CN109044788A - 一种按摩床 - Google Patents
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Abstract
一种按摩床，包括按摩机械手空间定位装置、按摩机械手、背部曲线检测装置、视觉系统、整机控制系统和按摩床主体；按摩机械手空间定位装置设置在按摩床主体的顶部，按摩机械手空间定位装置能够在按摩床主体内任意位置移动；按摩机械手设置在在按摩机械手空间定位装置上，背部曲线检测装置设置在按摩床主体的侧面，用于检测人体背部曲线；视觉系统设置在按摩床主体上；整机控制系统用于控制按摩机械手空间定位装置移动，控制按摩机械手的运动，以及控制背部曲线检测装置检测人体背部曲线。本发明的背部曲线检测装置实现人体背部厚度的匹配，减少人工干预，同时空间定位装置和机械手的实现任意位置的按摩，按摩效率高，节省人力。
Description
技术领域
本发明属于按摩器械技术领域，特别涉及一种按摩床。
背景技术
目前，理疗是通过人工或自然界物理因素直接作用于人体，通过对人体局部的直接作用和神经、体液的间接作用引起人体反应，调整血液循环、改善营养代谢、提高免疫力、调节神经系统功能、促进组织修复，因而消除致病因素，改善病理过程，达到舒缓治疗的目的。
理疗主要通过按摩实现，其中对于一些按摩手法，例如拿法，提法，捏法，推法等手法，按摩过程费时费力，随着用工成本的上升和人们对理疗按摩需求的增加，急需一种自动化设备，代替人工劳动，完成上述理疗按摩过程。随着人们生活水平的提高，人们越来越关注亚健康状态身体问题的解决和保健，理疗按摩越来越受欢迎。但是，按摩师越来越不愿意从事劳动强大的理疗按摩工作，这个行业高薪也留不住人。智能按摩床，代替人工实现按摩功能，解决用工成本上涨与劳动力不足带来的矛盾。
与本发明类似的产品或专利，主要侧重于按摩液涂抹或者单纯的物理按摩，没有将两者很好结合起来。
现有按摩机械手只能对人体特定区域按摩，并且需要人工干预；现有的按摩液涂抹装置，采用不与人体接触的喷射涂抹方式，此种方法体感很差，由于按摩前对背部肌肉没有作用，使肌肉没有放松，按摩效果不好；或者采用与人体接触方式，涂抹按摩液。边涂抹，边按摩，此种方式给不同顾客按摩时，没有有效办法去除按摩头上残留按摩液，使之物理隔离，不同顾客间存在感染疾病的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种按摩床，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种按摩床，包括按摩机械手空间定位装置、按摩机械手、背部曲线检测装置、视觉系统、整机控制系统和按摩床主体；按摩机械手空间定位装置设置在按摩床主体的顶部，按摩机械手空间定位装置能够在按摩床主体内任意位置移动；按摩机械手设置在在按摩机械手空间定位装置上，背部曲线检测装置设置在按摩床主体的侧面，用于检测人体背部曲线；视觉系统设置在按摩床主体上；整机控制系统设置在按摩床主体底部，视觉系统、背部曲线检测装置、按摩机械手空间定位装置和按摩机械手均连接到整机控制系统；整机控制系统用于控制按摩机械手空间定位装置移动，控制按摩机械手的运动，以及控制背部曲线检测装置检测人体背部曲线。
进一步的，按摩机械手空间定位装置包括X轴驱动步进电机、Y轴驱动步进电机、Y轴直线模组、Z轴直线模组、X轴直线模组、X轴滑块、Y轴滑块、Z轴滑块和Z轴驱动伺服电机；两个X轴直线模组平行设置，两个X轴直线模组上均设置有X轴滑块，X轴驱动步进电机固定设置在X轴直线模组的端部，用于驱动X轴滑块同步移动；两个X轴滑块之间设置有Y轴直线模组，Y轴直线模组的端部固定设置有Y轴驱动步进电机，Y轴直线模组上设置有Y轴滑块，Y轴驱动步进电机驱动Y轴滑块移动；Z轴直线模组竖直固定设置在Y轴滑块上，Z轴直线模组的端部固定设置有Z轴驱动伺服电机，Z轴直线模组上设置有Z轴滑块，Z轴滑块固定，Z轴驱动伺服电机驱动Z轴导轨相对Z轴滑块上下移动。
进一步的，两个X轴直线模组之间设置有传动轴，传动轴的一端与X轴驱动步进电机连接；X轴直线模组的端部固定设置有电机固定架，X轴驱动步进电机固定设置在电机固定架上，X轴驱动步进电机通过同步带组件与传动轴连接；传动轴转动时带动两个X轴滑块同步移动；X轴直线模组底部设置有X轴固定座；同步带组件包括同步带轮和同步带，两个同步带轮分别设置在X轴驱动步进电机和传动轴端部，两个同步带轮之间通过同步带连接；
两个Y轴直线模组并排设置，两个Y轴直线模组上均设置有Y轴滑块，两个Y轴直线模组安装在Y轴固定座上，Y轴固定座两端均固定设置有Y轴安装板，两块Y轴安装板分别固定设置在X轴滑块上；Y轴驱动步进电机设置在两个Y轴直线模组的同一端，Y轴驱动步进电机驱动两个Y轴滑块同步移动，且两个Y轴滑块在同一直线上；
Z轴直线模组的一端固定设置有Z轴安装板，Z轴安装板固定设置在两个Y轴滑块上；Z轴驱动伺服电机通过同步带组件与Z轴直线模组连接；Z轴直线模组的一端设置按摩头；同步带组件包括同步带轮和同步带，同步带轮分别安装在Z轴直线模组的端部和Z轴驱动伺服电机的输出端，两个同步带轮之间通过同步带连接；
