專利名稱：一種推拿機器人執行機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療機械領域，特指一類利用具有兩平移的導軌上串聯五自由度的機 械臂再串聯一平移一轉動的兩自由度并聯機構及曲柄搖桿機構加三維力傳感器及控制系 統組成的機器人，可用于中醫推拿醫療中，如面向老年人腰腿疼痛的推拿或按摩，屬于空間 并聯機器人與曲柄搖桿機構串聯全解耦運動的機構及中醫醫療設備現代化的研究領域。
背景技術：
1999年我國進入國際公認的老齡化社會，60歲以上老年人口占全國總人口的 10%，截至2008年底，全國老年人口已經增至1.69億，，目前我國人口老齡化呈持續加劇之 勢。因此老年人口的醫療和保健成為我國面臨的重大社會服務問題。目前，老年退行性疾 病和慢性疾病帶來的各種疼痛已成為困擾老年人的主要病痛之一，且以老年腰腿疼痛最為 普遍和嚴重。中醫推拿一直是緩解和治療各種慢性疼痛的最為有效的手段。但時至今日， 各大醫院的臨床治療仍由少部分有經驗的按摩師人工進行，按摩效果的影響因素(如按摩 的位置、力量及其變化、手法運用、患者心理調節等)無法用語言準確、定量地進行描述，從 而影響了按摩手法的積極推廣。因此研究和發明按摩機器人以代替按摩師的人工勞動具有 現實意義和實用價值。并聯機構具有高精度、高剛度和高承載力等優點而成為人們的研究熱點，并被廣 泛應用于微動機器人、工業機器人、并聯機床等多個領域。因此利用現代機械、計算機、機電 一體化技術研究一種能滿足多種空間推拿運動手法需要的機器人是一種既可行又具有巨 大市場潛力的好的研究方向。與本申請最接近的專利有發明人本人申請的已獲發明授權的 兩項專利。專利號ZL03132071.6，名稱一類新型中醫傷科醫用推拿機器人，該專利的主要 執行機構為4-SPS，1-5R形式或4-SPS，1-8R或4-SPS，1-4R1P形式組成的機構，該機構剛度 高，動態特性好，轉動自由度有很高的靈活性，動作靈敏迅速，可很好的滿足推拿操作特性 要求。專利號ZL200510094463. X，名稱一類新型串并聯中醫推拿機器人，該專利的主要機構 為2-PRR丄R，1_RUU所組成，該機構剛度高，轉動靈活性高，解耦性好，容易實現實時控制。
發明內容
本發明的主要目的是從中醫推拿手法的運動學和動力學要求出發，結合串聯機構 和并聯機構的特點，提供一種能完成中醫推拿的五種主流手法(滾法、按法、揉法、振法、拍 法)的串并聯機器人用于面向老年人腰腿疼痛的中醫推拿機器人。其主體機構由具有兩平 移的導軌上串聯五自由度的機械臂再串聯一平移一轉動的兩自由度并聯機構及曲柄搖桿 機構共同構成。本發明采用的技術方案是具有兩平移的導軌配合五自由度的機械臂可實現對按摩位置的準確定位。其中兩 平移的導軌，可實現平面內兩個相互垂直方向的平移運動。一平移一轉動的兩自由度空間并聯機構，由固定平臺、動平臺和連接動平臺、固定平臺的四條支鏈組成。其中兩條為同種結構的主動支鏈，采用移動副_轉動副-轉動副組成 的單開鏈；另兩條為同種結構的輔助支鏈，采用移動副-轉動副組成的單開鏈，且兩條輔助 支鏈中的轉動副軸線必須布置在同一條直線上。并聯機構主動支鏈中的移動副由直線電機 驅動實現。曲柄搖桿機構垂直安裝在并聯機構的動平臺上，三維力傳感器固定于曲柄搖桿 機構中連桿中點位置并配置“按摩手”固結于三維力傳感器輸出軸，由伺服電機驅動曲柄。本發明包括兩平移導軌的移動副A、兩平移導軌的移動副B、固定平臺、動平臺、并 聯機構和平面搖桿機構。兩平移導軌的移動副A和兩平移導軌的移動副B組成的兩平移導 軌串聯上五自由度機械臂，所述固定平臺與五自由度機械臂固定連接。固定平臺與之間動 平臺設置并聯機構，并聯機構包括主動支鏈A、主動支鏈B、輔助支鏈A和輔助支鏈B ；主動 支鏈A與主動支鏈B、輔助支鏈A與輔助支鏈B對稱布置于上下平臺的四個象限點；主動支 鏈A包括主動支鏈的轉動副B、主動支鏈的移動副A和主動支鏈的轉動副A ；主動支鏈B包 括主動支鏈的移動副B、主動支鏈的轉動副D和主動支鏈的轉動副C ；輔助支鏈A包括輔助 支鏈的移動副B和輔助支鏈的轉動副B，輔助支鏈的移動副B與固定平臺固定連接，輔助支 鏈的轉動副B與動平臺固定連接；所述輔助支鏈B包括輔助支鏈的移動副A和輔助支鏈的 轉動副A，輔助支鏈的移動副A與固定平臺固定連接，輔助支鏈的轉動副A與動平臺固定連 接。