韩枫仿人中医按摩机器人手部研究

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1、摘要Abstract1.绪论1.1课题背景1.2按摩机器人手部的研究现状1.3灵巧手的发展现状1.4Shadow拟人手介绍1.41机械结构1.42驱动系统1.43传动系统1.44重量和材料1.5本文研究思路和主要内容2中医按摩机器人腧穴定位与跟踪技术综述2.1基于视觉的腧穴定位与跟踪2.11图像获取2.12图像识别2.13目标定位2.14跟踪检测2.2基于模板匹配2.21模板选择2.22匹配过程2.23跟踪检测2.3基于BP神经网络的腧穴定位2.4其他腧穴定位方法2.41人工示教2.42基于电学特性的腧穴定位2.5发展方向3手指运动学分析3.

2、1基础理论3.11单指运动学基本理论3.12D-H坐标3.2中指运动学分析3.21中指正向位置运动学分析3.22中指逆向位置运动学分析3.23中指逆微分运动学分析3.24中指静力学3.3拇指运动学分析3.31拇指正向位置运动学分析3.32拇指逆向位置运动学分析3.33拇指的微分运动学分析4手指动力学的研究4.1手指连杆动力学4.11迭代的Newton-Euler算法4.12封闭形式的手指连杆动力学方程4.2腱传动系统动力学4.3驱动系统动力学5手指运动学与动力学仿真5.1手指运动学验证与仿真5.11中指正运动学验证5.12中指正运动学仿真5.

3、13拇指正运动学验证5.14拇指正运动学仿真5.2手指连杆逆动力学仿真5.21仿真模型建立5.22轨迹规划5.23关节力矩仿真6总结与展望参考文献硕士期间发表论文致谢第一章绪论1.1课题背景中医按摩，是以中医的脏腑、经络学说为理论基础，通过“手法”所产生的外力作用于人体体表的特定部位或穴位，以调节机体生理、病理状况，达到理疗目的的方法【1】。从性质上来说，中医按摩是一种物理治疗方法，它简单有效，而且极少创伤，是目前一种比较崇尚的自然疗法。《史记》记载先秦时期名医扁鹊，曾用按摩疗法治疗虢太子的尸厥症，至今已有两千多年。按摩过程中，按摩师需要根据

4、患者具体的病情，运用不同的手法技巧——如施力的位置、大小、方向、频率等，才能达到理想的疗效。所以中医按摩对按摩师的要求较高，同时它也是一项异常繁重的体力劳动。目前各医院主要是由有经验的按摩师用人工推拿方法对病人进行治疗，一个疗程下来按摩师需要付出艰苦的劳动，而且目前多地按摩师的数量无法满足医患需求。人口老龄化指某地某时期内总人口中老年人口比例增加的动态过程。根据联合国世界卫生组织定义，65岁以上老年人口占总人口的比例达百分之七时，称为“老龄化社会”(Ageingsociety)，达到百分之十四时称为“老龄社会”(Agedsociety)。由于

5、计划生育的影响，中国已于1999年进入了老龄化社会，在2004年底65岁以上人口占总人口比例为7.6%。2011年底，第六次全国人口普查数据显示，中国60岁老龄人口已达1.85亿，占当时人口总数13.7%以上。有关专家预测到“十二五”期末，全国老年人口将增加4300多万，达到2.21亿，届时80岁及以上的高龄老人将达到2400万，65岁以上空巢老人将超过5100万。老年人口的快速增加，特别是失能老人年均100万的增长速度，对老年人的生活照料、康复护理、医疗保健、精神文化等需求日益凸显，养老问题日趋严峻。中医按摩是老年人重要的医疗保健方式，其需

6、求也随着老龄化加剧而不断增长，这与按摩师劳动强度大、数量短缺的问题形成尖锐的矛盾。而科技正是解决这一矛盾的可行方案，因此近些年医疗器械市场发展迅猛。但是，目前市场上出现的仪器多是近似模拟按摩手法的器械，如各种品牌的按摩器和按摩椅，其手法单一，只能起到保健、放松和缓解疲劳的作用，对治疗疾病的效果不明显。所以，针对中老年人退行性疾病和慢性疾病对中医按摩及保健康复设备的临床需求，研制一种能够代替中医按摩师，并且可以应用到临床的仿人中医按摩机器人将具有十分重要的社会价值和市场价值。手部的设计与研究是仿人中医按摩机器人的关键，直接关系到其能否实现复杂的

7、按摩手法、达到预期的疗效。按摩机械手的研究涉及到控制论、机电一体化、计算机和仿生学等诸多领域，是一项十分复杂的工程。随着机器人技术的发展，仿人灵巧手的研究也有了长足进步，一些列有代表性的产品相继面世，也有极少数产品已经商业化，Shadow仿人灵巧手就是其中的杰出代表。本文重点研究了Shadow仿人灵巧手。1.2按摩机器人手部的研究现状按摩机器人的技术发展非常迅速，日本、韩国、美国等国家在按摩机器人研究领域起步较早。日本科学家率先实现了按摩机器人“捏”的按摩手法，早稻田大学研究了可以用于口腔疾病替代疗法的面部按摩机器人系统，丰桥技术科学大学提出

8、了安装有力传感器的多指按摩手【2】；韩国建国大学研究了用于背部按摩的机器人，运用2个串联结构的机械手臂对人体背部进行按摩【3】，而且与按摩椅合为一体。日本早稻田大学