【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声波治疗的，尤其涉及一种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，以及这种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法。
技术介绍
1、冲击波治疗作为一种非侵入性疗法，广泛应用于软组织损伤和骨骼修复的康复治疗中。传统的冲击波治疗设备依赖手动操作，效果受操作人员经验影响，缺乏一致性和精确性，特别是在接触力控制方面存在不确定性，导致治疗效果不理想。此外，传统装置难以实现自动化调节，影响了治疗部位的精准定位和康复效率。
2、康复机器人技术的发展为冲击波治疗提供了新的可能性，通过多自由度机械臂实现对治疗头位置的精准调节，结合力反馈系统实现自动控制。然而，现有康复机器人高度依赖精密传感器和复杂控制算法，增加了系统的开发成本和复杂性，并对传感器的稳定性和精度有较高要求，影响系统的安全性和效果。因此，如何降低对传感器的依赖，简化系统结构，是当前冲击波康复机器人面临的重要问题。
技术实现思路
1、为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其能够实现对外界施加力的柔性响应，相比主动柔顺控制，被动柔顺末端具备更高的抗干扰能力和安全性，尤其在应对患者体表形变时，能够更加稳定地实现治疗，实现恒定输出力和治疗位置的自适应调节，解决了对传感器依赖和控制复杂性的问题，提升了系统的可靠性和应用价值。
2、本专利技术的技术方案是：这种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其包括：负载1、恒力装置、机械臂6、深度相机
3、负载是冲击波治疗仪，作为康复治疗器械与患者直接接触；
4、齿轮连杆组合执行机构包括第一铰接臂21和第二铰接臂22，每个铰接臂包括近端输入齿轮和远端输入齿轮，两个铰接臂通过多个连杆相互铰接，通过近端和远端输入齿轮的啮合构成连杆角度约束，形成类平行四边形结构，以便保持机器人在升降过程中的稳定状态，将患者体表的轮廓变化转化为齿轮弹性系统的输入，实现末端的恒定接触力；
5、齿轮弹性系统包括齿轮组和弹簧组，根据负载的位置输入提供期望的反馈力矩；
6、调节连杆机构包括左支撑41、右支撑42、左连杆43、右连杆44，齿轮弹性系统通过旋转关节安装在调节连杆机构上，左连杆、右连杆的交叉处为调节点p，调节点的移动带动调节连杆机构的姿态变化；
7、直线位移平台与调节点连接，控制调节点的直线位移，从而调节末端力的大小，调整后进入自锁状态以保持恒力；
8、机械臂的末端连接直线位移平台，根据康复治疗策略，对患者的不同病灶位置进行康复治疗的路径规划；
9、深度相机安装在齿轮连杆组合执行机构上，提供治疗区域内的彩色图像和深度图像信息。
10、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
11、1.恒定力输出：本系统能够在治疗过程中实现恒定的接触力输出，避免了传统手动操作中因操作人员经验不同而导致的接触力不一致的问题，从而提高了治疗效果的一致性和可靠性，特别适合用于复杂和动态的康复治疗场景。
12、2.降低系统复杂性：在无需精密传感器的情况下实现对末端输出力的控制，大大降低了系统对传感器的依赖性和整体复杂性。
13、3.自适应调节：机械臂结合被动柔顺末端设计，可对不同治疗部位进行自适应姿态调整，对患者病灶位置的精准治疗和力的稳定施加，从而缩短治疗时间，提高治疗效率，显著提升患者的康复体验。
14、还提供了一种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其包括以下步骤：
15、（1）初始状态：直线位移平台处于锁定状态，调节点位置和调节连杆机构的位姿保持固定；齿轮连杆组合执行机构处于自由状态，齿轮弹性系统的弹簧处于力平衡状态；
16、（2）压缩状态：直线位移平台和调节连杆机构处于锁定状态，负载与患者体表接触，齿轮连杆组合执行机构的高度 h因患者体表轮廓的变化而变化，近端输入齿轮随之转动，并将角度传递给齿轮弹性系统，弹簧长度和弹性力发生变化，所形成的弹性力矩最终通过近端输入齿轮和从动齿轮的啮合传递给近端输入齿轮，齿轮连杆组合执行机构将弹性力矩转化为末端恒定力 f1，最终在负载与患者体表之间形成稳定压力接触；此时齿轮弹性系统中的三个从动齿轮组处于同一水平线上，接触力处于峰值状态；
17、（3）调节状态：直线位移平台控制调节点产生位移，从而改变调节连杆机构的位姿，带动齿轮弹性系统中第一从动齿轮和第三从动齿轮绕第二从动齿轮公转，并绕自身旋转轴自转，弹簧长度和弹性力随之发生改变，由此产生的弹性力矩也发生改变，从而对末端接触力大小进行调节，此时接触力大小被调节为 nf1，其中0< n<1；当直线位移平台调节完成时，则进入自锁状态；调节点位置固定时，齿轮连杆组合执行机构适应患者体表轮廓的变化，负载与患者体表之间的接触力在任意体表高度 h时保持恒定为 nf1。
18、还提供了另一种基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其包括以下步骤：