Y轴直线模组、Z轴直线模组和X轴直线模组侧面均沿着直线模组设置有拖链槽，拖链槽通过连接件与直线模组连接，拖链槽上设置有拖链，拖链的一端与滑块连接，另一端固定在拖链槽上；拖链用于给X轴驱动步进电机、Y轴驱动步进电机和Z轴驱动伺服电机供电。
进一步的，按摩机械手包括旋转机械臂、展油装置和滚轮装置；展油装置和滚轮装置设置在旋转机械臂的下方，且展油装置的安装方向与滚轮装置的安装方向互相垂直；旋转机械臂包括伺服电机、步进电机、同步带组件、伺服电机固定架、连杆、安装板和旋转轴；
伺服电机固定架的一端与连杆的一端通过旋转轴铰接；伺服电机设置在伺服电机固定架的侧面，伺服电机的输出端与旋转轴之间通过同步带组件连接；连杆的另一端设置有步进电机，步进电机的输出端连接安装板，安装板位于连杆的下方；安装板的一端固定安装展油装置，另一端固定安装滚轮装置；连杆的下方设置有切换检测开关；
滚轮装置包括滚轮驱动电机、第一轴承座、第二轴承座、滚轮、同步带组件和滚轮轴；第一轴承座和第二轴承座均为L型，第一轴承座的一个边和第二轴承座的一个边相对固定设置，形成凹槽形支座；凹槽形支座内，第一轴承座的另一个边和第二轴承座的另一个边之间设置有滚轮轴，滚轮轴上设置有若干滚轮；凹槽形支座上设置有滚轮驱动电机，同步带组件的一端连接滚轮驱动电机，另一端连接滚轮轴；
展油装置包括供油装置、缓冲连接装置、展油驱动电机、展油本体、展油圆盘和展油滚轮；展油本体为两端开口的筒状结构，展油本体的一端连接缓冲连接装置，缓冲连接装置的另一端开口设置有展油圆盘，展油圆盘上设置有若干展油滚轮；展油圆盘一侧的展油本体上设置有若干油液出口，供油装置连接油液出口；缓冲连接装置用于使展油本体竖直方向上柔性连接；展油驱动电机设置在展油本体内部，展油驱动电机的输出端连接展油圆盘。
进一步的，同步带轮一侧的伺服电机固定架上固定设置有力矩限制开关，力矩限制开关下方的旋转轴上固定套设有力矩限制器；步进电机的输出端设置有切换转轴，切换转轴外侧设置有轴承和锁紧螺母；
同步带组件包括同步带轮和同步带；滚轮轴的一端伸出凹槽形支座，滚轮驱动电机的输出端以及滚轮轴伸出凹槽形支座的一端上均固定设置有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接；第一同步带组件包括同步带轮和同步带，伺服电机的输出端以及旋转轴的端部均固定套设有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接。
进一步的，滚轮轴两端的凹槽形支座上开设有孔，孔内设置有轴承，滚轮轴设置在轴承内；凹槽形支座上固定设置有电机支架，滚轮驱动电机固定设置在电机支架上；电机支架侧面的凹槽形支座上固定设置有安装支架，安装支架与安装板固定连接；凹槽形支座内部在滚轮的上方设置有加热片；
滚轮包括硅胶轮轴套和硅胶滚轮套，硅胶轮轴套固定套设在滚轮轴上，硅胶滚轮套设在硅胶轮轴套外侧，硅胶滚轮套外表面沿圆周方向间隔设置有硅胶凸起，人体背部膀胱经间距与硅胶滚轮套之间间隔一致，膀胱经上穴位的间隔与硅胶滚轮套上凸起的间隔相匹配；凹槽形支座内部设置有位置检测传感器，位置检测传感器用于检测硅胶凸起的位置。
进一步的，缓冲连接装置包括缓冲安装支架、安装销、扭簧和展油安装支架；展油安装支架的一端固定连接在展油本体的内部，展油安装支架的另一端与缓冲安装支架固定连接；缓冲安装支架上设置有两个凸起，凸起上均设置有孔洞，安装销穿过两个孔洞设置，扭簧套设在安装销上；缓冲安装支架与安装板固定连接；当展油本体绕安装销转动时，扭簧起到缓冲作用；展油圆盘上设置有若干通孔，通孔内设置有展油销，展油销上套设有展油滚轮；展油驱动电机能够带动展油圆盘旋转；展油驱动电机的输出端上固定设置有驱动轴，驱动轴固定垂直设置在展油圆盘的几何中心；驱动轴的外侧套设有轴承，轴承与展油本体的内壁固定连接；驱动轴外侧还设置有锁紧螺母；供油装置包括蠕动泵和管路；管路的一端连接蠕动泵，另一端连接油液出口；展油本体内展油圆盘的上方设置有加热片；展油本体外侧套设有展油硅胶套。
进一步的，按摩床主体为长方体框架结构，按摩床主体外侧设置有外壳；长方体框架结构内部平行于底面设置有床板，按摩机械手设置在床板上方的长方体空间内；背部曲线检测装置包括感应装置、感应装置安装板和感应装置安装板升降机构；两个感应装置安装板分别设置在床板的两侧，床板的两侧还设置有感应装置安装板升降机构，感应装置安装板升降机构能够带动感应装置安装板上下移动；感应装置包括发射端和接收端，发射端和接收端分别安装在两个感应装置安装板上；视觉系统包括摄像机和视觉图像图像处理装置，摄像机安装于按摩床主体上方，通过以太网与视觉图像图像处理装置连接；
感应装置安装板升降机构包括直线导轨、同步带组件、驱动组件和转轴；两个直线导轨分别竖直固定设置在床板的两侧，感应装置安装板设置在直线导轨上，且感应装置安装板能够沿直线导轨移动；床板下方设置有转轴，转轴上设置有驱动组件，驱动组件能够带动转轴旋转；转轴的两端均设置有同步带组件，同步带组件沿着直线导轨的侧面设置；同步带组件与感应装置安装板之间通过同步带连接板连接；当驱动组件驱动转轴转动时，同步组件带动感应装置安装板移动。
