CN116725833A - 双头型按摩机械手、双头型按摩机器人及其轨迹规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双头型按摩机械手、双头型按摩机器人及其轨迹规划方法，机械臂将双按摩头组件和按摩范围识别系统集成于一体，按摩移动过程实现六个自由度的灵活旋转运动，双按摩头组件接触人体皮肤，两个按摩头分别与人体脊柱两侧膀胱经附近部位接触进行按摩，仿真模拟推法和拨法两种手法，防止由于按摩头直接对骨头进行按压导致使用者产生疼痛感；协同机械臂的均匀力控功能，实现模拟中医按摩手法对人体背部进行柔性按摩；按摩范围识别系统借助机器视觉检测技术识别待按摩者的背部按摩范围及其尺寸，检测精度和效率较高，使得机械臂能够根据不同体型的按摩者的背部区域进行相应按摩范围的放大或缩小，实现对不同体型人群起到定制化按摩效果。

Description

双头型按摩机械手、双头型按摩机器人及其轨迹规划方法

技术领域

本发明涉及按摩机械手的技术领域，尤其一种双头型按摩机械手、双头型按摩机器人及其轨迹规划方法。

背景技术

近年来随着中医在世界的风行和推广，根据中医按摩理论设计的按摩机器人技术已经在世界上众多的科研院校和企业的关注下得到了飞速发展。但目前研究还较多集中在基础性的机械结构设计和对按摩手法分析，在按摩流程控制方面的研究相对较少。

中医按摩手法按施力的方向分为推法、按法、揉法、拍法、拨法等种类，按摩机器人需结合按摩手法进行轨迹规划及力量控制以实现仿真按摩效果；中国发明专利申请号为202211192705，发明名称为一种基于触觉的按摩机器人的技术方案公开了其包括用于供人坐躺的按摩座椅，X轴组件、Y轴组件、Z轴组件，以及至少一个按摩臂，其中，按摩臂上设置有对应的按摩手；用于对坐躺在按摩座椅上的用户进行按摩，相比传统按摩座椅节省了大量的按摩头，其柔性按摩头具有柔性感知能力，柔性按摩头相比传统的硬质按摩头对用户体验更好；但是其不能根据不同的按摩对象精确识别经络穴位和按摩区域，无法实现对不同体型的使用者做到精准定位、标准统一地按摩，存在缺少按摩路径规划定位问题；中国发明专利申请号为202111637019，发明名称为一种智能锤击拍打按摩机器人及其使用方法，包括安装电控组件的机壳以及转动在机壳两侧的按摩臂，机壳内部安装有升降机构，升降机构与按摩臂转动连接，升降机构包括控油机构，控油机构的内部滑动设置有活塞机构，活塞机构的顶部固定有连杆，连杆的顶端转动连接按摩臂，控油机构通过液压驱动活塞机构上下移动，使连杆推动摆臂上下移动，进行拍打按摩，通过液体挤压以及排斥的磁性进行阻断摆动的行程，相对于硬质部件的启停控制具有较好的缓冲阶段，而且缓冲距离短，反应快，臂杆作用在平趴的人体表面的力道更接近真人操作，力度适中而且不僵硬，按摩效果较好；但是其也未根据不同的按摩对象精确识别经络穴位和按摩区域，缺少按摩区域定位措施，具体实施按摩时只能使用者根据感觉来确定按摩部位，存在规划按摩定位效率低或者定位偏差大等问题，同时其智能化程度较低，存在机械力度难以精准掌握，拍打手法较单一，难以达到高水平按摩师的效果。

现有技术中大多数按摩机器人，例如中国发明专利申请号为202110045498，发明名称为自动按摩理疗机器人的申请，按摩头设置为一个，对人体背部进行按摩时，由于不同部位人体组织可承受力度不同，当经过脊柱部位时，由于按摩头直接对骨头进行按压导致使用者产生疼痛感；而经过其他部位时，由于按摩头按压肌肉组织，如果力度不够又不能较好地起到按摩效果；并且单按摩头按摩效率较低，用户实际按摩体验感较差。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出一种双头型按摩机械手、双头型按摩机器人及其轨迹规划方法,既解决了无法实现对不同体型的使用者做到精准定位、标准统一地按摩、存在规划路径效率低或者路径偏差大等问题，又可实现全按摩过程高度模拟中医按摩手法，智能化控制各参数功能，能够替代人工实施质量一致化按摩。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

