最新按摩机器人技术的发展现状和趋势

1、按摩机器人技术的发展现状和趋势摘要：按摩是具有中医特色的传统古老治疗方法之一，操作简便，效果明显，疗效肯定。 本文首先介绍了国内外按摩机器人的发展现状，其次介绍了按摩机器人关键技术按摩方法的生物力学研究情况，最后就目前按摩机器人存在的问题，介绍了按摩机器人的发展趋势。引言随着医学模式的转换，人们对自然疗法的追求显着增加，按摩椅、按摩床等医疗器械发展迅速，而目前按摩器械由于缺乏中医基础理论指导，设计不符合人体的生理结构和反馈调节机制，大大限制了其临床疗效，大大限制了中医的特色和按摩机器人的出现和发展大大弥补了目前按摩器具的缺点，发挥了我国传统按摩理论的巨大作用。一、按摩机器人国内外发展现状1 .

2、海外按摩机器人的发展现状作为以中医按摩为服务型机器人研究的领域，在包括日本、韩国、美国在内的国家，由于该机器人研究的技术优势，有很多按摩机器人的研究正在进行。三洋电机株式会社机电一体化研究中心的Masao Kume等人设计了机械疗法单元MTU (Mechanotherapy Unit )，验证了开发智能按摩机器人的可能性。 有4个自由度，可以实现肩膀的“捏”按摩动作。 如图1所示。比较图1 MTU、MTU和人手节点的结构，图2是模拟专家按摩动作的多指机器人日本丰桥技术科学大学和日本岐阜工业高等专科学校的panyaminYu等人，如图2所示，设计出了具有4根手指、13根关节的模拟多指按摩机器人。

3、 首先，利用分散压力传感器制作的数据手套，测定专家按摩时指尖的力，然后机器人手用6维力传感器通过闭环的位置/力控制再现人类专家的指尖按摩力，按摩部位通过示教来确定。 根据人类肩膀的按摩测试，多指机器人可以模拟专家的按摩动作。早稻田大学和朝日大学牙科院的takanishi等人，如图3所示，共同开发了早稻田朝日面部康复机器人WAO-1。 机器人为箱状，长60cm，宽48cm，高78cm，重63kg，两侧各有1根6自由度机械臂：底座为2个平移自由度，机械臂为4个旋转自由度。 在臂上安装有扭矩限制器，如果按摩力小于设定值，则可以通过力限制扭矩器传递按摩力，相反，扭矩限制器禁止按摩力传递到人体脸部，保证

4、按摩的安全性。 机械臂的前端设有可更换的柱塞，有半球、球、单辊、双辊4种形状，由弹性材料制成，是机器人与患者脸部直接接触的部分。 按摩时，机器人首先用计算机断层扫描仪扫描人脸，根据图像分析结果设计适合患者的按摩方式。 机器人可以实现“推拿”和“摩擦”两种脸部按摩动作。图3日本面部康复机器人WAO-1韩国建国大学机械工程学智能控制和机器人技术实验室的Chul-goo Kang等人设计了两种被人敲过的人偶按摩机器人的概念模型。 如图4所示，这个机器人具有友好柔软的形象，最初的模型由1自由度的躯干和2个3自由度的臂和手构成。 第二个模型除了第一个模型外，还消除了躯干的自由度，增加了每个手臂的自由度，

5、使躯干向后倾斜，使手臂有足够的运动空间。 然后利用Matlab的Robotics工具箱模拟验证了概念原型的可行性。(a )第一个模型(b )第二个模型图4人偶按摩机器人的概念模型图5新型中医伤科医疗用按摩机器人美国专利US2001014781A1公开了一种通过使一个手指接近或远离另一个手指来以手指的移动来按摩人体的带机器人手的按摩机。2、国内按摩机器人的发展现状国内在按摩机器人方面进行了基础研究，着重于机械结构的设计和按摩方法的分析。江苏大学(机械工学学院)和厦门集美大学(机械工学学院)合作开发了新型中医伤科医疗用推拿机器人。 以二直动一转三自由度并联机构为主体，利用移动副将并联机构整体连接在

6、框架上，在平台上配置与该平台垂直的旋转副，实现了混合型五自由度并联机构。 在这个旋转轴上安装“按摩手”，就能完成中药按摩法、按摩法、推拿法等手法，该研究偏向于推拿机器人的机械构造设计，关于控制的研究很少。 并联机构刚性大，运动惯性小，精度高，但作业空间和灵活性受到限制，对部件性能有很高的要求。水星人公司开发了有给人按摩洗澡能力的机器人。 这个按摩机器人实现了自动寻找人体穴位，机械主动按摩，机械从上向下按摩三项技术突破。 该按摩机器人能够通过引导装置自动地发现被按摩者的经络和穴位，定位精度不到5毫米。 该按摩机器人的组合机器人能够完成传统的按摩按、拿、按、点按、揉、敲、振动等12种按摩方法和身体