进一步的，驱动组件包括驱动电机、驱动电机安装板和传动带；驱动电机安装板安装在按摩床主体上，驱动电机设置在驱动电机安装板上，驱动电机和转轴之间通过传动带连接；同步带组件包括同步带和同步带轮，同步带组件一端的同步带轮设置在转轴端部，另一端通过同步带轮安装板设置在床板侧面，两个同步带轮之间通过传动带连接；转轴的两端设置有轴承座，轴承座用于支撑转轴；同步带上设置有微动开关；感应装置安装板为T字形，感应装置安装板的上端平行于床板，感应装置设置在平行于床板的部分；当接收端接收到信号时记录一个点，待所有接收端都记录点后，通过上位机将所有记录的点按顺序平滑连接起来，这样就得到了人体背部轮廓曲线；记录点的的数据拟合成曲线的算法：
已知数据点坐标(xi,yi),i＝1,2,…,n，用x的二次多项式拟合变量y，即:
其中，a0,a1,a2为待定参数，e为误差；在解方程组时减少一个未知数，由式(7)得到
代入式(1)
因此，有误差平方和
对a1,a2求偏导数，并使其等于0
整理得到正规方程组
或
解此方程组，得到a1,a2，再代入式(2)得到a0,因而求得在最小二乘意义下的二次拟合函数
上述算法中，取n＝记录点数，得到近似人体背部轮廓曲线。
进一步的，整机控制系统包括上位机(6)、显示器(2)和电气控制箱(5)；上位机通过HDMI连接线与显示器连接，上位机通过以太网与电气控制箱连接；电气控制箱包括PLC控制器、空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置伺服驱动器步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器和背部曲线检测装置步进驱动器；空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置伺服驱动器步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器和背部曲线检测装置步进驱动器均连接到PLC控制器；空间定位装置伺服驱动器驱动Z轴驱动伺服电机，空间定位装置步进驱动器驱动X轴驱动步进电机和Y轴驱动步进电机；按摩机械手伺服驱动器驱动按摩机械手上的伺服电机；背部曲线检测装置步进驱动器驱动背部曲线检测装置上的驱动电机；空间定位装置、按摩机械手和背部曲线检测装置均通过非接触感应开关向PLC控制器反馈数据。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明结合背部曲线检测装置、按摩机械手和空间定位装置，实现了人体背部厚度的匹配，减少人工干预，同时空间定位装置和机械手的配合可以实现任意位置的按摩，按摩效率高，节省人力。
本发明中的背部曲线检测装置，能检测人体背部轮廓及走向，上位机通过对检测到的人体背部曲线进行绘制，处理，控制空间定位装置移动，由于空间定位装置具有三个轴，能根据背部轮廓曲线，很好的与之匹配，提高按摩的舒适性，并且按摩区域大，不需要人工干预。
本发明按摩机械手中的展油装置，采用蠕动泵将按摩液通过展油装置头部的一次性硅胶套，作用在人体背部，配合展油装置在人体背部移动，将按摩液涂抹均匀。展油装置作用于人体背部(开背)，使背部肌肉放松，有利于按摩液吸收，提升按摩效果。并且一次性硅胶套可以更换，物理隔绝了按摩液和展油头部在不同顾客间使用时，疾病传播的风险。
本发明按摩机械手中的滚轮装置，能对人体背部的四条膀胱经进行按压，推拿等手法的按摩。滚轮装置上的突起，匹配空间定位装置的速度，能很好的作用于膀胱经上的穴位，提升按摩效果。以上展油装置与滚轮装置，与人体接触部分都有预加热功能，采用热辐射加热，作用于人体时，体感舒适，提高舒适性。
本发明通过设置Y轴直线模组、Z轴直线模组和X轴直线模组实现了按摩头能够在三轴空间内任意位置移动，从而能够适应不同人群使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明控制系统图；
图3为本发明外壳位置示意图；
图4为本发明按摩机械手结构示意图；
图5为本发明按摩机械手旋转机械臂布置图；
图6为本发明为旋转机械臂剖视图；
图7为滚轮装置立体图；
图8为滚轮装置剖视图；
图9为展油装置立体图；
图10为展油装置剖视图；
图11为本发明背部曲线检测装置结构图；
图12为本发明空间定位装置结构图；
图13为本发明X轴直线模组示意图；
图14为本发明Y轴直线模组示意图；
图15为本发明Z轴直线模组示意图；
