CN110051516B - 一种按摩机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种按摩机器人，其包括头部按摩装置、颈部按摩装置、多功能托物装置、背部按摩装置、九轴姿态检测装置和主控板单元；所述头部按摩装置放置在固定背心的背部正前方；所述颈部按摩装置放置在固定背心的背部正上方且对应用户颈部位置；所述多功能托物装置放置在固定背心的背部左上方；所述背部按摩装置固定在固定背心的内部中央且对应用户背部位置；所述九轴姿态检测装置包括头部九轴姿态检测模块、左肩九轴姿态检测模块和右肩九轴姿态检测模块。本发明结构设计合理、紧凑，能随身携带，操作简便，功能完善，让人们在解放双手的同时，能体验多功能按摩，使用者的使用频率，从而达到按摩效果。

Description

一种按摩机器人

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于Ultimate开发的头部和肩部控制的按摩机器人。

背景技术

目前市面上广泛存在各式各样的按摩器，大多以舒缓疲劳、缓解酸痛、减轻压力、促进循环等为核心目的。常见按摩仪器主要有手持主动按摩器械和电子被动按摩器械，主要基于物理学、仿生学、生物电学等技术研制开发。但目前手持主动按摩器械往往功能较单一，且主要采用人手自行控制的摩擦、按摩、揉捏或敲打等物理方式进行按摩。而电子被动按摩器械则主要分为电磁式按摩器、震动式按摩器和红外式按摩器。电磁式按摩器通过固定铁芯上的线圈接通交流电，在磁场力和振动弹簧片的作用下，使按摩头反复振动，从而达到推拿的按摩效果。震动式按摩器通过偏心电机或震动马达的往复运动产生的机械震动来对人体的局部进行刺激从而达到按摩效果。红外式按摩器通过红外线的热温照射，从而达到热疗和磁疗效果。

虽然这些电子被动按摩器械基于现有物理学、仿生学和生物电学等技术能进行有效按摩，但由于其体积和成本等诸多因素，在按摩功能得到满足的同时，却往往存在不宜携带、使用率不高、功能较为单一等问题。因此，对于有按摩需求的用户而言，一款能随身携带，操作简便，功能完善，解放双手的按摩机械，更能提高使用者的使用频率从而达到按摩效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种结构设计合理、紧凑，能随身携带，操作简便，功能完善，让人们在解放双手的同时，能体验多功能按摩，使用者的使用频率，从而达到按摩效果的按摩机器人。

本发明的技术方案如下：

上述的按摩机器人，包括头部按摩装置、颈部按摩装置、多功能托物装置、背部按摩装置、九轴姿态检测装置和主控板单元；所述头部按摩装置放置在固定背心的背部正前方，其包括头部按摩机械臂以及安装于所述机械臂上的头部按摩爪；所述头部按摩机械臂与所述主控板单元电连接；所述颈部按摩装置放置在固定背心的背部正上方且对应用户颈部位置，其包括颈部按摩机械臂以及安装于所述颈部按摩机械臂上的颈部按摩捶；所述颈部按摩机械臂与所述主控板单元电连接；所述多功能托物装置放置在固定背心的背部左上方，其包括托物机械臂以及安装于所述托物机械臂上的托物固定器；所述托物机械臂与所述主控板单元电连接；所述背部按摩装置固定在固定背心的内部中央且对应用户背部位置，其与所述主控板单元电连接；所述九轴姿态检测装置包括头部九轴姿态检测模块、左肩九轴姿态检测模块和右肩九轴姿态检测模块；所述头部九轴姿态检测模块放置在用户头部正顶端且与所述主控板单元电连接；所述左肩九轴姿态检测模块固定在固定背心的左肩带处且与所述主控板单元电连接；所述右肩九轴姿态检测模块固定在固定背心的右肩带处且与所述主控板单元电连接；所述主控板单元固定在固定背心的背部右上方。

所述按摩机器人，其中：所述头部按摩机械臂包括单孔梁支架、光电编码电机和至少一个头部头部按摩舵机；所述头部头部按摩舵机与所述主控板单元电连接；所述头部按摩爪通过所述单孔梁支架与所述光电编码电机连接；所述光电编码电机与所述头部按摩舵机固定连接。

所述按摩机器人，其中：所述头部按摩舵机包括第一头部按摩舵机和第二头部按摩舵机；所述第一头部按摩舵机固定在固定背心的背部正前方，其一端通过头部按摩连接杆连接所述第二头部按摩舵机；所述第二头部按摩舵机与所述光电编码电机固定连接。

所述按摩机器人，其中：所述颈部按摩机械臂包括至少一个颈部按摩舵机；所述颈部按摩舵机与所述主控板单元电连接；所述颈部按摩捶为至少两个，其安装在塑料支架上并通过所述塑料支架与所述颈部按摩舵机连接。

所述按摩机器人，其中：所述颈部按摩舵机包括颈部按摩连接杆以及分别连接于所述颈部按摩连接杆两端的第一颈部按摩舵机和第二颈部按摩舵机；所述第一颈部按摩舵机固定在固定背心上；所述塑料支架一端固定连接所述第二颈部按摩舵机，另一端匹配安装两个所述颈部按摩锤。

