一种震动按摩与艾灸机器人装置的制作方法

本实用新型涉及医疗设备领域，具体涉及一种震动按摩与艾灸机器人装置。

背景技术：

目前用于医疗康复市场的深层肌肉振动按摩仪和刺激仪，主要是通过电机传动引导强力机械振动作用于深部肌肉组织，起到加速血液循环、增加淋巴回流的作用，从而缓解疼痛和加速组织恢复。现有深层肌肉振动按摩仪和刺激仪，在使用时一般是由治疗师手持深层肌肉振动按摩仪的击打头，用力抵在患者病痛部位，通过一段时间的振动后再转移到下一个部位继续上述治疗过程，但是这个过程对于治疗师而言，虽然用强力振动替代人手按摩、大大降低了劳动强度，但是强力的振动又使得治疗师的整条操作胳膊和手掌都不可避免地承受振动的反馈力量。

为了解决上述问题，有些设备配备了缓冲手套，而有些设备则调低了振动力量。即使佩戴缓冲手套，强烈的振动仍然令治疗师难以承受，导致工作不能持久且抗拒使用此类产品，而调低振动力量则可能会使治疗效果大打折扣。

另外，常规的艾灸疗法，是指治疗师手持用艾叶制成的艾灸材料点燃后产生的艾热刺激病患体表穴位或特定部位，通过激发经脉的活动来调整人体紊乱的生理生化功能，从而达到防病治病目的的一种治疗方法。治疗师手持艾条治疗时常弓背弯腰，加之烟熏火燎久而久之对治疗师本人健康也产生负面作用，其他一些类似固定带的艾灸设备则一般只能将艾条绑缚固定在患者的特定部位加以治疗，过程中常会过热导致疼痛，也不方便变换部位，影响治疗效果。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种震动按摩与艾灸机器人装置，该装置通过机械臂抓住按摩头，由机械承受振动引起的反馈冲击，节省人力资源，降低劳动强度，提高工作效率和治疗效果。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述技术目的：

本实用新型提供了一种震动按摩与艾灸机器人装置，包括机器人本体和控制器，机器人本体上还设置有触摸屏，触摸屏的usb线和hdmi信号线均与控制器连接，机器人本体还包括左臂和右机械臂，左臂的端部设置有用于按摩的振动头，右机械臂包括多个通过连接筒依次连接的关节轴，右机械臂的端部设置有可固定艾灸筒和振动头的固定装置，关节轴内均设置有驱动右机械臂动作的关节模组组件，右机械臂在各关节模组组件的作用下产生各个方向的弧形运动、复合直线运动，进而带动振动头进行按摩或固定艾灸筒进行艾灸，振动头和关节模组组件均与控制器连接。

其中，右机械臂的关节轴包括肩关节轴、上臂关节轴、前臂关节轴、和腕关节轴，连接筒包括连接筒一、连接筒二、连接筒三，肩关节轴、连接筒一、上臂关节轴、连接筒二、前臂关节轴、连接筒三和腕关节轴依次连接在一起。

其中，左臂包括左臂连接轴、软管和振动头，软管通过左臂连接轴固定在机器人本体上，软管的端部设置有振动头，机器人本体内靠近左臂位置固定设置有振动电机，振动电机的输出轴上固定连接有钢丝传动轴，钢丝传动轴穿过软管与振动头连接并驱动振动头中的偏心轮转动。

具体地，机器人本体包括头部、上身和下身，头部包括头部外壳，上身包括上身外壳和位于其内部的上身支架，下身包括下身外壳和位于其内部的下身支架，上身支架和下身支架通过上下身支架连接板连接固定在一起，头部外壳通过头颈连接件连接固定在上身外壳上，上身外壳和下身外壳通过腰部连接板连接固定在上下身支架连接板上；触摸屏固定设置在头部外壳上；上身支架上固定设置有两个隔板，下层隔板上固定安装有振动控制板、振动电机和左肩支架，振动控制板同时与振动电机和控制器电连接，振动电机的连接轴安装在左肩支架上并通过钢丝传动轴与振动头连接带动振动头振动，左臂连接轴固定在左肩支架上，上层隔板上固定安装有右肩支架，肩关节轴通过右肩支架固定在上身支架上；下身支架上同样设置有两个隔板，上层隔板上设置有电源适配器和控制器，下层隔板和上层隔板之间的空腔为抽屉的空间。

