针灸机器人及全自动针灸方法与流程

本发明涉及中医智能化领域，特别是涉及中医临床智能化应用领域，更为具体的说是涉及针灸机器人及全自动针灸方法。

背景技术：

针灸是中医理论指导下的一种常用的治疗手段。针灸是针法和灸法的总称。本发明中所说的主要是指针法。在传统中医中，医师选择特定的穴位作为刺入点，将针具(通常是毫针)按照一定的角度刺入到患者的体内，并且根据不同的需要选择不同的刺入深度，从而实现治疗效果。

在针灸过程中最重要的两个关键核心技术就是精准定位穴位和掌握刺入深度。

机器人是自动执行工作的机器装置。随着机器人技术的不断发展，目前机器人已经不仅仅是用于完成一些简单的重复性劳动，智能机器人的开发和发展使得机器人能够完成预先设定的原则纲领行动。

根据不同的应用需要机器人的组成也不尽相同，但是一般情况下都包括有执行机构、驱动装置和控制系统等组成。

机器人通过控制系统对驱动装置进行控制并且进一步控制执行机构按照控制系统中的指令运动。

本发明正是基于这样的带有执行机构、驱动装置以及控制系统的机器人作为机器人骨架进一步改进。

将智能机器人技术应用在中医针灸场景下，可以利用机器人替代中医师进行针灸操作，不仅能够节约人力成本，而且可以提高针灸治疗效率，同时也能推进针灸的标准化操作，有利于针灸的推广和应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供针灸机器人及自动针灸的方法，从而实现智能化、自动化针灸，从而一方面能够解决目前针灸师短缺的问题，另一方面也可以提高针灸操作标准化，扩大针灸治疗应用范围，提高针灸治疗效率。

为了解决这一技术问题，本发明公开了针灸机器人，所述的针灸机器人包括机器人骨架，所述机器人骨架的一个端头为固定端，该端头与固定座连接，另一个端头为功能连接端头，该端头与针灸功能模块连接，所述针灸功能模块包括支架，所述支架上固定有顶针固定座，所述顶针固定座上设置有顶针通孔，还包括有顶针机构，所述顶针机构包括顶针座和顶针，所述顶针穿过顶针固定座上的通孔，并通过顶针座与顶针固定座固定，所述顶针的下端固定有针灸针。

针灸针被固定在顶针的末端，从而可以借助顶针的运动实现针灸针的上下运动。进而实现针灸效果。

作为优选，还包括有下针口定位组件，所述下针口定位组件包括下针口定位垫圈和下针口定位固定件，所述下针口定位固定件固定在支架上，并且位于顶针固定座下方，所述下针口定位固定件与顶针固定座之间为下针行走空间，下针口定位垫圈固定在下针口定位固定件上，所述下针口定位垫圈的中间设置有针灸针通孔。从而可以对针灸针进行下针前的定位，保证在下行过程中没有发生偏移，提高自动针灸的准确度。

进一步优选的，所述下针口定位垫圈的上方还设置有针尖定位机构，所述针尖定位机构为空心构件，针灸针穿过该针尖定位机构的空心结构后再通过下针口定位垫圈的针灸针通孔。

利用这样的方式，可以对针灸针进行刚性限位，提高针灸针的下位准确度，保证针灸针垂直沿中轴线向下运动，并针灸在垂直线对应的位置处。

在一个优选的技术方案中，还包括有针灸针支撑机构，所述针灸针支撑结构包括两个端面和一个垂直部分，所述两个端面分别与顶针固定座的接触面和下针口定位固定件的接触面贴合。