所述按摩机器人，其中：所述托物机械臂包括托物连接杆和至少三个托物舵机；所述托物舵机与所述主控板单元电连接，其通过所述托物连接杆连接所述托物固定器。

所述按摩机器人，其中：所述托物舵机包括位于所述托物机械臂上部、中部、下部三个托物舵机；所述托物连接杆包括第一托物连接杆和第二托物连接杆；位于所述托物机械臂中部的一个托物舵机与位于所述托物机械臂上部的一个托物舵机固定在一起；位于所述托物机械臂下部的一个托物舵机用于驱动控制所述托物机械臂的展开和归位；位于所述托物机械臂中部的托物舵机用于驱动控制所述托物机械臂的左右移动，其通过所述第一托物连接杆连接位于所述托物机械臂下部的所述托物舵机；位于所述托物机械臂上部的所述托物舵机驱动控制所述托物机械臂的上下移动，其通过所述第二托物连接杆连接所述托物固定器。

所述按摩机器人，其中：所述背部按摩震动马达具有四个，四个所述背部按摩震动马达分别固定在固定背心内部的上、下、左、右四个方位。

所述按摩机器人，其中：所述头部九轴姿态检测模块主要由固定于用户头部的发箍以及固定于所述发箍正上方的头部九轴姿态传感器组成；所述头部九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；所述头部九轴姿态传感器检测得到人体头部前倾、后仰、左看、右看四个运动姿态的数据，并将原始数据截分为加速度数据、角度数据、陀螺仪数据三个片段，且将分离后的这三个片段的数据送入所述主控板单元；所述左肩九轴姿态检测模块采用左肩九轴姿态传感器；所述左肩九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；所述右肩九轴姿态检测模块采用右肩九轴姿态传感器；所述右肩九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；所述左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态传感器能识别到人体左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个姿态的数据。

所述按摩机器人，其中：所述主控板单元由一款基于ATmega2560芯片的MegaPi主控板和电源模块组成；所述MegaPi主控板分别电连接所述头部按摩机械臂、颈部按摩机械臂、托物机械臂、背部按摩装置、头部九轴姿态检测模块、左肩九轴姿态检测模块和右肩九轴姿态检测模块；所述MegaPi主控板包括主控模块、USB转TTL-CH340模块、九轴姿态检测模块、舵机模块、震动马达模块、电机驱动模块和蓝牙模块；所述电源模块连接所述MegaPi主控板并为所述MegaPi主控板供电。

有益效果：

本发明按摩机器人结构设计合理、紧凑，是一款能随身携带，操作简便，功能完善，解放双手的按摩机械，更能提高使用者的使用频率从而达到按摩效果，从新的交互方式出发，针对让用户享有更好的互动按摩体验这一研究发现，基于Ultimate-V2.0_10合1机器人套件开发，采用头部和肩部进行功能控制，结构简单且易于拼装的模块化互动按摩装置，能实现头部、颈部和背部多功能按摩以及托物功能的背包式便携按摩机器人，目标在于让人们在解放双手的同时体验多功能按摩；

本发明按摩机器人与目前市场上的传统按摩仪器相比，本发明按摩机器人采用主控板单元直接控制各个按摩装置和多功能托物装置，减少层级控制中的消耗，直接降低控制各装置的复杂度，使得各装置具有更高的执行效率和更低的功耗；同时，各个按摩装置和多功能托物装置通过固定在头部和肩部的九轴姿态传感器进行姿态捕捉，对应不同的姿态运动匹配不同的按摩功能；除此之外，采用基于头部和肩部控制的方式，用户能够在双手被占用的情况下体验按摩的可能，进而在实际生活中突破传统按摩器的使用限制，增强了用户体验的舒适性。

本发明按摩机器人利用头部和肩部运动姿态的检测技术，将固定在头部、左肩和右肩的九轴姿态传感器的原始数据截分为加速度、角度、陀螺仪三个片段，并将分离后的这三个片段的数据送入主控板单元；由主控板单元完成人体头部前倾、后仰、左看、右看四个运动姿态和人体左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个姿态的识别；同时，不同姿态的数据识别将触发不同按摩功能的装置，从而实现对头部按摩装置、颈部按摩装置、背部按摩装置和多功能托物装置的控制。

附图说明

图1为本发明按摩机器人的整体结构示意图；

图2为本发明按摩机器人的头部按摩装置的结构示意图；

图3为本发明按摩机器人的颈部按摩装置的结构示意图；

图4为本发明按摩机器人的多功能托物装置的结构示意图；

图5为本发明按摩机器人的背部按摩装置的结构示意图；

图6为本发明按摩机器人的九轴姿态检测装置的结构示意图；

图7为本发明按摩机器人的主控板单元的结构示意图；

图8为本发明按摩机器人的工作原理框图；

图9为本发明按摩机器人的软件控制系统的结构组成框图；

图10为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的主控模块的电路图；

图11为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的USB转TTL-CH340模块的电路图；

图12为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的九轴姿态检测模块的电路图；

图13为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的舵机模块的电路图；

图14为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的震动马达模块的电路图；

图15为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的电机驱动模块的电路图；

图16为本发明按摩机器人的主控板单元的MegaPi主控板的蓝牙模块的电路图；

图17为本发明按摩机器人的主控板单元的电源模块的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明按摩机器人，是基于Ultimate-V2.0_10合1机器人套件开发的头部和肩部控制的按摩机器人，其包括头部按摩装置1、颈部按摩装置2、多功能托物装置3、背部按摩装置4、九轴姿态检测装置5和主控板单元6。

