1、团队成员：陈方正团队成员：陈方正 张智瑞张智瑞 肖航肖航 张迪张迪 黄涛黄涛 徐徐洪率洪率 指指导老师：马爱梅导老师：马爱梅单位：山东建筑大学单位：山东建筑大学 机电工程学院机电工程学院设计背景及简介设计背景及简介功能组合展示功能组合展示设计创新点设计创新点市场预期及发展前景市场预期及发展前景按摩机器人内容摘要内容摘要 摘要摘要：本作品能够根据按照身体穴位对身体多个部位进行柔和捏,可实现自助按摩。本系统采用一种全新的按摩方式模仿人手对人体进行按摩，不同于常见的按摩器械，本产品以电能作为动力来源,可以省去人力,节省时间。以单片机作为控制系统，易于实现,操作简单方便，价格低廉。关键词关键词：按摩；
2、按摩机器人；STC89C51单片机；ULN2003AG；继电器按摩机器人1 1、产品设计背景、产品设计背景按摩机器人设设计背景及简介计背景及简介 随着老龄化步伐的加快，中老年人的随着老龄化步伐的加快，中老年人的 康、照顾对大家提出了严重的考验。中医按康、照顾对大家提出了严重的考验。中医按摩在日常保健、医疗中起到了举足轻重的作摩在日常保健、医疗中起到了举足轻重的作用，至今为止，中医按摩只是由有经验的按用，至今为止，中医按摩只是由有经验的按摩师人工进行。近些年，虽然市场上出现了摩师人工进行。近些年，虽然市场上出现了很多按摩器械，在一定程度上丰富、扩大了很多按摩器械，在一定程度上丰富、扩大了按摩保健
3、治疗的范畴，但是由于机械力度难按摩保健治疗的范畴，但是由于机械力度难以掌握，振动频率不易控制，大多按摩器械以掌握，振动频率不易控制，大多按摩器械还不能达到高水平按摩师的效果。鉴于此，还不能达到高水平按摩师的效果。鉴于此，我们共同设计了一款可以模拟人手进行柔和我们共同设计了一款可以模拟人手进行柔和捏的按摩机器人。捏的按摩机器人。按摩机器人 中医按摩亦称中医推拿，即用手或是肢体中医按摩亦称中医推拿，即用手或是肢体其他部分，按照各种特定的技术和规范化动其他部分，按照各种特定的技术和规范化动作，在按摩对象的体表上的穴位进行按摩，作，在按摩对象的体表上的穴位进行按摩，使其获得良性刺激，从而达到预防和治疗
4、疾使其获得良性刺激，从而达到预防和治疗疾病的一种技巧动作。按摩手法的特点是，动病的一种技巧动作。按摩手法的特点是，动作细腻柔和、技巧性较强、适应范围广，能作细腻柔和、技巧性较强、适应范围广，能治疗临床各科疾病，可根据不同病症和治疗治疗临床各科疾病，可根据不同病症和治疗部位选择应用。部位选择应用。中医常用按摩手法中医常用按摩手法 按摩手法种类繁多，按其运动学与动力学按摩手法种类繁多，按其运动学与动力学特征可分为滚动类、摩擦类、振动类、揉搓类、特征可分为滚动类、摩擦类、振动类、揉搓类、击法类、捏拿类、按压类等，临床当中手法往击法类、捏拿类、按压类等，临床当中手法往往是复合使用的。这里只是对部分手法
5、做一个往是复合使用的。这里只是对部分手法做一个简单的分析。简单的分析。按摩机器人掌揉是复合手法，由按法与揉法复合而成。用掌揉是复合手法，由按法与揉法复合而成。用掌跟沿掌跟沿Z Z轴方向施加力，绕轴方向施加力，绕Z Z轴揉动，通过轴揉动，通过X X轴和轴和Y Y轴方向的移动调整掌揉部位，重复掌揉动作。由轴方向的移动调整掌揉部位，重复掌揉动作。由以上分析可以看到完成该按摩手法需要四个自由以上分析可以看到完成该按摩手法需要四个自由度，分别是度，分别是X X、Y Y、Z Z方向的移动和绕方向的移动和绕Z Z轴的转动，轴的转动，该按摩手法的频率是该按摩手法的频率是120160120160次每分钟。次每分
