主从式中医腿部正骨机器人制造技术

一种中医正骨机器人，采用主从工作模式，医师操作主手，从手则跟随主手运动，实现断骨拉伸，断骨位姿矫正，断骨结合操作。机器人从手具6个自由度。分别为腰部的回转，大臂在垂直面内的绕肩关节的回转，小臂在垂直面内绕肘关节的回转，腕部的三个正交回转运动。机器人采用下肘体位，夹持手爪为气动手爪。关节采用模块化结构。按相邻杆件的相对位姿分为同轴型模块及侧置型模块。关节由伺服电机，盘式谐波减速器，一对啮合的直齿轮，十字交叉滚子轴承组成。机器人主手与从手是机构同构的，关节模块也为同轴型及侧置型。主手关节模块由深沟轴承，一对啮合的直齿轮，光电编码器组成。

A master-slave robot leg of traditional Chinese Medicine

A Chinese medicine robot, master-slave working mode, the operation of physicians from the main hand, follow the main hand hand movement, to achieve bone stretching, bones posture correction, bone union operation. The robot has 6 degrees of freedom from the hand. They are the rotation of the waist, the rotation of the large arm around the shoulder in the vertical plane, the rotation of the small arm around the elbow joint in the vertical plane, and the three orthogonal rotary movements of the wrist. The robot adopts the lower elbow position and the gripper is an air operated claw. The joint adopts a modular structure. The utility model is divided into a coaxial module and a lateral type module according to the relative posture of adjacent members. The joint is composed of servo motor, disc type harmonic reducer, a pair of meshed straight gears and cross roller bearings. The robot master hand and the slave manipulator are isomorphic, and the joint modules are coaxial and lateral. The main hand joint module is composed of a deep groove bearing, a pair of meshed spur gears and a photoelectric encoder.