如图2所示，该头部按摩装置1放置在固定背心的背部正前方，其包括头部按摩机械臂11和头部按摩爪12；该头部按摩机械臂11与主控板单元6电连接且包括单孔梁支架13、光电编码电机14和头部头部按摩舵机15。

该单孔梁支架13由一个倒L形连杆131和倒Z字形连杆132组装而成；该倒L形连杆131由横、纵两根杆铰接组成；该倒Z字形连杆132由前、中、后三根杆依次铰接组成；该倒Z字形连杆132的前杆体一端铰接于该倒L形连杆131的横杆中后段，该倒Z字形连杆132的中杆体一端铰接于该倒L形连杆131的纵杆中上段。

该头部按摩爪12为一个并可根据用户需要进行任意拆换，其通过单孔梁支架13与光电编码电机14连接；其中，该头部按摩爪12匹配安装于该单孔梁支架13的倒L形连杆131的横杆自由端；该光电编码电机14匹配安装于该单孔梁支架13的Z字形连杆132的后杆自由端；该光电编码电机14采用9V/185RPM光电编码电机且与主控板单元6电连接。

该头部按摩舵机15至少为一个，本实施例中该头部按摩舵机15包括第一头部按摩舵机151和第二头部按摩舵机152；该第一头部按摩舵机151固定在固定背心的背部正前方，其一端通过头部按摩连接杆16连接第二头部按摩舵机152；该第二头部按摩舵机152与光电编码电机14固定连接；该第一头部按摩舵机151和第二头部按摩舵机152均采用20KGMG996R金属数字舵机且与主控板单元6电连接。该第一头部按摩舵机151和第二头部按摩舵机152驱动该光电编码电机14运动，该光电编码电机14通过单孔梁支架13的平面连杆传动方式带动头部按摩爪12上下或左右控制，实现对人体头部进行匀速稳定按摩。

如图3所示，该颈部按摩装置2放置在固定背心的背部正上方且对应用户颈部位置，其包括颈部按摩机械臂21和颈部按摩捶22。其中，该颈部按摩机械臂21与主控板单元6电连接且包括颈部按摩连接杆211和至少一个颈部按摩舵机，为了使机械臂21的稳定性更好，本实施例中该颈部按摩连接杆211两端分别连接有第一颈部按摩舵机212和第二颈部按摩舵机213；该第一颈部按摩舵机212和第二颈部按摩舵机213均采用20KG MG996R金属数字舵机且与主控板单元6电连接；该第一颈部按摩舵机212固定在固定背心上且通过颈部按摩连接杆213与第二颈部按摩舵机213固定连接。该颈部按摩捶22包括塑料支架221和至少两个颈部按摩锤222；该塑料支架221一端固定连接第二颈部按摩舵机213，另一端匹配安装两个颈部按摩锤222；本实施例中采用两个颈部按摩锤，为了增加按摩范围也可以采用四个。

如图4所示，该多功能托物装置3放置在固定背心的背部左上方，其包括托物机械臂31和托物固定器32。该托物机械臂31与主控板单元6电连接且包括托物连接杆311和至少三个托物舵机312；本实施例中该多功能托物装置3具有上、中、下三个托物舵机312，也可以为六个，托物舵机312数量越多，托物机械臂31的托物承受能力也越大；位于托物机械臂31中部的一个托物舵机312与位于托物机械臂31上部的一个托物舵机312固定在一起，该上、中、下三个托物舵机312均采用20KG MG996R金属数字舵机且与主控板单元6电连接。该托物机械臂31为三自由度，可在上下180度，左右120度的空间范围内移动；位于托物机械臂31下部的一个托物舵机312用于驱动控制托物机械臂31的展开和归位；位于托物机械臂31中部的托物舵机312用于驱动控制托物机械臂31的左右移动，其通过托物连接杆311连接位于托物机械臂31下部的托物舵机312；位于托物机械臂31上部的托物舵机312用于驱动控制托物机械臂31的上下移动，其通过另一托物连接杆311连接托物固定器32。该托物固定器32为一个，可以安置手机、手电筒等部件，以手机为例，能够承载大小为3.0～6.5寸，最大重量为150克的手机。

如图5所示，该背部按摩装置4固定在固定背心的内部中央且对应用户背部位置，其与主控板单元6电连接；该背部按摩装置4采用至少一个背部按摩震动马达，每个背部按摩震动马达与主控板单元6连接通讯；该背部按摩震动马达的震动频率和震动模式都是可以通过头部控制进行任意调节的，可以实现震动的按摩效果；本实施例中该背部按摩震动马达具有四个，该四个背部按摩震动马达分别固定在固定背心内部的上、下、左、右四个方位，使用更多的背部按摩震动马达可以带来更舒适和强度更大的按摩震动效果。

