CN219271417U - 一种躺平型按摩机器人 - Google Patents

Abstract

该实用新型涉及一种躺平型按摩机器人，包括：用于供人躺平的按摩床面和至少一个按摩臂，其中，按摩臂上设置有对应的按摩手；按摩手包括柔性触觉传感器，传感器包括：仿生的表皮层‑真皮层所构成的双层柔性层结构和摄像头；其中：所述摄像头，用于捕捉所述双层柔性层结构的形变；所述双层柔性层结构基于具备透光性和柔软性的材料，其中，所述表皮层包括反射层，以辅助摄像头捕捉柔性触觉传感器中照射向双层柔性层结构并反射回摄像头的光线，从而感测双层柔性层结构的形变。以此，本申请通过按摩手和按摩床技术的结合，利用创新的柔性触觉传感器和运动装置，实现用户体验更好的按摩理疗功能。

Description

一种躺平型按摩机器人

技术领域

本申请涉及机器人与传感器技术，特别涉及一种躺平型按摩机器人。

背景技术

与视觉相比，触觉是机器人获取环境信息的另一种重要知觉形式，是其实现与环境直接作用的必需媒介。与视觉不同，触觉本身决定了很强的敏感能力。

随着人们对健康越发关注，按摩机器人出现了新的发展机遇。如何融合传感器技术、机器人技术，从而可以更好的实现拟人化的健康理疗领域的按摩机器人，成为按摩机器人亟须解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本公开揭示了一种躺平型按摩机器人，包括：

用于供人躺平的按摩床面和至少一个按摩臂，其中，所述按摩臂上设置有对应的按摩手；

所述按摩手包括：

X轴组件，Y轴组件，Z轴组件，其中，

X轴组件沿X轴方向延伸，且在其延伸的末端与Y轴组件正交；以及，在X轴组件与Y轴组件的正交处，沿Z轴方向设置有所述Z轴组件；

Z轴组件为Z轴手腕模组，所述Z轴手腕模组包括：手腕末端、驱动机构和手腕前端；

其中，

Z轴手腕模组通过手腕末端连接于所述X轴组件与Y轴组件的正交处，并通过驱动机构带动手腕前端实现至少三自由度的运动；

手腕前端上设置柔性触觉传感器，所述柔性触觉传感器包括：

仿生的表皮层-真皮层所构成的双层柔性层结构和摄像头；其中：

所述摄像头，用于捕捉所述双层柔性层结构的形变；

所述双层柔性层结构基于具备透光性和柔软性的材料，其中，所述表皮层包括反射层，以辅助摄像头捕捉柔性触觉传感器中照射向双层柔性层结构并反射回摄像头的光线，从而感测双层柔性层结构的形变。

优选的，

所述按摩臂安装在平行于按摩床面的X轴滑轨上，以使得所述按摩臂在平行于按摩床面的一个平面内运动。

优选的，

所述按摩臂位于按摩床面的上方和/或下方。

优选的，

所述按摩臂可以是一个或两个，当为两个时，所述按摩臂包括左按摩臂和右按摩臂，所述左按摩臂和右按摩臂在所述X轴滑轨上，可以做彼此远离的运动，也可以做彼此靠近的运动。

优选的，

所述平行于按摩床面的X轴滑轨，其一端设置在垂直于所述X轴滑轨的连杆组件的上端；

在所述连杆组件的下端，设置有平行于所述X轴滑轨的下端轨道。

优选的，

所述下端轨道、连杆组件、X轴滑轨，三者所在的平面，利用与所述下端轨道配合的Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，在Y方向上具有运动的能力。

优选的，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床面的下底面的附近。

优选的，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床腿的下部附近。

优选的，

当所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨固定在靠近按摩床的床腿的下部附近，且所述按摩床面中央包括开孔；

所述连杆组件的上下端之间还可以设置平行于下端轨道且位于下端轨道上方的第二X轴滑轨，并且，所述第二X轴滑轨可以位于按摩床面的下方；其中，

所述第二X轴滑轨上设置有至少一个按摩臂，按摩臂上设置有按摩手，所述按摩手向上以朝向按摩床，对躺平在按摩床上的用户进行按摩。

优选的，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨位于按摩床的两侧，并通过多个连接片与床体固定。

以此，本公开实现了一种具有创新结构的按摩机器人，其主要通过创新的柔性触觉传感器和机器人运动装置的结合，实现更加拟人的按摩理疗功能。

附图说明

图1是本公开的一个实施例中躺平型按摩机器人的整体示意图；

图2是本公开的一个实施例中躺平型按摩机器人的各个结构示意图；

图3是本公开的一个实施例中躺平型按摩机器人的按摩臂与X轴滑轨的示意图；

图4是本公开的一个实施例中躺平型按摩机器人的滑轨的组件爆炸示意图；

图5是本公开的一个实施例中按摩手的柔性触觉传感器光路示意图；

图6是图5中按摩手的柔性触觉传感器光路的俯视示意图；

图7是现有技术中触摸传感器的示意图；

图8A至图8B是本公开的一个实施例中三自由度的Z轴手腕组件的爆炸示意图和装配后的示意图；

图9A至图9B是本公开的一个实施例中四自由度的Z轴手腕组件的爆炸示意图和装配后的示意图；

图10是现有技术中机械手的结构示意图；

图11是本公开的一个实施例中按摩手的柔性触觉传感器的结构示意图；

图12A是本公开的一个实施例中双目摄像的光路示意图；

图12B是现有技术中双目摄像的光路示意图；

图13是本公开的另一个实施例中按摩手的手腕前端设置的3个柔性触觉传感器的结构示意图；

其中，各个图注如下：

图2中，1：人体模型，2：右按摩臂，3：左按摩臂，4：X轴滑轨，5：连杆组件，6：连接片，7：Y轴左滑轨，8：按摩床，9：Y轴右滑轨；

图4中，10：第一固定板，11：磁吸片，12：第一固定块，13：转轴，14：轴承，15：第一皮带轮，16：第二皮带轮，17：第二固定板，18：第三固定板，19：第四固定板，20：电机，21：连接头，22：横梁，23：导轨，24：第一连接板，25：滑块，26：皮带，27：第二连接板，28：第二固定块；