本发明第一方面是提供一种双头型按摩机械手，包括控制箱、机械臂和按摩范围识别系统，机械臂设置于控制箱的上方，机械臂的末端臂节的端部安装有双按摩头组件，双按摩头组件包括并排设置的两个按摩头，用于在机械臂的带动下分别与人体脊柱两侧部位接触进行按摩；按摩范围识别系统包括安装在机械臂的一侧的3D相机和图像采集处理单元，3D相机用于分别在预设初始位置和标定位置对待按摩者背部进行拍照，图像采集处理单元用于根据预设初始位置拍摄的照片检测出背部和床的形状尺寸并与预设尺寸数值做比较，确定机械臂移动高度；根据标定位置拍摄的照片将图像坐标转换为实际机器人坐标。

所述双按摩头组件包括连接法兰盘、固定座、步进电机、直线滑轨、滑块一、滑块二、双向丝杆、按摩头一和按摩头二，连接法兰盘用于与所述机械臂的末端臂节的端部连接，连接法兰盘的下侧安装固定座，固定座的一侧安装直线滑轨，滑块一和滑块二分别滑动配合安装在直线滑轨的下侧，直线滑轨的一侧安装步进电机，步进电机的输出轴通过同步带连接双向丝杆的一端，双向丝杆自中部向两侧分布有反向的螺纹，滑块一和滑块二分别通过反向的螺纹配合连接在双向丝杆的两侧；直线滑轨的一侧连接有侧板，双向丝杆的另一端与侧板转动连接；滑块一和滑块二的下侧分别连接按摩头一和按摩头二。

一种可能的技术方案中，所述按摩头一和按摩头二均包括连接座、主体和按摩球，连接座用于与滑块一或滑块二固定连接；主体为套筒形，主体的上侧端口与连接座螺纹配合，主体的内侧壁设置限位槽，连接座的下端安装有加热器，所述加热器与控制箱内部的温控器电连接，加热器的一侧设有与其闭环通讯的温度传感器，温度传感器、温控器与控制箱内部的PLC控制器电信号连接；加热器的下侧安装有垫片；主体的下侧端口呈收缩形，下侧端口内侧转动匹配有按摩球。

一种可能的技术方案中，所述按摩球一侧设置有压力检测片，用于测定按摩球的按摩压力，压力检测片与压力传感器电信号连接，压力传感器与所述PLC控制器电信号连接。

一种可能的技术方案中，所述双按摩头组件的一侧设置有针筒，用于向双按摩头组件供给按摩乳液；针筒内压力由用于控制乳液输出量的变频微型气泵控制，变频微型气泵与控制箱内的PLC控制器电连接。

一种可能的技术方案中，所述按摩球材质为火山石。

本发明第二方面提供一种双头型按摩机器人，包括计算机和任一项上述的双头型按摩机械手，计算机设置智能终端系统根据实际机器人坐标内待按摩者背部按摩范围的区域位置和尺寸计算按摩轨迹，并输出控制机械臂执行按摩过程。

上述技术方案中，所述计算机设置触控显示器，用于显示或控制按摩过程中动作按钮以及运行参数。

上述技术方案中，所述智能终端系统设置软件定时器，用于机械臂开始按摩后，通过软件定时器计时，在计时结束后，智能终端系统输出信号给变频微型气泵通电，变频微型气泵给出液管加压，控制输出乳液，同时再次启动定时器，等待下一次触发，如此循环。

本发明第三方面提供一种双头型按摩机器人的轨迹规划方法，包括以下按顺序执行的操作步骤：

步骤S1、按下启动开关，PLC控制器输入信号，控制计算机和机械臂开机；触摸计算机的触控显示器，打开智能终端系统，设置加热温度和出液速度，温控器输出信号给加热器通电，加热到设置温度；

步骤S2、待按摩人员趴于按摩床上方；

步骤S3、通过触控显示器点击手臂执行启动按钮运行程序，机械臂移动到预设初始位置使3D相机位置水平且待按摩者背部在3D相机拍照视野内；

步骤S4、启动3D相机拍摄一张照片，操作人员选定所要按摩的区域，背部和床的形状，使用对应尺寸算法测量检出的形状尺寸，将所测的形状尺寸与预设尺寸数值做比较，确定机械臂移动高度，机械臂按此执行移动；

步骤S5、再次拍摄图像，根据背部实际尺寸与像素数的比例关系计算待按摩者背部区域尺寸；通过鼠标在拍摄的图像中选取颈椎、尾椎、肩上、腰上四个点，使用halconHHomMat2D函数将图像坐标转换为实际机器人坐标，完成轮廓定位，通过智能终端系统计算出按摩轨迹，机械臂带动两个按摩头分别在人体脊柱两侧部位按照按摩轨迹开始按摩；按摩过程中采集压力传感器信号，智能控制按摩压力大小和按摩角度。