其中，上身还包括用于挂放振动头的固定挂架，固定挂架通过挂架支架固定在上身支架内部的上层隔板上。

其中，头部还包括显示灯和喇叭，显示灯和喇叭均固定设置在头部外壳上，显示灯和喇叭均与控制器连接。

其中，上身还包括麦克风和急停按钮，麦克风和急停按钮均固定设置在上身外壳上且均与控制器连接，麦克风与控制器连接，急停按钮串联在右机械臂的电路上。

其中，下身固定设置在一底座上，底座下方设置有方便整个机器人移动的可锁紧滚轮。

优选地，底座上设置有配重块。

优选地，振动头固定装置为可拆卸连接板，可拆卸连接板的一端固定在腕关节轴的端部，振动头或艾灸筒固定设置在可拆卸连接板的另一端部。

本实用新型所提供的的震动按摩与艾灸机器人装置，具有以下有益技术效果：

(1)采用机械手抓住按摩头，由机械承受振动引起的反馈冲击，避免了对治疗师身体的伤害；

(2)机械臂利用各个关节轴的自锁力将按摩头顶在用户的身体上，代替了人力，降低了治疗师的劳动强度；

(3)机械臂采用了四轴关节结构来实现高度方向和水平方向的运动调节，综合起来可实现一定空间范围内的任意轨迹运动，方便按摩头在人体上做直线、曲线等按摩动作；

(4)可替换连接板的设计可切换振动按摩与艾灸功能；

(5)采用了遥控控制，实现按摩头的上下左右、水平往复、垂直往复等运动控制，遥控器可让治疗师或者用户自己掌握，实现完全自助式按摩；

(6)设置了人体体型模版，可通过选择用户的身高、性别、胖瘦体型、承受力度等参数设置机械臂的自动往复运动轨迹，实现全自动按摩；

(7)机械臂的关节轴内置了力反馈结构，可实时跟踪和设置按摩力度。

附图说明

图1为震动按摩与艾灸机器人装置的正面结构示意图；

图2为震动按摩与艾灸机器人装置的侧面结构示意图；

图3为震动按摩与艾灸机器人装置(无按摩头)的俯视结构示意图；

图4为震动按摩与艾灸机器人装置内部的结构示意图；

图5为可拆卸连接板的结构示意图；

图6为本实用新型系统架构示意图；

图7为体型模版参数设置示意图；

图8为根据体型参数设置的机械臂运动轨迹图；

图9为遥控器的按键示意图；

图中101头部外壳、102触摸屏、103显示灯、104喇叭、105头颈连接件、201上身外壳、202固定挂架、203麦克风、204急停按钮、205挂架支架、206振动控制板、207振动电机、208左肩支架、209下层隔板、210上身支架、211右肩支架、212右肩固定轴、214上下身支架连接板、215上下身连接过孔、217电源适配器、218控制器、220下身支架、222配重块、301左臂连接轴、302软管、303振动头、401肩关节轴、402连接筒一、403上臂关节轴、404连接筒二、405前臂关节轴、406连接筒三、407腕关节轴、408可拆卸连接板、409法兰盘、410艾灸筒、501腰部连接板、502下身外壳、503抽屉、504底座、505可锁紧滚轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非限定本实用新型的范围。

如图1-3所示，一种震动按摩与艾灸机器人装置，包括机器人本体和控制器218，机器人本体上还设置有触摸屏102，触摸屏102的usb线与hdmi信号线均与控制器218连接，机器人本体还包括左臂和右机械臂，左臂的端部设置有用于按摩的振动头303，右机械臂包括多个通过连接筒依次连接的关节轴，右机械臂的端部设置有可固定艾灸筒和振动头303的固定装置，关节轴内均设置有驱动右机械臂动作的关节模组组件，右机械臂在各关节模组组件的作用下产生各个方向的弧形运动、复合直线运动，进而带动振动头进行按摩或固定艾灸筒进行艾灸，振动头和关节模组组件均与控制器连接。现有的关节模组组件如科尔摩根(kollmorgen)的rgm系列，国产的泰科智能rjs系列等，通常在一套关节外壳中包含了低压直流驱动控制器，绝对值编码器，增量编码器，无框力矩电机，抱闸器，谐波减速器，传动轴，连接盘等，一般采用ethercat或canopen通信协议与上位机通过网络接口通讯，采用这种关节模组的主要优点是可制造出协作型机器人，即能与人体协同工作而不会伤害到人体，每一个关节模组内部的控制器均可以通过ethercat或canopen通信协议读取出内部电机的电流值，然后通过电流环方式可检测力反馈值，并根据力反馈值控制按摩力度，以实时跟踪按摩头与人体接触面的按压力度。

