一种基于灵巧手的脉搏信息采集系统的制作方法

本实用新型涉及脉搏信息采集系统，具体为一种基于灵巧手的脉搏信息采集系统。

背景技术：

《古今医统》中言：“望闻问切四字，诚为医之纲领”，而“望闻问切”四诊中的“切”，更是千百年来中医诊病之精髓。所谓“切”就是把脉，医生用中间三指置于桡动脉寸、关、尺三部，并用不同力度感受脉搏的“位数形势”，从而判断患者的疾病，之后对症下药。把脉时需要医生结合指尖感受和心中理论来确诊疾病，故而掺杂了医生的经验及触感等多重主观因素，致使“切诊”难以教学，进一步阻碍中医诊病理论及技术的发展。为了使中医走向客观化，有很多机构开始研究和设计脉诊仪，让机器自动获取脉搏信息。目前的脉搏信息采集系统大致分为两种：其一为气囊加压式，对整块区域进行脉象采集，一方面信号过多会导致实时处理信号困难，另一方面对于每个部分施加的压力一致，与传统中医把脉方式相异；其二为机械加压式，此类脉诊仪机械结构非常复杂，成本高且一般只能实现单点测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对已有技术的不足，提出了一种基于灵巧手的脉搏信息采集系统，使得被测者的脉搏信息能够被简易且准确的测量，并且能够实时的显示在PC端。

为达到是上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于灵巧手的脉搏信息采集系统，包括机械臂及其驱动控制系统、灵巧手及其驱动控制系统、手腕托举系统、图像信息采集与处理系统和PC终端系统。灵巧手与机械臂相连，其驱动电机和控制模块均置于掌内；机械臂系统、手腕托举系统和图像采集系统相连，保持摄像头、灵巧手和被测桡动脉之间的相对位置基本不变。

机械臂及其驱动控制系统用于实现灵巧手的前后、左右、上下移动，使手指可以准确到达寸、关、尺三个部位。

灵巧手及其驱动控制系统用于对寸、关、尺三个部位分别施加不同的压力，以获取脉搏信息。

手腕托举系统用于承托被测手臂，使得桡动脉相对突出并保持托板与灵巧手的相对位置不变、且其托举高度与被测者心脏的高度基本一致。

图像信息采集与处理系统4用于采集寸、关、尺标记的图像信息，经处理后转换成位置信息传输给机械臂的控制系统。

PC终端系统用于接收脉搏信号并实时显示脉搏波波形，同时语音提示脉搏采集的开始和结束。

所述的机械臂及其驱动控制系统，包括固定底盘、驱动电机、电机控制模块、调节机构和法兰盘。所述固定底盘用于承载电机系统和调节机构，形成一体化结构；所述驱动电机、电机控制系统和调节机构实现移动支架的前后、左右、上下移动，也是对灵巧手前后、左右、上下移动的控制，使其到达手腕标记处。

所述的灵巧手及其驱动控制系统，包括手掌及手指机械结构、驱动电机系统、集成控制系统、角度传感器、键绳和弹簧片、压力传感器。所述手指及手掌机械结构，灵巧手共有3根手指，手指具有三个指节和四个自由度，其中三个自由度用于手指的弯曲，另一自由度位于手指指根，实现左右摆动；手掌内能容下6个电机和集成控制器；所述驱动电机系统为低转速和大转矩输出电机，其中3个电机用于拉动键绳以实现手指的弯曲，对桡动脉施加压力；当把脉结束，电机反转配合弹簧片使手指回到原位；另外3个电机用于实现三根手指的左右摆动，实现指间距离的调整，更好地采集脉搏信息；所述集成控制系统用于接收角度传感器信息和压力传感器信息，输出脉搏信息给PC，驱动和控制6个电机的运行实现对手指的控制。所述角度传感器用于获取灵巧手手指的位置信息；所述压力传感器用于反馈压力信息和获取脉搏信息。

所述的手腕托举系统，包括底盘和支架、和凹形托板。所述底盘和支架和凹型托板是一体的，凹型托板用于放置被测者的手臂，凹型托板的结构利于突出被测者的桡动脉，更易采集脉搏信号，在放置时，要使被测者的手臂与心脏高度保持基本一致，为采集脉搏信息做准备。

所述的图像信息采集与处理系统，包括照明单元、双目摄像头、图像信息处理单元。所述照明单元用于为摄像头采集图像信息提供良好的光照环境，减小环境的干扰；所述双目摄像头用于采集桡动脉区域的标记信息，经图像信息处理单元处理之后形成桡动脉的位置信息，输出给机械臂和灵巧手的控制系统。