图8A中，29：第一支架，30：第一轴电机，31：第二支架，32：第二轴电机，33：第三支架，33P1：第三支架的第一平面，33P2：第三支架的第二平面，34：第三轴电机，35：第四支架，35P1：第四支架的第一平面，35P2：第四支架的第二平面；

图9A中，36：支架一，37：轴电机一，38：支架二，38P1：支架二38的第一平面，38P2：支架二38的第二平面，39：轴电机二，40：支架三，40P1：支架三40的第一平面，40P2：支架三40的第二平面，41：轴电机三，42：支架四，42P1：支架四42的第一平面，42P2：支架四42的第二平面，43：轴电机四，44：支架五，44P1：支架五44的第一平面，44P2：支架五44的第二平面；

图11中，45：顶盖，46：电路板，47：散热片，48：摄像头，49：中壳，50：灯带，51：镜片，52：下盖，53：双层柔性层结构。

具体实施方式

为了使本领域技术人员理解本公开所披露的技术方案，下面将结合实施例及有关附图1至图13，对各个实施例的技术方案进行描述，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开所采用的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖且不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、或方法、或系统、或产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

参见图1，在一个实施例中，本公开揭示了一种躺平型按摩机器人，包括：

用于供人躺平的按摩床面和至少一个按摩臂，其中，所述按摩臂上设置有对应的按摩手，按摩手在工作状态时，所述按摩手垂直于按摩床面；

所述按摩手包括：

X轴组件，Y轴组件，Z轴组件，其中，

X轴组件沿X轴方向延伸，且在其延伸的末端与Y轴组件正交；以及，在X轴组件与Y轴组件的正交处，沿Z轴方向设置有所述Z轴组件；

Z轴组件为Z轴手腕模组，所述Z轴手腕模组包括：手腕末端、驱动机构和手腕前端；

其中，

Z轴手腕模组通过手腕末端连接于所述X轴组件与Y轴组件的正交处，并通过驱动机构带动手腕前端实现至少三自由度的运动；

手腕前端上设置柔性触觉传感器，所述柔性触觉传感器包括：

仿生的表皮层-真皮层所构成的双层柔性层结构和摄像头以及光源；其中：

所述摄像头，用于捕捉所述双层柔性层结构的形变；

所述双层柔性层结构基于具备透光性和柔软性的材料，其中，所述表皮层包括反射层，以辅助摄像头捕捉所述光源照射向双层柔性层结构并反射回摄像头的光线，从而感测双层柔性层结构的形变。

对于上述实施例而言，其创新性的提出了一种结合柔性触觉传感器和按摩床的躺平型按摩机器人，其创新性主要体现在以下几点：

其一，创新性体现在所述按摩手的手腕前端设置有：具有双层柔性层结构的触觉传感器。能够理解，对于所述按摩手而言，其更像是人手，包括表皮层和真皮层。其中，所述表皮层用于与接触面接触，表皮层不仅提供触觉手感(备注：能够理解，通过对表皮层选材或设计材料，可以提供不同级别的触觉手感)，而且表皮层上还设置有所述反射层以使得沿着真皮层、表皮层的光线被反射，从而再沿表皮层、真皮层方向进入到摄像头；例如，在靠近真皮层的一侧，表皮层的内部某处一个面上混合银色颜料作为反射层，以辅助摄像头捕捉所述双层柔性层结构的形变；当然，也可以在表皮层的外表面上，或表皮层外表面的内表面，混有或涂抹银色颜料作为反射层，其中，在外表面上混有或涂抹时，对反射层的耐磨、耐久要求较高；

其二，由于所述双层柔性层结构为仿生的表皮层-真皮层，因此其能够物理上模仿人的皮肤，甚至如果采用更优的材料，还可以超过人的皮肤的敏感度；

其三，由于双层柔性层结构具备透光性，当其发生形变时，透过双层柔性层结构的光就发生光路上的变化，这些光被摄像头所捕捉，以此，所述触觉传感器实现对触觉的感知。进一步的，如果按摩传感设备还包括处理器，那么处理器可以直接处理摄像头所获得的图像并通过解析图像直接得到具体的触觉信息；

需要说明的是，当摄像头捕捉光时，摄像头不仅经由该传感器最外层的表皮层，而且还可以进一步经由真皮层来捕捉所述双层柔性层结构的形变：当施加于表皮层外表面的力引起表皮层的明显形变，相比初始的未形变状态，导致透过表皮层-真皮层此种双层柔性层结构的光线及其光路发生变化，这些变化被摄像头所捕捉。也就是说，关于本公开的技术方案，其工作原理在于：由于双层柔性层结构具备透光性，当其发生形变时，透过双层柔性层结构的光就发生光路上的变化，以此，感测此种光路的变化就使得本公开实现对触觉的感知。能够理解，当感测双层柔性层结构的形变后，就可以根据感测的不同结果对施加的力进行分类、识别；

其四，采用按摩臂和按摩床结合的结构，可以在充分照顾用户体验的前提下更好的实现拟人化的按摩效果；当进一步结合所述柔性触觉传感器时，则可以实现丰富的、拟人化的按摩理疗功能。