本实施例中，右机械臂的关节轴包括肩关节轴401、上臂关节轴403、前臂关节轴405、和腕关节轴407，连接筒包括连接筒一402、连接筒二404、连接筒三406，肩关节轴401、连接筒一402、上臂关节轴403、连接筒二404、前臂关节轴405、连接筒三406和腕关节轴407依次连接在一起；在肩关节轴401的旋转驱动下，连接筒一402产生上下摆动，带动右机械臂一起升降，产生上升和下降运动；相似地，上臂关节轴403和前臂关节轴405的旋转带动连接筒二404和连接筒三406共同运动，产生各个方向的弧线运动，复合直线运动，其具体的结构和连接关系可参见现有技术，如上述科尔摩根关节模组等，在此不做详细描述。

本实用新型通过设置一个可各个方向运动的右机械臂，按摩时，右机械臂夹持住振动头303进行振动按摩，艾灸时，右机械臂夹持住艾灸筒进行艾灸，不用治疗师进行手持操作，由机械承受振动引起的反馈冲击或长期固定艾灸操作，节省人力资源，降低劳动强度，提高了工作效率和治疗效果。

具体地，本实施例中，左臂包括左臂连接轴301、软管302和振动头303，软管302通过左臂连接轴301固定在机器人本体上，软管302的端部设置有振动头303，机器人本体内靠近左臂位置固定设置有振动电机207，振动电机207的输出轴上固定连接有钢丝传动轴，钢丝传动轴穿过软管302与振动头303连接并驱动振动头303中的偏心轮转动，从而达到按摩效果。振动头303与手机的来电振动马达原理相同，一般包括同轴偏心凸轮、凸轮导向环、伸缩胶套、外壳、可更换按摩头几部分，其中钢丝传动轴连接到同轴偏心凸轮上带动起产生偏心转动，凸轮的周期性旋转顶在凸轮导向环上产生往复振动，伸缩胶套则提供往复运动方向的伸缩弹性，可更换按摩头有多种不同的钉锤形状，提供不同的按摩效果，并通过凸轮导向环上的内螺纹与之连接在一起，完成振动按摩功能。

如图1、4所示，机器人本体包括头部、上身和下身，头部包括头部外壳101，上身包括上身外壳201和位于其内部的上身支架210，下身包括下身外壳502和位于其内部的下身支架220，上身支架210和下身支架220通过下身支架连接板214连接固定在一起，即上身支架210和下身支架220均焊接或铆接固定在下身支架连接板214上，上下身支架连接板214上设置有用于过线的上下身连接过孔215，头部外壳101通过头颈连接件105连接固定在上身外壳201上，上身外壳201和下身外壳502通过腰部连接板501连接固定在上下身支架连接板214上；触摸屏102固定设置在头部外壳101上，具体地，触摸屏102内嵌在塑料外壳制成的头部外壳中，可用于显示软件界面，方便用户进行操作；上身支架210上固定设置有两个隔板，下层隔板209上固定安装有振动控制板206、振动电机207和左肩支架208，振动控制板206，振动控制板206同时与振动电机207和控制器218电连接，振动控制板206实现对振动电机207的速度控制并显示各种指令的传输，振动电机207的连接轴安装在左肩支架208上并通过钢丝传动轴与振动头303连接带动振动头303振动，左臂连接轴301固定在左肩支架208上，上层隔板上固定安装有右肩支架211，肩关节轴401通过右肩支架211固定在上身支架210上，更具体地，肩关节轴401通过右肩固定轴212固定在右肩支架211上；下身支架220上同样设置有两个隔板，上层隔板上设置有电源适配器217和控制器218，下层隔板和上层隔板之间的空腔为抽屉503的空间，抽屉设置在下身外壳502上可以放置各种零配件。

本实施例中，为了方便在振动头303不使用时的存放，我们还设置了用于挂放振动头303的固定挂架202，固定挂架202可以设置在上身上，固定挂架202通过挂架支架205固定在上身支架210内部的上层隔板上，振动头303挂设在固定挂架202上即可。