如图6所示，该九轴姿态检测装置5包括与主控板单元6电连接的头部九轴姿态检测模块51、左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53。

该头部九轴姿态检测模块51放置在用户头部正顶端，其主要由固定于用户头部的发箍以及固定于发箍正上方的头部九轴姿态传感器组成；该头部九轴姿态传感器采用一个JY901九轴姿态传感器，其通过SDA双向数据线和SCL时钟线与主控板单元6连接，并通过IIC通信协议与主控板单元6之间进行数据传输；该头部九轴姿态检测模块51将通过头部九轴姿态传感器检测得到人体头部前倾、后仰、左看、右看四个运动姿态的数据，并将原始数据截分为加速度数据、角度数据、陀螺仪数据三个片段，且将分离后的这三个片段的数据送入主控板单元6。

该左肩九轴姿态检测模块52固定在固定背心的左肩带处且采用左肩九轴姿态传感器；该左肩九轴姿态传感器采用JY901九轴姿态传感器，其通过SDA双向数据线和SCL时钟线与主控板单元6的对应接口连接，并通过IIC通信协议与主控板单元6之间进行数据传输。

该右肩九轴姿态检测模块53固定在固定背心的右肩带处且采用右肩九轴姿态传感器；该右肩九轴姿态传感器采用JY901九轴姿态传感器，其通过SDA双向数据线和SCL时钟线与主控板单元6的对应接口连接，并通过IIC通信协议与主控板单元6之间进行数据传输。

该左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态传感器识别到人体左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个姿态的数据；该左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态传感器的数据传输方法与头部控制模块51的头部九轴姿态传感器的数据传输方法相同。

如图7所示，该主控板单元6固定在固定背心的背部右上方，主要采用引脚读写方式和其他模块之间进行数据传输；其中，该主控板单元6由一款基于ATmega2560芯片的MegaPi主控板61和电源模块62组成；该电源模块62由六节1.5V AA碱性干电池和配套的电池盒组成，采用电池供电可以实现按摩机器人的无线供电，实现随身携带的功能；特别的，MegaPi主控板61主要完成驱动光电编码电机14、头部头部按摩舵机15、颈部按摩舵机212、托物舵机312，接收头部九轴姿态传感器、左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态传感器数据，处理数据和发出指令等功能。MegaPi主控板61至少为一个，例如可以有多个MegaPi主控板61或其他单片机主控板，使用更多的主控板可以实现更多功能的独立化和模块化，多个主控板之间使用IIC通信协议或蓝牙通信协议等；MegaPi主控板61的输入电压/电流为DC6-12V10A，工作电压为DC5V；此外，若需长时间工作运行，可采用外接电源进行实时供电。

如图8所示，本发明按摩机器人的工作原理如下：

输入部分由头部九轴姿态检测模块51、左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53组成。测得的十六进制原始数据截分为加速度数据、角度数据、陀螺仪数据三个片段，并将分离后的这三个片段的数据进行映射和存储，最后送入主控板单元6。特别的，九轴姿态检测装置5的回传速率设置为115200，头部九轴姿态检测模块51的IIC默认地址设置为0x51、左肩九轴姿态检测模块52的IIC默认地址设置为0x50、右肩九轴姿态检测模块53的IIC默认地址设置为0x52。

数据处理部分分为姿态检测算法和功能模块算法；该功能模块算法包括头部按摩装置算法、颈部按摩装置算法、多功能托物装置算法和背部按摩装置算法。姿态检测算法通过将九轴姿态检测装置5传来的加速度数据、角度数据、陀螺仪数据三个片段进行固定阈值的小波去噪处理，选用离散小波DB4，进行两层小波分解，可以得到加速度数据的特征值、角度数据的特征值、陀螺仪数据的特征值；通过分析收集到的特征值，选定特征参数均值、最大值、最小值，互相关系差值等进行运动姿态分析，筛选出头部前倾、后仰、向左看、向右看四个动作和左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个动作。

输出部分分为头部按摩装置1、颈部按摩装置2、多功能托物装置3和背部按摩装置4；其中，数据处理部分的功能模块算法与输出部分对应的各个按摩装置进行控制，实现头部与肩部控制按摩机器的交互功能。

如图9所示，本发明按摩机器人的软件控制系统，包括主操作层级、功能设置层级和功能运行层级。本发明按摩机器人的软件控制系统使用的makeblock官方提供的函数库进行开发的，各个模块的驱动均使用的makeblock官方函数库和arduino官方函数库。