【技术实现步骤摘要】
主从式中医腿部正骨机器人
：本专利技术涉及一种医疗机器人，用于辅助中医医师对腿部骨折病人实施正骨手术。
技术介绍
：由于运动不当，车祸，老年跌倒等引发的骨折病人数量较大。西医骨科医生一般对病人实施手术进行断骨复位。由于需要开刀，病人身体及心理常需忍受较大痛苦。而中医有传统的正骨疗法。无需开刀手术，中医医师就可凭经验对正折断处的两段骨头。经一段时间的恢复，折断处就会长合。中医正骨技术减轻了病人的痛苦。在中国国内获广泛应用。也得到患者的广泛认可和接受。医疗机器人已进入实用化阶段。如达芬奇机器人可以有效地实施泌尿科手术。对正骨机器人的研究尚处于探讨阶段。存在的技术问题：1.西医骨科需对骨折病人实施开刀手术，病人身体及心理承受较大痛苦。2.中医骨科有传统的正骨技术，无需开刀手术，但需凭借经验。3.中医正骨常发生骨折对位不正。给病人带来终身痛苦。严重者还需再人为折断后重新正骨。4.传统中医正骨疗法，中医医师劳动量较大，工作比较辛苦。5.目前的正骨机器人的研究尚处于初始阶段，需要更多的研究工作。
技术实现思路
：本专利技术提出中医主从式腿部正骨机器人。其特征在于，主从式正骨机器人由X光机，操作主手，接骨从手，断肢定位装置及运动控制系统组成。X光机用于对断骨处进行动态扫描，得到断骨处的医学影像。医师通过对医学影像的观察实施正骨操作。主手是医师操作的装置，反映了医师的操作意图。断肢定位装置对腿部折断处的躯干一侧进行夹持及定位。从手夹持腿部折断处另一侧，并根据主手的关节运动信号进行运动跟踪。运动控制系统对主手关节运动信号进行低通滤波，消除人手操作的高频振动信号，保证从手的运动平滑。根据医师的正骨操作经验，正骨操作包括断肢拉伸，断骨位姿矫正，断骨结合动作序列。正骨从手需要有三维位置及姿态的运动能力。因而从手具有六个自由度。采用六自由度垂直关节机器人机构构型，并采用下肘体位。采用模块化结构，正骨机器人从手关节有两种关节模块形式：从手同轴型关节模块；从手侧置型关节模块。从手机器人关节由关节伺服电机，盘式谐波减速器，十字交叉滚子轴承及啮合齿轮组成。齿轮具空心轴，以保证动力及信号线缆穿行。夹持手爪为气动手爪。从手的第一，第四，第六关节采用同轴型关节；第二，第三，第五关节采用偏置型关节。主手与从手为同构机构，即亦为垂直多关节构型。正骨机器人主手也有两种关节模块形式：主手同轴型关节模块，主手侧置型关节模块。主手关节模块由深沟轴承，一对啮合的直齿轮，光电编码器及相邻的两杆件组成，深沟轴承作为关节轴承，中空的直齿轮用于穿行信号缆线，当两个相邻杆件相对转动时，编码器输出位置信号。医师手持主手末端，主手各关节作相应分解运动。主手各杆件相对于关节中心设计有重力平衡机构。主手每个关节有光电编码器。各关节运动时，光电编码器有脉冲信号输出。主手的大臂及小臂关节处安装有扭转弹簧，在大臂及小臂退后到极限位置时，扭簧处于重力平衡状态。运动控制系统主机为ARMA8处理器，主手接口为脉冲接收器，从手接口为E-CAT模块。控制系统通过E-CAT网络连接六个伺服电机驱动器。运动控制系统读取主手各关节脉冲信号，进行累加及低通滤波，向从手各驱动器通过E-CAT发出运动指令。从手即可随主手作跟踪运动。附图：图1.正骨机器人系统示意图图2.正骨从手关节1型结构图图3.正骨从手关节2型结构图图4.正骨主手关节1型结构图图5.正骨主手关节2型结构图图6.正骨机器人运动控制系统框图其中：1.1病人断肢躯干侧1.2病人断肢远端侧1.3断肢定位器1.4X光机1.5正骨主手1.6正骨从手1.7运动控制系统1.8医师1.9气动手爪2.1螺钉2.2直齿轮2.3十字交叉滚子轴承2.4杆件A2.5直齿轮2.6盘式谐波减速器组件2.7伺服电机2.8机架2.9杆件B2.10螺钉3.1螺钉3.2直齿轮3.3十字交叉滚子轴承3.4杆件C3.5直齿轮3.6盘式谐波减速器组件3.7伺服电机3.8机架3.9杆件D3.10螺钉4.1空心轴4.2螺钉4.3杆件E4.4深沟轴承4.5隔套4.6直齿轮A4.7轴用弹性卡圈4.8直齿轮B4.9光电编码器4.10杆件F4.11孔用弹性卡圈5.1空心轴5.2螺钉5.3杆件G5.4深沟轴承5.5扭转弹簧5.6弹簧固定螺钉5.7杆件H5.8齿轮C5.9隔套5.10轴用弹性卡圈5.11直齿轮D5.12光电编码器5.13编码器支架5.14孔用弹性卡圈6.1ARMA8主控制器6.2FLASH存储单元6.3RAM存储单元6.4编码脉冲检测单元6.5E-CAT网络单元6.6关节伺服驱动器6.7关节伺服电机6.8主手编码器具体实施方式：如图1所示为正骨机器人系统示意图。图中，断肢定位器1.3用于对病人断肢躯干侧1.1进行夹持及定位。正骨从手1.6则夹持病人断肢远端侧1.2，对病人的断肢远端侧进行操作，使断肢远端侧相对断肢躯干侧作位置及姿态的调整，实现正骨作业。X光机1.4对断肢处进行动态扫描。医师1.8通过对医学影像的观察，操作正骨主手1.5。正骨从手1.6跟随正骨主手1.5，即跟随医师1.8的意愿动作。运动控制系统1.7则实现从手1.6和主手1.5的运动同步。正骨从手是一种垂直多关节机器人。具有六个自由度。基础运动分别是立柱上部相对于立柱下部的回转运动即腰部扭转运动，大臂在垂直面内的绕肩关节的回转运动，小臂在垂直面内绕肘关节的回转运动。腕关节包括三个正交的回转运动。从机构学角度看，正骨从手与工业机器人结构相似。但是工业机器人不便于应用于医疗场合，主要是工业机器人体积庞大且质量重。正骨机器人从手采用模块化结构。主要是回转关节模块。关节模块按相邻连接杆件的相对位姿分为同轴型和侧置型。夹持手爪为气动手爪。图2所示为从手同轴型关节模块。4个螺钉2.1穿过直齿轮2.2的孔及十字交叉滚子轴承2.3内圈上的孔联接于杆件2.4。直齿轮2.5与直齿轮2.2相啮合且固结于谐波减速器组件2.6的输出轴的轴颈上。伺服电机2.7的输出轴与谐波减速器组件2.6的输入孔通过平键联接。谐波减速器组件2.6及伺服电机2.7都通过螺钉联接于机架2.8上。而机架2.8通过螺钉联接与杆件2.9。4个螺钉2.10穿过十字交叉滚子轴承2.3的外圈上的孔联接与杆件2.9上。当伺服电机2.7的输出轴回转时，通过谐波减速器2.6的减速带动直齿轮2.5回转，而直齿轮2.5通过与直齿轮2.2的啮合带动杆件2.9相对于杆件2.4作同轴回转运动。直齿轮2.2，十字交叉滚子轴承2.3内圈及杆件2.2上的通孔用于穿行动力及信号缆线。图3所示为从手侧置型关节模块。4个螺钉3.1穿过直齿轮3.2的孔及十字交叉滚子轴承3.3内圈上的孔联接于杆件3.4。直齿轮3.5与直齿轮3.2相啮合且固结于谐波减速器组件3.6的输出轴的轴颈上。伺服电机3.7的输出轴与谐波减速器组件3.6的输入孔通过平键联接。谐波减速器组件3.6及伺服电机3.7都通过螺钉联接于机架3.8上。而机架3.8通过螺钉联接于杆件3.9。4个螺钉3.10穿过十字交叉滚子轴承3.3的外圈上的孔联接于杆件3.9上。当伺服电机3.7的输出轴回转时，通过谐波减速器3.6的减速带动直齿轮3.5回转，而直齿轮3.5通过与直齿轮3.2的啮合带动杆件3.9相对于杆件3.4作同轴回转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中医正骨机器人系统，其特征在于，正骨机器人系统由正骨机器人主手，正骨机器人从手，X光机，运动控制系统组成；正骨机器人从手具6个自由度，分别是腰部回转，垂直面内的大臂绕肩关节的回转，小臂绕肘关节的回转，及腕部的3个正交回转；正骨机器人从手关节有两种关节模块形式：从手同轴型关节模块；从手侧置型关节模块；正骨机器人主手也有两种关节模块形式：主手同轴型关节模块，主手侧置型关节模块。