进一步优选的，还包括上部外壳，所述上部外壳设置在顶针固定座的上方，将顶针固定座和顶针机构容纳在其中。

进一步优选的，还包括有下部外壳，所述下部外壳设置在下针口定位固定件与顶针固定座之间。

进一步优选的，所述支架上设置有第一定位卡槽，所述顶针固定座固定在第一定位卡槽内。

进一步优选的，所述支架上设置有第二定位卡槽，所述下针口定位固定件固定在第二定位卡槽内。

更为优选的是，所述支架为类“c”形结构，第一定位卡槽和第二定位卡槽分别位于类“c”形结构的上端和下端，第一定位卡槽和第二定位卡槽之间为垂直支撑部。

进一步优选的，所述下针口定位垫圈为硅胶下针口定位垫圈。

进一步的，在本发明中还公开了所述机器人骨架任意选自六自由度协作机器人手臂、四自由度协作机器人手臂、三自由度协作机器人手臂、以及单自由度机器人手臂。其中优选的是六自由度协作机器人手臂。

需要说明的是，这里的机器人手臂是用以将其末端固定连接的针灸功能模块按照指令要求移动至适合的位置，因此，随着用以实现移动功能的机器人手臂的技术发展，本发明中的针灸功能模块通过与这些机器人手臂固定连接，就可以实现更好、更快的移动效果。

在一个优选的技术方案中，还包括有上位计算机系统，机器人骨架的控制系统与上位计算机系统通过有线或者无线的方式通讯连接。

作为一种优选的技术方案，还包括有图像获取装置，所述图像获取装置与上位计算机系统通过有线或者无线的方式通讯连接。

优选的，所述图像获取装置为照相机。

同时，本发明还公开了基于前述针灸机器人的全自动针灸机器人，所述上位计算机系统包括数据存储模块、图像信息分析模块、数据处理模块以及通讯模块；其中所述数据存储模块用于存储标准数据，图像信息分析模块用于对获取到的图像进行图像分析，数据处理模块用于对图像进行分析、比对并标记形成针灸功能模块运动数据，通讯模块用于与机器人骨架的控制系统进行通讯连接。

在本发明中还公开了一种基于全自动针灸机器人的全自动针灸方法，包括以下步骤：

s1：通过图像获取装置获取人体图像；

s2：上位计算机系统根据s1中获得的人体图像和存储在数据存储模块中的标准数据，自动计算获得被指定针灸操作的穴位的针灸功能模块运动数据；

s3：上位计算机系统将s2中得到的针灸功能模块运动数据通过通讯模块下发到机器人骨架的控制系统中；

s4：机器人骨架按照控制系统中的运动数据，通过控制驱动装置将执行装置移动；

s5：当到达针灸穴位点时，顶针机构自动下针完成指定的针灸操作。

在针灸的过程中，通过机器人骨架将针灸功能模块移动到需要针灸的位置处，并利用顶针机构完成固定深度的针灸操作，从而实现自动化针灸。

进一步优选的，所述图像获取装置被固定在人体的正上方，从而可以获得人体完整的图像数据。

其中优选的机器人自动定位穴位方法，包括以下步骤：

dxs1：在机器人的计算机中预设标准穴位图，并且在该标准穴位图上建立二维坐标系，从而使得预设的标准穴位图上的每一个穴位都获得一个唯一且固定的坐标值(a,b)；

dxs2：按照计算中指定的标记点信息获取待定位穴位人体上的坐标同步标记点；

dxs3：将dxs2中获得的坐标同步标记点反馈至机器人的计算机中，计算机根据坐标同步标记点的位置信息分别得到实际穴位坐标点与标准穴位坐标点之间的x轴转换系数αx和y轴转换系数αy；

dxs4：按照dxs3中获得的x轴转换系数和y轴转换系数获得人体各个实际穴位点的坐标值(a’,b’)，其中a’＝aαx；b’＝bαy。

作为一种优选的技术方案，dxs2中所述的获取坐标同步标记点的方法包括以下步骤：

dxa1：通过图像抓取工具获取人体与医疗床的全景图像；

dxa2：识别人体边缘线；

dxa3：根据边缘线获得人体位置信息。

进一步优选的，所述步骤dxa2中识别人体边缘线的方法采用色差分析法。由于人体和治疗床颜色具有显著的颜色差异，因此利用二者在图像中的色差可以快速识别获得人体外侧边缘。