7、淋浴、按油等动作，各种方法和动作实现轻重、频率的变化按摩机器人“脑”配备了“按摩专家系统”，该系统目前有100套以上的按摩过程，这些过程大致可以分为保健、疾病辅助治疗、减肥、美容四大效果。二、按摩方法的生物力学研究国内发展现状近几十年来智能机器人的发展非常进步，用智能机器人的先进技术按摩机器人的重要问题是模拟人工按摩的按摩方法。 在模拟专家按摩方法时，专家按摩方法的生物力学参数的提取和研究非常重要。 因此，按摩方法的生物力学研究进展情况直接影响到按摩机器人的发展。 综合多年研究成果，主要围绕方法力学参数、方法力学效果、方法力学模型(特征)和方法内涵进行实验研究。1 .按摩方法的力学参数成都骨科

8、医院周太安等认为，所有肌肉手法都包括力、方向、作用部位、接触面积和作用时间五个因素。佛山市同济医院和南方医科大学的图瓦拉、张晓刚等应用压力传感器Ergocheck系统对拇指指尖、指腹、手掌、双手按摩法和手掌按摩法5种方法进行了顺序测试，获得了相关方法的压力范围，如拇指指尖按摩法的海军兵种指挥学院和南方医科大学邱桂春、李义凯等应用压力传感器Ergocheck系统动态测量了术者滚动法操作时不同时间段的接触压力，选择了术者每次按压方法的最大压力、接触面积、最大压力、平均压力。 该实验初步测定了轧辊法的作用力为130235kg/cm2，得到了方法以低频作用力为主要结论，证明操作者在操作手法时力是均匀的

9、。 广东省珠海医院和中国中医科学院骨伤科研究所的秦杰、钟红刚等人使用一个结合了测力手套和测力平台的身体手法测量系统，测量了通过滚动法操作在手掌各作用点上产生的力的大小、方向和工作的大小，从能量的角度分析了方法的作用效果在整体中的比重分别为大鱼际点31.7%、小鱼际点13.9%、小指30.1%、无名指8.2%、中指16.1%。 中国中医科学院望京医院朱立国、冯敏山、钟红刚等人采用自主开发的旋转方法用体力学测量仪(专利编号： zl20020020103552.0 )动态地对旋转方法的操作过程进行体力学测量，对旋转方法操作过程的力学参数(预加载力、扳机力、最大力、作用时间、加速度、加速度研究力学参数

10、的目的之一也是为了寻找各参数之间的最佳组合，操作者很容易掌握刺激量和影响因素。 上海中医药大学岳阳中西医结合医院马惠升等人使用型按摩手法测定仪，证实滚动法操作中力3.54.5kg，频率105135次/分钟，时间8.7511.25min的组合提高腘绳血流量增益率效果最显着推拿手法的作用提示力越大，操作时间越长，治疗效果越好。2 .按摩方法的力学模型所谓手法力学模型，是通过以数学形式反映手法的操作过程，不仅有助于手法的力学特征，也有助于总结手法操作的经验，是手法力学研究的重要研究内容。 方法力学模型不仅需要分析总结必要的方法力学参数，而且需要分析总结力学参数的变化过程和力学参数间的关系，所以研究很

11、难。 目前的研究方法主要有两种：力学参数波形图研究法和纯数学模型研究法。手法的动力波形图表是手法直接反映在手术者的体表上的，不仅能提示运动力学的参数，还能从图表中知道手法操作的动作构造。 上海中医药大学和复旦大学的周信文、许世雄、谢志勇等人用中医按摩手法测定器FZ-I型，用几何指标-合力作用点轨迹形态指标r判断了滚压法形态的正确性，结果认为“心”型和“葫芦”型的几何形态基本上是以滚压法的正确动作要领得到的。 王国才等人利用“推拿手法力学信息记录系统”记录了大量的“振动法动态力波形图”，主要有直线型振动法动态力波形图和起伏型振动法动态力波形图两种基本型。 两者表示的力的强度约为1kg左右，周期为

12、0.125s，频率为8次/s，前者的钥匙齿波的峰值约为250g左右，后者的正弦波的谷点连接到山顶的振幅约为1kg。数学模型的研究方法具有独特的优点，克服了传感器精度的限制和再现性差的缺点，可以获得很多实验无法获得的重要参数，可以任意改变某些参数观察影响，可以进行积极的研究，直接指导临床实践。 复旦大学力学系和上海中医药大学推拿系陈守吉、许世雄、严隈陶等人通过建立滚动法的多刚体生物力学模型模拟手术中手臂的运动，采用第一类拉格朗日方程式，导出了与滚动法相应的10个动力学方程式(包括3个约束方程式)。3 .按摩方法的力学效果推拿手法的作用由手法刺激性、局部组织生物学特性和人体生理病理状态三个要素构成