其中：1、空间定位装置；2、显示器；3、按摩机械手；4、床板；5、电气控制箱；6、上位机；7、背部曲线检测装置；8、外壳；9、旋转机械臂；10、展油装置；11、滚轮装置；12、伺服电机；13、步进电机；14、力矩限制器；15、力矩限制开关；16、同步带组件；17、切换转轴；18、安装板；19、切换检测开关；20、旋转轴；21、伺服电机固定架；22、连杆；23、滚轮安装支架；24、滚轮驱动电机；25、滚轮电机支架；27、第一轴承座；28、位置检测传感器；29、硅胶滚轮套；30、滚轮轴；31、第二轴承座；32、同步带轮；33、同步带；34、硅胶轮轴套；35、蠕动泵；36、管路；37、缓冲安装支架；38、扭簧；39、安装销；40、展油安装支架；41、展油驱动电机；42、展油本体；43、展油硅胶套；44、展油销；45、展油滚轮；46、驱动轴；47、展油圆盘；48、感应装置；49、感应装置安装板；50、同步带轮安装板；51、同步带连接板；52、直线导轨；54、微动开关；55、轴承座；56、驱动组件；57、转轴；58、按摩床主体；59、X轴驱动步进电机；60、拖链；61、Y轴驱动步进电机；62、Y轴直线模组；63、Z轴直线模组；64、拖链槽；65、X轴直线模组；66、Z轴驱动伺服电机；67、传动轴；68、同步带组件；69、X轴固定座；70、X轴滑块；71、Y轴固定座；72、Y轴滑块；73、Y轴安装板；74、同步带组件；75、Z轴安装板；76、Z轴滑块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图15，一种按摩床，包括按摩机械手空间定位装置1、按摩机械手3、背部曲线检测装置7、视觉系统、整机控制系统和按摩床主体58；按摩机械手空间定位装置设置在按摩床主体的顶部，按摩机械手空间定位装置能够在按摩床主体内任意位置移动；按摩机械手设置在按摩机械手空间定位装置上，背部曲线检测装置设置在按摩床主体的侧面，用于检测人体背部曲线；视觉系统设置在按摩床主体上；整机控制系统设置在按摩床主体底部，视觉系统、背部曲线检测装置、按摩机械手空间定位装置和按摩机械手均连接到整机控制系统；整机控制系统用于控制按摩机械手空间定位装置移动，控制按摩机械手的运动，以及控制背部曲线检测装置检测人体背部曲线。
按摩机械手空间定位装置包括X轴驱动步进电机59、Y轴驱动步进电机61、Y轴直线模组62、Z轴直线模组63、X轴直线模组65、X轴滑块70、Y轴滑块72、Z轴滑块76和Z轴驱动伺服电机66；两个X轴直线模组平行设置，两个X轴直线模组上均设置有X轴滑块，X轴驱动步进电机固定设置在X轴直线模组的端部，用于驱动X轴滑块同步移动；两个X轴滑块之间设置有Y轴直线模组，Y轴直线模组的端部固定设置有Y轴驱动步进电机，Y轴直线模组上设置有Y轴滑块，Y轴驱动步进电机驱动Y轴滑块移动；Z轴直线模组竖直固定设置在Y轴滑块上，Z轴直线模组的端部固定设置有Z轴驱动伺服电机，Z轴直线模组上设置有Z轴滑块，Z轴滑块固定，Z轴驱动伺服电机驱动Z轴导轨相对Z轴滑块上下移动。
两个X轴直线模组之间设置有传动轴67，传动轴67的一端与X轴驱动步进电机连接；X轴直线模组的端部固定设置有电机固定架，X轴驱动步进电机固定设置在电机固定架上，X轴驱动步进电机通过同步带组件与传动轴连接；传动轴转动时带动两个X轴滑块同步移动；X轴直线模组底部设置有X轴固定座69；同步带组件包括同步带轮和同步带，两个同步带轮分别设置在X轴驱动步进电机和传动轴端部，两个同步带轮之间通过同步带连接；
两个Y轴直线模组并排设置，两个Y轴直线模组上均设置有Y轴滑块，两个Y轴直线模组安装在Y轴固定座上，Y轴固定座两端均固定设置有Y轴安装板73，两块Y轴安装板分别固定设置在X轴滑块上；Y轴驱动步进电机设置在两个Y轴直线模组的同一端，Y轴驱动步进电机驱动两个Y轴滑块同步移动，且两个Y轴滑块在同一直线上；
Z轴直线模组的一端固定设置有Z轴安装板75，Z轴安装板固定设置在两个Y轴滑块上；Z轴驱动伺服电机通过同步带组件与Z轴直线模组连接；Z轴直线模组的一端设置按摩头；同步带组件包括同步带轮和同步带，同步带轮分别安装在Z轴直线模组的端部和Z轴驱动伺服电机的输出端，两个同步带轮之间通过同步带连接；
Y轴直线模组、Z轴直线模组和X轴直线模组侧面均沿着直线模组设置有拖链槽64，拖链槽通过连接件与直线模组连接，拖链槽上设置有拖链60，拖链的一端与滑块连接，另一端固定在拖链槽上；拖链用于给X轴驱动步进电机、Y轴驱动步进电机和Z轴驱动伺服电机供电。
按摩机械手包括旋转机械臂9、展油装置10和滚轮装置11；展油装置和滚轮装置设置在旋转机械臂的下方，且展油装置的安装方向与滚轮装置的安装方向互相垂直；旋转机械臂包括伺服电机12、步进电机13、同步带组件16、伺服电机固定架21、连杆22、安装板18和旋转轴20；
伺服电机固定架的一端与连杆的一端通过旋转轴铰接；伺服电机设置在伺服电机固定架的侧面，伺服电机的输出端与旋转轴之间通过同步带组件连接；连杆的另一端设置有步进电机，步进电机的输出端连接安装板，安装板位于连杆的下方；安装板的一端固定安装展油装置，另一端固定安装滚轮装置；连杆的下方设置有切换检测开关19；
滚轮装置包括滚轮驱动电机24、第一轴承座27、第二轴承座31、滚轮、同步带组件和滚轮轴30；第一轴承座和第二轴承座均为L型，第一轴承座的一个边和第二轴承座的一个边相对固定设置，形成凹槽形支座；凹槽形支座内，第一轴承座的另一个边和第二轴承座的另一个边之间设置有滚轮轴，滚轮轴上设置有若干滚轮；凹槽形支座上设置有滚轮驱动电机，同步带组件的一端连接滚轮驱动电机，另一端连接滚轮轴；
