CN102058466A

CN102058466A - 一种中医推拿按摩机器人

Info

Publication number: CN102058466A
Application number: CN2010105975122A
Authority: CN
Inventors: 陈修祥; 桑鹏; 刘正浩; 费琪源; 马履中
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: YANGZHONG ZHONGKE WEIKANG INTELLIGENT SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: CN102058466B

Abstract

本发明公开了一种中医推拿按摩机器人，涉及中医推拿按摩机械化、自动化装置领域。一种中医推拿按摩机器人，其特征在于，由床体（16）、空间六自由度主体机构、按摩手（15）组成。能实现摩法、擦法、推法、抹法、按法、点法、掐法、拍法、击法、弹法、滚法、掌揉、指揉、振法、抖法、拿法、捏法、扯法、拨法、搓法、摇法、扳法、拔伸法等常用单手、双手推拿按摩手法。具有结构简单、刚度高、尺寸小、重量轻、成本低、运动空间大、动作灵敏迅速，系统控制解耦性、实时性及动态响应特性好等优点。

Description

一种中医推拿按摩机器人

技术领域

本发明涉及中医推拿按摩机械化、自动化装置领域，属于空间机器人机构及中医医疗设备现代化的研究领域。

背景技术

中医推拿按摩是通过各种手法，刺激人体的皮肤、肌肉、关节神经、血管以及淋巴等处，促进局部的血液循环，改善新陈代谢，从而促进仉体的自然抗病能力，促进炎症渗出的吸收，缓解肌肉的痉挛和疼痛。推拿按摩长于舒筋通络、活血散瘀、消肿止痛所以最常有于伤科疾病和各种痛证。目前，中医推拿按摩主要为人工推拿按摩，劳动强度大，推拿按摩医师易疲劳，推拿按摩疗效主要取决于推拿按摩医师的技术熟练程度、推拿按摩经验和推拿按摩手法技巧，人为因素影响大，导致疗效好的推拿按摩技术难以总结、继承、推广和应用，严重束缚了中医推拿按摩行业的发展。因此，研究和发明推拿按摩机器人以代替推拿按摩医师的人工劳动具有现实意义和实用价值。随着人们对推拿按摩保健、治疗需求的增加，以及推拿按摩学科现代化的发展，传统的人工推拿按摩越来越不适应时代的发展，近年来推拿按摩机械化和自动化得到了国内外学者的广泛关注，成为了中医推拿按摩研究的新方向。

目前推拿按摩机械化和自动化研究主要有各类按摩器，按摩椅、按摩床及推拿按摩机器人。关于推拿按摩机器人的国外研究主要有：日本丰桥科技大学提出了带有力传感器的四指按摩手，该系统通过事先采集按摩专家数据，进而控制按摩机器人模仿专家手法完成多种按摩动作（Mouri Keisuke, Terashima Kazuhiko, Minyong Panya, etal. Identification and hybrid impedance control of human skin muscle by multi-fingered robot hand. IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS 2007, 2007: 2895-2900.）；日本早稻田大学研究了针对面部按摩的机器人系统（Koga Hiroki, Usuda Yuichi, Matsuno Masao, etal. Development of oral rehabilitation robot for massage therapy. Proceedings of the IEEE/EMBS Region 8 International Conference on Information Technology Applications in Biomedicine, ITAB, 6th International Special Topic Conference on ITAB, 2007: 111-114 .）；韩国建国大学研究了用于背部按摩的机器人，该机器人和按摩椅合为一体，通过2 个串联的机械臂来实现对人体背部的按摩（Kang Chul-Goo, Lee Bong-Ju, Son Ik-Xu, etal. Design of a percussive massage robot tapping human backs. Proceedings - IEEE International Workshop on Robot and Human Interactive Communication, 16^th IEEE International Conference on Robot and Human Interactive Communication, RO-MAN, 2007:962-967.）；专利号为US6585668的美国专利“Human touch massager”公开了一种三直角坐标直线导轨运动、多按摩头的按摩机器人系统，可模拟人工按摩时手臂和手的按摩运动操作。关于按摩机器人的国内研究主要有：专利号为03132071.6的中国专利 “一类新型中医伤科医用推拿机器人”公开了一种混合型五自由度并联按摩机器人机型；申请号为200510094463.X的中国专利“一类新型串并联中医推拿机器人”公开了基于三自由度并联机构新型串并联中医按摩机器人机型；申请号为200410083661.1的中国专利“智能主动型器械按摩方法及其按摩机器人”采用两水平运动导轨、三关节串联机械臂实现按摩运动；申请号为200520015784的中国专利“自动行走按摩机器人”通过沿导轨在按摩床上运动，可实现按或拍的按摩动作；申请号为201010044834的中国专利“阿是穴诊察按摩机器人”提供一种安全性较好，可在自然体位下对人体广泛分布的多个部位进行操作，特别用于阿是穴排查和按摩的阿是穴诊察按摩机器人；申请号为200780034904的中国专利“揉捏与滚动的机器人按摩装置”通过安装件沿弯曲轨道的运动被转换为取决于弯曲轨道的多个弯曲的按摩头运动；申请号为200610137890.6和 200510069440.3的中国专利“乳房按摩机器人”提供一种完全模仿人工手法对乳房进行按摩。

