CN101884584A - 一种中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中医按摩机器人，具体涉及针对中老年退行性腰腿痛康复治疗的中医按摩机器人。该中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，包括推拿调节平台、机械臂、按摩手、床体、移动脚轮及机器人控制系统。其特征在于：所述的机械臂包括依次通过关节相连的腰部、肩部、上臂、前臂和腕部，所述的按摩手包括掌心、拇指和排指三部分，机械臂的腕部和按摩手连接，两个机械臂和按摩手可以同时动作、协调工作，在机械臂和按摩手相关电机的配合下，可实现“指揉”、“指按”、“拍打”、“滚压”、“掌揉”、“掌按”、“掌推”、“捏拿”、“叩击”手法的动作，从而可针对中老年退行性腰腿痛患者，根据医生制订的治疗方案及示教的穴位，代替医生完成按摩任务。

Description

一种中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人

技术领域

本发明涉及一种中医按摩机器人，具体涉及针对中老年退行性腰腿痛康复治疗的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人。

背景技术

退行性腰腿痛是最为常见的，随年龄增大而发生的退行性疾病之一，老年腰椎常见的退行性改变为各小关节、韧带僵硬，临床上多表现为腰部酸胀不适和活动受限。退行性腰腿痛的治疗一直是脊柱外科医生面临的一个难题，目前还没有一个能够对各类腰腿痛均有良好疗效的方法。因此，对于退行性腰腿痛的治疗要依据不同的病因、不同的病理变化以及不同的个体而定。按摩有助于活动关节、松弛肌肉，因此适用于老年腰椎退行性改变患者。

从中医角度来看，中医治疗退行性腰腿痛的方法有中草药、膏药、针灸、按摩等，均为非手术疗法，其中最具特色的是中医推拿。中医推拿又称按摩，是一种物理治疗方法。它以中医理论特别是经络理论为指导，强调人体体表通过经络、穴位与内脏之间存在着有机的内在联系——内脏有病可以通过经络反映到体表。中医推拿治疗是我国伤科治疗的一颗奇葩，有着悠久的历史。但时至今日，各大医院的临床治疗仍由有经验的按摩师人工进行，它是一项异常繁重的体力劳动，一个疗程需要按摩师付出巨大体力。另外，推拿的疗效与按摩师的水平经验密切相关(施力的大小、方向、位置、频率等对治疗效果影响很大)。

随着机器人技术的发展，它在医疗领域的应用越来越广泛，已被应用于医疗床、外科手术、医疗康复等方面，但在中医推拿方面的应用还很少见。中华人民共和国国家知识产权局2009年05月27日公开的殷宝良申请的专利“按摩机器人”，申请号200820118938.3，公开号为CN201244171，该技术方案提供了一种模拟民间按摩师从上向下点圆或划圆按摩的按摩机器人，其机械臂下端用杆端轴承作为杠杆按摩臂的支点，按摩指在减速电机的转动下只能作循环往复的点圆或划圆按摩运动，还很难达到中医推拿治疗的效果。另外，市场上也出现了一些类似模拟推拿手法的仪器，但这些仪器模拟手法单一，只能起到放松、保健、缓解及消除疲劳的作用，往往达不到治疗疾病的目的。

因此，需开发中医推拿机器人控制系统和控制方法以实现中医推拿的自动化和智能化要求，使其能够按照治疗方案，对患者有关穴位利用相应推拿手法进行治疗，以达到减轻患者病痛，提高免疫力的效果。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种可以模拟人工操作实现多种按摩手法的的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，包括推拿调节平台及设置在上的机械臂和按摩手、其特殊之处在于：所述机械臂包括依次通过关节相连接的腰部、肩部、上臂、前臂和腕部，所述按摩手包括掌心、拇指和排指三部分，掌心和拇指上各设有两个普通直流电机，一个用于旋转，一个用于上下动作，在拇指与排指之间还设有一个电机，用于控制与排指开合的角度，在掌心和排指之间设有普通直流电机带动的滚轮，机械臂的腕部和按摩手连接，两个机械臂和按摩手可以同时动作、协调工作，所述普通直流电机和步进电机驱动均由控制系统控制。