在一个实施例中，

所述触觉传感器还包括光源；

所述摄像头，用于捕捉所述双层柔性层结构的形变；

所述双层柔性层结构基于具备透光性和柔软性的材料，其中，所述表皮层包括反射层，以辅助摄像头捕捉所述光源照射向双层柔性层结构并反射回摄像头的光线，从而感测双层柔性层结构的形变。

在一个实施例中，

所述按摩臂安装在平行于按摩床面的X轴滑轨上，以使得所述按摩臂在平行于按摩床面的一个平面内运动。

在一个实施例中，

所述按摩臂位于按摩床面的上方和/或下方。

进一步参见图1，在一个实施例中，

所述按摩臂可以是一个或两个，当为两个时，所述按摩臂包括左按摩臂和右按摩臂，所述左按摩臂和右按摩臂在所述X轴滑轨上，可以做彼此远离的运动，也可以做彼此靠近的运动。

参见图2，在一个实施例中，

所述平行于按摩床面的X轴滑轨，其一端设置在垂直于所述X轴滑轨的连杆组件的上端；

在所述连杆组件的下端，设置有平行于所述X轴滑轨的下端轨道。

在一个实施例中，

所述下端轨道、连杆组件、X轴滑轨，三者所在的平面，利用与所述下端轨道配合的Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，在Y方向上具有运动的能力。

在一个实施例中，

Y轴左滑轨和右滑轨可以适当超出人体肩宽，从而，在结合自由度更高的按摩手时，按摩手除对用户进行背面或正面按摩外，还可以进行侧向按摩。

在一个实施例中，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床面的下底面的附近。

在一个实施例中，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床腿的下部附近。

在一个实施例中，

当所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨固定在靠近按摩床的床腿的下部附近，且所述按摩床面中央包括开孔；

所述连杆组件的上下端之间还可以设置平行于下端轨道且位于下端轨道上方的第二X轴滑轨，并且，所述第二X轴滑轨可以位于按摩床面的下方；其中，

所述第二X轴滑轨上设置有至少一个按摩臂，按摩臂上设置有按摩手，所述按摩手向上以朝向按摩床，对躺平在按摩床上的用户进行按摩。

在一个实施例中，

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨位于按摩床的两侧，并通过多个连接片与床体固定。

在一个实施例中，

任一按摩臂至少包括两个关节。

在一个实施例中，

所述Y轴左滑轨、Y轴右滑轨，至少其中的一端设置一个电机。

参见图5所示，其通过左右两侧的最大光路范围，示意了柔性触觉传感器理论上全部的光路。理论上，在该最大光路范围内，所述传感器都是具备传感能力的。

然而，考虑到边缘的效果变弱，图5还通过左右两侧的实际应用的光路范围，示意了实际中关注的光路。图6通过剖视的俯视图的方式，进一步示意了所述实际中关注的光路，如图所示，实际中关注的光路覆盖了一个矩形区域，在该区域中，所述柔性触觉传感器的效果和性能更稳定。

关于本公开按摩手的手腕前端所设置的柔性触觉传感器，如前所述，其工作原理在于：由于双层柔性层结构具备透光性，当其发生形变时，透过双层柔性层结构的光就发生光路上的变化，以此，感测此种光路的变化就使得所述按摩传感设备实现对触觉的感知。

在另一个实施例中，

本公开所述的涂层可以是白色涂层，或黑色涂层，或手感多种复合涂层，或者银色涂层，或者灰色涂层。

需要说明的是，本公开所揭示的此种按摩手，在仿生和上述工作原理方面，与现有技术中的方案存在显著的差异。

以CN108446042A为例，其公开了一种电容式触摸传感器，其特征在于：所述触摸传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括4个多功能层，各多功能层包含对应的一个区域，4个多功能层构成两个电容C1和C2；每个多功能层的内部均设置有两层电极，上层为十字形公共电极，下层为与上层十字型公共电极对应的4个独立电极，所述十字形公共电极和4个独立电极构成4个平行板电容；所述十字型公共电极接激励信号，独立电极接模数转换电路。

图7示例了现有技术中其电容式触摸传感器的工作原理，如其说明书【0081】所述：分区域式屏蔽式扫描方式如图所示，SPI总线通过地址位选择测量状态的传感器单元标记为0；未指定地址位的传感器单元标记为X接地屏蔽，因此不会对被选中的传感器单元造成串扰。被选中的传感器单元，其4个多功能层形成2个电容，用来实现触觉的功能，其激励信号来自与该传感器单元的内部。当传感器单元作为接地屏蔽单元时，其4个多功能层同时接地，屏蔽区域的大小即被接地屏蔽的单元数可以根据实际需要选择。当传感器单元作为接地屏蔽单元时，其多功能层暂时丧失了接触觉的功能，但每个多功能层内部用于三维力测量的单元仍处于正常工作状态，以保证其仍具有压觉和滑觉功能。由于未被选中的传感器单元的4个多功能层均被接地，因而不会对相邻的被选中单元造成串扰。

显而易见，上述现有技术是完全基于电子元器件利用电容触摸的原理构建的触摸传感器，其没有任何物理仿真的功能，无法用于实现本公开所揭示的具有柔性触觉传感器的按摩手。能够理解，本公开所揭示的按摩手的仿生的表皮层-真皮层能够实现拟人的柔性触觉传感。

