CN110882150A - 一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，包括PC机、控制器、驱动器、机械手、图像采集装置和视觉传感器，所述PC机通过导线与控制器电性连接，所述控制器通过无线信号与驱动器相连，所述驱动器和图像采集装置均安装于机械手上，所述图像采集装置通过无线信号与视觉传感器相连。PC机通过控制器控制驱动器进行工作，机械手在驱动器的驱动下能够完成按摩的动作，图像采集装置能够随着机械手一起移动，摄像机将使用者的背部拍摄下来，在视觉传感器的传输下将图像的信息传输给PC机，PC机根据反馈回来的图像信息做出相应的指令，再次使控制器控制驱动器进行工作，改变机械手的位置，针对使用者背部不同的穴位进行按摩。

Description

一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统
技术领域
本发明涉及机器人按摩技术领域，具体领域为一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统。
背景技术
穴位，学名腧穴，主要指人体经络线上特殊的点区部位，中医可以通过针灸或者推拿、点按、艾灸刺激相应的经络点治疗疾病。部分穴位如阿是穴并不在经络上，但对其的刺激亦可产生疗效，中医讲究的穴位的实质究竟是什么呢？有人从穴位的电学特性去探讨，发现皮肤上的某些地方存在导电量特别高的“良导点”，它们的位置与穴位的位置相吻合。但后来又发现，全身穴位总面积不过体表的万分之四，而电阻部位却多得多，后来人们又用最弱电流刺激肌肉，凡是能使肌肉产生最大收缩效果的地方就叫运动点。经对照发现，运动点与穴位的分布几乎一致，又有人研究了穴位与神经的关系，发现几乎所有的穴位都与神经相关联。某一穴位与某一脏器的神经往往同属于一个脊髓节段。在胚胎发育时期，皮肤与神经是同源的，神经中枢存在着各皮肤区域与脏器的投射点。但是相反意见认为，非穴位区域下也都有神经分布，它们在组织学上并没有差别。还有人发现穴位与血管、淋巴管关系密切，穴位处的皮肤温度比别的地方要高一些，可能正是因为这一系列的复杂关系形成了穴位的奥妙，随着科技的进步和人类生活水平的提高，人们对医疗保健给以越来越多的重视和研究，按摩机器人正是在这种背景下发展起来的一个新兴事物，准确的穴位是按摩推拿治疗效果的保障，但在按摩过程中，按摩机器人需要找出穴位准确位置，按摩机器人没有经过多次的定位就会造成按摩的穴位发生偏差，以至于降低按摩效果，因此本技术方案提出了一种能够解决定位不准确问题的基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，包括PC机、控制器、驱动器、机械手、图像采集装置和视觉传感器，所述PC机通过导线与控制器电性连接，所述控制器通过无线信号与驱动器相连，所述驱动器和图像采集装置均安装于机械手上，所述图像采集装置通过无线信号与视觉传感器相连，所述视觉传感器通过导线与PC机电性连接，所述PC机上安装有与视觉传感器配合使用的显示器。
优选的，所述机械手包括第一手臂、第二手臂和第三手臂，所述第二手臂的一端铰接装配有第一手臂，所述第二手臂的另一端铰接装配有第三手臂的一端，所述驱动器的数量为三个，三个所述驱动器分别安装于第一手臂、第二手臂和第三手臂上，所述第一手臂的底端固定装配有底座，所述第三手臂的另一端固定装配有顶杆的一端，所述顶杆的另一端固定装配有橡胶球。
优选的，所述图像采集装置包括摄像机、天线、滑块、滑轨、电推杆和安装座，所述滑轨和电推杆均固定装配于第二手臂上，所述电推杆的固定端靠近第一手臂，所述滑轨的内壁滑动安装有滑块，所述滑块远离第二手臂的一端固定装配有安装座，所述安装座与电推杆固定装配，所述安装座的表面固定装配有摄像机，所述摄像机上安装有与视觉传感器配合使用的天线，所述电推杆通过导线与控制器电性连接。
优选的，所述第一手臂和第二手臂的长度和为1.2m到1.5m之间。
优选的，所述顶杆与橡胶球之间采用螺纹连接。
优选的，所述电推杆上安装编码器和电位计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，通过PC机和控制器的配合，通过驱动器和机械手的配合，PC机通过控制器控制驱动器进行工作，机械手在驱动器的驱动下能够完成按摩的动作，通过图像采集装置和视觉传感器的配合，图像采集装置能够随着机械手一起移动，摄像机将使用者的背部拍摄下来，在视觉传感器的传输下将图像的信息传输给PC机，PC机根据反馈回来的图像信息做出相应的指令，再次使控制器控制驱动器进行工作，改变机械手的位置，针对使用者背部不同的穴位进行按摩。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的机械手和图像采集装置结构示意图。