上述技术方案中，机械臂带动双按摩头组件在待按摩者脊柱上侧直线往复移动，设置步进电机的换向频率，启动步进电机，步进电机通过同步带带动双向丝杆转动，双向丝杆通过两侧的反向螺纹将转动转换为滑块一和滑块二的反向滑动，滑块一和滑块二相互靠近或远离运动，按摩头一和按摩头二在机械臂、滑块一或滑块二的复合作用下对待按摩者脊柱两侧部位进行按摩。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的双头型按摩机械手，机械臂将双按摩头组件和按摩范围识别系统集成于一体，按摩移动过程能够实现六个自由度的灵活旋转运动，双按摩头组件接触人体皮肤，协同机械臂的均匀力控功能，使得机械臂能够模拟中医按摩手法对人体背部进行柔性按摩；两个按摩头分别与人体脊柱两侧膀胱经附近部位接触进行按摩，能够仿真模拟推法和拨法两种手法，防止由于按摩头直接对骨头进行按压导致使用者产生疼痛感，提升按摩过程的舒适体验感；变频微型气泵精确控制按摩乳液输出量，并实时检测系统压力确保在整个按摩过程中乳液持续稳定输出，不伤害肌肤，对人体起到生发阳气、放松肌肉、舒筋活血及经脉畅通等理疗效果；按摩范围识别系统借助机器视觉检测技术检测识别待按摩者的背部按摩范围及其尺寸，检测精度和检测效率较高，使得机械臂能够根据不同体型的按摩者的背部区域进行相应按摩范围的放大或缩小，实现对不同体型人群起到定制化按摩效果；双头型按摩机器人可实现按摩过程的智能化柔性控制、机器视觉精密识别、按摩力度、温度、速度恒定可控、传统中医按摩手法转化科技实施、沉浸式调理及省人增效的多方面突出效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例的双头型按摩机械手的前置结构示意图；