6、钟。掌揉图掌揉手法分析掌揉手法分析按摩机器人 以拇指与余四指的对合力，着力于施以拇指与余四指的对合力，着力于施治部位，反复、交替、持续、均匀地捏皮治部位，反复、交替、持续、均匀地捏皮肉肌筋，称为捏法。沿肉肌筋，称为捏法。沿Z Z轴运动，使掌心作轴运动，使掌心作用于体表，用拇指与余四指对合，达到捏用于体表，用拇指与余四指对合，达到捏法动作要求。完成该手法需要四个自由度，法动作要求。完成该手法需要四个自由度，分别是沿分别是沿X,Y,Z X,Y,Z 轴三个方向的移动，轴三个方向的移动，完成捏拿部位的对准，还有产生捏拿对合完成捏拿部位的对准，还有产生捏拿对合力一个自由度，该自由度为平行于按摩部力一个自
7、由度，该自由度为平行于按摩部位中心轴的转动位中心轴的转动。捏法分析捏法分析按摩机器人2.主要功能的实现按摩机器人设计草图机械手的主体结构由底座1，纵向滑台4，可伸出机械臂9，可回转机械手安装平台6和机械手7五大部分组成。按摩机器人机械臂的伸出端安装有可回转机械机械臂的伸出端安装有可回转机械手安装平台手安装平台6 6，平台与可伸缩机械，平台与可伸缩机械臂臂9 9铰接，通过一对齿轮传动与一铰接，通过一对齿轮传动与一个和机械臂相连接的减速电机个和机械臂相连接的减速电机5 5相相连，用于控制可回转机械手安装平连，用于控制可回转机械手安装平台与地面的相对转角。平台上安装台与地面的相对转角。平台上安装有执
8、行揉动作的电机有执行揉动作的电机8 8，电机上安，电机上安装有曲柄，与机械手相连。通过电装有曲柄，与机械手相连。通过电机带动曲柄旋转，从而带动机械手机带动曲柄旋转，从而带动机械手的旋转，实现揉的动作。机械手安的旋转，实现揉的动作。机械手安装在机械臂的最前端，采用曲柄连装在机械臂的最前端，采用曲柄连杆机构。步进电机通过弹簧与曲柄杆机构。步进电机通过弹簧与曲柄相连，通过控制步进电机的摆动控相连，通过控制步进电机的摆动控制手指的张开与闭合，模仿人捏的制手指的张开与闭合，模仿人捏的按摩动作。通过控制步进电机摆角，按摩动作。通过控制步进电机摆角，控制捏的力度大小。手指上有许多控制捏的力度大小。手指上有许
9、多小的突起，用于提高按摩的效果。小的突起，用于提高按摩的效果。按摩机器人底座底座1 1，纵向滑台，纵向滑台4 4，可伸缩，可伸缩机械臂机械臂9 9构成了机械手的主构成了机械手的主体框架，用于调整机械手的体框架，用于调整机械手的空间位置。其采用丝杠螺母空间位置。其采用丝杠螺母3 3、7 7传动。底座中安装有小传动。底座中安装有小车，通过丝杠与底座端部的车，通过丝杠与底座端部的减速电机减速电机1313连接可在导轨中连接可在导轨中横向运动。纵向滑台横向运动。纵向滑台4 4上装上装有机械手的其它部件，由导有机械手的其它部件，由导轨轨2 2导向，通过丝杠与导轨导向，通过丝杠与导轨顶部的减速电机顶部的减速
10、电机1010相连，控相连，控制纵向滑台制纵向滑台4 4的上下移动。的上下移动。可伸出机械臂可伸出机械臂9 9安装在纵向安装在纵向滑台滑台4 4上，通过丝杠上，通过丝杠1111与减与减速电机速电机1212相连，控制可伸缩相连，控制可伸缩机械臂机械臂9 9的伸缩。的伸缩。按摩机器人按摩机器人整体效果图整体效果图 主要设计目标及解决方案主要设计目标及解决方案 在设计中，我们面临的问题主要是实现在设计中，我们面临的问题主要是实现机械手对按摩手法的模拟，机械手基本框架机械手对按摩手法的模拟，机械手基本框架的构建，以及机械手的控制的实现。的构建，以及机械手的控制的实现。在制作过程中，我们采用曲柄连杆机构和
11、凸轮在制作过程中，我们采用曲柄连杆机构和凸轮机构实现了机械手对按摩手法中柔和捏模拟。机构实现了机械手对按摩手法中柔和捏模拟。采用常规的螺母丝杠及齿轮副实现了机械手整采用常规的螺母丝杠及齿轮副实现了机械手整体骨架的构建，并实现了机械手左右，上下，前体骨架的构建，并实现了机械手左右，上下，前后以及转角调节四个自由度。后以及转角调节四个自由度。控制部分骨架部分采用一般的换向电路，按钮控制部分骨架部分采用一般的换向电路，按钮式控制，以使机器人按摩人所需要按摩的部位。式控制，以使机器人按摩人所需要按摩的部位。按摩部位以单片机按摩部位以单片机PLC作为控制系统，配合使用作为控制系统，配合使用ULN2003