图中：1-第一手臂、2-第二手臂、3-第三手臂、4-底座、5-顶杆、6-橡胶球、7-摄像机、8-天线、9-滑块、10-滑轨、11-电推杆、12-安装座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，包括PC机、控制器、驱动器、机械手、图像采集装置和视觉传感器，PC机通过导线与控制器电性连接，控制器通过无线信号与驱动器相连，驱动器和图像采集装置均安装于机械手上，图像采集装置通过无线信号与视觉传感器相连，视觉传感器通过导线与PC机电性连接，PC机上安装有与视觉传感器配合使用的显示器。
PC机对控制器下达指令，控制器将控制的信号传递给驱动器，驱动器能够驱动机械手进行移动，图像采集装置对机械手所在的位置对使用者的后背进行拍摄，拍摄的影像传递给视觉传感器，最后将这部分影像信息反馈给PC机，通过这部分影像资料准确的找到所要按摩穴位的位置，PC机通过控制器对机械手下达按摩的指令，达到按摩的效果，在患者身上需要检测的穴位处粘贴一个带颜色点的纸张，用灰色背景的纸，点是红色，拍摄一张照片，在照片中找到穴位点，记录穴位点的坐标及该像素点的RGB值，但是同样颜色在拍照后的RGB值也会略有不同，特别是在光源不理想的情况下，RGB值可能会产生较大偏差，所以要给被检测点的RGB值增加一定的阈值，穴位定位之前，需要对图像进行预处理，以增强图像中有用的信息，减少或去除图像中无用或有害的成分，图像预处理过程除去了图像中的噪声并把图像按尺寸归整化，依靠数学形态法的腐蚀操作对边缘进行细化，将边缘细化为一条单像素宽的线，提取边缘的方法采用Roberts边缘检测算子，对图像进行边缘提取，这是图像处理中最基本的边缘检测算子，其认为任意一对相互垂直方向上的差分可以看成是梯度的近似求解，采用对角线方向相连两像素之差，缘曲线，对于某像素点a，其相连的像素点可能的搜索方向有八个，用深度优先对状态空间进行搜索时，由于搜索是沿着状态空间某条单一的路径向下进行的,只有当搜索到达一个没有后继的状态时,它才考虑另一条替代的路径，对圆的圆周像素点搜索过程中，必定存在一条路径使得从a点出发后，找到一系列圆周上的像素点形成一个圆，这一组圆的数据将用于下一节的圆的参数计算，深度优先搜索每次对节点应用一个算子以产生该节点的一个后继节点，对每一个节点，必须有一个决策来决定哪个方向先用，哪个方向次之，只要一个后继节点产生,它的下一个后继节点就会被生成,一直向下传下去，直到到达最终目标,若某一节点对于第1个算子无后继节点时,则应用第2个算子产生该节点的后继，若某一个节点无后继节点时，则对其父节点应用第2个算子产生另一后继，直到找到最终目标。
具体而言，机械手包括第一手臂1、第二手臂2和第三手臂3，第二手臂2的一端铰接装配有第一手臂1，第二手臂2的另一端铰接装配有第三手臂3的一端，驱动器的数量为三个，三个驱动器分别安装于第一手臂1、第二手臂2和第三手臂3上，第一手臂1的底端固定装配有底座4，第三手臂3的另一端固定装配有顶杆5的一端，顶杆5的另一端固定装配有橡胶球6。
第一手臂1、第二手臂2和第三手臂3上均安装有驱动器，驱动器能够在控制器发出的指令信号下带动第一手臂1、第二手臂2和第三手臂3一起移动，或分开移动，灵活性能更强，底座4固定到按摩床上的一侧中心位置，使第三手臂3能够接触到使用者，第三手臂3带动顶杆5进行移动，同时带动橡胶球6一起移动，按摩时，橡胶球6与穴位接触，橡胶材质不会使人有冰冷的感觉，更加的舒适，也不会误伤使用者的皮肤。
具体而言，图像采集装置包括摄像机7、天线8、滑块9、滑轨10、电推杆11和安装座12，滑轨10和电推杆11均固定装配于第二手臂2上，电推杆11的固定端靠近第一手臂1，滑轨10的内壁滑动安装有滑块9，滑块9远离第二手臂2的一端固定装配有安装座12，安装座12与电推杆11固定装配，安装座12的表面固定装配有摄像机7，摄像机7上安装有与视觉传感器配合使用的天线8，电推杆11通过导线与控制器电性连接。
在进行图像采集的过程中，摄像机7拍摄到的影像信号通过天线8无线传输到视觉传感器上，视觉传感器将这部分信号传递给PC机，PC机在对这部分信息进行分析的同时，在显示屏上也显示出摄像机7所拍摄到的位置，无法识别到所要按摩的穴位时，PC机将信号传递给控制器，控制器信号通过导线传递给电推杆11，电推杆11上的推杆缩回到电推杆11的外壳中，此时带动安装座12移动，安装座12上的滑块9在滑轨10的内壁进行滑动，调节安装座12的位置，此时第二手臂2靠近第三手臂3的一端靠近使用者，第二手臂2处于倾斜的状态，安装座12移动至靠近电推杆11时，摄像机7的位置被升高，摄像机7拍摄的范围变广泛，能够更加全面的拍摄到使用者的背部，当安装座12移动至远离电推杆11时，摄像机7的位置被降低，摄像机7拍摄的范围变小，同时拍摄出的穴位所在的位置更加的准确。
具体而言，第一手臂1和第二手臂2的长度和为1.2m到1.5m之间。
第一手臂1和第二手臂2的长度要大于人体后背的宽度，使用于按摩操作的第三手臂3有足够的活动空间，更加灵活，避免出现无法按摩到的死角。
具体而言，顶杆5与橡胶球6之间采用螺纹连接。