发明内容

本发明的主要目的是从中医推拿按摩手法的运动学和动力学要求出发，提供一种能模拟中医按摩摩法、擦法、推法、抹法、按法、点法、掐法、拍法、击法、弹法、滚法、掌揉、指揉、振法、抖法、拿法、捏法、扯法、拨法、搓法、摇法、扳法、拔伸法等常用单、双手按摩手法的空间机器人用于临床医疗和保健按摩。

本发明采用的技术方案是：

中医推拿按摩机器人主要由床体、空间六自由度主体机构、按摩手和运动及安全控制系统组成。其中空间六自由度主体机构由直线导轨机构，主、从五连杆机构和中间支链系统组成，直接带动按摩手进行摩法、擦法、推法、搓法、抹法、按法、点法、掐法、拍法、击法、弹法等推拿按摩；直线导轨机构包括直线导轨及驱动和滑块机架，滑块机架安装于床体上，直线导轨及驱动驱动滑块机架沿床体长度方向水平移动；主五连杆机构包括控制电机、主动连杆A 、从动连杆A 、主动连杆B 、从动连杆B ，主动连杆A 、从动连杆A 、主动连杆B 、从动连杆B 和滑块机架彼此之间通过轴线相互平行的转动副A 连接构成主五连杆机构，两个控制电机固定于滑块机架、分别驱动主动连杆A和主动连杆B ；从五连杆机构包括控制电机、主动连杆C9、从动连杆C、主动连杆D、从动连杆D ，主、从五连杆机构为相同结构，主、从五连杆机构彼此为空间平行布置；中间支链系统包括两个单万向节、控制电机和圆柱副，圆柱副的一端连接单万向节，单万向节与从动连杆A 和从动连杆B之间的转动副A轴固定连接，圆柱副的另一端连接单万向节，单万向节与从动连杆C和从动连杆D之间的转动副A轴固定连接，控制电机固定于从动连杆C上，驱动从动连杆C和从动连杆D之间的转动副A轴转动，从而带动圆柱副的外壁旋转；按摩手固定连接于圆柱副的外壁；根据需要可在床体长度方向对称布置单套或两套空间六自由度主体机构、按摩手，形成单手或双手中医推拿按摩机器人。在主动连杆A、从动连杆A、主动连杆B、从动连杆B、主动连杆C、从动连杆C、主动连杆D、从动连杆D、圆柱副外壁，以及从动连杆A与从动连杆B之间转动副轴上安装合适的平衡质量块使空间六自由度推拿按摩机器人主体机构完全静平衡。