作为另一优选的技术方案，dxs2中所述的获取坐标同步标记点的方法包括以下步骤：

dxb1：医师在人体背部按照计算中指定的标记点信息在特定的穴位处贴附识别点；

dxb2：通过扫描，获取各个标记点位置。

进一步优选的，步骤dxs2中所述的标记点包括得到左肩部中点位置、右肩部中点位置以及左侧腰部外侧点和右侧腰部外侧点。

采用本发明公开的方案后，可以实现自动定位、自动针灸的技术效果。无需人工参与，机器人按照中医师的指令自动找穴、自动下针，完成针灸操作，真正实现智能化、自动化针灸。同时，利用该自动针灸及机器人能够在缺少中医师的基层医院中推广中医治疗。

附图说明

图1是针灸机器人示意图。

图2是针灸功能模块示意图。

图3是针灸功能模块分解示意图。

图4是全自动针灸机器人示意图。

图5是实施例3中预设的背面标准穴位图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例1

如图1至图3中所示的针灸机器人，所述的针灸机器人包括机器人骨架1，所述机器人骨架的一个端头为固定端，在图中标记为a，该端头与固定座2连接，另一个端头为功能连接端头，在图中标记为b，该端头与针灸功能模块3连接，所述针灸功能模块包括支架4，在本实施例中我们优选所述支架为类“c”形结构，如图2和图3中所示的，所述支架4上设置有第一定位卡槽5和第二定位卡槽6。

所述支架4上固定有顶针固定座7，并且该顶针固定座7固定在第一定位卡槽5内。所述顶针固定座7上设置有顶针通孔701，还包括有顶针机构8，所述顶针机构包括顶针座801和顶针802，所述顶针802穿过顶针固定座上的通孔701，并通过顶针座801与顶针固定座7固定，所述顶针的下端固定有针灸针9。

同时在本实施例中还优选包括有下针口定位组件，所述下针口定位组件包括下针口定位垫圈10和下针口定位固定件11，所述下针口定位固定件11固定在支架的第二定位卡槽6内。

如图3中所示的，所述下针口定位固定件11与顶针固定座7之间为下针行走空间，下针口定位垫圈10固定在下针口定位固定件11上，所述下针口定位垫圈10的中间设置有针灸针通孔12。从而可以对针灸针进行下针前的定位，保证在下行过程中没有发生偏移，提高自动针灸的准确度。

然后再来看图1和图2中示意的，针灸针9被固定在顶针802的末端，从而可以借助顶针的运动实现针灸针的上下运动。进而实现针灸效果。

结合图2和图3中所示的，在本实施例中还进一步优选所述下针口定位垫圈10的上方还设置有针尖定位机构13，特别来看图3，所述针尖定位机构13为空心构件，针灸针穿过该针尖定位机构的空心结构后再通过下针口定位垫圈的针灸针通孔。

利用这样的方式，可以对针灸针进行刚性限位，提高针灸针的下位准确度，保证针灸针垂直沿中轴线向下运动，并针灸在垂直线对应的位置处。

在本实施例中进一步优选的，还包括有针灸针支撑机构14，如图1和图2中所示的那样。然后来看图3中的分解示意，所述针灸针支撑结构14包括两个端面1401和1402和一个垂直部分1403，所述两个端面分别与顶针固定座的接触面和下针口定位固定件的接触面贴合。

进一步优选的，结合图2和图3来看，还包括上部外壳15，所述上部外壳设置在顶针固定座的上方，将顶针固定座和顶针机构容纳在其中。同时进一步优选的，在本实施例中还包括有下部外壳16，所述下部外壳设置在下针口定位固定件与顶针固定座之间。

