按摩機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文以國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重點(diǎn)課題“面向老年腰腿疼痛的中醫(yī)按摩機(jī)器人平臺(tái)研究”（課題編號(hào)：2008AA040205）和“中醫(yī)按摩機(jī)器人”（課題編號(hào)：2010AA040201）為背景，對(duì)按摩機(jī)器人的一系列關(guān)鍵技術(shù)（包括按摩部位軟組織的生物力學(xué)特性、按摩機(jī)器人體系機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、按摩機(jī)器人構(gòu)型、按摩機(jī)器人安全策略、按摩機(jī)器人應(yīng)用實(shí)驗(yàn)）展開研究。
　　按摩是治療老年腰腿疼痛等慢性疾病的有效方法，其治療效果受按摩師的經(jīng)

2、驗(yàn)、體力等眾多因素制約。因此，圍繞能夠代替按摩師為患者提供規(guī)范、高效、安全按摩治療的機(jī)器人的研究備受學(xué)者廣泛關(guān)注。但由于按摩手法的多樣性，按摩力量的標(biāo)準(zhǔn)性，按摩治療的可靠性和按摩治療的規(guī)范性對(duì)機(jī)器人的理論和方法提出了新的要求，一些按摩機(jī)器人關(guān)鍵問題還沒有突破，導(dǎo)致目前還沒有按摩機(jī)器人的臨床應(yīng)用。
　　按摩部位的軟組織特性對(duì)按摩機(jī)器人的控制影響較大。本文以在線測(cè)試的軟組織應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)軟組織的物理模型和本構(gòu)方程展開了研究。

3、首先，參考腰部軟組織解剖結(jié)構(gòu)研究按摩部位軟組織物理模型；以軟組織物理特征在線測(cè)量為目標(biāo)，搭建軟組織應(yīng)力應(yīng)變?cè)诰€測(cè)量平臺(tái)，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)；對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合質(zhì)點(diǎn)彈性模型，提出變剛度彈性模型；在此基礎(chǔ)上，利用最小二乘法，提出了快速在線建立大變形軟組織力學(xué)模型的方法，為機(jī)器人的精密力位控制提供依據(jù)。
　　按摩機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)決定了它對(duì)環(huán)境和任務(wù)的行為自主決策能力及自適應(yīng)實(shí)時(shí)反應(yīng)能力，是影響按摩功能和療效的關(guān)鍵問題之一。本文將機(jī)器

4、人、人和按摩環(huán)境組合為一個(gè)完成按摩治療任務(wù)的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，機(jī)器人作為其中一個(gè)子系統(tǒng)。通過層次任務(wù)分析和人類行為決策模型，明確人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的任務(wù)分工以及合作模式和內(nèi)容，以傳感器信息和人機(jī)交互信息為紐帶，構(gòu)建面向人機(jī)共存社會(huì)的人機(jī)協(xié)同機(jī)器人體系。為不同按摩任務(wù)和按摩環(huán)境下的機(jī)器人研究提供框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了按摩機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
　　機(jī)器人的構(gòu)型是模擬專業(yè)按摩師實(shí)現(xiàn)靈活按摩手法的關(guān)鍵。本文在分析按摩手法運(yùn)動(dòng)特征的基礎(chǔ)上結(jié)合按摩

5、治療需求，采用模塊化構(gòu)型將機(jī)器人分為定位模塊、按摩模塊和按摩靈巧手，并針對(duì)按摩手法對(duì)手腕的靈活、剛度需求，模擬人手腕的靈活結(jié)構(gòu)，提出了串并聯(lián)球型腕結(jié)構(gòu)。利用定位模塊將按摩模塊和按摩靈巧手移動(dòng)到按摩位置，按摩模塊通過靈活的球心腕結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滾、振和掌揉等手法，靈巧手實(shí)現(xiàn)拿捏和指壓手法。
　　安全性是按摩機(jī)器人的首要屬性。本文在分析按摩任務(wù)和環(huán)境的基礎(chǔ)上利用故障樹模型對(duì)按摩機(jī)器人可能發(fā)生的故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，并通過合理的故障檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置和