Манипулятор с измерительным массажным устройством

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой манипулятор робота для проведения массажной физиотерапии. Областью применения полезной модели является автоматизация процедур массажа и мануальной терапии. Конструкция устройства содержит манипулятор с системой управления электромеханическими приводами звеньев, при этом конечное звено оснащено массажным инструментом с датчиком усилия, который установлен между конечным звеном и массажным инструментом, а выход датчик усилия связан с системой управления. Датчик усилия может быть выполнен в виде двух связанных осевым шарниром с одного края кронштейнов, первый из которых жестко соединен с конечным звеном, а второй - с массажным инструментом, при этом чувствительный элемент датчика усилия выполнен в виде индуктивной катушки, закрепленной на другом крае первого кронштейна, и ферромагнитного сердечника, закрепленного на втором кронштейне с возможностью перемещения внутри индуктивной катушки от нормальной составляющей массажного усилия, а также упругого элемента, установленного между кронштейнами. Датчик усилия также может быть выполнен с шаровым шарниром, причем на первом кронштейне установлена вторая индуктивная катушка, перпендикулярно первой индуктивной катушке, при этом на втором кронштейне закреплен второй ферромагнитный сердечник с возможностью перемещения внутри второй индуктивной катушки от тангенциальной составляющей массажного усилия. Технический результат выражается в обеспечении возможности выработки сигнала в систему управления манипулятором о нормальной и тангенциальной составляющих текущего массажного усилия для соответствующего управления приводами звеньев манипулятора при реализации заданных массажных процессов.

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой манипулятор робота для проведения массажной физиотерапии. Областью применения полезной модели является автоматизация процедур массажа и мануальной терапии.

Уровень техники. Известно устройство, содержащее подвижное основание, оснащенное массажным инструментом. (Массажный робот, патент Японии, публ. 06304217, А61Н 7/00, 1994). Устройство имеет ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия универсальности проводимых массажных операций.

Наиболее близкое к полезной модели является устройство, содержащее антропоморфный манипулятор робота с электромеханическими приводами, конечное звено которого оснащено массажным инструментом (мой патент РФ 105586 А61Н 7/00, 2011). Устройство обладает высокой точностью передачи задаваемого массажного усилия при работе с упругим массажным инструментом, однако не обеспечивает возможности выработки сигнала в систему управления манипулятором о нормальной и тангенциальной составляющих текущего массажного усилия для соответствующего управления приводами звеньев манипулятора при реализации заданных массажных процессов.

Раскрытие полезной модели. Сущность полезной модели выражается в использовании манипулятора с системой управления электромеханическими приводами звеньев, при этом конечное звено оснащено массажным инструментом с датчиком усилия, который установлен между конечным звеном и массажным инструментом, а выход датчик усилия связан с системой управления.

Датчик усилия может быть выполнен в виде двух связанных осевым шарниром с одного края кронштейнов, первый из которых жестко соединен с конечным звеном, а второй - с массажным инструментом, при этом чувствительный элемент датчика усилия выполнен в виде индуктивной катушки, закрепленной на другом крае первого кронштейна, и ферромагнитного сердечника, закрепленного на втором кронштейне с возможностью перемещения внутри индуктивной катушки от нормальной составляющей массажного усилия, а также упругого элемента, установленного между кронштейнами.

Датчик усилия также может быть выполнен с шаровым шарниром, причем на первом кронштейне установлена вторая индуктивная катушка, перпендикулярно первой индуктивной катушке, при этом на втором кронштейне закреплен второй ферромагнитный сердечник с возможностью перемещения внутри второй индуктивной катушки от тангенциальной составляющей массажного усилия.

Технический результат выражается в обеспечении возможности выработки сигнала в систему управления манипулятором о нормальной и тангенциальной составляющих текущего массажного усилия для соответствующего управления приводами звеньев манипулятора при реализации заданных массажных процессов.

Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема установки и выполнения датчика усилия для измерения нормальной составляющей F_норм текущего массажного усилия, а на фигуре 2 изображена схема установки и выполнения датчика усилия для измерения нормальной F_норм и тангенциальной F_танг составляющих текущего массажного усилия.

К конечному звену 1 манипулятора жестко прикреплен кронштейн 2, который через осевой шарнир 3 связан с кронштейном 4 (фиг.1). Индуктивная катушка 5 закреплена на крае кронштейна 2. Ферромагнитный сердечник 6 закреплен на кронштейне 4 с возможностью перемещения внутри индуктивной катушки 5 от нормальной составляющей усилия массажного инструмента 7. Между кронштейнами 2 и 4 установлен упругий элемент 8.

Датчик усилия также может быть выполнен с шаровым шарниром 9 (фиг.2), причем на кронштейне 2 установлена вторая индуктивная катушка 10, перпендикулярно первой индуктивной катушке 5, при этом на кронштейне 4 закреплен второй ферромагнитный сердечник 11 с возможностью перемещения внутри второй индуктивной катушки 10 от тангенциальной составляющей массажного усилия.

