摘要：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，提出J，一种中医按摩机器人系统，并对按摩机器人的机械结构、控制系统及得功能模块进行J，介绍．利用传感器信息融合技术、人机交互技术、二维仿真技术等，实现1 r典型中医按摩于法的建模，提山了串并联结构融合的机器人构型，研制j，集多种按

摩于法于一体的多功能按摩机械手．该机器人系统采用视觉系统判定穴位位置，实现对患者身体的跟踪，能完成腰椎部位的指／掌揉、指／掌滚、按、推、叩击和下肢的捏拿、振、拍打共1 0种于法操作，具备穴位记忆助能，能够根据实时监测的生理信号(心跳、等)和按摩力大小，调整按摩频率、幅度、速度，必要时退出按摩操作，保障患者安全．中老年腰椎间盘突i}{症的临床试验表明了本机器人系统按摩治疗的有效性．

    关键词：按摩机器人；穴位定位；运动控制；三维虚拟场景

   1引言(I n t r o d u c t i o n)

    中医按摩机器人是服务机器人的一种，是针对老年人退行性疾病和慢性疾病对中医按摩的临床需求而研制的保健康复设备．中医按摩治疗在我国伤科治疗中有着悠久的历史，但目前各大医院的临床治疗仍由有经验的按摩师人T进行，付出的体力非常巨人．如今市场上有一些类似模拟推拿手法的仪器，如各种按摩器和按摩椅等，但这些仪器所能模拟的手法单一，只能起到放松、保健、缓解及消除疲劳的作用，达不到治疗疾病的目的或疗效不理想．

近几年来中医按摩机器人成为了国内外机器人领域研究的一个热点．在国际上，美国、日本、韩国等很多国家的学者们对按摩机器人相关的问题进行了大量的研究，但大多尚处于试验室研制阶段[卜引．在国内，中医按摩推拿机器人也引起了很多人的关注，北京理工大学、江苏大学等高校都对此类机器人进行过研究，但在该领域的研究也大多集中在理论研究和计算机仿真阶段，目前市场上没有看到该类机器人产品问世[6-9]．

    本文介绍的中医按摩机器人是利用中医按摩、现代机械、计算机、控制、机电一体化技术，研究成功的一种能实现多种空间按摩运动手法的机器人系统，将中医按摩保健治疗这一古老而又具有意义的工作，变为由机器人来执行，可以有效改善目前医疗保健资源有限、社会人口结构老龄化日趋严重的状况．该机器人系统主要由人体穴位检测及定位模块、能够实现中医按摩手法的按摩机构、多姿态按摩调节平台、按摩机器人本体机构、基丁生理指标参数和中医按摩知识的保健按摩专家系统、多模态人机交互控制模块、安全保障模块等主要部分组成．

图1给出了系统结构框图．

2机械结构(Me c h a n i c a l a r c h i t e c t u r e)

2．1按摩调节平台

   固定平台5上安装有脚轮组件7，通过脚轮组件7可以方便地移动按摩平台．升降平台3通过两组升降转动架组件6与崮定平台5连接．升降转动架组件6转动的角度为一5。～3 5。，由此升降平台3升降的高度为1 5 5 m m．升降平台3是靠升降传动杆组件4的伸缩实现升降的．升降传动杆组件4伸缩时，带动升降转动架组f，卜6上的转动挂耳绕着固定平台5的支撑挂耳旋转，从而带动升降平台升降．

2．2机械臂

    为实现灵活的中医按摩手法利达到足够的按摩空间，机械臂采朋直角坐标式和关式相结合的串联机构；同时按摩动作还需要足够的刚度平¨精度，因此2个机械臂协同：1作，将并联机构与串联机械臂配合使用，共同完成按摩动作．机械臂主要包括水平运动机构、垂直运动机构和纵深运动机构三部分．其中水平运动机构和垂直运动机构是直角坐标式的机械结构，水平运动机构行程为9 0 0 m i l l，最高速度可达3 0 0 m l i f s；垂直运动机构行程为3 0 0 I n l n，最高速度可达8 0 i n!T l／s；而纵深运动机构采用的是关节式的机械结构，由R轴和R轴2个关节组成，其中1轴行为1 5 0。，最高速度可达5 0。／s，R 2轴行程为2 7 0。，最高速度可达5 0。／s．机械臂结构示意