按摩手推拿按摩执行机构包括按摩手机架、双曲柄机构系统、两指机械手系统和凸轮机构系统；凸轮机构系统包括摆动凸轮机构、凸轮驱动电机、转动副B，联合空间六自由度主体机构的运动进行滚法推拿按摩；按摩手机架通过转动副B连接圆柱副外壁，摆动凸轮机构中摆杆与按摩手机架固连，凸轮驱动电机固联于圆柱副外壁，凸轮驱动电机的电机轴与摆动凸轮机构中的凸轮固连并驱动凸轮回转，带动按摩手机架绕转动副B轴线摆动；双曲柄机构系统包括防反转双曲柄机构、手掌力传感器、振动电机、手掌及单指、揉法驱动电机和单指力传感器，可进行掌揉、指揉和振法推拿按摩；反转双曲柄机构和揉法驱动电机设于按摩手机架上；揉法驱动电机驱动防反转双曲柄机构，带动防反转双曲柄机构中的环形连杆作平面平动，手掌及单指固连于防反转双曲柄机构中的环形连杆上，振动电机固连于手掌及单指的手掌端，手掌力传感器安装于振动电机的振动台面上，单指力传感器安装于手掌及单指的单指指尖；两指机械手系统包括指背力传感器、被动宽指、手指驱动电机、主动窄指、手尖力传感器，联合空间六自由度主体机构的运动可进行抖法、拿法、捏法、扯法、拨法、摇法、扳法、拔伸法等推拿按摩；齿轮机构、手指驱动电机设于按摩手机架上，主动窄指与齿轮机构中的主动齿轮固连并由手指驱动电机驱动，手尖力传感器安装于主动窄指的指尖，被动宽指与齿轮机构中的被动齿轮固连，指背力传感器安装于被动宽指的指背面上。

运动及安全控制系统包括平板电脑控制系统、双目视觉传感器、红外人体穴位传感器、手掌力传感器、指背力传感器、手尖力传感器和单指力传感器；双目视觉传感器和红外人体穴位传感器获取人体图像和穴位位置信息输入平板电脑控制系统，平板电脑控制系统识别出人体需推拿按摩部位和该部位的穴位并进行按摩手运动规划；根据推拿按摩部位手法运动要求，平板电脑控制系统控制空间六自由度推拿按摩机器人主体机构和按摩手中相关手法运动执行系统进行手法操作，同时双目视觉传感器和红外人体穴位传感器实时获取推拿按摩部位及穴位信息并进行跟踪；手掌力传感器、指背力传感器、手尖力传感器、单指力传感器监测相应推拿按摩手法作用力的大小并反馈给平板电脑控制系统构成推拿按摩力反馈控制；整个推拿按摩过程中，平板电脑控制系统播放推拿按摩对象喜欢的放松音乐，提供过载力自动保护、心跳、呼吸生理信号实时监测报警、人工急停按钮的多种安全保护。

本发明的有益效果是：该推拿按摩机器人的空间六自由度主体机构由于大功率驱动电机固定于机架，配置适合的平衡质量块后机构可完全静平衡，因此具有结构简单、刚度高、尺寸小、重量轻、成本低、运动空间大、动作灵敏迅速等特点；按摩手15采用多种基本机构组合，形成具有多手法运动功能的复合按摩手，避免了手法单一和额外的换按摩手装置，具有结构紧凑、简单、系统解耦性及动态特性好、控制实时性高、成本低、多手法等特点；该推拿按摩机器人可进行摩法、擦法、推法、抹法、按法、点法、掐法、拍法、击法、弹法、滚法、掌揉、指揉、振法、抖法、拿法、捏法、扯法、拨法、搓法、摇法、扳法、拔伸法等23种常用的推拿按摩。本发明对中医推拿按摩技术现代化具有重要的学术和应用价值，该类机器人的产业化将带来巨大的经济效益及社会效益，并具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为单按摩手按摩机器人系统结构示意图。