图2为本发明实施例的双头型按摩机械手的后置结构示意图；

图3为本发明实施例的双头型按摩机械手的控制箱内部右侧结构示意图；

图4为本发明实施例的双头型按摩机械手的控制箱内部左侧结构示意图；

图5为本发明实施例的双头型按摩机械手的双按摩头组件结构示意图；

图6为本发明实施例的双头型按摩机械手的按摩球的剖视结构示意图；

图7为本发明实施例的双头型按摩机器人的软件界面示意图；

图8为本发明实施例的双头型按摩机器人的控制原理图。

附图标记：1、启动开关；2、急停按钮；3、电脑；4、鼠标；5、机器人示教器；6、机械臂；7、针筒；8、3D相机；9、双按摩头组件；901、连接法兰盘；902、固定座；903、步进电机；904、直线滑轨；905、滑块一；906、滑块二；907、双向丝杆；908、按摩头一；909、按摩头二；910、同步带；911、侧板；912、连接座；913、主体；914、按摩球；915、加热器；916、垫片；10、固定地脚；11、控制箱；12、输入电源插座；13、输入电源开关；14、机器人控制箱；15、变频微型气泵；16、温控器；17、PLC控制器;18、压力传感器；19、LED控制板；20、电源；21、LED灯条；22、手臂执行启动按钮；23、手臂停止复位按钮；24、手动出液按钮；25、气压监测；26、运行时间；27、拍照图像显示窗口；28、温度调节；29、力度调节；30、速度调节；31、出液时长及间隔；32、运行次数。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本发明实施例1提出了一种双头型按摩机械手，参见图1、图2，包括控制箱11、机械臂6和按摩范围识别系统，启动开关1固定于设备控制箱11的前侧上方；急停按钮2固定于设备控制箱11的前侧上方；机械臂6设置于控制箱11的上方，机械臂6优选采用六轴协作机械臂，可以向前、向后、向上、向下、向左和向右六个方向移动，优选地，机械臂6选用URe系列机械臂，具有小巧、功能强大的特点，具有仿真人类手臂，其有效载荷范围为3-16千克，工作半径从500-1300mm，所有臂关节均可实现360度旋转，末端关节可无限旋转，用于对人体实施按摩能够达到安全性能较高、按摩过程保持静音以及力控功能优越的要求；机械臂6的末端臂节的端部安装有双按摩头组件9，双按摩头组件9包括并排设置的两个按摩头，用于在机械臂6的带动下分别与人体脊柱两侧部位接触进行按摩；针筒7连接于双按摩头组件9的一侧，用于向双按摩头组件9供给按摩乳液；针筒7内安装有用于控制乳液输出量的变频微型气泵15，变频微型气泵15与控制箱11内的PLC控制器17电连接，变频微型气泵15精确控制乳液输出量，并实时检测系统压力确保在整个按摩过程中乳液持续稳定输出，具体地，本实施例中，变频微型气泵15选用kamoer-KLP01-EKA1变频微型气泵，体积小，强有力，性能稳定；固定地脚10连接于控制箱的下方，控制箱固定于固定地脚10的正上方；输入电源插座12固定于控制箱的后侧下方，采用标准的IEC320电源插座，可以接受标准的NEMA电源插头；输入电源开关13固定于控制箱的后侧下方，电压为220V,额定功率为350W；参见图3、图4，变频微型气泵15、PLC控制器17和电源20固定于控制箱11内部；按摩范围识别系统包括安装在机械臂6的一侧的3D相机8和图像采集处理单元，3D相机8用于对待按摩者背部进行拍照，图像采集处理单元用于根据拍摄的照片计算出图片中每一个像素点对于相机的水平距离，根据操作人员选定的所要按摩的区域，将图像坐标转换为实际机器人坐标，即可确定待按摩者的背部区域；按摩范围识别系统基于机器视觉检测技术检测识别待按摩者的背部区域及其尺寸，3D相机8可以安装在机械臂6的任意一侧，机械臂6携带3D相机8移动至预设初始位置，本实施例中，3D相机8固定于机械臂6末端臂节和次末臂节连接处的前端，预设初始位置是指处于该位置的3D相机能够将待按摩者背部拍摄在视野范围内，其并不是一个绝对固定的位置，而是根据3D相机拍摄规律粗略选定的区域范围；预设初始位置的作用是根据此位置的图像信息做对比来帮助机械臂6寻找3D相机8的标定位置；优选地，3D相机8的拍摄角度设置为水平方向，防止所拍摄的图像发生畸变；对待按摩者背部水平正上方进行拍照； 3D相机8到达预设初始位置拍摄一张照片，操作人员选定所要按摩的区域是指操作人员在所拍摄的照片上通过选点或者划线或其他方式圈定需要按摩的轮廓范围，例如，实际实施过程中，操作人员通过选点方式选定按摩区域，具体地，选点方式为选定至少三个点；然后通过形状检测函数检测出背部和床的形状，使用对应尺寸算法测量检出的形状尺寸，将所测的形状尺寸与预设尺寸数值做比较，确定机械臂6移动高度，机械臂6按此执行移动；移动至标定位置后，再次拍摄图像，根据背部实际尺寸与像素数的比例关系计算待按摩者背部区域尺寸，即可获知不同的按摩者的背部区域的尺寸。

本发明实施例1的双头型按摩机械手，机械臂将双按摩头组件、针筒和按摩范围识别系统集成于一体，按摩移动过程能够实现六个自由度的灵活旋转运动，双按摩头组件接触人体皮肤，在机械臂的带动下分别与人体脊柱两侧部位接触进行按摩；协同机械臂的均匀力控功能，使得机械臂能够模拟中医按摩手法对人体背部进行柔性按摩；变频微型气泵15精确控制乳液输出量，并实时检测系统压力确保在整个按摩过程中乳液持续稳定输出，不伤害肌肤，对人体起到生发阳气、放松肌肉、舒筋活血及经脉畅通等理疗效果；按摩范围识别系统借助机器视觉检测技术检测识别待按摩者的背部区域及其尺寸，检测精度和检测效率较高，使得机械臂能够根据不同体型的按摩者的背部区域进行相应按摩范围的放大或缩小，实现对不同体型人群起到定制化按摩效果。

如图5所示，双按摩头组件9包括连接法兰盘901、固定座902、步进电机903、直线滑轨904、滑块一905、滑块二906、双向丝杆907、按摩头一908和按摩头二909，连接法兰盘901用于与所述机械臂6的末端臂节的端部连接，连接法兰盘901的下侧安装固定座902，固定座902的一侧安装直线滑轨904，滑块一905和滑块二906分别滑动配合安装在直线滑轨904的下侧，直线滑轨904的一侧安装步进电机903，步进电机903的输出轴通过同步带910连接双向丝杆907的一端，双向丝杆907自中部向两侧分布有反向的螺纹，滑块一905和滑块二906分别通过反向的螺纹配合连接在双向丝杆907的两侧；直线滑轨904的一侧连接有侧板911，双向丝杆907的另一端与侧板911转动连接；滑块一905和滑块二906的下侧分别连接按摩头一908和按摩头二909。