实施例2

在实施例1的基础上，下面我们结合图4进一步来看全自动针灸机器人的结构。

如图4中所示，在针灸机器人的基础上，还包括有上位计算机系统17，机器人骨架的控制系统与上位计算机系统17通过有线或者无线的方式通讯连接。在本实施例中我们通过无线数据传输方式进行通讯连接。

如图4中所示的，还包括有图像获取装置18，所述图像获取装置18与上位计算机系统17在本实施例中也优选的通过无线的方式通讯连接。如图4中所述的那样，在本实施例中所述图像获取装置为照相机，并且该图像获取装置安装在治疗床19的正上方。

实施例3

下面我们以对人体背部的穴位胃俞穴进行针灸为例来阐明本发明中所公开的全自动针灸方法，包括以下步骤：

s1：通过图像获取装置获取人体图像；

s2：上位计算机系统根据s1中获得的人体图像和存储在数据存储模块中的标准数据，自动计算获得被指定针灸操作的穴位的针灸功能模块运动数据；

s3：上位计算机系统将s2中得到的针灸功能模块运动数据通过通讯模块下发到机器人骨架的控制系统中；

s4：机器人骨架按照控制系统中的运动数据，通过控制驱动装置将执行装置移动；

s5：当到达针灸穴位点时，顶针机构自动下针完成指定的针灸操作。

本实施例中全自动针灸方法是以实施例2中公开的全自动针灸机器人为基础的，并且需要说明的是，在该实施例中所述上位计算机系统包括用于存储标准数据的数据存储模块，用于对获取到的图像进行图像分析的图像信息分析模块，用于对图像进行分析、比对并标记形成针灸功能模块运动数据的数据处理模块以及与机器人骨架的控制系统进行通讯连接的通讯模块。

具体的过程如下，

在上位计算机系统的数据存储模块中存储有预设的如图5中所示的人体背面的标准穴位图。然后在该标准穴位图上建立了二维坐标系，从而使得预设的标准穴位图上的每一个穴位都获得一个唯一且固定的坐标值(a,b)，具体参看图1，在该坐标系中腰阳关穴位于原点，因此得到相关穴位的坐标值：腰阳关(0,0)、大椎穴(0,5.5)、胃俞穴(0.5,1.5)；

然后，通过图像获取装置获取人体背面的实际图像，并且通过色差识别的方法识别人体的轮廓，并且找到需要标记点：左肩部中点位置、右肩部中点位置以及左侧腰部外侧点和右侧腰部外侧点。

在如图5中所示的标准穴位图中，这四个标记点的坐标分别为左肩部中点位置(-2,6)、右肩部中点位置(2,6)以及左侧腰部外侧点位置(-2,0)和右侧腰部外侧点位置(2,0)。

计算机扫描获得左肩部中点距离左侧腰部外侧点距离为50cm，右肩部中点距离右侧腰部外侧点距离为50cm，左侧腰部外侧点距离右侧腰部外侧点距离为30cm。

因此根据x轴转换系数αx＝左侧腰部外侧点距离右侧腰部外侧点距离/(左侧腰部外侧点x值-右侧腰部外侧点x值)，从而获得x轴转换系数αx＝7.5；y轴转换系数αy＝左肩部中点距离左侧腰部外侧点距离/左肩部中点y值或者右肩部中点距离右侧腰部外侧点距离/右肩部中点y值，从而获得y轴转换系数αy＝50/6。

最后，背部的其他穴位都可以按照前述步骤中获得的x轴转换系数和y轴转换系数获得人体各个实际穴位点的坐标值(a’,b’)，其中a’＝aαx；b’＝bαy。

然后在数据处理模块中计算胃俞穴(0.5×7.5,1.5×50/6)得到胃俞穴的位置是胃俞穴(3.75，75/6)，将该信息通过通讯模块传送至机器人骨架的控制系统中。

六自由度机器人手臂按照该位置信息运动，并在这一坐标点位处下降针灸针，达到胃俞穴针灸的目的。

以上所述是本发明的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。