所述的PC终端系统，包括信息接收单元、信息输入记录单元、显示单元和语音提示单元。所述信息接收单元用于接收灵巧手控制系统输出的脉搏信息；所述信息输入记录单元用于输入和记录被测者的个人信息，包括身高、体重、年龄等；所述显示单元用于显示被测的个人信息和实时显示脉搏波波形；所述语音提示单元用于提示被测者脉搏采集的开始与结束。

本实用新型与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性和技术进步：

1)采用灵巧手进行脉搏信息采集，一方面可以完全模仿传统中医把脉的全过程，具有创新性和实践性；另一方面灵巧手采取模块化设计，具有可推广性。

2)采用电机及其减速机构来带动灵巧手的移动，具有快速性和准确性。

3)采用摄像头获取桡动脉的位置和角度信息，作为控制系统的输入指令，实现脉搏信息采集的自动化，具有先进性和可操作性。

4)系统的各个单元配合工作又可独立控制，便于系统的维护和改善。

附图说明

图1 为本实用新型的系统原理框图。

图2 为本实用新型的系统结构示意正视图。

图3 为本实用新型的系统结构示意俯视图。

图4 为灵巧手的系统结构示意图。

图5 为图像信息采集与处理系统图。

图6 为被测者手臂标记示意图。

图7 为灵巧手采集脉搏信号操作流程图。

图8 为双目摄像头求取标记三维坐标原理图。

具体实施方式

为了更好地说明本实用新型，以便于理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和优选实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应理解，下述的实施实例仅用于说明本实用新型，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

实施例一：

参照图1，本基于灵巧手的脉搏信息采集系统，包括机械臂及其驱动控制系统1、灵巧手及其驱动控制系统2、手腕托举系统3、图像信息采集与处理系统4和PC终端系统5。其特征在于：灵巧手与机械臂通过法兰盘相连，灵巧手驱动电机和控制模块均置于掌内；机械臂系统、手腕托举系统和图像采集系统相连，保持摄像头、灵巧手和被测桡动脉之间的相对位置基本不变。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述的机械臂及其驱动控制系统1包括固定底盘11、驱动电机12、电机控制系统13、调节机构14和法兰盘15。所述固定底盘用于承载电机系统和调节机构，形成一体化结构；所述驱动电机、电机控制系统和调节机构实现移动支架的前后、左右、上下移动，也是对灵巧手前后、左右、上下移动的控制，使其到达手腕标记处。

所述的灵巧手及其驱动控制系统2包括手掌及手指机械结构21、驱动电机系统22、集成控制系统23、角度传感器24、键绳和弹簧片25、压力传感器26。所述手指及手掌机械结构21，灵巧手共有3根手指，手指具有三个指节和四个自由度，其中三个自由度用于手指的弯曲，另一自由度位于手指指根，实现左右摆动；手掌内能容下6个电机22和集成控制器23；所述驱动电机系统为低转速和大转矩输出电机，其中3个电机用于拉动键绳以实现手指的弯曲，对桡动脉施加压力；当把脉结束，电机反转配合弹簧片使手指回到原位；另外3个电机用于实现三根手指的左右摆动，实现指间距离的调整，更好地采集脉搏信息；所述集成控制系统用于接收角度传感器信息和压力传感器信息，输出脉搏信息给PC，驱动和控制6个电机的运行实现对手指的控制。所述角度传感器24用于获取灵巧手手指的位置信息；所述压力传感器26用于反馈压力信息和获取脉搏的搏动信息。

所述的手腕托举系统3包括底盘和支架31、和凹形托板32。所述底盘和支架31和凹型托板32是一体的，凹型托板用于放置被测者的手臂，凹型托板的结构利于突出被测者的桡动脉，更易采集脉搏信号，在放置时，要使被测者的手臂与心脏高度保持基本一致，为采集脉搏信息做准备。

所述的图像信息采集与处理系统4包括照明单元41、双目摄像头42、图像信息处理单元43。所述照明单元41用于为摄像头采集图像信息提供良好的光照环境，减小环境的干扰；所述双目摄像头42用于采集桡动脉区域的标记信息，经图像信息处理单元处理43之后形成桡动脉的位置信息，输出给机械臂和灵巧手的控制系统。