图如图3所示．

    机械臂运动空间建立三维直角坐标系，按摩平台平面为—y平面，被按摩人自足部到头部为x轴正方向，垂直丁按摩平台平面为z轴．机械臂在y轴和z轴方向是以直角坐标的方式运动的．在y轴和z轴方向上的运动都是通过直线轴承与直线光轴导向，由伺服电机驱动滚珠丝杆来带动机械臂的运动．直线轴承安装于运动框架上，直线光轴组件安装于同定平台上，运动框架通过其安装的直线轴承与直线光轴组件之间的滑动进行导向．滚珠丝杆的螺杆部分安装于固定平台上，其螺帽部分安装于运动框架上，由伺服电机驱动螺杆转动，通过螺帽将转动转化为直线运动，从而带动运动框架沿着Y轴方向做直线运动．机械臂的其他运动主要以关节方式进行．机械臂的旋转臂由左右旋转电机驱动绕升降臂在+6 0。范围内转动，通过y轴方向运动的配合实现按摩手在x轴方向上的运动．旋转架由平面旋转电机驱动，可以在旋转的末端绕Z轴方向在2 7 0。范同内转动，来实现按摩手的方向调整．

2．3按摩手

    在机械臂的末端安装有按摩装置，可以称其为按摩手．按摩手能够仿人j一手法进行中医按摩．按摩手本身可以实现捍拿、指揉、震动、叩击等中医按摩手法；在机械臂的配合下，按摩手还可以实现指按、掌推、掌揉、掌按、滚压等中医按摩手法．图3中能看到装置与机械臂的整体示意，图4是按摩手的结构示意与电机分配示意图．

    按摩手仿人丁手法进行中医按摩，需要能够达到较大的力度．其中按摩手的捏拿电机能够提供的最大捍拿力为7 0 N，按摩手的掌部和滚轮能够承受的最大力为1 9 0 N．

2．4机械部分安全保障的实现

    为保证使用者的安全，按摩调节平台还设置了快速下降的功能．在升降驱动机构的传动机构上，丝母可以在滑动套内部前后滑动．一般情况下，由异形销轴穿过滑动套和丝母的P,O T L，将丝母锁在滑动套端口处．当遇到特殊情况时，拉动拉板，拉板将异形销轴拉出，在床体重力的带动下，丝杆和丝母在滑动套内滑动，使床体迅速I卜降，从而保证了使用者的安全．危险解除后，控制升降电机沿床体下降的方向转动，在升降电机的驱动下，丝母沿滑动套滑出，当丝母上的侧孔与滑动套的侧孔重合时，异形销轴在弹簧的作用下穿入丝母的侧孔，将丝母和滑动套锁住．

3主控系统(Ma s t e r c o n t r o l s y s t e m)

3．1主控系统功能

    主控系统是整个系统的核心，同时也是用户了解机器人的工作情况和结果的直接渠道．该部分主要作用是人机交互，负责按摩任务的调度、按摩动作的规划、按摩动作的运动控制、异常处理以及人机交互等．同时需要显示生理信号检测仪检测到的生理信号、机器人本体和姿态调节平台的状态，对有关的信息进行处理，接收操作人员的各种操作指令，并将这些指令下达到机器人本体和调节平台等运动控制系统．主控系统可按功能划分为以下儿个主要模块：控制器通信模块、示教控制模块、生理信号接口模块、视觉定位接口模块、三维模型接口模块、机器人本体状态及报警模块、按摩任务规划专家系统和患者信息管理模块．

3．2主控系统组成

    该按摩机器人控制系统依托控制局域网(C A N总线)为通信连路，各功能模块协调]作，组成一个扩展性以及可靠性非常好的D C S(集散控制系统)．各个功能模块(控制主机、示教模块、视觉穴位定位模块、电机控制模块、按摩机控制模块、生理检测模块、传感器检测模块、安全保护模块)全部通过C A N总线通信模块接入通信网络．通过示教模块的操纵杆实现对机器手的运动轨迹控制，以实现对关键参照点的定位．以视觉定位系统来调整和跟踪因人体位置变化而引起的穴位变化，从而实现穴位的动态定位．