如图1所示，头部还包括显示灯103和用于播放声音的喇叭104，显示灯103和喇叭104均固定设置在头部外壳101上，显示灯103和喇叭104均与控制器218电连接；上身还包括急停按钮204和用于接收用户语音的麦克风203，麦克风203和急停按钮204均固定设置在上身外壳上且均与控制器218连接，麦克风203与控制器218连接，急停按钮204串联在右机械臂的线路中用于在紧急情况下切断机械臂电源；下身固定设置在一底座504上，底座504下方设置有方便整个机器人移动的可锁紧滚轮505，可滚动移动和锁定支撑。

为了使整个机器人更加稳固，我们还在底座504上设置了用于平衡机身质量的配重块222。

如图5所示，振动头固定装置为可拆卸连接板408，可拆卸连接板408的一端通过法兰盘409固定在腕关节轴407的端部，振动头303或艾灸筒固定设置在可拆卸连接板408的另一端部，具体地，法兰盘409的边沿设置有四个小圆孔，法兰盘409通过螺栓固定在腕关节轴407上，法兰盘409内部中间设置有旋转台阶，旋转台阶呈半圆环型，可拆卸连接板408的端部设置与旋转台阶相匹配的向外凸出的凸缘，可拆卸连接板408通过凸缘和旋转台阶可拆卸的设置在法兰盘409上，反方向旋转可拆卸连接板408一定角度，即可将可拆卸连接板408卸下，拆卸比较方便。可拆卸连接板408的另一端设置有用于固定艾灸筒410的螺纹孔，艾灸筒410外壁上设置有外螺纹，艾灸筒410通过螺纹旋转的方式固定在可拆卸连接板408上，此种对接连接方式使得机械臂可以正常的实现替代人手的功能。

上述所有关节轴通过220v变48v的直流电源驱动，且经由一个急停控制开关控制，可在紧急情况下切断电源，保护安全，振动电机控制板则进一步由48v变12v直流电源驱动。

本实用新型的控制器系统包括振动控制板206、控制器218、电源适配器217、触摸屏102、急停开关204等，并通过电缆相互电连接，软件部分包括屏幕显示、控制模块、右机械臂控制模块和振动电机控制模块、遥控控制模块。屏幕显示及控制模块用于提供用户操作界面，选择用户的体型参数，选择用户的承受力度，显示和调节按摩时间，显示和调节按摩强度，设置按摩模式和周期；振动电机控制模块用于根据屏幕显示及控制模块传递来的参数，设置振动电机的转速，带动振动头产生强振，起到按摩效果；控制器218用于接收触摸屏102界面传递的参数和设置运行调节，并根据参数和设置向机械臂的各个关节轴发出控制指令，操控各个关节轴按照要求进行正向或反向旋转，并根据关节轴内置的力矩反馈，检测当前的按压力度，当力度过大时停机保护；遥控器上有启停、上下左右、横向往复、纵向往复的控制按钮，遥控接收头插在控制器218的接口上，控制器218根据遥控器发出的信号控制右机械臂的各个关节轴正反旋转、水平或垂直等循环往复运动。

本实用新型具体地操作步骤如下：通电开机后，触摸屏102开机显示操控界面，右机械臂则回到零位，然后用户通过操作触摸屏102或遥控器来操作机器人执行命令。当用户点击触摸屏102界面时，控制器218可以接收触摸屏102发出的指令进行设置或向振动控制板206发出振动指令，若是设置指令，则控制器根据触摸屏上的选择值更新自身存储内容，修改设置内容，若是振动指令，则控制器218将触摸屏上的选择值转换为串口消息发送给振动控制板，再由振动控制板206控制振动电机207旋转，振动电机207通过钢丝传动轴带动振动头303振动产生按摩效果。遥控接收头插在控制器usb接口上，控制器218通过遥控接收头接收遥控器信号，根据遥控器信号转换成上下左右、水平往复、直线往复等右机械臂运动信号后，通过连接电缆将运动信号传递给右机械臂关节轴中的各个电机和抱闸，控制电机实现各种运动效果。其中，左右往复和上下往复按摩需要先设置用户体型参数，或者直接调用开机默认的体型参数来控制按摩运动。如图7所示，身高范围从1.35m到1.90m，覆盖主要人群身高，体型参数为胖中瘦三档，性别为男和女。身高和体型参数用于设置右机械臂的运动范围，性别参数用来设置按摩力度，设置完成后，按下确认参数生效，若无需修改可直接用默认参数，如身高1.7m，体型中，男性，承受力度6kg，设置后的参数会传递给遥控控制模块，在左右往复和上下往复按摩时，控制右机械臂在左右往复和上下往复中间插入上提、下按动作来适配不同的体型弧度，提高用户体验。以左右往复运动中的从左至右方向运动为例，其右机械臂振动头303的运动轨迹图如图8所示，从左起点开始经过一段距离的水平运动后，插入上提将振动头的高度提高5mm，以适合肩胛骨升高趋势，然后继续水平运动一段距离后，再次上提以适配肩胛骨的最高点，其后通过肩胛骨后，插入下按动作，以适配肩胛骨往脊椎方向的高度下降趋势，其后再次下按后基本与脊椎在同一高度，然后继续向右运动，直到接近右肩胛骨，然后插入上提动作，适合右肩胛骨升高趋势，之后再次的上提是适配右肩胛骨的最高点，通过肩胛骨后则以两次的下按动作来适合向右的高度下降趋势，该按摩轨迹与用户的左肩、左肩胛骨、脊柱、右肩胛骨、右肩的高度和体型弧度基本适配。当从右向左运动时，动作位置相同，但是各个上提、下按动作与从左向右运动时正好相反。