在另一个实施例中，

Z轴手腕模组包括彼此连接的第一支架至第四支架总计4个支架，其中，

手腕末端包括第一支架，且第一支架仅包括1个平面，用于连接Y轴组件且最靠近Y轴组件；第二支架、第三支架、第四支架则依次远离Y轴组件；

手腕前端包括第四支架，第四支架上设置所述柔性触觉传感器；

在驱动机构的作用下，Z轴手腕模组通过手腕末端和第二支架以及第三支架带动手腕前端实现三自由度的运动。

能够理解，上述实施例给出了一种结构相对简单的三自由度按摩手。

更具体的，参见图8A，在另一个实施例中，

所述驱动机构包括第一轴电机30、第二轴电机32、第三轴电机34总计3个电机；

第一支架29仅包括一个平面；

第二支架31仅包括两个平行且位于不同高度的平面；

第三支架33、第四支架35，每个支架仅包括2个互相垂直的平面；

所述第一轴电机30、第二轴电机32、第三轴电机34中，每个电机的顶面和底面分别设置在不同的2个支架中的一个平面上，通过3个电机将4个支架连接起来。

能够发现，图8A通过爆炸图的方式示意了3个电机以及4个支架，而图8B则通过装配后的示意图，示意了3个电机与4个支架的装配关系。

对于三自由度的按摩手：

在另一个实施例中，

第二支架31中第一平面和第二平面，除位于不同高度之外，两个平面的形状大致呈镜像对称。

在另一个实施例中，

第三支架33中的第二平面33P2，在其第一平面33P1的一个边的延长线的方向上，两个平面互相垂直。

在另一个实施例中，

第四支架35中的第二平面35P2，在其第一平面35P1的一个边上，两个平面互相垂直。

在另一个实施例中，

第二支架31、第三支架33中的两个平面均包括弧形侧表面。

在另一个实施例中，

第四支架35仅有一个平面包括弧形侧表面。

在另一个实施例中，

每个电机为圆柱体形状，其具有第一和第二底面。

在另一个实施例中，

所述弧形侧表面用于对应所述圆柱体形状的电极的侧面。

在另一个实施例中，

第一支架29的平面的底侧用于连接Y轴组件；

第一轴电机30第一底面处的轴安装在第一支架29的平面的顶侧，且第一轴电机30第二底面处的轴安装在第二支架31的第一平面的下方；

在第二支架31的第二平面上，第二轴电机32第一底面处的轴安装其上；

第二轴电机32第二底面处的轴，则安装在第三支架33的第一平面33P1上，其中，所述第三支架33的第一平面33P1平行且正对所述第二支架31的第二平面；

并且，所述第一轴电机30与第二轴电机32所代表的两个圆柱体的中轴线，二者的延长线为平行关系。

在另一个实施例中，

第三轴电机34第一底面处的轴，安装在所述第三支架33的第二平面33P2上；

第三轴电机34第二底面处的轴，则安装在所述第四支架35的第二平面35P2上，其中，所述第四支架35的第二平面35P2平行且正对所述第三支架33的第二平面33P2；且第四支架35的第一平面35P1上设置所述柔性触觉传感器；

并且，对于所述第一轴电机30、第二轴电机32、第三轴电机34所代表的各自圆柱体的中轴线，

所述中轴线在各自圆柱体的两个底面之间，

对于第一轴电机30的中轴线的中点O1，第二轴电机32的中轴线的中点O2，第三轴电机34的中轴线的中点O3，

直线O1O2，与第一支架29的唯一平面呈斜向倾角；

直线O2O3，与第一支架29的唯一平面呈平行关系；

且，直线O1O2大致或完全垂直于直线O2O3。

在另一个实施例中，

Z轴手腕模组包括彼此连接的第一至第五5个支架，其中，

手腕末端包括第一支架，且第一支架仅包括1个平面，用于连接Y轴组件且最靠近Y轴组件；第二、第三、第四、第五支架则依次远离Y轴组件；

手腕前端包括第五支架，第五支架上设置所述柔性触觉传感器；

在驱动机构的作用下，Z轴手腕模组通过手腕末端和第二至第四支架带动手腕前端实现四自由度的运动。

能够理解，上述实施例给出了一种结构相对简单的四自由度按摩手。

更具体的，参见图9A，在另一个实施例中，

所述驱动机构包括轴电机一至轴电机四4个电机；

支架一仅包括一个平面；

支架二至支架四支架，每个支架仅包括2个互相垂直的平面；

所述轴电机一至轴电机四4个电机，每个电机的顶面和底面分别设置在不同的2个支架中的一个平面上，通过4个电机将5个支架连接起来。

能够发现，图9A通过爆炸图的方式示意了4个电机以及5个支架，而图9B则通过装配后的示意图，示意了4个电机与5个支架的装配关系。

表面上看，上述实施例所揭示的按摩手的结构似乎并不突出，然而与图10所示的现有技术CN104942789B这一授权发明专利中的机械手的结构相比，能够发现：

该现有技术中，其附图中示意的四自由度的按摩手的结构相当复杂，其不仅涉及到多个转轴，还涉及到多个臂，每两个臂之间都需要通过相应的转轴连接。

相比之下，本公开的上述实施例则只需要几个具有2个垂直平面的支架和相应的多个电机即可直接通过电机将各个支架连接起来。这意味着，上述实施例的中的电机不仅具有驱动机构的作用，而且配合仅仅具有2个垂直平面的支架还具有连接件的作用。