针对不同的使用者，选取不同大小的橡胶球6进行按摩，直径较小的橡胶球6按摩时使用者感受到的力量更加的明显，使用直径较大的橡胶球6进行按摩时使用者感受到的按摩力量更加的柔和，橡胶球6的内壁设置内螺纹，套接到顶杆5的外壁后，采用螺纹连接的方式将橡胶球6螺接到顶杆5外壁上的外螺纹，拆卸方便，容易更换。
具体而言，电推杆11上安装编码器和电位计。
编码器通过脉冲数准确反馈马达主轴转动圈数，从而精确计算电推杆11行程变化，实现精确控制，电位计用来反馈电机电阻的大小，从而反映推杆所在的行程位置，最终达到控制推杆在行程中间任一位置停止的目的。
工作原理：PC机对控制器下达指令，控制器将控制的信号传递给驱动器，驱动器能够驱动机械手进行移动，图像采集装置对机械手所在的位置对使用者的后背进行拍摄，拍摄的影像传递给视觉传感器，最后将这部分影像信息反馈给PC机，通过这部分影像资料准确的找到所要按摩穴位的位置，PC机通过控制器对机械手下达按摩的指令，达到按摩的效果，在患者身上需要检测的穴位处粘贴一个带颜色点的纸张，用灰色背景的纸，点是红色，拍摄一张照片，在照片中找到穴位点，记录穴位点的坐标及该像素点的RGB值，但是同样颜色在拍照后的RGB值也会略有不同，特别是在光源不理想的情况下，RGB值可能会产生较大偏差，所以要给被检测点的RGB值增加一定的阈值，穴位定位之前，需要对图像进行预处理，以增强图像中有用的信息，减少或去除图像中无用或有害的成分，图像预处理过程除去了图像中的噪声并把图像按尺寸归整化，依靠数学形态法的腐蚀操作对边缘进行细化，将边缘细化为一条单像素宽的线，提取边缘的方法采用Roberts边缘检测算子，对图像进行边缘提取，这是图像处理中最基本的边缘检测算子，其认为任意一对相互垂直方向上的差分可以看成是梯度的近似求解，采用对角线方向相连两像素之差，对于某像素点a，其相连的像素点可能的搜索方向有八个，用深度优先对状态空间进行搜索时，由于搜索是沿着状态空间某条单一的路径向下进行的,只有当搜索到达一个没有后继的状态时,它才考虑另一条替代的路径，对圆的圆周像素点搜索过程中，必定存在一条路径使得从a点出发后，找到一系列圆周上的像素点形成一个圆，这一组圆的数据将用于下一节的圆的参数计算，深度优先搜索每次对节点应用一个算子以产生该节点的一个后继节点。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设置备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：包括PC机、控制器、驱动器、机械手、图像采集装置和视觉传感器，所述PC机通过导线与控制器电性连接，所述控制器通过无线信号与驱动器相连，所述驱动器和图像采集装置均安装于机械手上，所述图像采集装置通过无线信号与视觉传感器相连，所述视觉传感器通过导线与PC机电性连接，所述PC机上安装有与视觉传感器配合使用的显示器。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：所述机械手包括第一手臂(1)、第二手臂(2)和第三手臂(3)，所述第二手臂(2)的一端铰接装配有第一手臂(1)，所述第二手臂(2)的另一端铰接装配有第三手臂(3)的一端，所述驱动器的数量为三个，三个所述驱动器分别安装于第一手臂(1)、第二手臂(2)和第三手臂(3)上，所述第一手臂(1)的底端固定装配有底座(4)，所述第三手臂(3)的另一端固定装配有顶杆(5)的一端，所述顶杆(5)的另一端固定装配有橡胶球(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：所述图像采集装置包括摄像机(7)、天线(8)、滑块(9)、滑轨(10)、电推杆(11)和安装座(12)，所述滑轨(10)和电推杆(11)均固定装配于第二手臂(2)上，所述电推杆(11)的固定端靠近第一手臂(1)，所述滑轨(10)的内壁滑动安装有滑块(9)，所述滑块(9)远离第二手臂(2)的一端固定装配有安装座(12)，所述安装座(12)与电推杆(11)固定装配，所述安装座(12)的表面固定装配有摄像机(7)，所述摄像机(7)上安装有与视觉传感器配合使用的天线(8)，所述电推杆(11)通过导线与控制器电性连接。
4.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：所述第一手臂(1)和第二手臂(2)的长度和为1.2m到1.5m之间。
5.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：所述顶杆(5)与橡胶球(6)之间采用螺纹连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于视觉定位的按摩机器人穴位跟踪系统，其特征在于：所述电推杆(11)上安装编码器和电位计。
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