图2为按摩手结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为按摩机器人静平衡示意图。

图5为双按摩手按摩机器人系统结构示意图。

图中，1、直线导轨及驱动 2、滑块机架 3、转动副A 4、控制电机 5、主动连杆A 6、从动连杆A 7、主动连杆B 8、从动连杆B 9、主动连杆C 10、从动连杆C 11、主动连杆D 12、从动连杆D 13、单万向节 14、圆柱副 15、按摩手 16、床体 17、平板电脑控制系统 18、双目视觉传感器 19、红外人体穴位传感器 20、防反转双曲柄机构 21、手掌力传感器 22、振动电机 23、手掌及单指 24、揉法驱动电机 25、指背力传感器 26、被动宽指 27、齿轮机构 28、手指驱动电机 29、主动窄指 30、手尖力传感器 31、按摩手机架 32、单指力传感器 33、摆动凸轮机构 34、凸轮驱动电机 35、转动副B 36、平衡质量块。

具体实施方式

实施方式一：

如附图1、图2、图3所示，本发明包括直线导轨及驱动1、滑块机架2、转动副A 3、控制电机4、主动连杆A 5、从动连杆A 6 、主动连杆B 7、从动连杆B 8、主动连杆C 9、从动连杆C 10、主动连杆D 11、从动连杆D 12、单万向节13、圆柱副14、按摩手15、床体16、平板电脑控制系统17、双目视觉传感器18、红外人体穴位传感器19，其中按摩手15包括防反转双曲柄机构20、手掌力传感器21、振动电机22、手掌及单指23、揉法驱动电机24、指背力传感器25、被动宽指26、齿轮机构27、手指驱动电机28、主动窄指29、手尖力传感器30、按摩手机架31、单指力传感器32、摆动凸轮机构33、凸轮驱动电机34、转动副B 35。

直线导轨及驱动1、滑块机架2安装于床体16上，实现沿床体16长度方向水平移动；滑块机架2、主动连杆A 5、从动连杆A 6、主动连杆B 7、从动连杆B 8彼此之间通过轴线相互平行的转动副A 3连接构成主五连杆机构，主动连杆C 9、从动连杆C 10、主动连杆D 11、从动连杆D 12彼此之间通过轴线相互平行的转动副A 3连接构成从五连杆机构，主、从五连杆机构空间平行布置，主动连杆A 5、主动连杆B 7、主动连杆C 9、主动连杆D 11分别由固定于滑块机架2的控制电机4驱动；圆柱副14两端分别连接单万向节13，两端单万向节13分别和从动连杆A 6与从动连杆B 8之间转动副轴、从动连杆C 10与从动连杆D 12之间转动副轴固连构成连接主、从五连杆机构的中间支链，控制电机4固定于从动连杆C 10上，驱动从动连杆C 10和从动连杆D 12之间的转动副A 3轴转动，从而带动圆柱副14的外壁旋转；按摩手15固定连接于圆柱副14的外壁；直线导轨及驱动1、滑块机架2、主五连杆机构、从五连杆机构和中间支链系统组成了空间六自由度推拿按摩机器人主体机构，可直接带动按摩手15进行摩法、擦法、推法、抹法、按法、点法、掐法、拍法、击法、弹法等手法推拿按摩；按摩手15中，防反转双曲柄机构20、手掌力传感器21、振动电机22、手掌及单指23、揉法驱动电机24、按摩手机架31、单指力传感器32组成揉法和振法执行系统，揉法驱动电机24驱动防反转双曲柄机构20，带动防反转双曲柄机构20中的环形连杆作平面平动，手掌及单指23固连于防反转双曲柄机构20中的环形连杆上，振动电机22固连于手掌及单指23的手掌端，手掌力传感器21安装于振动电机22的振动台面上，单指力传感器32安装于手掌及单指23的单指指尖，进行掌揉、指揉、振法手法推拿按摩；指背力传感器25、被动宽指26、齿轮机构27、手指驱动电机28、主动窄指29、手尖力传感器30、按摩手机架31组成两指机械手系统，指背力传感器25安装于被动宽指26的指背面上，被动宽指26与齿轮机构27中的被动齿轮固连，手尖力传感器30安装于主动窄指29的指尖，主动窄指29与齿轮机构27中的主动齿轮固连并由手指驱动电机28驱动，联合空间六自由度推拿按摩机器人主体机构的运动进行抖法、拿法、捏法、扯法、拨法等手法推拿按摩；按摩手机架31通过转动副B 35连接圆柱副14外壁，摆动凸轮机构33中摆杆与按摩手机架31固连，凸轮驱动电机34固联于圆柱副14外壁，凸轮驱动电机34的电机轴与摆动凸轮机构33中的凸轮固连，驱动按摩手15绕转动副B 35轴线摆动，联合空间六自由度推拿按摩机器人主体机构的运动进行滚法推拿按摩。