平面搖桿機構包括平面曲柄搖桿機構的轉動副A、組成平面搖桿機構的轉動副B、組成 平面搖桿機構的轉動副D和組成平面搖桿機構的轉動副C ；所述平面曲柄搖桿機構的轉動 副A與組成平面搖桿機構的轉動副B、組成平面搖桿機構的轉動副D與組成平面搖桿機構的 轉動副C之間分別用曲柄搖桿連接；組成平面搖桿機構的轉動副B與組成平面搖桿機構的 轉動副C之間用直桿連接；所述平面曲柄搖桿機構的轉動副A和組成平面搖桿機構的轉動 副D分別于動平臺固定連接。本發明的有益效果是該推拿機器人的輸出端“按摩手”能實現四種主流的推拿手 法滾法、按法、揉法、振法、拍法。該機構的重要機器人主體機構結構簡單，剛度高，動平臺 擺動角度大，轉動自由度靈活，動作靈敏迅速，可較好的滿足推拿操作特性要求，另外，機構 解耦性及動態特效好，便于實時控制。本發明將傳統的人工推拿動作由機器人來完成，對中 醫醫療技術現代化具有重要的學術價值，該類機器人的產業化將帶來巨大的經濟效益及社 會效益，并具有廣闊的應用前景。
圖1為本發明實施方式1的結構示意2為本發明實施方式2的結構示意圖。圖中1，輔助支鏈的轉動副A ；2，組成平面曲柄搖桿機構的轉動副
3，組成平面搖桿機構的轉動副B ； 5，主動支鏈的轉動副A ； 7，組成平面搖桿機構的轉動副C ； 9，動平臺；
10，輔助支鏈的轉動副B; 12，主動支鏈的轉動副D; 14，固定平臺；
4，主動支鏈的移動副A ； 6，主動支鏈的轉動副B;
8，組成平面搖桿機構的轉動副D ；
11，主動支鏈的轉動副C; 13，輔助支鏈的移動副B;
15，主動支鏈的移動副B ； 17，兩平移導軌的移動副B ； 19，五自由度機械臂；
16，兩平移導軌的移動副A ； 18，輔助支鏈的移動副A ；
具體實施例方式實施方式1 如附圖1所示，本發明包括兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副 B(17)、固定平臺(14)、動平臺(9)、并聯機構和平面搖桿機構；兩平移導軌的移動副A(16) 和兩平移導軌的移動副B(17)組成的兩平移導軌串聯上五自由度機械臂(19)，固定平臺 (14)與五自由度機械臂(19)固定連接。固定平臺(14)與之間動平臺(9)配置并聯機構。并聯機構包括主動支鏈A、主動 支鏈B、輔助支鏈A和輔助支鏈B ；主動支鏈A與主動支鏈B、輔助支鏈A與輔助支鏈B對稱 布置于上下平臺的四個象限點。主動支鏈A包括主動支鏈的轉動副B (6)、主動支鏈的移動 副A(4)和主動支鏈的轉動副A(5)，主動支鏈的轉動副B(6)、主動支鏈的移動副A(4)和主 動支鏈的轉動副A(5)依次相連，主動支鏈的轉動副B(6)與固定平臺(14)固定連接，主動 支鏈的轉動副A(5)與動平臺(9)固定連接；主動支鏈B包括主動支鏈的移動副B(15)、主 動支鏈的轉動副D(12)和主動支鏈的轉動副C(ll)，主動支鏈的移動副B(15)、主動支鏈的 轉動副D(12)和主動支鏈的轉動副C(ll)依次相連，主動支鏈的移動副B(15)與固定平臺 (14)固定連接，主動支鏈的轉動副C(ll)與動平臺(9)固定連接。輔助支鏈A包括輔助支 鏈的移動副B (13)和輔助支鏈的轉動副B (10)，輔助支鏈的移動副B (13)與固定平臺(14) 固定連接，輔助支鏈的轉動副B (10)與動平臺(9)固定連接；輔助支鏈B包括輔助支鏈的移 動副A(18)和輔助支鏈的轉動副A(l)，輔助支鏈的移動副A(18)與固定平臺(14)固定連 接，輔助支鏈的轉動副A(l)與動平臺(9)固定連接。平面搖桿機構包括平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)、組成平面搖桿機構的轉動副 B(3)、組成平面搖桿機構的轉動副D(8)和組成平面搖桿機構的轉動副C(7)；平面曲柄搖桿 機構的轉動副A(2)與組成平面搖桿機構的轉動副B(3)、組成平面搖桿機構的轉動副D(8) 與組成平面搖桿機構的轉動副C(7)之間分別用曲柄搖桿連接；組成平面搖桿機構的轉動 副B(3)與組成平面搖桿機構的轉動副C(7)之間用直桿連接；平面曲柄搖桿機構的轉動副 A(2)和組成平面搖桿機構的轉動副D(8)分別于動平臺(9)固定連接。