对于四自由度的按摩手：

在另一个实施例中，

支架二38中的第二平面38P2，在其第一平面38P1的一个边上，两个平面互相垂直。

在另一个实施例中，

支架三40、支架四42的形状，大致呈镜像对称。

在另一个实施例中，

支架三40中的第二平面40P2，在其第一平面40P1的一个边的延长线的方向上，两个平面互相垂直。

在另一个实施例中，

支架四42中的第二平面42P2，在其第一平面42P1的一个边的延长线的方向上，两个平面互相垂直。

在另一个实施例中，

支架二38、支架三40中的两个平面均包括弧形侧表面。

在另一个实施例中，

支架五44仅有一个平面44P2包括弧形侧表面。

在另一个实施例中，

每个电机为圆柱体形状，其具有第一和第二底面。

进一步参见图9A，在另一个实施例中，

支架一36的平面的底侧用于连接Y轴组件；

轴电机一37第一底面处的轴安装在支架一36的平面的顶侧，且轴电机一37第二底面处的轴安装在支架二38的第一平面38P1的下方；

在支架二38的第一平面38P1的上方，所朝向支架二38的第二平面38P2上，轴电机二39第一底面处的轴安装其上；

轴电机二39第二底面处的轴，则安装在支架三40的第二平面40P2上，其中，所述支架三40的第二平面40P2平行且正对所述支架二38的第二平面38P2；

并且，所述轴电机一37与轴电机二39所代表的两个圆柱体的中轴线，二者的延长线相交于一点P且二者的延长线为垂直关系。

在另一个实施例中，

轴电机三41第一底面处的轴，安装在所述支架三40的第一平面40P1上；

轴电机三41第二底面处的轴，则安装在所述支架四42的第一平面42P1上，其中，所述支架三40的第一平面40P1平行且正对所述支架四42的第一平面42P1；

并且，对于所述轴电机一37、轴电机二39、轴电机三41所代表的各自圆柱体的中轴线，

所述中轴线在各自圆柱体的两个底面之间，

对于轴电机一37的中轴线的中点O1，轴电机二39的中轴线的中点O2，轴电机三41的中轴线的中点O3，

直线O1O2，与第一支架的唯一平面呈垂直关系；

直线O2O3，与第一支架的唯一平面呈平行关系；

且直线O1O2，大致或完全垂直于直线O2O3。

在另一个实施例中，

轴电机四43第一底面处的轴，安装在所述支架四42的第二平面43P2上；

轴电机四43第二底面处的轴，则安装在所述支架五44的第二平面44P2上，其中，所述支架四42的第二平面42P2平行且正对所述支架五44的第二平面44P2；且支架五44的第一平面44P1上设置所述柔性触觉传感器；

并且，对于所述轴电机二39、轴电机三41、轴电机四43所代表的各自圆柱体的中轴线，

所述中轴线在各自圆柱体的两个底面之间，

对于轴电机二39的中轴线的中点O2，轴电机三41的中轴线的中点O3，轴电机四43的中轴线的中点O4，

直线O2O3，与第一支架的唯一平面呈平行关系；

直线O3O4，与第一支架的唯一平面呈平行关系；

且直线O2O3，大致或完全垂直于直线O3O4。

在另一个实施例中，

支架一36用于确保轴电机一37 0～360°自由度，其支架形状不限，能固定到Y轴组件即可；

支架二38用于确保轴电机二39在横向和纵向有0～180°自由度；

支架三40用于确保轴电机三41在横向和纵向有0～180°自由度；

支架四42用于确保轴电机四43在横向和纵向有0～180°自由度。

在另一个实施例中，

所述柔性触觉传感器为圆形或其他形状。

能够理解，这既利用了柔性触觉传感器中双层柔性层结构的柔软性，也利用圆形能够模拟手指肚。此外，其他形状可以根据具体应用场景而定。

在另一个实施例中，

所述表皮层和真皮层均采用基于硅橡胶材料的柔性材料。例如，所述表皮层和真皮层均采用基于PDMS硅氧烷材料的柔性材料。

典型的，所述硅橡胶材料为化学硅橡胶材料。需要说明的是，具备透光性和柔软性的柔性材料，也可以进一步扩大到除了硅橡胶材料之外的其他材料。

进一步的，表皮层和真皮层甚至也可以采用基于不同材料的柔性材料，以灵活的调控柔软性和透光性。

在另一个实施例中，

所述真皮层的厚度大于所述表皮层的厚度，优选的，所述真皮层的厚度大于10mm，所述表皮层的厚度小于5mm。

在另一个实施例中，

所述真皮层的硬度小于表皮层，优选的，所述表皮层的硬度属于邵氏A硬度范围，其硬度值大于15；所述真皮层的硬度则小于10。

在另一个实施例中，

所述真皮层利用其自身的粘性与表皮层粘合。

以此，可以利用其自身而非引入其他胶水来粘合二者。当然，至于二者粘合后的边缘部分，由于几乎不影响传感器的工作，其边缘部分如果需要更紧密的结合，此时可以在边缘或其边缘外围涂抹透明软胶。

在另一个实施例中，

所述双层柔性层结构优选设计为易更换的耗材式柔性层。

能够理解，本实施例使得本公开揭示的按摩手的触觉传感器成为一个方便维护的触觉传感器，就像耗材更替那样。而光路中的光信号是以光的方式传输的，只要摄像头的分辨率等性能不下降，该按摩手的触觉传感器就可以长期、持续的使用。

在另一个实施例中，

可以利用涂有颜料的针，刺入所述真皮层的内部进行标记；

以便所述按摩手工作时，所述摄像头捕捉所述双层柔性层结构的形变之后进一步感测其变形。

例如，沿着真皮层的厚度方向，采用涂有颜料的针刷，一次性批量刺入真皮层的内部，而针脚的密度、高度是根据标记的密度设定来设置。能够理解，颜料的颜色是为了后期处理摄像头捕捉的图像数据时便于感测，本公开并不受具体颜色限制。理论上，除了厚度方向，也可以是别的方向(典型的，XYZ坐标系内的任何方向均可)，只要后期处理所述摄像头捕捉的图像数据时，便于感测其形变即可。能够理解，即使不同坐标系也可以通过坐标变换来处理相关数据。需要说明的是，厚度方向为优选方向，厚度方向指的是表皮层至真皮层的方向或者其相反方向。厚度上的标记，有利于后期处理图像数据时解析形变。