本发明中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，模拟人的手臂，将机械臂设成腰部、肩部、上臂、前臂和腕部及连接各部分的关节，为实现不同部位按摩运动提供条件，将所述按摩手包括掌心、拇指和排指三部分，掌心和拇指上各设有两个普通直流电机，一个用于旋转，一个用于上下动作，可以实现“掌揉”、“掌按”、“指按、指揉”手法的按摩，在拇指与排指之间还设有一个电机，用于控制与排指开合的角度，利用拇指和排指的开合可完成“捏拿”手法的动作，在掌心和排指之间设有普通直流电机带动的滚轮，可以实现对穴位的滚压，使用排指和掌心可完成“叩击”手法的动作。

所述控制系统包括主控计算机系统、多轴运动控制器、主手示教装置、限位开关、步进电机及其驱动器、普通直流电机及其驱动器、急停开关；其中，主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；主控计算机系统通过CAN总线和运动控制器连接，运动控制器与步进电机驱动器和步进电机电连接，运动控制器将步进电机运动指令下发至步进电机驱动器，控制步进电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至直流电机驱动器，控制直流电机动作；主手示教装置包括两个操作手柄、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信。

为了机械臂腰部可以沿床体轴向平移，机械臂和腰部之间通过轴连接；为了使上臂和前臂可以做俯仰运动，所述上臂和前臂之间通过步进电机驱动带动的丝杠连接；为了使该装置更安全可靠，以防压力过大，对患者造成损伤，所述控制系统还设有检测装置，所述检测装置为分别设置在掌心、拇指和排指上的压力传感器；检测装置还包括血压计与心率测试仪。

本发明的特点和显著效果主要体现在：

a)、实现了中医按摩手法的建模和机器人控制，为中医按摩技术的国际化、标准化提供了技术支撑；

b)、主控计算机系统功能强大，负责按摩任务规划、机械臂路径规划，采用C++编程语言实现多路径任务处理，为各模块并行协调工作提供了软件保证；

c)、主控计算机系统提供了友好的人机操作界面，将按摩医生纳入闭环控制系统，负责下达治疗疗程，监视机器人工作和异常情况的处理，提高了按摩效率，减轻了按摩医生的劳动强度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制系统示意图。

图中，1、调节平台，2、排指，3、按摩手，4、滚轮，5、前臂，6、机械臂，7、肩部，8、上臂，9、拇指，10，腰部。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括包括推拿调节平台1及设置在上的机械臂6和按摩手3、其特征在于：所述机械臂6包括依次通过关节相连接的腰部10、肩部7、上臂8、前臂5和腕部，所述按摩手3包括掌心、拇指9和排指2三部分，掌心和拇指9上各设有两个普通直流电机，一个用于旋转，一个用于上下动作，在拇指9与排指2之间还设有一个电机，用于控制与排指9开合的角度，在掌心和排指之间设有普通直流电机带动的滚轮，机械臂6的腕部和按摩手3连接，两个机械臂6和按摩手3可以同时动作、协调工作，所述普通直流电机和步进电机驱动均由控制系统控制，所述控制系统包括主控计算机系统、多轴运动控制器、主手示教装置、限位开关、步进电机及其驱动器、普通直流电机及其驱动器、急停开关；其中，主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；主控计算机系统通过CAN总线和运动控制器连接，运动控制器与步进电机驱动器和步进电机电连接，运动控制器将步进电机运动指令下发至步进电机驱动器，控制步进电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至直流电机驱动器，控制直流电机动作；主手示教装置包括两个操作手柄、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信，机械臂6和腰部之间通过轴连接，所述上臂8和前臂5之间通过步进电机驱动带动的丝杠连接，所述控制系统还设有检测装置，所述检测装置为分别设置在掌心、拇指9和排指2上的压力传感器，所述检测装置还包括血压计与心率测试仪。

运动控制器和主控计算机系统通过CAN总线连接，运动控制器采用TRIO运动控制器及其扩展板，共使用了十一个通道，两个机械臂的空间定位使用六个通道，两个按摩手的姿态调整使用四个通道，按摩调节平台升降使用一个通道，运动控制器与步进电机驱动器和普通直流电机驱动器电连接，运动控制器将步进电机的运动指令下发至步进电机驱动器，控制步进电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至普通直流电机驱动器，控制直流电机动作；