本实施方式的推拿按摩操作过程：首先由推拿按摩医师或用户设定推拿按摩流程和推拿按摩手法操作参数，如推拿按摩部位、手法流程、力度大小、频度、持续时间等，双目视觉传感器18和红外人体穴位传感器19获取人体图像和穴位位置信息输入平板电脑控制系统17，平板电脑控制系统17识别出人体需推拿按摩部位和该部位的穴位并进行按摩手15运动规划；然后根据推拿按摩部位手法运动要求，平板电脑控制系统17控制空间六自由度推拿按摩机器人主体机构和按摩手15中相关手法运动执行系统进行手法操作，同时双目视觉传感器18和红外人体穴位传感器19实时获取推拿按摩部位及穴位信息并进行跟踪，手掌力传感器21、指背力传感器25、手尖力传感器30、单指力传感器32监测相应推拿按摩手法作用力的大小并反馈给平板电脑控制系统17构成推拿按摩力反馈控制。整个推拿按摩过程中，平板电脑控制系统17播放推拿按摩对象喜欢的放松音乐，提供过载力自动保护、心跳、呼吸生理信号实时监测报警、人工急停按钮的多种安全保护。

实施方式二：

如附图1、图2、图3、图4所示，本实施方式与实施方式一不同点是：分别在主动连杆A 5、从动连杆A 6、主动连杆B 7、从动连杆B 8、主动连杆C 9、从动连杆C 10、主动连杆D 11、从动连杆D 12、圆柱副 14外壁，以及从动连杆A 6与从动连杆B 8之间转动副轴上安装平衡质量块36使空间六自由度推拿按摩机器人主体机构完全静平衡，提高了系统的安全性、较小体积和重量、降低驱动电机的功率和尺寸。

实施方式三：

如附图5所示，本实施方式与实施方式一、二的不同点是：在床体16长度方向对称布置两套实施方式一、二所述的空间六自由度主体机构、按摩手15，构成双按摩手推拿按摩机器人，在平板电脑控制系统17统一控制下，采用双按摩手进行中医推拿按摩，提高推拿按摩效率，进行需要双手操作的搓法、摇法、扳法、拔伸法等手法推拿按摩。

