按摩機器人關鍵技術研究.pdf

1、本文以國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）重點課題“面向老年腰腿疼痛的中醫(yī)按摩機器人平臺研究”（課題編號：2008AA040205）和“中醫(yī)按摩機器人”（課題編號：2010AA040201）為背景，對按摩機器人的一系列關鍵技術（包括按摩部位軟組織的生物力學特性、按摩機器人體系機構及控制系統(tǒng)設計、按摩機器人構型、按摩機器人安全策略、按摩機器人應用實驗）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、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、安全按摩治療的機器人的研究備受學者廣泛關注。但由于按摩手法的多樣性，按摩力量的標準性，按摩治療的可靠性和按摩治療的規(guī)范性對機器人的理論和方法提出了新的要求，一些按摩機器人關鍵問題還沒有突破，導致目前還沒有按摩機器人的臨床應用。
　　按摩部位的軟組織特性對按摩機器人的控制影響較大。本文以在線測試的軟組織應力、應變數(shù)據(jù)為依據(jù)，對軟組織的物理模型和本構方程展開了研究。

3、首先，參考腰部軟組織解剖結構研究按摩部位軟組織物理模型；以軟組織物理特征在線測量為目標，搭建軟組織應力應變在線測量平臺，并采集相關數(shù)據(jù)；對采集的數(shù)據(jù)進行分析，結合質(zhì)點彈性模型，提出變剛度彈性模型；在此基礎上，利用最小二乘法，提出了快速在線建立大變形軟組織力學模型的方法，為機器人的精密力位控制提供依據(jù)。
　　按摩機器人的體系結構決定了它對環(huán)境和任務的行為自主決策能力及自適應實時反應能力，是影響按摩功能和療效的關鍵問題之一。本文將機器

4、人、人和按摩環(huán)境組合為一個完成按摩治療任務的人機環(huán)境系統(tǒng)，機器人作為其中一個子系統(tǒng)。通過層次任務分析和人類行為決策模型，明確人機環(huán)境系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的任務分工以及合作模式和內(nèi)容，以傳感器信息和人機交互信息為紐帶，構建面向人機共存社會的人機協(xié)同機器人體系。為不同按摩任務和按摩環(huán)境下的機器人研究提供框架結構，并設計了按摩機器人的控制系統(tǒng)。
　　機器人的構型是模擬專業(yè)按摩師實現(xiàn)靈活按摩手法的關鍵。本文在分析按摩手法運動特征的基礎上結合按摩

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