之所以进行标记，其是为了解决t1时刻至t2时刻，柔性层结构的形变导致的位移变化量、甚至位移变化的平均速度等参数的求取。问题的关键在于，图像数据中需要包含关于空间的基准信息。本实施例优选厚度方向上的标记，则此类标记显然成为一种辅助信息(备注：至少包括z方向上的信息)，每一处具有颜色的标记能够在柔性层结构中建立一个定位的空间信息。这些标记就可以成为额外的空间基准信息，从而去解决t1时刻至t2时刻，柔性层结构的形变导致的位移变化量、位移变化所对应的各个维度上的平均速度等参数的求取问题。

进一步的，在实施标记的情形下，t1时刻与tN时刻之间，无论t1时刻是0时刻还是别的时刻，在这段时间间隔内，本公开还可以进一步求取接触力，确切的说，至少可以进一步求取三维接触力(后文还涉及六维接触力，详见后文)。原因在于：当施加力时，表皮层的形变本身涉及一个过程，该过程从t1时刻至tN时刻，且在该过程中，涉及多个中间时刻ti(i等于2,3,4等)，如果说接触的初始位置是一个点的话，很快会变成多个接触点，而且该过程往往伴随表皮层的外表面发生了曲面意义上的变化，那么，求取接触力的话，必然涉及了中间多个时段的变化，例如t2时刻与t1时刻之间的变化、t3时刻与t2时刻之间的变化等。对于表皮层的外表面而言，这显然是一个连续的曲面变化过程，力的作用过程是动态的且涉及XYZ三个方向上的力的分量。由于所述标记等于引入了额外的空间信息，确切的说，是一种定位信息，这就使得本公开能求取该双层柔性层结构形变过程中的三维接触力。而本实施例标记的带颜色的点则成为了整个表皮层外表面曲面变化过程中始终可以去寻找的参考点或锚点，任一时刻下，所有标记是什么空间状态总是可以得知的，下一时刻下，所有标记是什么空间状态也仍然是可以得知的。光从真皮层进入表皮层，并经过反射层然后沿表皮层至真皮层方向，进入摄像头，在t1时刻至t2时刻，就能够反映出所有充当定位的标记的变化，而变化的多少以及变化的快慢，则与施加到双层柔性层结构的力具有映射关系，因此，本公开能够用于求取三维接触力。自然的，此时也能求取动态的几何形变过程。

此外，只要双层柔性层结构的形变能力足够的精微，摄像头的分辨能力没有上限，理论上，t1时刻与t2时刻的间隔就可以足够的小，本公开对接触力的求取就可以不断的提高精度。

在另一个实施例中，

可以利用激光或针，对所述真皮层的内部打上一定轮廓或图案或色块以进行标记；

以便按摩手工作时，所述摄像头捕捉所述双层柔性层结构的形变之后进一步感测其形变。

相比前一个实施例，本实施例的标记不是点作为标记，而是通过一定轮廓或图案或色块作为标记。能够理解，通过后期图像处理过程中感测相应的轮廓或图案或色块，例如一个圆、或其他轮廓、或某图案所对应的形貌，本实施例同样能感测接触力。轮廓可以指狭义的外轮廓。在本公开中，进一步推而广之，无论是前一实施例中打点进行标记，还是本实施例中打上一定轮廓或图案或色块以进行标记，标记的方式并不受限，甚至色块可以是随机色块、图案可以是随机图案，因为发明人通过各种标记的实施例，认识到：摄像头始终能够看到前后任意两个时刻之间的标记以及标记的变化即可。

在另一个实施例中，

从表皮层的外表面直至真皮层的一定深度处，沿直线方向贯穿表皮层并刺入真皮层，以形成一定深度的具有颜色的直线标记。例如，从表皮层的外表面直至真皮层的一定深度处，用周身带有颜色的针直接刺入，并在拔出针后，在双层柔性层结构中形成该颜色的直线标记。

能够理解，这同样有助于求得三维接触力，而且此种方式能够更好的观察：当表皮层的外表面被施加力时，表皮层以及真皮层的内部因形变而发生的具体变化。

以上每种标记可以是阵列式的设置在双层柔性层结构，也可以是随机分布的设置在双层柔性层结构，还可以混合使用多种不同类型的标记。

就不同的标记而言，需要说明的是：

色块比点大，所以，当形变的幅度很大时，色块比点更有优势，这是因为形变幅度很大时色块的可感测性比点要好，也能满足大形变的感测，而点则在极端情况下可能由于形变幅度大而导致某一时刻或某些时刻感测不到；如果点、色块均能够感测，那么，标记为点的话，该按摩手的分辨力高于色块，原因恰恰在于色块在尺寸上大于点，所以色块此种按摩手无法足够精细，此外色块由于形貌尺寸大也导致图像处理的计算量增大；进一步的，混合使用多种标记，则能够平衡标记的可感测性和按摩手的分辨力。

另外，不同色彩的色块比单一颜色的色块的可感测性要好，因为此时不仅色块构成一种定位信息，而且不同色彩本身也构成了一种额外辅助信息。

在另一个实施例中，

表皮层的厚度和柔软度，受双层柔性层结构在任一时刻下的静态几何特征的计算精度约束。

能够理解，表皮层越薄，越软，则可以越精确的计算任一时刻下的静态几何特征，或者说静态几何形变。

在另一个实施例中，

当所述柔性触觉传感器因接触而受接触力作用时，

所述表皮层用于拟合较高的分辨率，使得所述双层柔性层结构的形变具备表皮层的分辨率。

能够理解，表皮层自身的变形能力与其分辨率相关，变形能力越精细，分辨率越高。

在另一个实施例中，

在使用所述柔性触觉传感器时，通过感测所述双层柔性层结构的形变，表达六维接触力：除了分布于表皮层作为接触层表面的三维压力向量场，还包括三维力矩向量场。例如，X、Y、Z坐标系下的相应力矩，形象的理解是：六维力是指三维坐标轴向的力以及绕三维坐标轴的旋转力(备注：本公开中，绕三维坐标轴的旋转力理解为力矩)。