展油装置包括供油装置、缓冲连接装置、展油驱动电机41、展油本体42、展油圆盘47和展油滚轮45；展油本体为两端开口的筒状结构，展油本体的一端连接缓冲连接装置，缓冲连接装置的另一端开口设置有展油圆盘，展油圆盘上设置有若干展油滚轮；展油圆盘一侧的展油本体上设置有若干油液出口，供油装置连接油液出口；缓冲连接装置用于使展油本体竖直方向上柔性连接；展油驱动电机设置在展油本体内部，展油驱动电机的输出端连接展油圆盘。
同步带轮一侧的伺服电机固定架上固定设置有力矩限制开关15，力矩限制开关下方的旋转轴20上固定套设有力矩限制器14；步进电机的输出端设置有切换转轴17，切换转轴外侧设置有轴承和锁紧螺母；
同步带组件包括同步带轮和同步带；滚轮轴的一端伸出凹槽形支座，滚轮驱动电机的输出端以及滚轮轴伸出凹槽形支座的一端上均固定设置有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接；第一同步带组件包括同步带轮和同步带，伺服电机的输出端以及旋转轴的端部均固定套设有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接。
滚轮轴两端的凹槽形支座上开设有孔，孔内设置有轴承，滚轮轴设置在轴承内；凹槽形支座上固定设置有电机支架，滚轮驱动电机固定设置在电机支架上；电机支架侧面的凹槽形支座上固定设置有安装支架，安装支架与安装板18固定连接；凹槽形支座内部在滚轮的上方设置有加热片；
滚轮包括硅胶轮轴套34和硅胶滚轮套29，硅胶轮轴套固定套设在滚轮轴上，硅胶滚轮套设在硅胶轮轴套外侧，硅胶滚轮套外表面沿圆周方向间隔设置有硅胶凸起，人体背部膀胱经间距与硅胶滚轮套之间间隔一致，膀胱经上穴位的间隔与硅胶滚轮套上凸起的间隔相匹配；凹槽形支座内部设置有位置检测传感器，位置检测传感器用于检测硅胶凸起的位置。
缓冲连接装置包括缓冲安装支架37、安装销39、扭簧38和展油安装支架40；展油安装支架的一端固定连接在展油本体的内部，展油安装支架的另一端与缓冲安装支架固定连接；缓冲安装支架上设置有两个凸起，凸起上均设置有孔洞，安装销穿过两个孔洞设置，扭簧套设在安装销上；缓冲安装支架与安装板固定连接；当展油本体绕安装销转动时，扭簧起到缓冲作用；展油圆盘上设置有若干通孔，通孔内设置有展油销44，展油销上套设有展油滚轮45；展油驱动电机41能够带动展油圆盘47旋转；展油驱动电机的输出端上固定设置有驱动轴46，驱动轴固定垂直设置在展油圆盘的几何中心；驱动轴的外侧套设有轴承，轴承与展油本体的内壁固定连接；驱动轴外侧还设置有锁紧螺母；供油装置包括蠕动泵35和管路36；管路的一端连接蠕动泵，另一端连接油液出口；展油本体内展油圆盘的上方设置有加热片；展油本体外侧套设有展油硅胶套。
按摩床主体58为长方体框架结构，按摩床主体外侧设置有外壳；长方体框架结构内部平行于底面设置有床板4，按摩机械手设置在床板上方的长方体空间内；背部曲线检测装置7包括感应装置48、感应装置安装板49和感应装置安装板升降机构；两个感应装置安装板分别设置在床板的两侧，床板的两侧还设置有感应装置安装板升降机构，感应装置安装板升降机构能够带动感应装置安装板上下移动；感应装置包括发射端和接收端，发射端和接收端分别安装在两个感应装置安装板上；视觉系统包括摄像机和视觉图像图像处理装置，摄像机安装于按摩床主体上方，通过以太网与视觉图像图像处理装置连接；感应装置为对射型光电传感器。
感应装置安装板升降机构包括直线导轨52、同步带组件53、驱动组件56和转轴57；两个直线导轨分别竖直固定设置在床板的两侧，感应装置安装板设置在直线导轨上，且感应装置安装板能够沿直线导轨移动；床板下方设置有转轴，转轴上设置有驱动组件，驱动组件能够带动转轴旋转；转轴的两端均设置有同步带组件，同步带组件沿着直线导轨的侧面设置；同步带组件与感应装置安装板之间通过同步带连接板51连接；当驱动组件驱动转轴转动时，同步组件带动感应装置安装板移动。
驱动组件包括驱动电机、驱动电机安装板和传动带；驱动电机安装板安装在按摩床主体上，驱动电机设置在驱动电机安装板上，驱动电机和转轴之间通过传动带连接；同步带组件包括同步带和同步带轮，同步带组件一端的同步带轮设置在转轴端部，另一端通过同步带轮安装板设置在床板侧面，两个同步带轮之间通过传动带连接；转轴的两端设置有轴承座，轴承座用于支撑转轴；同步带上设置有微动开关；感应装置安装板为T字形，感应装置安装板的上端平行于床板，感应装置设置在平行于床板的部分；当接收端接收到信号时记录一个点，待所有接收端都记录点后，通过上位机将所有记录的点按顺序平滑连接起来，这样就得到了人体背部轮廓曲线；记录点的的数据拟合成曲线的算法：
已知数据点坐标(xi,yi),i＝1,2,…,n，用x的二次多项式拟合变量y，即:
其中，a0,a1,a2为待定参数，e为误差；在解方程组时减少一个未知数，由式(1)得到
代入式(1)
因此，有误差平方和
对a1,a2求偏导数，并使其等于0
整理得到正规方程组
或
解此方程组，得到a1,a2，再代入式(2)得到a0,因而求得在最小二乘意义下的二次拟合函数
上述算法中，取n＝记录点数，得到近似人体背部轮廓曲线。