【技术特征摘要】
1.一种中医正骨机器人系统，其特征在于，正骨机器人系统由正骨机器人主手，正骨机器人从手，X光机，运动控制系统组成；正骨机器人从手具6个自由度，分别是腰部回转，垂直面内的大臂绕肩关节的回转，小臂绕肘关节的回转，及腕部的3个正交回转；正骨机器人从手关节有两种关节模块形式：从手同轴型关节模块；从手侧置型关节模块；正骨机器人主手也有两种关节模块形式：主手同轴型关节模块，主手侧置型关节模块。2.如权利要求1所述正骨机器人从手同轴型关节模块，其特征在于，关节模块由伺服电机，盘式谐波减速器，一对啮合的直齿轮，十字交叉滚子轴承，相邻的两杆件组成，中空的直齿轮用于穿行动力线及信号线，十字交叉滚子轴承为关节轴承，谐波减速器作为为关节减速器。3.如权利要求1所述正骨机器人从手侧置型关节模块，其特征在于，关节模块由伺服电机，盘式谐波减速器，一对啮合的直齿轮，十字交叉滚子轴承，相邻的两杆件组成，中空的直齿轮用于穿行动力线及信号线，十字交叉滚子轴承为关节轴承，谐波...

【专利技术属性】
技术研发人员：付桂兰，王刚，余浅，
申请(专利权)人：天津望圆环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12