需要说明的是，这进一步强化了本公开技术的创新特性，其有助于实现六维力场的感测。能够理解，为了优化该性能的话，可以进一步调整表皮层、真皮层各自的韧性、硬度、厚度和材质。

与前文所述的CN108446042A相比，该现有技术只能感测三维力，却并不能感测绕三维坐标轴的旋转力。这种显著差异的关键在于：本公开的按摩手的柔性触觉传感器所采用的双层柔性层结构能够被捻、揉，而此种旋转动作会导致光路上的光的传播发生变化，从而被感测。

在另一个实施例中，所述硅橡胶材料的透光率为95％。

在另一个实施例中，

所述摄像头为侧面成像，这样设计的好处是在确定镜头成像角度的情况下，摄像头离双层柔性层结构更近，有利于减少按摩手的柔性触觉传感器的总高度或总厚度。

在另一个实施例中，如图11所示，

所述按摩手包括：顶盖45，电路板46，散热片47，摄像头48，中壳49，灯带50，镜片51，下盖52，双层柔性层结构53，其中，电路板46连接有加速度传感器。灯带50可以安装在中壳49与双层柔性层结构53之间，为手持的按摩传感设备内部提供光照环境。顶盖45具有至少3个连接柱，并与电路板46上的3个孔配合以固定电路板。电路板46可以进一步通过散热片连接摄像头。镜片51可以为透镜。

示例性的，顶盖45和中壳49以及下盖52可以选择ABS材料，散热片47可以选择铝合金6061。

在另一个实施例中，

中壳等各个外壳壳体可以起到遮光作用。

在另一个实施例中，

所述双层柔性层结构的表面具有粘性，其利用自身表面的粘性与无机透明材料，例如：玻璃，石英等贴合；优选的，所述双层柔性层结构可以实现为双层软垫，且断裂伸长率100％，在制得时，使用软垫模具成型，通过抽真空后，加热烘烤而成软垫；并且，真皮层较软，而且具备一定粘性，所以仅在真皮层-表皮层接触面的边缘涂上透明软胶，中间部分挤除气泡后自然粘合。能够理解，本公开中提及的各种粘合或贴合，都可能需要排除气泡，包括双层柔性层结构与无机透明材料，例如：玻璃，石英等通过自适应表面而排除气泡。

无机透明材料可以为透明(甚至透明且钢化)的玻璃，起支撑和透光作用。此外，无机透明材料的边缘尽量打磨透明。

能够理解，按摩传感设备工作时，当软垫表面受力形变后摄像头可以看到形变，这是一种图像，并通过图像的处理即可实现触觉传感及检测等后期应用。例如手感，其可以主要由表皮层接触面的形变得出。

在另一个实施例中，如果使用无机透明材料镜片，其可以选择凹透镜，以此减少摄像头和柔性层之间的距离，进而减少按摩传感设备的厚度。

参见图12A，在另一个实施例中，

当所述摄像头包括2个摄像头以形成双目摄像时，每个摄像头(例如图中的摄像头camera 1和camera 2)分别向2个摄像头之间的中心点O倾斜，以使得，在双层柔性层结构靠近摄像头的一侧，每个摄像头的视野范围最大覆盖至：该摄像头与双层柔性层结构的两端之间。该实施例的优点至少降低了对摄像头的性能和参数的要求。

比较图12A和图12B，能够发现，图12B中，两个摄像头之间水平放置，其均不涉及向中心点O倾斜，这导致了对摄像头性能的无谓浪费，且相比图12A中的摄像头，图12B中的摄像头的视野范围更大，但是超出了实际感测双层柔性层结构的两端之间视野范围中图像的需求。

因此，图12A所示的实施例使得各个摄像头的能力得到充分利用，同时，由于α＜β，本实施例也有效减小了摄像头的FOV值，降低了对摄像头的参数要求。

进一步的，在另一个实施例中，本公开还揭示了一种针对所述按摩手柔性触觉传感器所捕捉的图像数据的处理方法，包括如下步骤：

S100：对高分辨率的表皮层与真皮层成像数据进行真皮层标记检测与感测，并利用标记的位移计算三维力场；

S200：对高分辨率的表皮层与真皮层成像数据进行去燥、图像增强等处理，并对真皮层标记进行目标移除，得到高质量的表皮层高分辨率图像；

S300：基于所述高质量的表皮层高分辨率图像，计算像素梯度值，利用梯度信息对步骤S100计算得到的三维力场进行拟合以得到高分辨率的三维力场；

S400：基于三维力场数据，计算三维力矩数据，从而得到高分辨率的、包含力矩的六维力场。

对于该方法，其可以通过分析力场的数据即可判断、感测和分析接触力。形象的理解，力矩比力多了距离信息，而触觉传感器的形变则蕴含了距离发生变化的信息，涉及了距离信息和时间信息。因此，本公开采取前文所述的标记能求得三维接触力时，本公开还能进一步计算三维力矩数据以最终得到包含力矩的六维力场。当图像数据中包括了标记这类信息时，即使双层柔性层结构发生曲面变化，这些标记始终能够充当基准，图像数据的处理方法只不过是解析、计算出这些信息而已，根本的物质基础则是本公开所揭示的按摩手及其机器人。

