裝座板的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度由角度傳感器測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，提高了關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的線性度和剛性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備的控制原理圖。
[0018]圖2是本發(fā)明中主操縱器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是圖2中關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是圖3關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制原理圖。
[0021]圖5是本發(fā)明中主操縱器另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]1:主操縱器，11:連桿，2:從動(dòng)機(jī)構(gòu)，21:關(guān)節(jié)，22:關(guān)節(jié)執(zhí)行器，23:從動(dòng)傳感器，3:關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，31:主軸，32:第一安裝座板，33:第二安裝座板，34:摩擦盤，35:驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，351:氣缸，352:比例調(diào)節(jié)閥，353:摩擦片，354:氣源，36:角度傳感器，4:控制器，5:存儲(chǔ)器，6:束帶，7:護(hù)板，8:尺寸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，81:滑軌，82:滑座。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的內(nèi)容更明顯易懂，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024]本發(fā)明提供一種具有阻尼反饋的機(jī)械臂主從操縱設(shè)備，該設(shè)備包括主操縱器I和從動(dòng)機(jī)構(gòu)2，從動(dòng)機(jī)構(gòu)2相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，為了使從動(dòng)機(jī)構(gòu)2的關(guān)節(jié)21做出合適的動(dòng)作，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)主操縱器I以解決現(xiàn)有技術(shù)需要修改存儲(chǔ)器中運(yùn)動(dòng)曲線參數(shù)數(shù)據(jù)的不便，主操縱器I和從動(dòng)機(jī)構(gòu)2都連接到控制器4，圖1是本發(fā)明的控制原理圖，主操縱器I是配戴在人(如理療師)的關(guān)節(jié)處，由這個(gè)人示教各種訓(xùn)練動(dòng)作，主操縱器I包括多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力可調(diào)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3之間通過(guò)連桿11相連，將主操縱器I貼附于該人的關(guān)節(jié)處，主操縱器I的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3對(duì)應(yīng)人的關(guān)節(jié)，連桿11的長(zhǎng)度是兩個(gè)關(guān)節(jié)之間的長(zhǎng)度，當(dāng)人的該關(guān)節(jié)做出動(dòng)作時(shí)，主操縱器I的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3會(huì)將關(guān)節(jié)的動(dòng)作指令(如關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息)傳遞給控制器4。從動(dòng)機(jī)構(gòu)2是患者使用的，從動(dòng)機(jī)構(gòu)2中的關(guān)節(jié)21由關(guān)節(jié)執(zhí)行器22驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)執(zhí)行器22與控制器4相連，控制器4將主操縱器I的動(dòng)作指令信號(hào)發(fā)送給關(guān)節(jié)執(zhí)行器22，讓患者跟隨做出相應(yīng)的動(dòng)作，控制器4對(duì)從動(dòng)機(jī)構(gòu)2反饋的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息和主操縱器I的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行比較，通過(guò)差值大小控制主操縱器I關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3阻尼力的大小，使操作主操縱器I的人做出適合使用從動(dòng)機(jī)構(gòu)2的患者的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了示教再現(xiàn)和阻尼力反饋的功能。
[0025]參閱圖2的實(shí)施例，本發(fā)明的主操縱器I具有一個(gè)以上的轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力可調(diào)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3，每個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3對(duì)應(yīng)人的一個(gè)關(guān)節(jié)，負(fù)責(zé)該關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)信息采集和反饋?zhàn)枘崃φ{(diào)節(jié)，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3是主操縱器I的核心，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3之間通過(guò)連桿11相連。圖3是圖2中關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3包括一個(gè)主軸31，主軸31上設(shè)有可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一安裝座板32和第二安裝座板33，所述第一安裝座板32上固定有摩擦盤34，第二安裝座板33上設(shè)有與摩擦盤34接觸摩擦以改變其轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3