主手示教装置主要用于穴位示教，包括操作手柄、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信；

压力传感器有多个，采用薄膜压力传感器，可实时采集按摩手的按摩力度，分别安装于机械臂的腕部及按摩手的拇指9、掌心、掌背等处，直接与运动控制器的I/O口电连接，运动控制器把按摩力实时上传给主控计算机系统；

限位开关分别安装在机械臂和按摩手各关节处的起始位和停止位，可以检测机械臂各关节是否到了限位位置，限位开关直接与运动控制器的I/O口电连接。

中老年人由于腰部长时间承受种种负荷，使椎间关节、椎间盘发生退行性改变。椎间关节与椎间盘的退变又导致骨质增生、腰椎变形、椎间盘突出、椎管狭窄等，其周围软组织亦发生相应的病理改变，引起严重的腰腿痛。

下面以中老年椎间盘突出引起的退行性腰腿痛按摩治疗为例，介绍本发明实施例的操作方法：

(1)、首先医生和患者进行交谈，了解患者的具体情况，并制定相应的按摩方案，然后给机器人系统上电后，通过主控计算机系统操作界面使机械臂和按摩手复位，各关节正方向运动至触发正限位开关后置零，主控计算机系统记下当前状态为系统初始状态；

(2)、患者俯卧平躺到按摩调节平台上，操作人员启动主手示教装置，或者通过主控计算机系统操作界面，控制机械臂对患者穴位：肩井、肩中俞、左膀胱经、夹脊、腰阳关、长强、风池、天柱、督脉、右膀胱经、阿是穴、胃俞、肾俞、次髎、阳溪、秩边、环跳、承扶、委中、承山、昆仑等穴位进行坐标采集，将采集到的坐标值存储到主控计算机系统中，示教完成后，系统复位；

(3)、根据患者病情，在主控计算机系统操作界面中制定治疗方案，对有关穴位进行相应手法的按摩，并可对每个穴位或部位设定按摩力度、时间或速度等参数，按摩力度可分为轻度、中度和重度三个等级，速度也分为慢速、中等和快速三个等级，并且可根据病人身体状况通过操作界面修改各力度和速度等级的阈值，治疗方案完成后，以动作序列的方式下发至运动控制器，治疗方案如下：

1)用滚法在病人的腰背部操作：操作部位为脊柱两旁的左膀胱经和右膀胱经，从上到下，再从下到上，共操作五分钟，双侧同时进行，压力中等，移动速度为5cm/s。

2)用掌揉法在病人的腰背部操作：共走三条路线，移动的速度要缓慢。①在督脉操作，从上到下，再从下到上，往返三遍，单机械臂操作，力度中等。②在脊柱两旁的左膀胱经、右膀胱经，上下往返，操作6遍，双机械臂同时操作，力度可稍重。

3)用指揉法在腰部的压痛点阿是穴和俞穴操作，肾俞、腰眼、腰阳关等，力度稍重，每穴1分钟。

4)用掌按法(接触面积较大，大约10X10cm)在腰背部操作：在一个操作部位逐渐用力，当力量达到一定的重度时停顿十秒钟，然后再逐渐减轻，换另一个操作部位，操作部位所走路线和第2)条路线相同，操作时从上到下，再从下到上，每条路线操作三遍。

5)用掌推法在腰背部操作：此手法的操作可沿用4)的前半部分，所不同的是当力量达到一定的重度时保持此力度，自第胸椎向下推至尾椎，推5遍，行走速度要缓慢。再在脊柱两旁的膀胱经分别做掌推法5遍，此路线的力度可稍大一点。

6)用叩击法在腰背部操作：两个按摩手同时交替进行，叩击的频率和强度可有所变化，叩击部位要不断的变化和移动，可操作十分钟。

7)用滚法在病人的双侧下肢部操作：用两个宽为10cm胶皮轮在被操作者的双下肢同时进行，从臀部推至小腿部，再从小腿推至臀部，共做5遍，力度稍重，移动速度为5cm/s。

8)用掌揉法(接触面积稍大，约10X10cm)在病人的双侧下肢部操作：从臀部推至小腿部，再从小腿推至臀部，移动的速度要缓慢，力度稍重，双侧下肢同时进行，操作五遍。