中医按摩手法中，推法是指用指端、指面、掌面、掌根、拳背、肘尖等部位着力按压施术部位，沿一定方向推动的手法；拨法是以指端或指腹部，深按于施术部位，按压到一定深度后，待有酸胀感时， 再做与肌纤维（或肌腱、韧带）或经络成垂直方向的拨动的手法；膀胱经为足太阳膀胱经的简称，本经自内眼角睛明开始，向上经前额至头顶与督脉交会；它的分支，从头顶到耳上角；它的外行主干，从头顶入内络于脑，回出来在项部的天柱分开下行，一支沿肩胛内侧，夹脊柱两旁到腰中，进入脊旁筋肉，联络肾脏，属于膀胱；它在腰部的分支，从腰部挟脊继续下行，经臀横纹中点的承扶，到腘窝部的委中；它在背部的另一支脉，从肩胛内侧下行，通过髋关节部足少阳胆经的环跳，向下沿大腿后面行走，在腘窝部与前支经脉会合于委中穴处，继续下行，向下通过腓肠肌部，出于外踝后方的昆仑，沿足外侧缘到足小趾外侧端的至阴，交于足少阴肾经。膀胱经是一身之藩篱，主一身之阳气。膀胱经是抵御外界风寒的一个天然屏障。膀胱经还是人体最大的一个排毒通道，剌激膀胱经可以增加全身的血液循环和新陈代谢，把人体的废物从尿液中排出去；膀胱经的治疗范围很广，不仅仅是因为它属于膀胱及其与其他脏腑有联系，还因为它位于人体后背的两条平行循行路线——背部足太阳经第一侧线上，即后正中线(督脉)旁开1.5寸处。这条线上分布着十二背俞穴，背俞穴是五脏六腑之气输注于腰背部的穴位，这些穴和脏腑本身的分布位置相反，是脏腑器官的反应点，背俞穴除治疗相应脏腑病外，还可治疗与该脏腑有相关联系的五官病、肢体病。

本发明的双头型按摩机械手的按摩轨迹是针对推法和拨法两种手法相结合的模拟仿真，在背部膀胱经附近部位进行按摩；并且为了解决对人体背部进行按摩时，不同部位人体组织可承受力度不同问题，双按摩头组件9设计为上述结构，机械臂6带动双按摩头组件9在待按摩者脊柱上侧直线往复移动，设置步进电机903的换向频率，启动步进电机903，步进电机903通过同步带910带动双向丝杆907转动，双向丝杆907通过两侧的反向螺纹将转动转换为滑块一905和滑块二906的反向滑动，滑块一905和滑块二906相互靠近或远离运动，按摩头一908和按摩头二909在机械臂6、滑块一905或滑块二906的复合作用下对待按摩者脊柱两侧部位进行按摩，达到仿真模拟推法和拨法两种手法相结合的目的；较优地，滑块一905和滑块二906分布在双向丝杆907自中部向两侧对称位置，当滑块一905和滑块二906相互靠近至双向丝杆907中部时，双向丝杆907中部以及两者之间容置所需空间恰好使得按摩头一908和按摩头二909避开脊柱部位，防止由于按摩头直接对骨头进行按压导致使用者产生疼痛感；采用双按摩头组件9对人体实施按摩，按摩头一908和按摩头二909可对人体背部施加3～7公斤/平方厘米的力度；相对于现有的单按摩头配置的按摩机械手具有在所占空间相似的情况下，本发明的双头型按摩机械手按摩效率得以双倍提高，并使得按摩体验更舒适、按摩理疗效果更佳，其是在单按摩头按摩机械手实践按摩基础上的升级改进，在按摩力度和速度方面均得以有效提升，进一步满足了待按摩人群的实际需求；另外，单按摩头按摩机械手在实际按摩过程中，由于人体脖子和肩膀之间的部位曲度较大，按摩头容易在此位置产生卡阻，影响按摩体验；而双按摩头设置由于按摩位置选择以及较多的支撑点，其避免了机械手产生卡阻现象，在整体按摩体验感方面取得了优异的进步。