所有移動副的導路方位均垂直于固定平臺(14)，六個轉動副的軸線相互平行，都 平行于定坐標系的x軸，且輔助支鏈的轉動副A(l)和輔助支鏈的轉動副B (10)的軸線在同 一條直線上。主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的移動副B(15)由兩個直線電機驅動。平 面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)、組成平面搖桿機構的轉動副B(3)、組成平面搖桿機構的轉 動副D(8)和組成平面搖桿機構的轉動副C(7)的軸線都垂直于動平臺(9)，平面曲柄搖桿機 構的轉動副A (2)由電機驅動。上述實施方式1的工作過程是由兩平移的導軌配合五自由度機械臂(19)使安裝于五自由度機械臂中的并聯機 構和按摩手型到達預定位置。兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副B(17)配合 一平移一轉動的兩自由度并聯機構及曲柄搖桿機構所組成的三平移兩轉動機構來完成按摩手法中滾、按、揉、振、拍的動作。其中兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副 B(17)配合并聯機構中主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的移動副B(15)按相同規律運動 來實現按摩手法中振和拍的動作；兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副B (17) 配合并聯機構中主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的移動副B(15)按相同規律運動及伺 服電機驅動曲柄搖桿機構共同實現按摩手法中按、揉的動作；兩平移導軌的移動副A(16)、 兩平移導軌的移動副B(17)配合并聯機構中的主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的移動 副B(15)按反向規律運動驅動時來實現按摩手法中滾的動作。實施方式2 結合圖2，與實施方式2不同的地方為，主動支鏈A包括主動支鏈的移動副A(4)、 主動支鏈的轉動副B (6)和主動支鏈的轉動副A (5)，主動支鏈的移動副A (4)、主動支鏈的轉 動副B(6)和主動支鏈的轉動副A(5)依次相連，主動支鏈的移動副A(4)與固定平臺(14)固 定連接，主動支鏈的轉動副A(5)與動平臺(9)固定連接；主動支鏈B包括主動支鏈的轉動 副D (12)、主動支鏈的移動副B (15)、和主動支鏈的轉動副C (11)，主動支鏈的轉動副D (12)、 主動支鏈的移動副B(15)、和主動支鏈的轉動副C(ll)依次相連，主動支鏈的轉動副D(12) 與固定平臺(14)固定連接，主動支鏈的轉動副C(ll)與動平臺(9)固定連接。
權利要求
一種推拿機器人執行機構，其特征在于，包括兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副B(17)、固定平臺(14)、動平臺(9)、并聯機構和平面搖桿機構；所述兩平移導軌的移動副A(16)和兩平移導軌的移動副B(17)組成的兩平移導軌串聯上五自由度機械臂(19)，所述固定平臺(14)與五自由度機械臂(19)固定連接；所述固定平臺(14)與之間動平臺(9)設置并聯機構，所述并聯機構包括主動支鏈A、主動支鏈B、輔助支鏈A和輔助支鏈B；所述主動支鏈A與主動支鏈B、輔助支鏈A與輔助支鏈B對稱布置于上下平臺的四個象限點；所述主動支鏈A包括主動支鏈的轉動副B(6)、主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的轉動副A(5)；主動支鏈B包括主動支鏈的移動副B(15)、主動支鏈的轉動副D(12)和主動支鏈的轉動副C(11)；所