该主操作层级由头部按摩模块程序、颈部按摩模块程序、多功能托物模块程序、背部按摩模块程序组成。

该功能设置层级由头部按摩功能设置程序、颈部按摩功能设置程序、多功能托物功能设置程序、背部按摩功能设置程序组成。

该功能运行层级由头部按摩功能运行程序、颈部按摩功能运行程序、多功能托物功能运行程序、背部按摩功能运行程序组成。

在主操作层级中，用户头部向右看时，头部九轴姿态检测模块51检测到该动作，进入功能设置层级中的头部按摩功能设置程序；此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当右肩九轴姿态检测模块53检测到右肩抖动动作时，进入功能运行层级中的头部按摩功能运行程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级；与此同时，头部九轴姿态检测模块51开始检测头部运动姿态，头部向左看时，设置头部按摩速度为低速运行，头部向右看时，设置头部按摩速度为高速运行，头部向前倾时，控制头部按摩模块远离头部，头部向后仰时，控制头部按摩模块靠近头部。在功能运行层级中的头部按摩功能运行程序中，默认执行头部按摩，此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当左肩九轴姿态检测模块52检测到左肩抖动动作时，返回功能设置层级中的头部按摩功能设置程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级。

在主操作层级中，用户头部向左看时，头部九轴姿态检测模块51检测到该动作，进入功能设置层级中的多功能托物功能设置程序；此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当右肩九轴姿态检测模块53检测到右肩抖动动作时，进入功能运行层级中的多功能托物功能运行程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级；与此同时，头部九轴姿态检测模块51开始检测头部运动姿态，头部向左看时，控制多功能托物支架向左移动，头部向右看时，控制多功能托物支架向右移动，头部向前倾时，控制多功能托物支架向下移动，头部向后仰时，控制多功能托物支架向上移动。在功能运行层级中的多功能托物功能运行程序中，默认执行多功能托物支架位置锁定，此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当左肩九轴姿态检测模块52检测到左肩抖动动作时，返回功能设置层级中的多功能托物功能设置程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级。

在主操作层级中，用户头部向后倾时，头部九轴姿态检测模块51检测到该动作，进入功能设置层级中的颈部按摩功能设置程序；此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当右肩九轴姿态检测模块53检测到右肩抖动动作时，进入功能运行层级中的颈部按摩功能运行程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级；与此同时，头部九轴姿态检测模块51开始检测头部运动姿态，头部向左看时，设置颈部按摩速度为低速运行，头部向右看时，设置颈部按摩速度为高速运行，头部向前倾时，控制颈部按摩模块靠近颈部，头部向后仰时，控制颈部按摩模块远离颈部；在功能运行层级中的颈部按摩功能运行程序中，默认执行颈部按摩，此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当左肩九轴姿态检测模块52检测到左肩抖动动作时，返回功能设置层级中的颈部按摩功能设置程序，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级。

在主操作层级中，用户头部向前倾时，头部九轴姿态检测模块51检测到该动作，进入功能运行层级中的背部按摩功能运行程序，开始执行背部按摩。此时左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53开始检测肩部运动姿态，当左肩九轴姿态检测模块52和右肩九轴姿态检测模块53分别同时检测到左肩抖动动作和右肩抖动动作时，返回主操作层级。

该MegaPi主控板61包括主控模块、USB转TTL-CH340模块、九轴姿态检测模块、舵机模块、震动马达模块、电机驱动模块和蓝牙模块。

如图10所示，该主控模块为基于ATmega2560芯片的主控模块，其由芯片IC3、电阻R1、谐振器Y3、电容C3～C6、电容C98、电阻RN2B、电阻RN3B、电阻RN2C、发光二极管L、在线串行编程器件ICSP连接组成。该芯片IC3采用的是型号为ATMEGA2560-16AU的芯片，其通过管脚AVCC连接5V电源，通过管脚GND接地。该电阻R1一端连接该芯片IC3的管脚XTAL2，另一端连接于该芯片IC3的管脚XTAL1。该谐振器Y3采用型号为CSTCE16M0V53-R0且谐振频率为16MHz，其中一个管脚连接该芯片IC3的管脚XTAL2，另一个管脚连接该芯片IC3的管脚XTAL1，余下的一个管脚接地。该电容C3～C6的电阻值均为100nF；该电容C3一端连接该芯片IC3的管脚AREF，另一端接地；该电容C4、C5、C6之间并联连接；该电容C4-C6一端连接+5V电源，另一端接地；该电容C98的电阻值为100nFΩ，其一端接地，另一端连接于该芯片IC3的管脚AREF。该电阻RN2B一端连接+5V电源，另一端连接该芯片IC3的管脚PD0；该电阻RN2C一端连接+5V电源，另一端连接该芯片IC3的管脚PD1。该电阻RN3B一端连接该芯片IC3的管脚PB7，另一端连接发光二极管L的阳极端；该发光二极管L的阴极端接地。该在线串行编程器件ICSP具有6个管脚，其1号管脚连接该芯片IC3的管脚PB3，2号管脚连接+5V电源，3号管脚连接该芯片IC3的管脚PB1，4号管脚连接该芯片IC3的管脚PB2，5号管脚连接该芯片IC3的管脚RESET，6号管脚接地。