如图6所示，按摩头一908和按摩头二909均包括连接座912、主体913和按摩球914，连接座912用于与滑块一905或滑块二906固定连接；主体913为套筒形，主体913的上侧端口与连接座912螺纹配合，主体913的内侧壁设置限位槽，连接座912的下端安装有加热器915，所述加热器915与控制箱11内部的温控器16电连接，加热器915的一侧设有与其闭环通讯的温度传感器，温度传感器、温控器16与控制箱11内部的PLC控制器17电信号连接；加热器915的下侧安装有垫片916；主体913的下侧端口呈收缩形，下侧端口内侧转动匹配有按摩球914；优选地，主体913的材料选择导热材质，例如，可以选择金属材质，实施按摩开始前，可先启动加热器915，加热器915加热并将热量通过主体913传导至按摩球914，温度传感器和温控器闭环控制，可以精确控制适当的按摩温度，可以满足不同按摩者的舒适度要求，提升按摩过程的舒适体验感，按摩温度一般在0～50℃范围内设定或调节；按摩球914的材质为火山石，火山石是一种功能型环保材料，是火山爆发后由火山玻璃、矿物与气泡形成的非常珍贵的多孔形石材，火山石中含有钠、镁、铝、硅、钙、钛、锰、铁、镍、钴和钼等几十种矿物质和微量元素，无辐射而具有远红外磁波，经常佩戴火山石可以促进细胞的新陈代谢、打通壅塞的血液、调治消化系统、燃烧多余脂肪、强力细胞中的有害物质，起到排毒养颜强身健体的功效，本发明采用火山石材料成型按摩球，在按摩过程中对穴位进行按压，起到按摩身体的作用、放松局部肌肉、调理身体健康作用。

按摩过程中，双按摩头组件9的按摩球914对人体的按摩压力是影响按摩体验和效果的关键因素，由于人的背部并非一个平面，是有弧度的，为了精准控制按摩球914对人体的按摩压力，适应背部的弧度变化，双按摩头组件9内部设置有压力检测片，用于测定按摩球914的按摩压力，压力检测片与压力传感器18电信号连接，压力传感器18与PLC控制器17电信号连接；按摩过程中PLC控制器17同时采集压力传感器18信号，控制按摩压力大小。

控制箱11的底部周侧设有LED灯条21，内部设有LED控制板19，LED控制板19与PLC控制器17电信号连接，机械手在进行不同操作时显示不同的灯光效果，即方便又美观。

实施例2

本发明实施例2提出了一种双头型按摩机器人，参见图1至图6，包括实施例1的双头型按摩机械手，机械手的操控和功能实现通过计算机3智能完成，计算机3（一体机）固定于控制箱11的前侧上方，计算机电脑硬件采用的是研华PPC-3100S研华工控一体机工业平板电脑，支持365天*24小时不间断运行；鼠标4位于电脑右侧，机器人示教器5位于控制箱11前侧下方；机器人控制箱14固定于控制箱11内部；计算机3通过设置智能终端系统控制PLC控制器17的各项功能，智能终端系统根据按摩范围识别系统检测识别的待按摩者背部区域及其尺寸精准识别人体穴位并计算按摩轨迹，输出给机械臂6来执行按摩过程，双按摩头组件9在机械臂6的带动下分别与人体脊柱两侧部位接触进行按摩；优选地，当在按摩过程中如果按摩头出现偏移待按摩者背部时，智能终端系统会将机器人复位至预设初始位置，此时只需重新拍照选定按摩区域，然后机器人会重新标定位置，然后根据拍照图像计算待按摩者背部区域尺寸按照轨迹对待按摩者进行按摩；智能终端系统可建立私人身体信息数据库，对按摩者背部信息进行存储；进一步地，智能终端系统可还可以设置语音指导模块对按摩机器人的使用方法和相关功能进行讲解，或者设置音乐播放模块，在按摩过程中播放适合情境的音乐，以使按摩者精神放松，增强按摩的理疗效果；计算机3设置触控显示器，用于显示或控制按摩过程中动作按钮以及运行参数，具体地，如图7所示，触控显示器设有手臂执行启动按钮22、手臂停止复位按钮23、手动出液按钮24、气压监测按钮25、运行时间按钮26、拍照图像显示窗口27、温度调节按钮28、力度调节按钮29、速度调节按钮30、出液时长及间隔按钮31和运行次数按钮32；终端程序按摩开始以及按摩过程中的按摩参数设置及调节通过上述操作按钮触控即可；本发明的双头型按摩机器人可实现按摩过程的智能化柔性控制、机器视觉精密识别、按摩力度、温度、速度恒定可控、传统中医按摩手法转化科技实施、沉浸式调理及省人增效的多方面突出效果。