Claims

1.一种中医推拿按摩机器人，其特征在于，由床体（16）、空间六自由度主体机构、按摩手（15）组成；空间六自由度主体机构由主、从五连杆机构、直线导轨机构和中间支链系统组成；所述直线导轨机构包括直线导轨及驱动（1）和滑块机架（2），所述滑块机架（2）安装于床体（16）上，直线导轨及驱动（1）驱动滑块机架（2）沿床体（16）长度方向水平移动；主五连杆机构包括控制电机（4）、主动连杆A（5）、从动连杆A（6）、主动连杆B（7）、从动连杆B（8），所述主动连杆A（5）、从动连杆A（6）、主动连杆B（7）、从动连杆B（8）和滑块机架（2）彼此之间通过轴线相互平行的转动副A（3）连接构成主五连杆机构，两个所述控制电机（4）固定于滑块机架（2）、分别驱动主动连杆A（5）和主动连杆B（7）；从五连杆机构包括控制电机（4）、主动连杆C（9）、从动连杆C（10）、主动连杆D（11）、从动连杆D（12），主、从五连杆机构为相同结构，主、从五连杆机构彼此为空间平行布置；中间支链系统包括两个单万向节（13）、控制电机（4）和圆柱副（14），圆柱副（14）的一端连接单万向节（13），单万向节（13）与从动连杆A（6）和从动连杆B（8）之间的转动副A（3）轴固定连接，圆柱副（14）的另一端连接单万向节（13），单万向节（13）与从动连杆C（10）和从动连杆D（12）之间的转动副A（3）轴固定连接，控制电机（4）固定于从动连杆C（10）上，驱动从动连杆C（10）和从动连杆D（12）之间的转动副A（3）轴转动，从而带动圆柱副（14）的外壁旋转；所述按摩手（15）固定连接于圆柱副（14）的外壁。

2.根据权利要求1所述的一种中医推拿按摩机器人，其特征在于，所述按摩手（15）包括按摩手机架（31）、双曲柄机构系统、两指机械手系统和凸轮机构系统；凸轮机构系统包括摆动凸轮机构（33）、凸轮驱动电机（34）、转动副B（35）；所述按摩手机架（31）通过转动副B（35）连接圆柱副（14）外壁，摆动凸轮机构（33）中摆杆与按摩手机架（31）固连，凸轮驱动电机（34）固联于圆柱副（14）外壁，凸轮驱动电机（34）的电机轴与摆动凸轮机构（33）中的凸轮固连；双曲柄机构系统包括防反转双曲柄机构（20）、手掌力传感器（21）、振动电机（22）、手掌及单指（23）、揉法驱动电机（24）和单指力传感器（32）；所述反转双曲柄机构（20）和揉法驱动电机（24）设于按摩手机架（31）上；所述揉法驱动电机（24）驱动防反转双曲柄机构（20），带动防反转双曲柄机构（20）中的环形连杆作平面平动，所述手掌及单指（23）固连于防反转双曲柄机构（20）中的环形连杆上，振动电机（22）固连于手掌及单指（23）的手掌端，手掌力传感器（21）安装于振动电机（22）的振动台面上，单指力传感器（32）安装于手掌及单指（23）的单指指尖；两指机械手系统包括指背力传感器（25）、被动宽指（26）、手指驱动电机（28）、主动窄指（29）、手尖力传感器（30）；所述齿轮机构（27）、手指驱动电机（28）设于按摩手机架（31）上，所述主动窄指（29）与齿轮机构（27）中的主动齿轮固连并由手指驱动电机（28）驱动，手尖力传感器（30）安装于主动窄指（29）的指尖，所述被动宽指（26）与齿轮机构（27）中的被动齿轮固连，指背力传感器（25）安装于被动宽指（26）的指背面上。

3.根据权利要求1所述的一种新型中医推拿按摩机器人，其特征在于，所述主动连杆A（5）、从动连杆A（6）、主动连杆B（7）、从动连杆B（8）、主动连杆C（9）、从动连杆C（10）、主动连杆D（11）、从动连杆D（12）、圆柱副（14）外壁，以及从动连杆A（6）与从动连杆B（8）之间转动副轴上安装平衡质量块（36）使空间六自由度推拿按摩机器人主体机构完全静平衡。

4. 根据权利要求1、2、3所述的一种新型中医推拿按摩机器人，其特征在于，还包括平板电脑控制系统（17），在床体（16）长度方向对称布置两套空间六自由度主体机构、按摩手（15），平板电脑控制系统（17）控制两套空间六自由度主体机构、按摩手（15），形成双按摩手中医推拿按摩机器人。