如图11所示，该USB转TTL-CH340模块由芯片U2、USB接线器、电感F1、电阻R4、电阻R7～R10、谐振器Y1、电容C9、电容C12、电容C13、按钮开关S1连接组成。该芯片U2的型号为CH340G，其通过管脚GND接地，通过管脚VCC连接5V电源，通过管脚TXD连接该主控模块的芯片IC3的管脚PE0，通过管脚RXD连接该主控模块的芯片IC3的管脚PE1。该USB接线器的负极接地，正极接电感F1并通过电感F1连接电源VBUS；该电感F1的电流值为500mA。该电阻R7一端连接USB接线器的管脚D+，另一端连接芯片U2的管脚UD+。该电阻R8一端连接USB接线器的管脚D-，另一端连接芯片U2的管脚UD-。该电阻R9和R10均采用型号为RL0603E005M的可调电阻；该电阻R9一端接地，另一端连接于芯片U2的管脚UD-；该电阻R10一端接地，另一端连接于芯片U2的管脚UD+。该谐振器Y1的1号管脚连接芯片U2的管脚XI，2号管脚接地，3号管脚连接芯片U2的管脚XO。该电容C9、电容C12和电容C13的电容值均为100nF；该电容C13一端接地，另一端连接芯片U2的管脚V3；该电容C12一端连接芯片U2的管脚DTR，另一端连接电阻R4并通过电阻R4连接5V电源；该电容C9一端连接5V电源，另一端接地。该按钮开关S1一端接地，另一端连接于电阻R4与电容C12的连接点。

如图12所示，该九轴姿态检测模块由三个相同的九轴姿态检测模块G1～G3组成；其中，该九轴姿态检测模块G1～G3的型号均为JA901；该九轴姿态检测模块G1～G3的1号管脚均连接电源VCC，2号管脚均接地，3号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PD1，4号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PD0。

如图13所示，该舵机模块由七个相同的舵机M1～M7组成；其中，该舵机M1的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PF6，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M2的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PF7，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M3的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK0，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M4的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK1，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M5的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK2，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M6的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK3，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该舵机M7的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK4，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地。

如图14所示，该震动马达模块由四个相同的震动马达VM1～VM4组成；其中，该震动马达VM1的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK5，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该震动马达VM2的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK6，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该震动马达VM3的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PK7，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地；该震动马达VM4的1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PA0，2号管脚连接电源VCC，3号管脚接地。

如图15所示，该电机驱动模块由编码电机转换接口MC1组成；其中，该编码电机转换接口MC1，其具有16个管脚，1号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PC2，2号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PC3，,3号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PC4，4号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PC5，5号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PC6，6号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PD3，7号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PB6，8号管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PB5，9号管脚和15号管脚连接电源VCC，10号管脚和16号管脚接地，11号管脚连接光电编码电机14的管脚1B+，12号管脚连接光电编码电机14的管脚1B-，13号管脚连接光电编码电机14的管脚1A-，14号管脚连接光电编码电机14的管脚1A+。

如图16所示，该蓝牙模块由蓝牙模块接口U3、电容C3组成；其中，该蓝牙模块接口U3的VCC管脚连接电源VCC，GND管脚接地，TXD管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PJ0，RXD管脚连接该主控模块的芯片IC3的管脚PJ1。

如图17所示，该电源模块62可以输出3V电源和5V电源，其为主控板单元61供电。

下面结合本发明按摩机器人几种具体实施过程，对发明按摩机器人的工作原理作作进一步阐述：

(1)背部按摩实施过程

用户穿戴上本发明按摩机器人后，启动电源开关，各个模块均恢复到初始位置如图1所示；用户头部前倾，头部九轴姿态检测模块51通过有线连接开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向背部按摩装置4输送数据，背部按摩装置4开始启动，即背部按摩震动马达开始进行震动按摩；背部按摩装置4运动一段时间后，用户双肩同时抖动，左肩九轴姿态检测模块52的左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态检测模块53的右肩九轴姿态传感器开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向背部按摩装置4输送数据，背部按摩装置4停止震动并恢复到初始位置，如图1所示，背部按摩结束。

(2)颈部按摩实施过程

用户穿戴上本发明按摩机器人后，启动电源开关，各个装置恢复到初始位置如图1所示；用户头部后仰，头部九轴姿态检测模块51的九轴姿态传感器通过有线连接开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向颈部按摩装置2输送数据，颈部按摩锤22逐步靠近用户颈部进入预备阶段；此时用户头部前倾，则颈部按摩锤22靠近用户颈部，颈部按摩锤22则远离用户颈部；用户确认好颈部按摩锤22的位置后，抖动左肩一次则可锁定颈部按摩锤22的位置，此时左肩的左肩九轴姿态传感器开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向颈部按摩装置2输送数据，颈部按摩装置2开始进行低速左右往复运动，从而实现颈部按摩；在颈部按摩装置2运动的同时，用户也可通过抖动右肩一次停止颈部按摩装置的按摩，回到预备阶段，此时用户也可继续选择头部向前倾或者后仰来控制颈部按摩锤22的位置，或者是选择头部向右转一次，切换更快的速度进行颈部按摩；此时，颈部按摩装置2开始进行高速左右往复的运动，从而实现力度更大的颈部按摩；用户也可通过抖动右肩停止颈部按摩装置2的按摩并进入预备阶段；此时，用户也可继续选择头部前倾或者后仰来控制颈部按摩锤22的位置，或者是选择头部向左转，切换更慢速度的颈部按摩装置2进行颈部按摩；颈部按摩装置2运动一段时间后，用户双肩同时抖动一次，左肩九轴姿态检测模块52的左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态检测模块53的右肩九轴姿态传感器开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向颈部按摩装置2输送数据，颈部按摩装置2停止运动并恢复到初始位置如图1所示，颈部按摩结束。