实施例3

本发明实施例3提出了一种双头型按摩机器人的轨迹规划方法，如图8所示，包括以下按顺序执行的操作步骤：

步骤S1、按下启动开关1，给PLC控制器17一个输入信号，控制计算机3和机械臂6开机；触摸计算机3的触控显示器，打开智能终端系统，设置加热温度和出液速度，温控器16输出信号给加热器通电，加热到设置温度；

步骤S2、待按摩人员趴于按摩床上方；

步骤S3、通过触控显示器点击手臂执行启动按钮22运行程序，机械臂6移动到预设初始位置使3D相机8位置水平且待按摩者背部在3D相机8拍照视野内；

步骤S4、启动3D相机8拍摄一张照片，操作人员选定所要按摩的区域，通过形状检测函数检测出背部和床的形状，使用对应尺寸算法测量检出的形状尺寸，将所测的形状尺寸与预设尺寸数值做比较，确定机械臂6移动高度，机械臂6按此执行移动；

其中，应当理解，拍摄环境需配备适当的亮度条件或照明环境，保证所拍摄图像是高质量图像；3D相机8可以根据拍摄图像要求选择适合性能的CCD摄像机或CMOS摄像机；本实施例中，3D相机8设置变焦镜头以方便调整拍照焦距；3D相机8通过图像采集卡将图像转换为数字图像并传送至图像采集处理单元，图像采集处理单元处理图像采用现有技术中的适合的图像滤波、增强和分割等预处理技术即可，形状检测函数可以选择边缘检测方法中常规的形状检测函数，此处不予重点展开。

步骤S5、再次拍摄图像，根据背部实际尺寸与像素数的比例关系计算待按摩者背部区域尺寸；通过鼠标在拍摄的图像中选取颈椎、尾椎、肩上、腰上四个点，使用halconHHomMat2D函数将图像坐标转换为实际机器人坐标，完成轮廓定位，通过智能终端系统计算出按摩轨迹，输出给机械臂6，机械臂6带动两个按摩头分别在人体脊柱两侧部位按照按摩轨迹开始按摩。

优选地，机械臂6开始按摩后，通过软件定时器计时，在计时结束后，智能终端系统输出一个信号给变频微型气泵15通电，变频微型气泵15给出液管加压，控制输出乳液，同时再次启动软件定时器，等待下一次触发，如此循环；按摩过程中实时采集压力传感器18信号，智能控制按摩压力大小和按摩角度；LED灯条21在进行不同操作时显示不同的灯光效果。

本实施例的一种双头型按摩机器人的轨迹规划方法，开始按摩后，机械臂6带动双按摩头组件9在待按摩者脊柱上侧直线往复移动，设置步进电机903的换向频率，启动步进电机903，步进电机903通过同步带910带动双向丝杆907转动，双向丝杆907通过两侧的反向螺纹将转动转换为滑块一905和滑块二906的反向滑动，滑块一905和滑块二906相互靠近或远离运动，按摩头一908和按摩头二909在机械臂6、滑块一905或滑块二906的复合作用下对待按摩者脊柱两侧部位进行按摩。

人的背部并非一个平面，是有弧度的，机器人会根据人背部的弧度对按摩球进行角度倾斜，贴合人的生理曲线；如果人躺歪了机器人会沿着歪的程度自动调节按摩角度，跟着人体倾斜度自动自适应，不受人歪斜影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种双头型按摩机械手，其特征在于，包括控制箱（11）、机械臂（6）和按摩范围识别系统，其中，

机械臂（6），设置于控制箱（11）的上方，机械臂（6）的末端臂节的端部安装有双按摩头组件（9）；

双按摩头组件（9），包括并排设置的两个按摩头，用于在机械臂（6）的带动下分别与人体脊柱两侧部位接触进行按摩；所述双按摩头组件（9）包括连接法兰盘（901）、固定座（902）、步进电机（903）、直线滑轨（904）、滑块一（905）、滑块二（906）、双向丝杆（907）、按摩头一（908）和按摩头二（909），连接法兰盘（901）用于与所述机械臂（（6））的末端臂节的端部连接，连接法兰盘（901）的下侧安装固定座（902），固定座（902）的一侧安装直线滑轨（904），滑块一（905）和滑块二（906）分别滑动配合安装在直线滑轨（904）的下侧，直线滑轨（904）的一侧安装步进电机（903），步进电机（903）的输出轴通过同步带（910）连接双向丝杆（907）的一端，双向丝杆（907）自中部向两侧分布有反向的螺纹，滑块一（905）和滑块二（906）分别通过反向的螺纹配合连接在双向丝杆（907）的两侧；直线滑轨（904）的一侧连接有侧板（911），双向丝杆（907）的另一端与侧板（911）转动连接；滑块一（905）和滑块二（906）的下侧分别连接按摩头一（908）和按摩头二（909）；