Осуществление полезной модели. Конструкция устройства в статическом состоянии содержит манипулятор с системой управления электромеханическими приводами звеньев, при этом конечное звено оснащено массажным инструментом с датчиком усилия, который установлен между конечным звеном и массажным инструментом, а выход датчик усилия связан с системой управления.

Датчик усилия может быть выполнен в виде двух связанных осевым шарниром с одного края кронштейнов, первый из которых жестко соединен с конечным звеном, а второй - с массажным инструментом, при этом чувствительный элемент датчика усилия выполнен в виде индуктивной катушки, закрепленной на другом крае первого кронштейна, и ферромагнитного сердечника, закрепленного на втором кронштейне с возможностью перемещения внутри индуктивной катушки от нормальной составляющей массажного усилия, а также упругого элемента, установленного между кронштейнами.

Датчик усилия также может быть выполнен с шаровым шарниром, причем на первом кронштейне установлена вторая индуктивная катушка, перпендикулярно первой индуктивной катушке, при этом на втором кронштейне закреплен второй ферромагнитный сердечник с возможностью перемещения внутри второй индуктивной катушки от тангенциальной составляющей массажного усилия.

Для того, чтобы взаимоперпендикулярное смещение сердечников не приводило к их заклиниванию внутри катушек, зазоры между сердечником и катушкой должны быть не меньше рабочего хода подвижного кронштейна в соответствующем направлении. Другим вариантом исключения заклинивания является выполнение крепления сердечников к кронштейну гибким в поперечном направлении.

Чувствительный элемент датчика усилия может быть выполнен на базе стандартного индуктивного датчика перемещения с последующим тарированием выходного сигнала в единицах силы. Упругий элемент может быть выполнен в виде пневматического сильфона для осевого шарнира или в виде механической пружины для обоих вариантов шарнира благодаря ее упругости во всех направлениях.

Действие устройства основано на том, что массажный инструмент 7 воздействует на тело пациента в соответствии с программой, управляющей электромеханическими приводами звеньев манипулятора. Величина массажного усилия формируется системой управления сравнением заданного и текущего массажных усилий. Заданное усилие формируется программой в соответствии с режимом массажа, а текущее усилие вырабатывается датчиком усилия.

При определении нормальной составляющей текущего массажного усилия инструмент 7 передает это усилие на кронштейн 4. Преодолевая сопротивление упругого элемента 8 усилие преобразуется в перемещение сердечника 6 внутри индуктивной катушки 5 благодаря осевому шарниру 3. В зависимости от длины и направления перемещения индуктивность катушки 5 изменяется пропорционально измеряемому усилию, и соответствующий выходной сигнал передается в систему управления (фиг.1).

Для определения тангенциальной составляющей текущего массажного усилия для более информативного формирования управления используется вторая индуктивная катушка 10 (фиг.2). Поскольку шаровой шарнир 9 позволяет кронштейну 4 перемещаться не только в нормальном, но и в тангенциальном направлении под действием соответствующих составляющих массажного усилия, преодолевая сопротивление упругого элемента 8, то перемещение сердечника 11 внутри индуктивной катушки 10 позволяет сформировать на выходе сигнал, пропорциональный тангенциальной составляющей текущего массажного усилия. В результате в систему управления подается информация об обеих составляющих измеряемого усилия.

Таким образом, обеспечивается возможность выработки сигнала в систему управления манипулятором о нормальной и тангенциальной составляющих текущего массажного усилия для соответствующего управления приводами звеньев манипулятора при реализации заданных массажных процессов.

1. Манипулятор с измерительным массажным устройством, содержащий систему управления электромеханическими приводами звеньев манипулятора, при этом конечное звено оснащено массажным инструментом с датчиком усилия, отличающийся тем, что датчик усилия установлен между конечным звеном и массажным инструментом, а выход датчика усилия связан с системой управления.

2. Манипулятор с измерительным массажным устройством по п.1, отличающийся тем, что датчик усилия выполнен в виде двух связанных осевым шарниром с одного края кронштейнов, первый из которых жестко соединен с конечным звеном, а второй - с массажным инструментом, при этом чувствительный элемент датчика усилия выполнен в виде индуктивной катушки, закрепленной на другом крае первого кронштейна, и ферромагнитного сердечника, закрепленного на втором кронштейне с возможностью перемещения внутри индуктивной катушки от нормальной составляющей массажного усилия, а также упругого элемента, установленного между кронштейнами.

3. Манипулятор с измерительным массажным устройством по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шарнир выполнен шаровым, а на первом кронштейне установлена вторая индуктивная катушка, перпендикулярно первой индуктивной катушке, при этом на втором кронштейне закреплен второй ферромагнитный сердечник с возможностью перемещения внутри второй индуктивной катушки от тангенциальной составляющей массажного усилия.