以遥控器按下“上”按钮为例：遥控接收头收到这个遥控器的键码后，控制器驱动右肩关节轴401向上旋转，通过上臂连接筒402带动肘关节轴403向上运动，直到触碰到设定的自身极限位置时停止。

以遥控器按下“左”按钮为例：肘关节轴403和前臂关节轴405都有自身的左右旋转控制按键，如图9所示“<-1”按键代表肘关节轴403的顺时针旋转，“<-2”按键代表前臂关节轴405的顺时针旋转，遥控器收到遥控器的“<-1”或“<-2”按键键码后，驱动相应的轴电机按顺时针旋转，直至旋转到其自身的极限角度时停止。结合两个关节轴，用前臂轴405可实现小范围旋转，用肘关节轴403可实现大范围的旋转。

以遥控器按下“左右往复”按钮为例；控制器218收到这个遥控器的键码后，驱动前臂关节轴405和肘关节轴403同时产生组合运动，两者同时产生顺时针旋转，只是转角不同，其效果为实现按振动头303在水平方向实现由右向左沿直线运动，直至旋转到两个舵机组合运动的极限角度位置停止，然后都同时反向组合运动，同时产生逆时针旋转，只是转角不同，其效果为实现振动头在水平方向实现由左向右沿直线运动，直至旋转到两个舵机组合运动的极限角度位置停止后再继续往复周期性的运动，该效果可实现类似由左肩到右肩的水平往复按摩。需注意的是，在左右往复之间，会根据体型参数，插入垂直方向的上提、下按动作，该动作由肩关节轴401旋转带动连接筒402来完成。

以遥控器按下“上下往复”按钮为例：遥控控制板收到这个遥控器的键码后，驱动肘关节轴403和前臂关节轴405同时产生组合运动，前臂关节轴405顺时针旋转而肘关节轴403配合做顺时针旋转或逆时针旋转，只是转角不同，其效果为实现按摩头在水平方向实现由右向左沿直线运动，直至旋转到两个关节轴组合运动的极限角度位置停止；然后都同时反向组合运动，前臂关节轴405逆时针旋转而肘关节轴403配合做逆时针旋转或顺时针旋转，只是转角不同，其效果为实现按摩头在水平方向实现由上向下沿直线运动，直至旋转到两个舵机组合运动的极限角度位置停止后再继续往复周期性的运动，该效果可实现类似由颈椎到尾椎的上下往复按摩。需注意的是，在上下往复之间，会根据体型参数，插入垂直方向的上提、下按动作，该动作由肩关节轴401旋转带动连接筒402来完成。

以遥控器按下“强度调节”按钮为例：如图9所示，控制器218收到这个遥控器的键码后，转换为串口消息发送给振动电机控制板206，调节振动电机207驱动芯片按照设定的强度值给电机供电，使电机转动带动转轴402，传动到按摩头303产生不同强度的振动实现按摩效果。

以遥控器按下“启动/停止”按钮为例：如图9所示，控制器收到这个遥控器的键码后，当前如果是停止状态，则按照设定的默认电机旋转速度值、默认的电机旋转周期模式驱动电机旋转实现启动。若当前是启动状态，收到这个遥控信号后，则停止电机的旋转，实现设备的停止。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。