[发明专利]一种基于激光面阵传感器的艾灸机械臂控制方法在审

专利信息
申请号: 202211533925.3 申请日: 2022-12-01
公开(公告)号: CN115741715A 公开(公告)日: 2023-03-07
发明(设计)人: 孙锐;朱文潋;曾志;张小玲;蔺语桐;王星灿;李斌;李俊林 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16;A61H39/06
代理公司: 电子科技大学专利中心 51203 代理人: 陈一鑫
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 激光 传感器 艾灸 机械 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于激光面阵传感器的智能艾灸机械臂的控制方法,属于机械控制领域。本发明主要针对艾灸治疗劳动强度较高、治疗过程操作较繁琐、艾灸手法专业性强、艾灸医师培养难度较高且周期较长等问题。通过对艾灸过程相关中医理论的研究,结合现代智能机器人技术,设计一套基于激光面阵传感器的智能艾灸机械臂的控制方法,控制艾灸机械臂按照艾灸规范标准安全有效的完成艾灸过程中的各种指定动作,实现艾灸机械臂的自动化需求,降低艾灸医师工作强度。

技术领域

本发明属于机器人控制领域,特别是机械臂的控制方法。

背景技术

作为中国非物质文化遗产的艾灸疗法,具有防病治病,养生保健,提高人体免疫力作用,其中的艾条灸属于无痛的温热刺激,易于被广大民众接受。但是,传统艾灸也存在需要专业医师人工操作费工费时、艾灸环境充斥艾烟、艾灸温度控制不稳定、使用过程中易烫伤、操作手法受进行治疗的艾灸医师影响存在一定的随机性等不足。智能艾灸机械臂,既可保持传统艾灸的方式,又可兼顾智能调控、安全环保等优点,其中艾灸机械臂的控制方法研究成为亟待解决的问题。

目前的艾灸机械臂简化施灸对象的控制方法,包括以下两类:

未考虑人体轮廓动态变化的艾灸机械臂控制方法:以实现标准化艾灸基本动作为主,将艾灸对象简化为静态的平面或者简单几何形体,未考虑复杂的人体轮廓动态变化过程,在艾灸治疗的实际过程中,该方案距离控制精度低,可靠性低。考虑人体轮廓动态变化但准确度较低的艾灸机械臂控制方法,在艾灸机械臂末端执行器上设置单个或多个距离传感器,未考虑传感器在手臂等狭长区域可能出现目标无法探测的情况以及末端执行器对准体表的实际需求,实际执行时可能出现无法移动艾灸的情况。

发明内容

本发明解决现有技术存在的通过扫描建模的方式将艾灸对象简化为静态的平面或者简单几何形体,未考虑复杂的人体轮廓动态变化过程,在艾灸治疗的实际过程中,该方案可行性较低的问题;在艾灸机械臂末端执行器上设置单个或多个距离传感器,未考虑传感器在手臂等狭长区域可能出现目标无法探测的问题。

针对以上所提及的现有技术缺点,本发明是设计一种基于激光面阵传感器的智能艾灸机械臂的控制方法,在考虑到施灸过程中人体轮廓动态变化的前提下,简化施灸对象,解决艾灸机械臂在体表空间曲面上末端执行器的实时对准问题,实现末端执行器在施灸过程中始终沿着体表法线方向工作的需求,提高艾灸治疗过程的标准化和规范化。

因而本发明技术方案为:一种基于激光面阵传感器的艾灸机械臂控制方法,该方法中艾灸机械臂末端固定设置艾条和激光阵面传感器,所述激光阵面传感器为获取激光阵面传感器到皮肤表面的距离,激光阵面传感器所测皮肤区域的中心点为艾条所指的皮肤点位;该方法包括:

步骤1:激光阵面传感器获取距皮肤表面的距离,将所测区域进行网格化,每个网格中激光阵面传感器会以点阵形式测量多处距离,以出现次数最多的距离为该网络的距离参数;

步骤2:将所测区域中的中心网格作为距离调整区域,调整当前距离调整区域的距离为最佳距离,该中心网格包括一个网格或多个网格组成的区域;

步骤3:将中心网格相邻的外围网格加入到调整区域,调整激光阵面传感器的角度使当前调整区域内相互对称的网格的距离参数在误差范围内相等;

步骤4:将步骤3中调整区域相邻的外围网络加入到调整区域中,再调整激光阵面传感器的角度使当前调整区域内相互对称的网格的距离参数在误差范围内相等,重复步骤4,直到所有网络都加入到调整区域后并进行了依次调整,记录当前各网格的距离参数;

步骤5:所述机械臂为步进移动,在机械臂移动之前首先确定机械臂的移动方向,然后在当前调整区域中,从中心网格出发沿着机械臂移动方向画出一条直线,该直线为直线1,获取直线1经过的所有网格的距离参数;在直线1两侧与其夹角小于25度的范围内各画一条直线,分别为直线2和直线3;获取直线2和直线3各自经过的所有网格的距离参数;在机械臂移动一个步长后,每条直线方向上都至少增加一个网格的探测范围;

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