阅读说明：本技术 一种支架自动跟随机构 (Automatic following mechanism of support ) 是由 徐昊 嵇兵 陈勇 黄河 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种支架自动跟随机构,包括待跟踪物、支撑板、固定在支撑板上的两根同心的圆弧形导轨、转动角度测量器和跟随驱动装置,待跟踪物通过主动滑块安装在半径较小/大的前圆弧导轨上,支架通过从动滑块安装在半径较大/小的后圆弧导轨上,通过转动角度测量器测量主动滑块在前圆弧导轨上的转动角度,跟随驱动装置驱动从动滑块在后圆弧导轨上跟随转动相同角度。本案采用双轨同心的设计,简化了结构且易于实现随动；采用的圆弧形轨道符合人体头部/颈部转动规律,头部/颈部转动起来很舒适；相比机械被动跟随式的,支架机构安装在后圆弧导轨上,由电机驱动,不影响头部运动,减小头部/颈部转动负担。(The invention discloses an automatic support following mechanism which comprises an object to be tracked, a supporting plate, two concentric arc-shaped guide rails fixed on the supporting plate, a rotation angle measurer and a following driving device, wherein the object to be tracked is arranged on a front arc-shaped guide rail with a smaller/larger radius through a driving sliding block, a support is arranged on a rear arc-shaped guide rail with a larger/smaller radius through a driven sliding block, the rotation angle of the driving sliding block on the front arc-shaped guide rail is measured through the rotation angle measurer, and the following driving device drives the driven sliding block to rotate on the rear arc-shaped guide rail at the same angle. The double-track concentric design is adopted, so that the structure is simplified, and the follow-up is easy to realize; the adopted circular arc-shaped track conforms to the rotation rule of the head/neck of a human body, and the head/neck is comfortable to rotate; compared with a mechanical passive following type, the support mechanism is arranged on the rear arc guide rail and driven by the motor, the head movement is not influenced, and the head/neck rotation burden is reduced.)

一种支架自动跟随机构

技术领域

本发明涉及一种支架自动跟随机构，适配经颅磁刺激设备等需要进行特定部位转动跟随的设备或仪器。

背景技术

经颅磁刺激仪（TMS）是一类适用于中枢神经疾病、外周神经疾病和精神心理疾病的检测、评定和治疗的仪器；在利用经颅磁刺激仪对患者进行治疗时，通过头枕支撑患者头部，治疗仪器（即磁刺激拍头，后文简称拍头）对准患者头部的治疗位点；然而，经颅磁刺激治疗一般需要二三十分钟的时间，在治疗期间需要保持治疗仪器与患者头部相对静止，以保证治疗位点能够在治疗期间一直被有效对准。

然而，在如此长的治疗时间内，让患者保持头部不发生任何移动是不可能的，因此，我们需要一款设备，其能够保证患者头部与治疗仪器尽可能地保持相对静止；目前，比较容易实现的方案是治疗仪器能够随着患者头部的运动而发生同步运动。

纵观全球TMS设备，虽然有许多厂家已经研发出了头部导航系统来精准确定治疗位点，但是只有Mag & More一家公司生产的Apollo经颅磁治疗仪带有能够跟随头部运动的支架。但是Apollo经颅磁治疗仪采用的支架为纯机械固定装置，稳定性及舒适性较差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种支架自动跟随机构，适配经颅磁刺激设备等需要进行头部/颈部转动跟随的设备或仪器；本发明采用两根同心的圆弧形轨道并通过同步信号控制进行头部运动的跟随，提高患者在治疗时头部/颈部转动的舒适性，并让治疗仪器能够同步准确跟随头部/颈部转动。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种支架自动跟随机构，包括待跟踪物；还包括支撑板、固定在支撑板上的两根同心的圆弧形导轨、转动角度测量器和跟随驱动装置，待跟踪物通过主动滑块安装在半径较小/大的前圆弧导轨上，支架通过从动滑块安装在半径较大/小的后圆弧导轨上，通过转动角度测量器测量主动滑块在前圆弧导轨上的转动角度，跟随驱动装置驱动从动滑块在后圆弧导轨上跟随转动相同角度。

尤其需要指出的是，本案的两个圆弧形轨道采用了同心方式设置（可以根据需要设计圆心角相同、对称轴在同一条线上），能够方便实现同步随动，因为只要确认了主动滑块的转动角度或转动角度的变化量，根据该转动角度或转动角度的变化量直接驱动从动滑块运动即可实现随动，结构简单，实施方便。

除了在经颅磁刺激仪可以使用本案的支架自动跟随机构外，其他一些需要进行转动跟随的设备或仪器也可以使用到本案提供的技术，比如机器人设备、VR技术、针对头部诊治的医疗设备、医学支架等，甚至一些监控设备也可以采用本案的技术。针对头部/颈部转动进行跟踪的情况，可以将待跟踪物设计为头枕。

本案中，我们采用了圆弧形轨道，更加符合人体头部/颈部转动规律；同时分开检测部分和随动部分的机械连接，而采用信号连接，使得人体头部/颈部转动时更加舒适；该方案适用于各种需要跟随人体头部/颈部转动的场合。