(3)多功能托物实施过程

用户穿戴上此机器人后，启动电源开关，各个装置恢复到初始位置如图1所示。用户头部向左转，头部九轴姿态检测模块51的九轴姿态传感器通过有线连接开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向多功能托物装置3输送数据，多功能托物装置3开始升起进入预备阶段到达预定的初始位置，此位置在头部左侧并于左肩平行，用户可以通过头部向左转控制托物机械臂31向左水平运动每次3CM，头部向右转控制托物机械臂31向右水平运动每次3CM，头部向后仰控制托物机械臂31向上垂直运动每次3CM，头部向前倾控制托物机械臂31向下垂直运动每次3CM，每次头部的运动造成的运动效果可以叠加；用户可以通过头部运动的方式选择多功能托物装置3的合适位置，然后抖动左肩进行位置锁定，锁定后用户再运动头部时，多功能托物装置3不再进行任何移动，此时可以装载手机或手电筒等其他物件，打开手机的拍照功能进行拍摄，拍摄由用户自己点击；用户若是再次想调节多功能托物装置3的位置，则抖动右肩一次，此时多功能托物装置3回到预备阶段，便又可通过头部的四个运动来调整多功能托物装置3的位置；用户抖动双肩，左肩九轴姿态检测模块52的左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态检测模块53的右肩九轴姿态传感器开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向多功能托物装置3输送数据，多功能托物装置3自动恢复到初始位置，如图1所示，多功能托物结束。

(4)头部按摩实施过程

用户穿戴上此机器人后，启动电源开关，各个装置恢复到初始位置如图1所示；用户头部向右转一次，头部九轴姿态检测模块51的九轴姿态传感器通过有线连接开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向头部按摩装置1输送数据，头部按摩装置1开始升起进入预备阶段到达预定的初始位置，此位置在距离头部大约10CM处；用户头部后仰一次，头部按摩机械臂11靠近头部，向下进行垂直运动，每次3CM；头部前倾一次，头部按摩机械臂11远离头部，向上进行垂直运动，每次3CM；每次头部的运动造成的运动效果可以叠加，用户可以通过头部运动的方式选择头部按摩装置1的合适位置，并且抖动左肩可进行位置锁定；锁定后头部按摩装置1以低速的平面连杆传动运动对用户头部进行按摩；在头部按摩装置1运动的同时，用户也可通过抖动右肩停止头部按摩装置1的按摩，则进入预备阶段进行重新选择；此时，用户也可再次选择头部前倾或者后仰来控制头部按摩装置1的位置，或者是选择头部向右转一次，切换更快速度的头部按摩；此时，头部按摩装置1开始进行高速的平面连杆传动运动对用户头部进行更强的头部按摩；用户也可通过抖动右肩停止头部按摩装置1的按摩，此时用户也可继续选择头部前倾或者后仰来控制头部按摩装置1的位置，或者是选择头部向左转一次，切换更慢速度的头部按摩；头部按摩装置1运动一段时间后，用户双肩同时抖动一次，左肩九轴姿态检测模块52的左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态检测模块53的右肩九轴姿态传感器开始向主控板单元6传输数据；主控板单元6接收到数据后向头部按摩装置1输送数据，头部按摩装置1停止运动，头部按摩装置1自动恢复到初始位置，如图1所示，头部按摩结束。

上述四种具体实施过程必须单独实施，但实施顺序可以由用户自定且每个实施方式互不干扰。

本发明能随身携带，操作简便，功能完善，让人们在解放双手的同时，能体验多功能按摩，使用者的使用频率，从而达到按摩效果。

Claims (8)

1.一种按摩机器人，其特征在于：所述按摩机器人包括头部按摩装置、颈部按摩装置、多功能托物装置、背部按摩装置、九轴姿态检测装置和主控板单元；

所述头部按摩装置放置在固定背心的背部正前方，其包括头部按摩机械臂以及安装于所述机械臂上的头部按摩爪；所述头部按摩机械臂与所述主控板单元电连接；

所述颈部按摩装置放置在固定背心的背部正上方且对应用户颈部位置，其包括颈部按摩机械臂以及安装于所述颈部按摩机械臂上的颈部按摩捶；所述颈部按摩机械臂与所述主控板单元电连接；