12、，继电器，步进电机等实现手的柔和，继电器，步进电机等实现手的柔和捏的动作。捏的动作。按摩机器人设计方案电机电机正正反转反转按键开关按键开关ULN2003AG单片机单片机按摩机器人控制电路控制电路 手部控制电路电路图手部控制电路电路图 本机械手的控本机械手的控制电路大体可分为两制电路大体可分为两个部分，一部分是用个部分，一部分是用于控制底部的小车、于控制底部的小车、纵向滑台、可伸缩机纵向滑台、可伸缩机械臂以及机械手安装械臂以及机械手安装平台转角的电机的电平台转角的电机的电路。采用普通的换向路。采用普通的换向电路，按键控制，采电路，按键控制，采用用12V12V电压。另一部分电压。另一部分用于控制机
13、械手，揉用于控制机械手，揉动作电机。采用单片动作电机。采用单片机和机和20032003芯片进行控芯片进行控制。当由捏切换到揉制。当由捏切换到揉的动作时，可以保证的动作时，可以保证手指完全张开，作为手指完全张开，作为揉的工作平面。捏的揉的工作平面。捏的动作由两个按键控制动作由两个按键控制步进电机不同的摆角，步进电机不同的摆角，实现力度的调节。实现力度的调节。按摩机器人控制电路控制电路 大架控制电路电路图大架控制电路电路图按摩机器人3.产品创新点产品创新点按摩机器人 本作品的设计目的在于实现对本作品的设计目的在于实现对柔和捏柔和捏这两种按摩手法的模拟这两种按摩手法的模拟,进进而实现自助按摩而实现自
14、助按摩,达到人性化，智达到人性化，智能化能化,节能化。意义在于实现一种节能化。意义在于实现一种新的机械按摩方法，节约人力、新的机械按摩方法，节约人力、物力，提高按摩效率和质量。同物力，提高按摩效率和质量。同时该机器人具有很大的发展空间，时该机器人具有很大的发展空间，通过改进可以与自动定位相结合，通过改进可以与自动定位相结合，通过加装力传感器，使按摩手法通过加装力传感器，使按摩手法更加准确，实现人工控制和自动更加准确，实现人工控制和自动控制的结合。最终达到全身自动控制的结合。最终达到全身自动化按摩的目的。化按摩的目的。按摩机器人4.项目意义及市场前景按摩机器人 意义在于实现模拟人的按摩手法，以自
15、动化代替人工，节约人力、物力，降低成本。课题的主要内容是分析按摩手法，建立中医按摩机器人的虚拟样机，并对部分按摩手法进行仿真分析，进而为进一步的完善打好基础。通过课题的研究，分析了按摩手法，建立了按摩机器人的虚拟样机，验证了按摩手法的可实现性，得到了掌揉手法的驱动函数的一种方法，改善了捏手法的应用性，节省了研究成本，缩短开发周期。项目意义按摩机器人市场价值 现如今，无论是国内还是国外，现如今，无论是国内还是国外，在按摩这一方面的器械并不多样化，在按摩这一方面的器械并不多样化，大多是单功能或是多功能按摩椅。中大多是单功能或是多功能按摩椅。中国医疗器械的发展速度令世界都为之国医疗器械的发展速度令世
16、界都为之瞩目。有一种说法是瞩目。有一种说法是“谁能占据中国谁能占据中国的医疗器械市场，谁就能赢得未来的医疗器械市场，谁就能赢得未来”。无论从市场还是从企业本身来看，中无论从市场还是从企业本身来看，中国的医疗器械产业都具有巨大的投资国的医疗器械产业都具有巨大的投资回报潜力。回报潜力。按摩机器人 虽然我们已经尽虽然我们已经尽力完善，但是我们知力完善，但是我们知道我们的作品还存在道我们的作品还存在很多不足之处，我们很多不足之处，我们会认真听取各位老师会认真听取各位老师和同学们的意见。在和同学们的意见。在今后的日子里，将机今后的日子里，将机器人的各项功能继续器人的各项功能继续完善。完善。展望按摩机器人按摩机器人