基于现有技术，可以采用的转动角度测量器可选择范围还是比较大的，我们出于测量的可靠性、信号转换的简便性、转动角度测量器本身的结构以及是否会对人体头部/颈部转动造成负担等角度进行综合考虑，选取拉绳编码器作为转动角度测量器，拉绳编码器的本体相对前圆弧导轨固定安装，拉绳编码器的拉绳安装在主动滑块上。

优选的，所述前圆弧导轨与主动滑块贴合的壁面上设置有拉绳轨道，拉绳编码器的拉绳与主动滑块的安装点位于拉绳轨道内，拉绳在拉绳轨道内往复移动。

优选的，所述跟随驱动装置包括电机、丝杠螺母机构、直线轴承和圆柱轴，电机的机体相对支撑板固定安装，电机的输出轴与丝杠螺母机构的丝杠固定，丝杠螺母机构的螺母与直线轴承的轴承套固定，直线轴承同轴套设在圆柱轴上，圆柱轴的一端与从动滑块固定。通过直线轴承，我们将丝杠螺母的直线运动转换成从动滑块沿着后圆弧轨道的圆弧运动；避免了直接驱动从动滑块进行圆弧运动的复杂结构。

优选的，还包括控制器，拉绳编码器的拉绳移动的距离发送给控制器，控制器先将拉绳的移动距离转换为主动滑块在前圆弧导轨上的转动角度，即从动滑块需要在后圆弧导轨上跟随转动的角度，然后将该跟随转动的角度转换为丝杠螺母机构中螺母相对丝杆的移动距离，据此产生跟随驱动装置的驱动信号，跟随驱动装置根据驱动信号工作。

优选的，所述支架用于安装跟随头枕转动的仪器；所述头枕与头部接触的内部设置有柔性软垫。使用时，将仪器（比如经颅磁刺激仪的拍头）安装在支架上，对准患者头部的治疗位点；设置柔性软垫是为了让头枕与头部更加舒适地贴合与固定，保证头部和头枕同步转动。

有益效果：本发明提供的支架自动跟随机构，相对于现有技术，具有如下优势：1、基于两根同心的圆弧形轨道进行结构设计，结构简单，无论从物理结构还是软件程序上，都非常容易实现同步跟随； 2、本案可应用在经颅磁座椅等所有涉及需要跟随转动的场合；3、本案可实现实时跟随，确保相对位置保持准确对准；4、采用的圆弧形轨道符合人体头部/颈部转动规律，头部/颈部转动起来很舒适；5、本案是一种采用电机驱动跟随的结构，而非纯机械跟随结构，填补了经颅磁座椅行业的空白；6、相比机械被动跟随式的，支架机构安装在后圆弧导轨上，由电机驱动，不影响头部运动，减小头部/颈部转动负担；7、选择拉绳编码器对头部/颈部转动角度进行检测，减小了对头部运动的影响，提高了舒适性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示为一种适配经颅磁刺激仪的支架自动跟随机构，包括头枕7、支撑板、固定在支撑板上的两根同心的圆弧形导轨、拉绳编码器、跟随驱动装置和控制器5，头枕7通过主动滑块安装在半径较小的前圆弧导轨8上，支架6通过从动滑块安装在半径较大的后圆弧导轨2上，通过拉绳编码器测量主动滑块在前圆弧导轨8上的转动角度，跟随驱动装置驱动从动滑块在后圆弧导轨2上跟随转动相同角度；使用时，头枕7带在患者头部上，经颅磁刺激仪的拍头。

所述拉绳编码器的本体相对前圆弧导轨8固定安装，拉绳编码器的拉绳安装在主动滑块上；前圆弧导轨8与主动滑块贴合的壁面上设置有拉绳轨道，拉绳编码器的拉绳与主动滑块的安装点位于拉绳轨道内，拉绳在拉绳轨道内往复移动。

所述跟随驱动装置包括电机3、丝杠螺母机构、直线轴承10和圆柱轴，电机3的机体相对支撑板固定安装，电机3的输出轴与丝杠螺母机构的丝杠4固定，丝杠螺母机构的螺母与直线轴承10的轴承套固定，直线轴承10同轴套设在圆柱轴上，圆柱轴的一端与从动滑块固定。

所述拉绳编码器的拉绳移动的距离发送给控制器5，控制器5先将拉绳的移动距离转换为主动滑块在前圆弧导轨8上的转动角度，即从动滑块需要在后圆弧导轨2上跟随转动的角度，然后将该跟随转动的角度转换为丝杠螺母机构中螺母相对丝杆4的移动距离，据此产生跟随驱动装置的驱动信号，跟随驱动装置根据驱动信号工作。

本案在工作时，人体坐在座椅上，头部靠在软垫头枕上。人体头部带动头枕沿着圆弧导轨转动，同时与头枕连接的拉绳式编码器被拉动。系统采集到拉绳式编码器的运动距离后，进行计算，驱动后轨的丝杆电机运动。通过直线轴承的机构将直线运动转换成圆弧运动，使安装支架的后圆弧导轨滑块跟随运动，从而达到随动目的。由于两条圆弧形轨道是同心的，因此在硬件结构上很容易实现同步跟随，同时软件上的计算和编程也非常容易，涉及的误差项非常少，能够有效提高同步的精度。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。