一种中医按摩机器人控制系统的研制

摘要

随着社会发展与医疗水平的不断提高，老龄化已经成为一个全球现象，中国作为发展中国家面临的人口老龄化问题更为严重，老龄化加剧带来的失能、患病老人增多的问题与我国目前医疗服务行业发展不完善之间的矛盾将会日益加剧。随着科学技术水平的不断提高与机器人技术的日益成熟，服务型机器人的出现成为这一社会矛盾的最佳解决方案。中医按摩理疗作为一种辅助疗法已在世界范围内被广泛接受，并在治疗中老年慢性疾病方面取得了不错的效果。因此，如何将中医按摩理论成功应用于机器人中成为了研究的新热点。目前市场上流行的按摩理疗设备功能单一而且智能化程度不高，更不能完全代替按摩师进行按摩理疗，因此研制中医按摩机器人有着深远的理论意义与社会意义。
　　在国家863计划的支持下，山东建筑大学机器人技术与智能系统研究院近几年开展了中医按摩机器人的研究，目前已经完成两代中医按摩机器人的研制。本文在前两代按摩机器人的基础上进行了第三代中医按摩机器人的研制，进行了按摩机器人的系统结构设计，其中对控制系统进行了重点的研究与设计。本文的主要研究内容有:
　　1、阐述了本课题研究的背景与意义，并研究介绍了按摩机器人的国内外研究现状；
　　2、介绍了中医按摩机器人的功能实现，并对机器人系统的整体结构与运动控制系统进行了设计，，进而根据系统需求完成了运动控制器、电机驱动模块、电源模块、传感器以及上位机等设备选型与按摩机器人的按摩装置设计
　　3、根据中医按摩机器人整体结构，运用D-H建模的方法建立了按摩机器人的运动学模型，并完成了按摩机器人的运动学坐标系的建立，对按摩机器人的运动学正、逆解进行了分析和研究，最后运用MATLAB进行了仿真验证；
　　4、为了能够使机器人系统满足安全性、可靠性、舒适性的要求，对机器人柔顺控制方法进行了研究，并将阻抗控制算法应用到按摩机器人中，建立了按摩机器人的动力学模型，运用MATLAB和ADAMS进行了中医按摩机器人阻抗控制策略的仿真验证；
　　5、介绍了按摩机器人运动控制系统的软硬件实现，主要包括按摩机器人控制系统的电气设计和控制系统软件编程实现，最后对上位机的设计实现进行了介绍；
　　6、最后，对中医按摩机器人系统进行了调试，并以腰间盘突出病症为例，结合腰间盘突出的病症分析和中医推拿手法理论知识，对中医按摩机器人按摩手法进行了临床试验验证。
　　本课题将传统中医按摩手法与机器人技术相结合研制了中医按摩机器人，能够代替按摩师进行按摩理疗，可有效改善目前医疗保健资源有限与人口老龄趋势严重的社会现状，具有较高的推广应用价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 按摩机器人的研究现状

1.3 本课题主要工作

第2章 中医按摩机器人系统结构设计

2.1 中医按摩机器人功能介绍

2.2 按摩机器人系统整体结构

2.3 中医按摩机器人运动控制系统设计

2.4 本章小结

第3章 按摩机器人运动学建模与分析

3.1 按摩机器人坐标系的建立

3.2 按摩机器人正运动学分析

3.3 机器人逆运动学分析

3.4 机器人运动学仿真分析

3.5 本章小结

第4章 中医按摩机器人柔顺控制策略研究

4.1 柔顺控制定义及控制策略

4.2 柔顺控制在中医按摩机器人上的应用

4.3 阻抗控制算法仿真实验

4.4 本章小结

第5章 中医按摩机器人运动控制系统实现

5.1 运动控制系统的硬件设计实现

5.2 按摩机器人电气系统设计实现

5.3 控制系统的软件实现

5.4 上位机设计实现

5.5 本章小结

第6章 中医按摩机器人系统调试与试验

6.1 按摩机器人系统调试

6.2 中医按摩理论知识

6.3 腰间盘突出病状与治疗方案分析

6.4 按摩机器人按摩方案流程实现

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 本文总结

7.2 研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况