述輔助支鏈A包括輔助支鏈的移動副B(13)和輔助支鏈的轉動副B(10)，輔助支鏈的移動副B(13)與固定平臺(14)固定連接，輔助支鏈的轉動副B(10)與動平臺(9)固定連接；所述輔助支鏈B包括輔助支鏈的移動副A(18)和輔助支鏈的轉動副A(1)，輔助支鏈的移動副A(18)與固定平臺(14)固定連接，輔助支鏈的轉動副A(1)與動平臺(9)固定連接；所述平面搖桿機構包括平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)、組成平面搖桿機構的轉動副B(3)、組成平面搖桿機構的轉動副D(8)和組成平面搖桿機構的轉動副C(7)；所述平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)與組成平面搖桿機構的轉動副B(3)、組成平面搖桿機構的轉動副D(8)與組成平面搖桿機構的轉動副C(7)之間分別用曲柄搖桿連接；所述組成平面搖桿機構的轉動副B(3)與組成平面搖桿機構的轉動副C(7)之間用直桿連接；所述平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)和組成平面搖桿機構的轉動副D(8)分別于動平臺(9)固定連接。
2.根據權利要求1所述的一種推拿機器人執行機構，其特征在于，所有移動副的導路 方位均垂直于固定平臺(14)，六個轉動副的軸線相互平行，輔助支鏈的轉動副A(l)和輔助 支鏈的轉動副B(10)的軸線在同一條直線上；所述主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的移 動副B(15)由兩個直線電機驅動；平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)、組成平面搖桿機構的 轉動副B(3)、組成平面搖桿機構的轉動副D(8)和組成平面搖桿機構的轉動副C(7)的軸線 都垂直于動平臺(9)，所述平面曲柄搖桿機構的轉動副A(2)由電機驅動。
3.根據權利要求1或2所述的一種推拿機器人執行機構，其特征在于，所述主動支鏈的 轉動副B(6)、主動支鏈的移動副A(4)和主動支鏈的轉動副A(5)依次相 連，所述主動支鏈的 轉動副B(6)與固定平臺(14)固定連接，所述主動支鏈的轉動副A(5)與動平臺(9)固定連 接；所述主動支鏈的移動副B(15)、主動支鏈的轉動副D(12)和主動支鏈的轉動副C(ll)依 次相連，所述主動支鏈的移動副B(15)與固定平臺(14)固定連接，所述主動支鏈的轉動副 C(ll)與動平臺(9)固定連接。
4.根據權利要求1或2所述的一種推拿機器人執行機構，其特征在于，所述主動支鏈 的移動副A(4)、主動支鏈的轉動副B(6)和主動支鏈的轉動副A(5)依次相連，所述主動支鏈 的移動副A(4)與固定平臺(14)固定連接，所述主動支鏈的轉動副A(5)與動平臺(9)固定 連接；所述主動支鏈的轉動副D(12)、主動支鏈的移動副B(15)、和主動支鏈的轉動副C(ll) 依次相連，所述主動支鏈的轉動副D(12)與固定平臺(14)固定連接，所述主動支鏈的轉動 副C(ll)與動平臺(9)固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種推拿機器人執行機構涉及醫療機械領域，其主體機構由具有兩平移的導軌上串聯五自由度的機械臂再串聯一平移一轉動的兩自由度并聯機構及曲柄搖桿機構共同構成；包括兩平移導軌的移動副A(16)、兩平移導軌的移動副B(17)、固定平臺(14)、動平臺(9)、并聯機構和平面搖桿機構。兩平移的導軌配合一平移一轉動的兩自由度并聯機構及曲柄搖桿機構共同來完成按摩手法中滾、按、揉、振、拍的動作。本機構結構簡單、緊湊，剛度高，轉動靈活，動態性能好，動平臺擺角大，自由度少，運動學分析簡單，容易實現實時控制。
文檔編號A61H7/00GK101889939SQ20101022090
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者吳偉光, 尹小琴, 楊啟志, 許永根, 陳修祥, 馬履中 申請人:江蘇大學