13、。 因此，通过系统地分析上述三个因素，可以有效地总结方法的力学效果。上海中医药大学和第二军医大学附属长征医院周信文、朱梁等人通过实验观察滚动法对右腘绳肌血流量的影响，结果表明滚动法以120次/min左右的频率推拿合适，以7kg时的力量效果最好，合适的手法时间好。 浙江中医学院杨国平等应用SONYTR-675E摄像机、Panasonic NV-PD92摄像机等测量仪，上肢抖动法的频率等参数取决于患者的病情，频率通常为247438次左右，摇摆幅度为1.46cm左右。 上海中医药大学针推学院的郑娟1111可卡可卡可卡可卡可卡可卡至少超过300次/min的称为振动法，并且振动法的频率最好为500次/m

14、in以上。 上海中医药大学针推学院赵毅等人通过实验认为，利用红外线热像仪技术，振动法的持续操作时间至少可以达到90秒，最佳操作时间可能达到3分钟以上。4 .按摩手法的内涵中医推拿的基本要求是“持续、有力、均匀、柔软、深入渗透”。 因此，许多学者对这种方法的内涵进行了力学研究，期待通过力学现象和规律来合理地说明按摩机制。上海中医药大学岳阳中西医结合医院孙武权、严隈陶认为频率和手法的刺激量成比例关系，同样的手法在频率快时，发生力小时，发生的刺激量大。 有学者认为，方法的动力形式是影响方法渗透性的力学因素，低频振动的方法力有利于渗透到深组织中。 上海市中医药研究院推拿研究所李征宇等人认为，这种现象可

15、以用物理学上的压迫振动和共振效果的原理说明。 手法力的频度接近局部施治组织的固有频度时会发生共振，此时系统能量为最大，因此能够将手法力效果传递到组织的深部。 严隈陶指出，很多按摩方法产生的振动信号是周期性的随机振动信号。 根据人体振动的研究，人体的不同器官各有固有频率，其频率多处于头812Hz、胸腔46Hz、心脏5Hz、腹腔69Hz、骨盆6Hz等低频范围内。 方法的随机振动频率也在次声波范围内，最高频率小于l0Hz。 次声对人体的基本作用原理是生物共振，只要振幅强度适当，一定频率范围的振动就能起到治疗作用。 目前证实，振动刺激能促进骨折愈合。 相关研究还发现2Hz的振动对人体的损伤最小，常用方

16、法的频率应该在2Hz左右合理。复旦大学和上海中医药大学的许世雄、谢志勇、严隈陶等人使用推拿手法测定器FZ-I型对辊法力进行了领域分析。 对于垂直分力，得到了反映方法准确性的定量指标的峰值离散度J0、峰值时间F0、整体均匀性R0，发现辊法的均匀性和深透性主要表现在节的直率和力的强度和时空的均匀性上。 谢志勇、许世雄、严隈陶等人还用频域分析了用滚法施加力的垂直向下分力、垂直向下分力的微分、水平分力的模型及其模型的微分，说明了频带分布的主要成分集中在2Hz-15Hz之间，在施加力的过程中以低频力为主要的柔软成分。 有学者认为，方法的柔软性与软组织变形密切相关，取决于方法的应力分布均匀性和应力变化速度

17、。三、按摩机器人的主要技术发展趋势现在市场上流行的按摩设备是按摩椅和按摩床，按摩椅和按摩床是被动型的，按摩方式都是从下向上用力，被按摩者按自己的体重进行按摩，被按摩者调整自己的肌肉按摩压力点被按摩部位被自己的体重压迫，除了不能放松地接受按摩之外，传统的按摩椅子、按摩床的按摩方法是单一的，并不是模仿专家的按摩动作，一般无法取得治疗效果。智能机器人技术是近年来迅速发展的科学技术，具有互动功能，以进入社会，服务人们的生活为主要目的，具有不知道疲劳、力量无限的优点。 利用智能机器人技术进行中医按摩机器人的研究是促进中医按摩现代化的重要手段。 因此，现代智能机器人技术与传统中医按摩理论相结合成为按摩机器人的重要发展方向。总结。日本和韩国等国非常重视按摩机器人的研究，虽然摸索着各种各样的按摩机器人和控制方法，但大部分的研究还处于实验室和样机阶段，还没有形成真正的产品。 国内按摩机器人的研究停留在概念设计、原理仿真和试制阶段。 没有关于按摩机器人的控制方法和模拟双臂按摩机器人的机构等研究的成熟研究报告。 总