本发明采用8个感应装置，将n＝8代入得到近似人体背部轮廓曲线。
整机控制系统包括上位机6、显示器2和电气控制箱5；上位机通过HDMI连接线与显示器连接，上位机通过以太网与电气控制箱连接；电气控制箱包括PLC控制器、空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器和背部曲线检测装置步进驱动器；空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器和背部曲线检测装置步进驱动器均连接到PLC控制器；空间定位装置伺服驱动器驱动Z轴驱动伺服电机，空间定位装置步进驱动器驱动X轴驱动步进电机和Y轴驱动步进电机；按摩机械手伺服驱动器驱动按摩机械手上的伺服电机；背部曲线检测装置步进驱动器驱动背部曲线检测装置上的驱动电机；空间定位装置、按摩机械手和背部曲线检测装置均通过非接触感应开关向PLC控制器反馈数据。
本发明的空间定位装置，采用3轴机械臂。其中，X轴机械臂由两条直线模组水平布置，每条直线模组上设置两个滑块，增加系统刚性，两条直线模组间采用传动轴和联轴器连接，使两条直线模组同步运动。X轴采用步进电机+减速器驱动，为了保证驱动准确性，不丢步，在一条直线模组上设置编码器，保证控制精度。上述Y轴机械臂由两条直线模组竖直布置，为了增加系统刚性，采用两条直线模组布置方式，通过安装板，连接到X轴滑块上，安装板上设置有加强筋，提高Y轴刚性，Y轴采用步进电机+减速器驱动，为了保证驱动准确性，不丢步，在一条直线模组上设置编码器，保证控制精度。
上述Z轴机械臂由一条直线模组竖直布置，其上设置有一个滑块，滑块通过安装板与Y轴连接，Z轴采用伺服电机驱动，由于Z轴滑块固定，所以运动时，导轨上下移动，能增大Y轴下方空间。
本发明的按摩机械手，主要由旋转机械臂，滚轮装置，展油装置等组成。其中旋转机械臂可以沿力矩限制器轴线旋转，由伺服电机带动同步带轮驱动旋转机械臂运动。同步带轮与力矩限制器同轴安装，扭矩的传递通过力矩限制器，当人体对旋转机械臂的反作用力达到或者超过设定值，力矩限制器中的滚珠脱开，切断动力传输，达到保护人体背部不受伤害的目的。旋转机械臂上设置有一个步进电机，通过步进电机的旋转切换，使滚轮装置和展油装置根据需求，工作在固定位置。上述的滚轮装置，由滚轮驱动电机驱动一组四个滚轮同步转动，四个滚轮设置的间距，滚轮上的突起间距，都根据人体工程学人体背部膀胱经间距和膀胱经上穴位的间隔设置，使之能很好作用于背部穴位，并起到良好效果。上述展油装置，展油驱动电机驱动底部设置的圆盘旋转，使圆盘上设置的突起反复作用在人体背部，提高舒适度。展油装置与旋转机械臂之间通过扭簧组成柔性连接，增加展油装置底部与人体背部的贴合度，提高体感舒适度。人体背部展油过程中，设置在按摩机械手上蠕动泵工作，将按摩液喷涂在人体背部。本发明按摩机械手与人体接触部位都采用热辐射加热。上述滚轮装置与展油装置共同作用于人体背部，能模拟人手动作，实现对人体背部拿、推、按等手法。
本发明的背部曲线检测装置，主要由驱动机构、同步带轮组件、直线导轨、感应开关安装板、感应开关等组成。工作时，驱动机构中的步进电机驱动传动轴，同时带动两个同步带轮组件运动，驱动感应开关安装板向上移动，感应开关安装板上设置有8对感应开关，一侧为发射端，另一侧为接收端。感应开关上移过程中，由于人体背部轮廓起伏不平，开关接收到信号时，记录一个点，待8对开关都记录点后，通过上位机将8个点按顺序平滑连接起来，这样就得到了人体背部近似轮廓曲线。上位机依据检测得到的人体背部轮廓曲线控制按摩机械手的运动轨迹，提高按摩体感舒适度。
视觉系统包括摄像机和视觉图像处理系统，摄像机安装于按摩床框架上方，通过以太网与视觉图像图像处理系统连接。
整机控制系统包括上位机，显示器，视觉系统，电气控制箱。如图5所示系统框图。电气控制箱主要包括PLC控制系统，伺服驱动器，步进驱动器。主控计算机系统通过以太网和视觉系统、PLC控制系统连接，PLC控制系统与伺服、步进电机驱动器连接。PLC控制系统接收上位机命令后，通过控制伺服、步进驱动器驱动伺服和步进电机按命令要求完成既定动作，并根据传感器及编码器等反馈信号确认执行状态及结果，实现空间定位，按摩机械手动作以及背部曲线检测。
Claims (10)
1.一种按摩床，其特征在于，包括按摩机械手空间定位装置(1)、按摩机械手(3)、背部曲线检测装置(7)、视觉系统、整机控制系统和按摩床主体(58)；按摩机械手空间定位装置设置在按摩床主体的顶部，按摩机械手空间定位装置能够在按摩床主体内任意位置移动；按摩机械手设置在在按摩机械手空间定位装置上，背部曲线检测装置设置在按摩床主体的侧面，用于检测人体背部曲线；视觉系统设置在按摩床主体上；整机控制系统设置在按摩床主体底部，视觉系统、背部曲线检测装置、按摩机械手空间定位装置和按摩机械手均连接到整机控制系统；整机控制系统用于控制按摩机械手空间定位装置移动，控制按摩机械手的运动，以及控制背部曲线检测装置检测人体背部曲线。