所述的PC终端系统5包括信息接收单元51、信息输入记录单元52、显示单元53和语音提示单元54。所述信息接收单元51用于接收灵巧手控制系统输出的脉搏信息；所述信息输入记录单元52用于输入和记录被测者的个人信息，包括身高、体重、年龄等；所述显示单元53用于显示被测的个人信息和实时显示脉搏波波形；所述语音提示单元54用于提示被测者脉搏采集的开始与结束。

实施例三：本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下：

参照图2，机械臂1与灵巧手2之间通过法兰盘15连接。驱动电机121与调节结构141实现机械臂的左右移动；驱动电机122与调节结构142实现机械臂的前后移动；驱动电机123与调节结构143实现机械臂的上下移动。基于此，通过驱动电机与调节机构的配合，可以实现灵巧手前后、左右、上下六个方向的移动。图像信息采集与处理系统4根据标记点获取被测对象手腕寸、关、尺的位置信息，输出给机械臂的电机控制系统13，电机和调节机构开始动作，使得灵巧手的三根手指分别准确地到达寸、关、尺三个部位。如图4所示，每根手指的远指节211上安装有压阻式压力传感器26，用于获取脉搏信号。当手指到达桡动脉处，驱动电机121与调节结构141实现机械臂的左右慢速移动，分别寻找寸、关、尺脉搏信号最强的点，并记录最强脉搏信号点的位置信息，待搜索完毕之后将手指放置在该点处；接着灵巧手的集成控制系统23带动驱动电机运行，使得手指弯曲给桡动脉施加压力，通过压力传感器获取脉搏信息，并将此信息传输给PC终端系统5。

参照图4，灵巧手由三根手指和一个手掌组成。其中每个手指有三个指节，分别为远指节211、中指节212和近指节213；每根手指有4个自由度，其中3个位于远指节211与中指节212之间、中指节212和近指节213之间、近指节213与手掌之间，用于手指的弯曲给桡动脉施加压力；第四个自由度214通过电机带动手指的上下摆动，调节手指之间的间距。每根手指的远指节211上安装有压阻式压力传感器26，获取脉搏信号。

参照图5，照明单元41与双目摄像头42集成安装在一个圆盘上，照明单元提供良好的信号采集环境，双目摄像头获得信息的原理如图7所示。

参照图6，按照中医理论对寸、关、尺部的定义，人为初步地寻找寸、关、尺三部位置并且进行标记，如在三个部位贴上黑胶带，一方面便于摄像头寻找目标，另一方面还可以在胶带上涂润滑剂便于手指的移动。

参照图7，首先人为初步地寻找寸、关、尺三部并且进行标记；进一步被测者将标记的手腕放置与凹型托盘上，基本与被测者的心脏同高；进一步，摄像头在凹型托盘的上方，开始检测标记信号并将记号的位置信息输出机械臂的电机控制系统，控制机械臂的前后、左右、上下六个方向的移动，灵巧手跟随着机械臂的移动而移动，其手指到达寸、关、尺标记处；进一步，驱动电机121与调节结构141实现机械臂的左右慢速移动，去寻找到寸、关、尺三个部位的信号最强点并记录点的位置，待搜索结束后，三个手指放置在各自信号最强点处；进一步灵巧手驱动电机开始工作，拉动键绳使得手指弯曲，给桡动脉施加压力，获取脉搏信号，脉搏波波形可以实时在PC终端显示，当采集时间大于50个周期后，可以停止检测，信号采集完成，灵巧手、机械臂和托盘回归原位。

参照图8，取摄像头421的光心O1为空间三维坐标系的原点，X轴方向为O1与摄像头422的光心O2连线方向，Y轴方向为与托板32平行方向，摄像头421光轴方向为Z轴方向。O2与O1在X轴相距ΔX，f为摄像头焦距，P为目标标记，P1、P2为目标标记分别在两个摄像头成像平面上的像点，Y为P到XZ平面的垂直距离，Z为P到XY平面的垂直距离，x1、x2分别为两个像点到YZ平面的垂直距离，y1、y2分别为两个像点到XZ平面的垂直距离，X1、X2分别为两个光心到Z所在且与YZ面平行面的垂直距离，且。根据相似三角形原理可得、，，推出，，进一步可求得目标标记到摄像头的距离，由以上数据可以得到目标标记P的三维坐标（X1，Y，Z）。

由此可见，本实用新型的目的已经完整并有效的予以实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本实用新型包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。