9)用指揉法在双侧下肢穴位操作：环跳(股骨大转子与骶管裂孔连线的外1/3与内2/3交界处)、承扶(臀沟中央)、殷门(承扶穴下6寸)、委中(腘窝横纹中央)、承山(腓肠肌两肌腹之间凹陷的顶端)等穴，每穴操作一分钟，其他要求同3)。

10)用掌按法在下肢部操作：操作面积和力度同4)，路线是从臀部到小腿，再从小腿至臀部，每侧操作三遍，双侧可同时进行。

11)用掌推法在双侧下肢部操作：操作面积和力度同5)，从臀部推至小腿部，一侧下肢推五遍，再推另一侧下肢五遍。

12)用捏拿挤压法(气囊挤压)在下肢操作，先大腿后小腿(也可同时进行)，此手法可以在做腰背部操作时同时操作。

13)用叩击法在下肢部操作：两个按摩手同时交替进行，叩击的频率和强度可有所变化，叩击的部位要不断的变化和移动，可操作十分钟。

(4)、运动控制器系统接收并解析主控计算机系统发送的动作序列，根据解析得到的坐标值，控制机械臂完成穴位的准确定位，根据解析得到的手法指令，控制按摩手调整到相应姿态，调整到位后，机械臂沿Z轴正方向运动，直到压力传感器达到设定按摩力度时停止，同时，控制机械臂和按摩手以设定的按摩速度开始执行相应按摩动作，直到完成设定按摩次数；

(5)、在按摩过程中，主控计算机系统循环查询机器人系统的工作状态和患者的身体状况，并据此信息决定是否调整按摩流程，也可根据操作人员的指令随时终止按摩流程。在按摩过程中，检测的状态数据及采取的措施主要如下：

a)、实时监测患者的血压和心率，并与设定的正常、异常和严重异常的等级范围阈值进行比较，如果正常，继续按摩流程，如果出现异常，主控计算机系统操作界面报警，如果出现严重异常，停止当前按摩动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；

b)、实时监测患者手中急停开关，如果急停开关未触发，继续按摩流程，如果急停开关触发，停止当前按摩动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的按摩流程；

c)、实时监测主控计算机系统操作界面中的急停按钮，如果急停按钮未触发，继续按摩流程，如果急停开关触发，停止当前按摩动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的按摩流程；

d)、如果出现按摩力度过大或者电机输出力矩超过最大设定值，停止当前按摩动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的按摩流程。

Claims (8)

1.一种中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，包括推拿调节平台(1)及设置在上的机械臂(6)和按摩手(3)，其特征在于：所述机械臂(6)包括依次通过关节相连的腰部(10)肩部(7)、上臂(8)、前臂(5)，所述按摩手(3)包括掌心、拇指(9)和排指(2)三部分，掌心和拇指(9)上各设有两个普通直流电机，一个用于旋转，一个用于上下动作，在拇指(9)与排指(2)之间还设有一个电机，用于控制与排指(9)开合的角度，在掌心和排指之间设有普通直流电机带动的滚轮，机械臂(6)的腕部和按摩手(3)连接，所述普通直流电机和步进电机驱动均由控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的中医按摩机器人，其特征在于：所述控制系统包括主控计算机系统、多轴运动控制器、主手示教装置、限位开关、步进电机及其驱动器、普通直流电机及其驱动器、急停开关；其中，主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；主控计算机系统通过CAN总线和运动控制器连接，运动控制器与步进电机驱动器和步进电机电连接，运动控制器将步进电机运动指令下发至步进电机驱动器，控制步进电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至直流电机驱动器，控制直流电机动作；主手示教装置包括两个操作手柄、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信。

3.根据权利要求1所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征在于：所述上臂(8)和腰部(10)之间通过轴连接。

4.根据权利要求1所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征在于：所述上臂(8)和前臂(5)之间通过步进电机驱动带动的丝杠连接。

5.根据权利要求1所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征在于：所述控制系统还设有检测装置。

6.根据权利要求5所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征在于：所述检测装置为分别设置在掌心、拇指(9)和排指(2)上的压力传感器。

7.根据权利要求5或6所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征在于：所述检测装置还包括血压计与心率测试仪。

8.根据权利要求1所述的中老年退行性腰腿痛中医按摩机器人，其特征是：所述两个机械臂(6)和按摩手(3)可以同时动工作、协调动作。