2.根据权利要求1所述的一种按摩床，其特征在于，按摩机械手空间定位装置包括X轴驱动步进电机(59)、Y轴驱动步进电机(61)、Y轴直线模组(62)、Z轴直线模组(63)、X轴直线模组(65)、X轴滑块(70)、Y轴滑块(72)、Z轴滑块(76)和Z轴驱动伺服电机(66)；两个X轴直线模组平行设置，两个X轴直线模组上均设置有X轴滑块，X轴驱动步进电机固定设置在X轴直线模组的端部，用于驱动X轴滑块同步移动；两个X轴滑块之间设置有Y轴直线模组，Y轴直线模组的端部固定设置有Y轴驱动步进电机，Y轴直线模组上设置有Y轴滑块，Y轴驱动步进电机驱动Y轴滑块移动；Z轴直线模组竖直固定设置在Y轴滑块上，Z轴直线模组的端部固定设置有Z轴驱动伺服电机，Z轴直线模组上设置有Z轴滑块，Z轴滑块固定，Z轴驱动伺服电机驱动Z轴导轨相对Z轴滑块上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种按摩床，其特征在于，两个X轴直线模组之间设置有传动轴(67)，传动轴(67)的一端与X轴驱动步进电机连接；X轴直线模组的端部固定设置有电机固定架，X轴驱动步进电机固定设置在电机固定架上，X轴驱动步进电机通过同步带组件与传动轴连接；传动轴转动时带动两个X轴滑块同步移动；X轴直线模组底部设置有X轴固定座(69)；同步带组件包括同步带轮和同步带，两个同步带轮分别设置在X轴驱动步进电机和传动轴端部，两个同步带轮之间通过同步带连接；
两个Y轴直线模组并排设置，两个Y轴直线模组上均设置有Y轴滑块，两个Y轴直线模组安装在Y轴固定座上，Y轴固定座两端均固定设置有Y轴安装板(73)，两块Y轴安装板分别固定设置在X轴滑块上；Y轴驱动步进电机设置在两个Y轴直线模组的同一端，Y轴驱动步进电机驱动两个Y轴滑块同步移动，且两个Y轴滑块在同一直线上；
Z轴直线模组的一端固定设置有Z轴安装板(75)，Z轴安装板固定设置在两个Y轴滑块上；Z轴驱动伺服电机通过同步带组件与Z轴直线模组连接；Z轴直线模组的一端设置按摩头；同步带组件包括同步带轮和同步带，同步带轮分别安装在Z轴直线模组的端部和Z轴驱动伺服电机的输出端，两个同步带轮之间通过同步带连接；
Y轴直线模组、Z轴直线模组和X轴直线模组侧面均沿着直线模组设置有拖链槽(64)，拖链槽通过连接件与直线模组连接，拖链槽上设置有拖链(60)，拖链的一端与滑块连接，另一端固定在拖链槽上；拖链用于给X轴驱动步进电机、Y轴驱动步进电机和Z轴驱动伺服电机供电。
4.根据权利要求1所述的一种按摩床，其特征在于，按摩机械手包括旋转机械臂(9)、展油装置(10)和滚轮装置(11)；展油装置和滚轮装置设置在旋转机械臂的下方，且展油装置的安装方向与滚轮装置的安装方向互相垂直；旋转机械臂包括伺服电机(12)、步进电机(13)、同步带组件(16)、伺服电机固定架(21)、连杆(22)、安装板(18)和旋转轴(20)；
伺服电机固定架的一端与连杆的一端通过旋转轴铰接；伺服电机设置在伺服电机固定架的侧面，伺服电机的输出端与旋转轴之间通过同步带组件连接；连杆的另一端设置有步进电机，步进电机的输出端连接安装板，安装板位于连杆的下方；安装板的一端固定安装展油装置，另一端固定安装滚轮装置；连杆的下方设置有切换检测开关(19)；
滚轮装置包括滚轮驱动电机(24)、第一轴承座(27)、第二轴承座(31)、滚轮、同步带组件和滚轮轴(30)；第一轴承座和第二轴承座均为L型，第一轴承座的一个边和第二轴承座的一个边相对固定设置，形成凹槽形支座；凹槽形支座内，第一轴承座的另一个边和第二轴承座的另一个边之间设置有滚轮轴，滚轮轴上设置有若干滚轮；凹槽形支座上设置有滚轮驱动电机，同步带组件的一端连接滚轮驱动电机，另一端连接滚轮轴；
展油装置包括供油装置、缓冲连接装置、展油驱动电机(41)、展油本体(42)、展油圆盘(47)和展油滚轮(45)；展油本体为两端开口的筒状结构，展油本体的一端连接缓冲连接装置，缓冲连接装置的另一端开口设置有展油圆盘，展油圆盘上设置有若干展油滚轮；展油圆盘一侧的展油本体上设置有若干油液出口，供油装置连接油液出口；缓冲连接装置用于使展油本体竖直方向上柔性连接；展油驱动电机设置在展油本体内部，展油驱动电机的输出端连接展油圆盘。
5.根据权利要求4所述的一种按摩床，其特征在于，同步带轮一侧的伺服电机固定架上固定设置有力矩限制开关(15)，力矩限制开关下方的旋转轴(20)上固定套设有力矩限制器(14)；步进电机的输出端设置有切换转轴(17)，切换转轴外侧设置有轴承和锁紧螺母；
同步带组件包括同步带轮和同步带；滚轮轴的一端伸出凹槽形支座，滚轮驱动电机的输出端以及滚轮轴伸出凹槽形支座的一端上均固定设置有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接；步带组件包括同步带轮和同步带，伺服电机的输出端以及旋转轴的端部均固定套设有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接。
6.根据权利要求4所述的一种按摩床，其特征在于，滚轮轴两端的凹槽形支座上开设有孔，孔内设置有轴承，滚轮轴设置在轴承内；凹槽形支座上固定设置有电机支架，滚轮驱动电机固定设置在电机支架上；电机支架侧面的凹槽形支座上固定设置有安装支架，安装支架与安装板(18)固定连接；凹槽形支座内部在滚轮的上方设置有加热片；