按摩范围识别系统，包括安装在机械臂（6）的一侧的3D相机（8）和图像采集处理单元，3D相机（8）用于分别在预设初始位置和标定位置对待按摩者背部进行拍照，图像采集处理单元用于根据预设初始位置拍摄的照片检测出背部和床的形状尺寸并与预设尺寸数值做比较，确定机械臂（6）移动高度；根据标定位置拍摄的照片将图像坐标转换为实际机器人坐标。

2.根据权利要求1所述的双头型按摩机械手，其特征在于，所述按摩头一（908）和按摩头二（909）均包括连接座（912）、主体（913）和按摩球（914），连接座（912）用于与滑块一（905）或滑块二（906）固定连接；主体（913）为套筒形，主体（913）的上侧端口与连接座（912）螺纹配合，主体（913）的内侧壁设置限位槽，连接座（912）的下端安装有加热器（915），所述加热器（915）与控制箱（11）内部的温控器（16）电连接，加热器（915）的一侧设有与其闭环通讯的温度传感器，温度传感器、温控器（16）与控制箱（11）内部的PLC控制器（17）电信号连接；加热器（915）的下侧安装有垫片（916）；主体（913）的下侧端口呈收缩形，下侧端口内侧转动匹配有按摩球（914）。

3.根据权利要求2所述的双头型按摩机械手，其特征在于，所述按摩球（914）一侧设置有压力检测片，用于测定按摩球的按摩压力，压力检测片与压力传感器（18）电信号连接，压力传感器（18）与所述PLC控制器（17）电信号连接。

4.根据权利要求3所述的双头型按摩机械手，其特征在于，所述双按摩头组件的一侧设置有针筒（7），用于向双按摩头组件供给按摩乳液；针筒（7）内压力由用于控制乳液输出量的变频微型气泵（15）控制，变频微型气泵（15）与控制箱（11）内的PLC控制器（17）电连接。

5.根据权利要求2所述的双头型按摩机械手，其特征在于，所述按摩球（914）材质为火山石。

6.一种双头型按摩机器人，其特征在于，包括计算机（3）和权利要求1-5任一项所述的双头型按摩机械手，计算机（3）设置智能终端系统根据实际机器人坐标内待按摩者背部按摩范围的区域位置和尺寸计算按摩轨迹，并输出控制机械臂（6）执行按摩过程。

7.根据权利要求6所述的一种双头型按摩机器人，其特征在于，所述计算机（3）设置触控显示器，用于显示或控制按摩过程中动作按钮以及运行参数。

8.根据权利要求7所述的一种双头型按摩机器人，其特征在于，所述智能终端系统设置软件定时器，用于机械臂（6）开始按摩后，通过软件定时器计时，在计时结束后，智能终端系统输出信号给变频微型气泵（15）通电，变频微型气泵（15）给出液管加压，控制输出乳液，同时再次启动定时器，等待下一次触发，如此循环。

9.一种双头型按摩机器人的轨迹规划方法，其特征在于，是根据权利要求6～8所述的一种双头型按摩机器人实现的，包括以下按顺序执行的操作步骤：

步骤S1、按下启动开关（1），PLC控制器（17）输入信号，控制计算机（3）和机械臂（6）开机；触摸计算机（3）的触控显示器，打开智能终端系统，设置加热温度和出液速度，温控器（16）输出信号给加热器通电，加热到设置温度；

步骤S2、待按摩人员趴于按摩床上方；

步骤S3、通过触控显示器点击手臂执行启动按钮（22）运行程序，机械臂（6）移动到预设初始位置使3D相机（8）位置水平且待按摩者背部在3D相机（8）拍照视野内；

步骤S4、启动3D相机（8）拍摄一张照片，操作人员选定所要按摩的区域，通过形状检测函数检测出背部和床的形状，使用对应尺寸算法测量检出的形状尺寸，将所测的形状尺寸与预设尺寸数值做比较，确定机械臂（6）移动高度，机械臂（6）按此执行移动；

步骤S5、再次拍摄图像，根据背部实际尺寸与像素数的比例关系计算待按摩者背部区域尺寸；通过鼠标在拍摄的图像中选取颈椎、尾椎、肩上、腰上四个点，使用halconHHomMat2D函数将图像坐标转换为实际机器人坐标，完成轮廓定位，通过智能终端系统计算出按摩轨迹。