在另一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

S500：对步骤S200计算得到的高质量的表皮层高分辨率图像，利用卷积神经网络(CNN)进行目标检测与分割，提取得到接触面变形信息。

在另一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

S600：对于所述接触面变形信息，根据检测的每帧图像的接触面变形信息在时间序列上进行融合，利用时序神经网络(RNN)进行行为感测与提取，以得到动态手感信息。

接前一个实施例，能够理解，由于形变过程中涉及了时间，在XYZ三维之外，第四维时间t被涉及，这正是本公开能够取得接触面形变信息、动态手感信息的根本原因。

综上，本公开除了提出一种新的具有柔性触觉传感器的按摩手之外，还进一步披露了：通过先进的图像识别与深度学习技术，基于表皮层的高分辨率成像数据，最终能够实现接触面六维力场计算、接触面变形感测、动态手感感测等功能。

总结如下，本公开的主要特点如下：

1、提供高分辨率、高精度的「接触力感测」并据此进行机器人的按摩手的动作。通过相应处理方法得到的接触力为「三维接触力」，其结果是分布于接触层表面的三维压力向量场，且最终可实现为六维；

2、提供高分辨率、高精度的「接触表面变形」。其结果是分布于接触层表面的三维空间位置；

3、按摩手的柔性触觉传感器的仿生的表皮-真皮双层柔性结构，除了感测表皮层变形外，通过增加感测真皮层的变形，表达「六维接触力」；其结果除了分布于接触层表面的三维压力向量场，还包括三维力矩向量场；

4、表皮和真皮层的材料表面韧性、硬度、厚度、材质等的不同配置，本公开可以测量出更大空间范围的「接触表面变形」，且保持精度；

5、通过120帧以上的高动态视觉模组，本公开还可以实现「高动态」接触力，可以更准确的测量快速变化的接触力；

6、基于深度学习的「手感」感测，将接触力和接触表面变形结果导致的不同类型的图像，通过深度神经网络，感测为多种不同手感；

7、基于深度学习的「动态手感」感测，可以在主动触摸过程中感测动态手感并对其分类。

在另一个实施例中，对于按摩机器人，所述手腕前端上可以设置多个柔性触觉传感器，每个柔性触觉传感器的外表面均为圆形以模仿指肚，并通过多个柔性触觉传感器仿真人手的按摩。例如图13所示，其示意了3个圆形柔性触觉传感器。

本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作、模块、单元并不一定是本公开所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可实现为对应的功能单元、处理器乃至系统，其中所述系统的各部分既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为智能手机、个人数字助理、可穿戴设备、笔记本电脑、平板电脑)执行本公开的各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(R0M，Read-0nly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种躺平型按摩机器人，包括：

用于供人躺平的按摩床面和至少一个按摩臂，其中，所述按摩臂上设置有对应的按摩手；

所述按摩手包括：

X轴组件，Y轴组件，Z轴组件，其中，

X轴组件沿X轴方向延伸，且在其延伸的末端与Y轴组件正交；以及，在X轴组件与Y轴组件的正交处，沿Z轴方向设置有所述Z轴组件；

Z轴组件为Z轴手腕模组，所述Z轴手腕模组包括：手腕末端、驱动机构和手腕前端；

其中，

Z轴手腕模组通过手腕末端连接于所述X轴组件与Y轴组件的正交处，并通过驱动机构带动手腕前端实现至少三自由度的运动；

手腕前端上设置柔性触觉传感器，所述柔性触觉传感器包括：

仿生的表皮层-真皮层所构成的双层柔性层结构和摄像头；其中：

所述摄像头，用于捕捉所述双层柔性层结构的形变；

所述双层柔性层结构基于具备透光性和柔软性的材料，其中，所述表皮层包括反射层，以辅助摄像头捕捉柔性触觉传感器中照射向双层柔性层结构并反射回摄像头的光线，从而感测双层柔性层结构的形变；

其中，

所述按摩臂位于按摩床面的上方和/或下方；

所述按摩臂安装在平行于按摩床面的X轴滑轨上，以使得所述按摩臂在平行于按摩床面的一个平面内运动；

所述按摩臂是一个或两个，当为两个时，所述按摩臂包括左按摩臂和右按摩臂，所述左按摩臂和右按摩臂在所述X轴滑轨上，能够做彼此远离的运动，也能够做彼此靠近的运动。

2.根据权利要求1所述的按摩机器人，其中：

所述平行于按摩床面的X轴滑轨，其一端设置在垂直于所述X轴滑轨的连杆组件的上端；

在所述连杆组件的下端，设置有平行于所述X轴滑轨的下端轨道。

3.根据权利要求2所述的按摩机器人，其中：

所述下端轨道、连杆组件、X轴滑轨，三者所在的平面，利用与所述下端轨道配合的Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，在Y方向上具有运动的能力。

4.根据权利要求3所述的按摩机器人，其中：

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床面的下底面的附近。

5.根据权利要求3所述的按摩机器人，其中：

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨，固定在靠近按摩床的床腿的下部附近。

6.根据权利要求5所述的按摩机器人，其中：

当所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨固定在靠近按摩床的床腿的下部附近，且所述按摩床面中央包括开孔；

所述连杆组件的上下端之间还设置平行于下端轨道且位于下端轨道上方的第二X轴滑轨，并且，所述第二X轴滑轨位于按摩床面的下方；其中，

所述第二X轴滑轨上设置有至少一个按摩臂，按摩臂上设置有按摩手，所述按摩手向上以朝向按摩床，对躺平在按摩床上的用户进行按摩。

7.根据权利要求4或5所述的按摩机器人，其中：

所述Y轴左滑轨和Y轴右滑轨位于按摩床的两侧，并通过多个连接片与床体固定。

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