滚轮包括硅胶轮轴套(34)和硅胶滚轮套(29)，硅胶轮轴套固定套设在滚轮轴上，硅胶滚轮套设在硅胶轮轴套外侧，硅胶滚轮套外表面沿圆周方向间隔设置有硅胶凸起，人体背部膀胱经间距与硅胶滚轮套之间间隔一致，膀胱经上穴位的间隔与硅胶滚轮套上凸起的间隔相匹配；凹槽形支座内部设置有位置检测传感器，位置检测传感器用于检测硅胶凸起的位置。
7.根据权利要求4所述的一种按摩床，其特征在于，缓冲连接装置包括缓冲安装支架(37)、安装销(39)、扭簧(38)和展油安装支架(40)；展油安装支架的一端固定连接在展油本体的内部，展油安装支架的另一端与缓冲安装支架固定连接；缓冲安装支架上设置有两个凸起，凸起上均设置有孔洞，安装销穿过两个孔洞设置，扭簧套设在安装销上；缓冲安装支架与安装板固定连接；当展油本体绕安装销转动时，扭簧起到缓冲作用；展油圆盘上设置有若干通孔，通孔内设置有展油销(44)，展油销上套设有展油滚轮(45)；展油驱动电机(41)能够带动展油圆盘(47)旋转；展油驱动电机的输出端上固定设置有驱动轴(46)，驱动轴固定垂直设置在展油圆盘的几何中心；驱动轴的外侧套设有轴承，轴承与展油本体的内壁固定连接；驱动轴外侧还设置有锁紧螺母；供油装置包括蠕动泵(35)和管路(36)；管路的一端连接蠕动泵，另一端连接油液出口；展油本体内展油圆盘的上方设置有加热片；展油本体外侧套设有展油硅胶套。
8.根据权利要求1所述的一种按摩床，其特征在于，按摩床主体(58)为长方体框架结构，按摩床主体外侧设置有外壳；长方体框架结构内部平行于底面设置有床板(4)，按摩机械手设置在床板上方的长方体空间内；背部曲线检测装置(7)包括感应装置(48)、感应装置安装板(49)和感应装置安装板升降机构；两个感应装置安装板分别设置在床板的两侧，床板的两侧还设置有感应装置安装板升降机构，感应装置安装板升降机构能够带动感应装置安装板上下移动；感应装置包括发射端和接收端，发射端和接收端分别安装在两个感应装置安装板上；视觉系统包括摄像机和视觉图像图像处理装置，摄像机安装于按摩床主体上方，通过以太网与视觉图像图像处理装置连接；
感应装置安装板升降机构包括直线导轨(52)、同步带组件、驱动组件(56)和转轴(57)；两个直线导轨分别竖直固定设置在床板的两侧，感应装置安装板设置在直线导轨上，且感应装置安装板能够沿直线导轨移动；床板下方设置有转轴，转轴上设置有驱动组件，驱动组件能够带动转轴旋转；转轴的两端均设置有同步带组件，同步带组件沿着直线导轨的侧面设置；同步带组件与感应装置安装板之间通过同步带连接板(51)连接；当驱动组件驱动转轴转动时，同步组件带动感应装置安装板移动。
9.根据权利要求8所述的一种按摩床，其特征在于，驱动组件包括驱动电机、驱动电机安装板和传动带；驱动电机安装板安装在按摩床主体上，驱动电机设置在驱动电机安装板上，驱动电机和转轴之间通过传动带连接；同步带组件包括同步带和同步带轮，同步带组件一端的同步带轮设置在转轴端部，另一端通过同步带轮安装板设置在床板侧面，两个同步带轮之间通过传动带连接；转轴的两端设置有轴承座，轴承座用于支撑转轴；同步带上设置有微动开关；感应装置安装板为T字形，感应装置安装板的上端平行于床板，感应装置设置在平行于床板的部分；当接收端接收到信号时记录一个点，待所有接收端都记录点后，通过上位机将所有记录的点按顺序平滑连接起来，得到了人体背部轮廓曲线；记录点的的数据拟合成曲线的算法：
已知数据点坐标(xi,yi),i＝1,2,…,n，用x的二次多项式拟合变量y，即:
其中，a0,a1,a2为待定参数，e为误差；在解方程组时减少一个未知数，由式(1)得到
代入式(1)
因此，有误差平方和
对a1,a2求偏导数，并使其等于0
整理得到正规方程组
或
解此方程组，得到a1,a2，再代入式(2)得到a0,因而求得在最小二乘意义下的二次拟合函数
上述算法中，取n＝记录点数，得到近似人体背部轮廓曲线。
10.根据权利要求2、4和8所述的一种按摩床，其特征在于，整机控制系统包括上位机(6)、显示器(2)和电气控制箱(5)；上位机通过HDMI连接线与显示器连接，上位机通过以太网与电气控制箱连接；电气控制箱包括PLC控制器、空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器和背部曲线检测装置步进驱动器；空间定位装置伺服驱动器、空间定位装置步进驱动器、按摩机械手伺服驱动器、背部曲线检测装置的感应装置和背部曲线检测装置步进驱动器均连接到PLC控制器；空间定位装置伺服驱动器驱动Z轴驱动伺服电机，空间定位装置步进驱动器驱动X轴驱动步进电机和Y轴驱动步进电机；按摩机械手伺服驱动器驱动按摩机械手上的伺服电机；背部曲线检测装置步进驱动器驱动背部曲线检测装置上的驱动电机；空间定位装置、按摩机械手和背部曲线检测装置均通过非接触感应开关向PLC控制器反馈数据。
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