19、（i）在治疗周期的初始阶段，直线位移平台处于锁定状态，调节点的位置和调节连杆机构的姿态保持不变，机械臂将负载移动至预设治疗起始位置，齿轮连杆组合执行机构设定为自由状态，此时齿轮弹性系统中的弹簧组处于初始力平衡状态；
20、（ii）在治疗前期，负载与患者体表建立初步接触后，机械臂逐步向下移动，适应患者体表的轮廓变化；齿轮连杆组合执行机构的高度变化引起近端输入齿轮转动并传递至齿轮弹性系统，触发弹簧的长度变化，直线位移平台和调节连杆机构继续保持锁定状态，确保齿轮组在同一水平线上，恒定压缩力矩通过齿轮啮合传递，实现负载与患者体表之间的恒定接触力 f1；
21、（iii）在治疗过程中，直线位移平台控制调节点移动，触发调节连杆机构的位姿改变，进入调节状态；第一从动齿轮和第三从动齿轮绕第二从动齿轮公转，改变弹簧长度和弹性力，输出力矩随之变化，接触力大小被调节为 nf1，0 < n < 1，适应个性化需求；
22、（iv）通过力、位置和姿态反馈模块实时监测治疗过程中的受力状态，获得反馈数据，通过深度学习算法对反馈数据进行分析，动态优化齿轮弹性系统的响应参数和调节连杆机构的姿态。
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1.基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：其包括：负载（1）、恒力装置、机械臂（6）、深度相机（7），恒力装置包括：齿轮连杆组合执行机构（2）、齿轮弹性系统（3）、调节连杆机构、直线位移平台（5）；
2.根据权利要求1所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：所述齿轮组包括第一从动齿轮（31）、第二从动齿轮（32）、第三从动齿轮（33），齿轮之间通过啮合传递运动，实现动力传递和同步运动；弹簧组包含第一弹簧（34）和第二弹簧（35）；
3.根据权利要求1所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：所述机械臂为6DOF协作机械臂。
4.根据权利要求2所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下步骤：
5.根据权利要求2所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：所述步骤（I）中，通过直线位移平台的锁定状态与
7.根据权利要求6所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：所述步骤（II）中，通过齿轮连杆组合执行机构与齿轮弹性系统的协同工作，以及增益调节机制，以便对患者体表轮廓变化和治疗前期压力骤增执行恒力响应。
8.根据权利要求7所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：所述步骤（III）中，直线位移平台与调节点的协同调节，使得弹簧组的弹性参数调整，以便输出力矩在治疗过程中保持恒定。
9.根据权利要求8所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：所述步骤（IV）中，在治疗后期，当冲击波产生相对平缓的负压力时，系统调整反馈增益，通过减小控制增益和调节阻尼参数，以减少力学波动并维持负载与患者体表的稳定接触，确保负压力阶段的恒定力输出。
...【技术特征摘要】
1.基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：其包括：负载（1）、恒力装置、机械臂（6）、深度相机（7），恒力装置包括：齿轮连杆组合执行机构（2）、齿轮弹性系统（3）、调节连杆机构、直线位移平台（5）；
2.根据权利要求1所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：所述齿轮组包括第一从动齿轮（31）、第二从动齿轮（32）、第三从动齿轮（33），齿轮之间通过啮合传递运动，实现动力传递和同步运动；弹簧组包含第一弹簧（34）和第二弹簧（35）；
3.根据权利要求1所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人，其特征在于：所述机械臂为6dof协作机械臂。
4.根据权利要求2所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下步骤：
5.根据权利要求2所述的基于被动柔顺末端的冲击波治疗康复机器人的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于被动柔顺末端...
【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，蔣天裕，康靖汶，王炫权，靳励行，瓮长水，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第二医学中心，
类型：发明
国别省市：
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