[发明专利]用于针刺手法量化的机器手的六维力/力矩传感器

说明书

本发明提供一种用于针刺手法量化的机器手六维力/矩传感器，该传感器包括有主动平台、柔性十字轴、从动平台、轴承组件、四个柔性P铰、八个万向铰、针、P铰支架、针座，形成对针刺针所受力/力矩进行检测的柔性并联机构。有益效果是该量化针刺手法的机器手六维力/矩传感器结构体积紧凑，应用应变片技术采集针刺手法的提、插、捻、转、摇参数信息，可以感知小于20克的微小力/力矩。该该传感器集成到机器人系统，采集的针刺手法信息经A/D转换成数字信号，应用计算机软件对所采集的信息进行智能化处理，从而可以比较全面、客观的分析针刺手法的有效性，并且可以实时采集的信息，进行调整，实现均匀一致的手法。

技术领域

本发明涉及一种用于针刺手法量化的机器手六维力/矩传感器结构。

背景技术

中医走向世界，针灸是先导，针灸是我国少数拥有自主知识产权的自然科学领域之一，拥有制定国际标准的相对优势，针灸标准化可以进一步促进针灸在全球范围内的广泛推广。针灸的标准化，需要对传统的针刺手法以及针刺作用所引起的生物现象和生物效应进行量化。在针刺手法量化的基础上，明确针灸作用的生物现象和生物效应，研究针灸作用的生物过程，寻求针灸作用的规律及其代表的生物过程的响应规律与机制，使传统针灸学上升为科学针灸学，将成为针灸学研究的重点。因此急于开发将针灸过程针刺手法量化的机器手六维力/力矩传感器及量化手段，对进一步推进中医针灸国际标准化工作，做好中医针灸标准国际化人才储备，加强对中医针灸标准国际化专家的培训具有重大的意义。

目前，传统针刺手法一般都是由经验丰富的施针者施加。鉴于施针者的不同，或者同一施针者操作的不确定性，再加上针刺手法各参数不能精确采集，因此，传统的针刺手法具有明显的主观感知特点，导致每次针刺手法参数的不可能一致，甚至会有较大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于针刺手法量化的机器手六维力/矩传感器，对传统针刺手法参数的精确采集，以实现对针刺手法的量化，以及对针刺过程中的提插力、捻转力矩、频率、幅度和“得气”的检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种用于针刺手法量化的机器手六维力/矩传感器，其中：该传感器包括有主动平台、柔性十字轴、从动平台、轴承组件、四个柔性P铰、八个万向铰、针、P铰支架、针座，形成对针刺针所受力/力矩进行检测的柔性并联机构。

以所述十字轴的中心为原点建立相对于主动平台固定的x,y,z三维坐标系，所述主动平台与从动平台均为U形结构体，主动平台的U形开口与从动平台的U形开口相对，两者通过柔性十字轴链接，柔性十字轴的y方向的一对轴端通过轴承组件与主动平台的侧壁链接，x方向的一对轴端通过轴承组件与从动平台的侧壁链接构成一个柔性U铰。

所述针座上端为一法兰结构，通过螺钉固定于从动平台的外端面中心位置，针座中心设有直径3mm的孔，针的端部插入针座的孔中并通过顶丝固定，针座的下端也为法兰结构；所述每两个万向铰连接柔性P铰结构两端而构成四个柔性支杆，每个柔性支杆分别对称的安装于针座与P铰支架之间，分别标记为第一P铰、第二P铰、第三P铰、第四P铰；P铰支架通过螺钉固定于主动平台U形臂的端面上，与主动平台形成一个整体结构。

所述柔性十字轴的每个半轴臂上设有两个方向相互垂直的中空区结构，即八个中空区形成八个力敏感区，在每个力敏感区两侧外面上粘贴应变片并搭建成多个应变电路，在主动平台的U形槽内与柔性十字轴之间的空间内设置集成电路板，通过螺钉固定在主动平台U形槽内顶面上；所述柔性P铰为U形结构，且两U形臂之间有一个圆孔结构而形成力敏感区，在所述力敏感区两个外侧面粘贴应变片并搭建成多个应变电路，在所述力敏感区两个外侧面粘贴应变片，柔性十字轴的各应变电路和柔性P铰的各应变电路均集成在所述集成电路板上。