仿人机械手中医按摩手法的建模与柔顺控制

摘要

随着国民经济的发展，中国正在逐步地进入老龄化社会，由于我国的人口基数大，服务业发展相对滞后，使得相关扶老助老行业发展的严重不足。中医推拿按摩作为中医的一种物理疗法，在医疗保健方面有着很多的应用，作为一种清洁的治疗方法，长期以来一直受到广大患者的认可。研究开发一种中医按摩机器人来代替按摩技师对老年人进行医疗保健护理，解决当前助老扶老行业人力资源不足的问题成为当前迫切需要解决的问题。近些年来随着中医按摩医学在世界范围的流行，国内外的专家学者们对按摩机器人的技术问题进行了大量的研究。中国国家“十一五”高新技术发展规划(“863”计划)先进制造技术领域服务机器人重点项目课题，也对中医按摩机器人进行了立项研究。
　　 山东建筑大学机器人研究所承担了该项目，研制开发了中医按摩机器人，将按摩技师从繁重的体力劳动中解放出来。中医按摩机器人的研制已经经历了两代，本论文利用中医推拿按摩理论、计算机、自动控制理论、机电一体化技术，设计了一种能够实现多种按摩手法的第二代中医按摩机器人的运动控制系统。
　　 本文对按摩机器人的总体结构进行了设计，并对机器人的传感器单元、运动控制单元、执行动作的机械臂和仿人机械手模块进行了设计。设计完成了中医按摩机器人运动控制柜，并综合考虑电磁兼容、散热等因素完成了控制柜内部电源线和控制信号线的布置，保证了整个运动控制系统的安全稳定运行。
　　 在中医按摩机器人机械结构的基础上，对整个系统进行运动学建模，按照D-H算法建立机械臂和仿人机械手的运动学方程，推导机械手在基坐标系下的位置与关节转动变量之间的关系，利用MATLAB进行了轨迹的仿真。针对按摩机器人所要求的安全性、可靠性、舒适性等，依据柔顺控制的相关理论对仿人机械手进行研究，并将其算法应用于中医按摩机器人运动控制系统中。以掌揉手法为例，进行了相关算法的研究和仿真实验。
　　 根据中医按摩机器人的基本机械结构参数和相关算法研究，对运动控制进行编程；对于相关的按摩手法，进行了编程实现；对上位机的编程和部分算法进行了研究以实现操作者对按摩机器人的控制。对中医按摩机器人进行了临床试验，以某个典型的患者为例，对整个流程进行了叙述。
　　 对本文研究设计的中医按摩机器人进行总结，同时提出了可以进一步改进的地方，对按摩机器人进行了未来发展的展望。