所述多功能托物装置放置在固定背心的背部左上方，其包括托物机械臂以及安装于所述托物机械臂上的托物固定器；所述托物机械臂与所述主控板单元电连接；

所述背部按摩装置固定在固定背心的内部中央且对应用户背部位置，其与所述主控板单元电连接；

所述九轴姿态检测装置包括头部九轴姿态检测模块、左肩九轴姿态检测模块和右肩九轴姿态检测模块；所述头部九轴姿态检测模块放置在用户头部正顶端且与所述主控板单元电连接；所述左肩九轴姿态检测模块固定在固定背心的左肩带处且与所述主控板单元电连接；所述右肩九轴姿态检测模块固定在固定背心的右肩带处且与所述主控板单元电连接；

所述主控板单元固定在固定背心的背部右上方；

所述头部九轴姿态检测模块主要由固定于用户头部的发箍以及固定于所述发箍正上方的头部九轴姿态传感器组成；所述头部九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；所述头部九轴姿态传感器检测得到人体头部前倾、后仰、左看、右看四个运动姿态的数据，并将原始数据截分为加速度数据、角度数据、陀螺仪数据三个片段，且将分离后的这三个片段的数据送入所述主控板单元；

所述左肩九轴姿态检测模块采用左肩九轴姿态传感器；所述左肩九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；

所述右肩九轴姿态检测模块采用右肩九轴姿态传感器；所述右肩九轴姿态传感器通过SDA双向数据线和SCL时钟线连接所述主控板单元的对应接口，并通过IIC通信协议与所述主控板单元之间进行数据传输；

所述左肩九轴姿态传感器和右肩九轴姿态传感器能识别到人体左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个姿态的数据；

所述主控板单元完成人体头部前倾、后仰、左看、右看四个运动姿态和人体左肩抖动、右肩抖动、双肩同时抖动三个姿态的识别，不同姿态的数据识别将触发不同按摩功能的装置，从而实现对头部按摩装置、颈部按摩装置、背部按摩装置和多功能托物装置的控制；

所述主控板单元由一款基于ATmega2560芯片的MegaPi主控板和电源模块组成；

所述MegaPi主控板分别电连接所述头部按摩机械臂、颈部按摩机械臂、托物机械臂、背部按摩装置、头部九轴姿态检测模块、左肩九轴姿态检测模块和右肩九轴姿态检测模块；

所述MegaPi主控板包括主控模块、USB转TTL-CH340模块、九轴姿态检测模块、舵机模块、震动马达模块、电机驱动模块和蓝牙模块；所述电源模块连接所述MegaPi主控板并为所述MegaPi主控板供电。

2.如权利要求1所述的按摩机器人，其特征在于：所述头部按摩机械臂包括单孔梁支架、光电编码电机和至少一个头部按摩舵机；所述头部按摩舵机与所述主控板单元电连接；所述头部按摩爪通过所述单孔梁支架与所述光电编码电机连接；所述光电编码电机与所述头部按摩舵机固定连接。

3.如权利要求2所述的按摩机器人，其特征在于：所述头部按摩舵机包括第一头部按摩舵机和第二头部按摩舵机；所述第一头部按摩舵机固定在固定背心的背部正前方，其一端通过头部按摩连接杆连接所述第二头部按摩舵机；所述第二头部按摩舵机与所述光电编码电机固定连接。

4.如权利要求1所述的按摩机器人，其特征在于：所述颈部按摩机械臂包括至少一个颈部按摩舵机；所述颈部按摩舵机与所述主控板单元电连接；所述颈部按摩捶为至少两个，其安装在塑料支架上并通过所述塑料支架与所述颈部按摩舵机连接。

5.如权利要求4所述的按摩机器人，其特征在于：所述颈部按摩舵机包括颈部按摩连接杆以及分别连接于所述颈部按摩连接杆两端的第一颈部按摩舵机和第二颈部按摩舵机；所述第一颈部按摩舵机固定在固定背心上；所述塑料支架一端固定连接所述第二颈部按摩舵机，另一端匹配安装两个所述颈部按摩锤。

6.如权利要求1所述的按摩机器人，其特征在于：所述托物机械臂包括托物连接杆和至少三个托物舵机；所述托物舵机与所述主控板单元电连接，其通过所述托物连接杆连接所述托物固定器。

7.如权利要求6所述的按摩机器人，其特征在于：所述托物舵机包括位于所述托物机械臂上部、中部、下部三个托物舵机；所述托物连接杆包括第一托物连接杆和第二托物连接杆；位于所述托物机械臂中部的一个托物舵机与位于所述托物机械臂上部的一个托物舵机固定在一起；

位于所述托物机械臂下部的一个托物舵机用于驱动控制所述托物机械臂的展开和归位；位于所述托物机械臂中部的托物舵机用于驱动控制所述托物机械臂的左右移动，其通过所述第一托物连接杆连接位于所述托物机械臂下部的所述托物舵机；位于所述托物机械臂上部的所述托物舵机驱动控制所述托物机械臂的上下移动，其通过所述第二托物连接杆连接所述托物固定器。

8.如权利要求1所述的按摩机器人，其特征在于：所述背部按摩装置具有四个背部按摩震动马达，四个所述背部按摩震动马达分别固定在固定背心内部的上、下、左、右四个方位。