    主控系统采用基于超低功耗I n t e l P e n t i u m M处理器的嵌入式P C模块，配备有键盘、鼠标、硬盘、液晶显示模块以及多种标准计算机接口，安装wi n—d o w s操作系统提供基本的存储管理、文件管理、进程管理功能以及对P S I 2、U S B、R S一2 3 2接V I的支持，并提供T C P／I P网络功能[1 0】．

    主控系统软件使用V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5 I D E工具开发，采用A c c e s s数据库管理系统管理数据．主控

3-3主控系统实现

    (1)控制器通信

主控系统需要调度机器人本体的运动，控制命令显示发送到多轴运动控制器，再由多运动控制器控制各个电机运转，实现按摩动作．与多轴运动控制之问的通信是基于T C P／I P协议族实现的．

中医按摩机器人运动过程中，需要严格的可靠性，因此多轴运动控制器和主控平台之间使用面向连接的s o c k e t．本系统的多轴运动控制器由T R I O公司生产，其部已经自动实现以太网通信．运动控制器会自动将自己设置为T C P s o c k e t的一个服务器，可以为自己预先设置一个I P地址，并同时创建和多个客户端之间的连接s o c k e t．控制器加电启动时，其内部的s e r v e r s o c k e t便开始对5 0 2端口监听，等待c l i e n t s o c k e t的连接．

    主控系统软件启动的同时，会创建一个c l i e n ts o c k e t，并立即向多轴运动控制器的I I)地址的5 0 2端口发起连接请求．如果多轴运动控制器已经加电运行并启动了s e r v e r s o c k e t，一个通信s o c k e t便建立起来．

    T R IO多轴运动控制器内部的存储空间分为T a b l e和V a r两种，本系统的以太网通信以T a b l e为数据存储区．如果要想向T R I O多轴运动控制器发送控制命令，可以向相应的T a b l e里面写入数据；如果要获取运动控制器采集的数据，可以读取T R I O多轴运动控制器的相应T a b l e．T R IO提供了写入T a b l e和读取T a b l e的指令格式，只要通过T C P协议发送这些命令就可以了．

    (2)三维模型

    在按摩过程中，创建被按摩对象的三维模型，将按摩穴位情况和按摩手法通过三维模型及时地反馈给监视人员．监视人员通过动态浏览、查询和分析与三维对象相关的信息，就能够为有效地进行穴位按摩提供决策支持，对现场进行科学、有效地管理．

    三维模型是整个虚拟现实的基础，现在已有很多技术和软件可以实现虚拟现实场景的构建，本系统采用的是A u t o d e s k出品的3 D S MA X．在3 D SMA X中，首先将制作完成的三维人体模型各部分进行焊接，并对局部细节进行补洞和优化。为提高显示速度，在能够保证视觉对象不_欠真的前提_卜，精简三维人体模型面数．然后使用基本几何体创建所需穴位模型并创建穴位名称，将其放在人体相应部位，制作出动画．最后，进行灯光设置，以增加模型的层次感；给各模型赋予相应的材质和贴图，对有贴图的人体模型进行烘焙，赋予穴位模型以标准材质．用3 D S MA X建立好的模型如图6所示．

    建模完成以后，就可以借助V R—P l a t f o r m插件，将所有二维模型导入到V R P中．导入后需要进一步完善模型，完成一些动画功能，以及利用V R P的软件平台编辑部分脚本程序．

     最后，以V C++6．0作为软件开发平台，将三维模型发布为A c t i v e X控件．利用V R P—S D K，在程序中使，}_}J脚本与V R P内核进行交互，实现了A c t i v e X控件的外部通信接口．

    (3)视觉定位模块通信

    视觉定何子系统是中医按摩机器人的基础部分，是保证按摩上作能正常进行的先决条什．视觉系统通过采集的图像分析山人体的位置，根据其轮廓线判断其身材以及某些关键部位的位置，然后可根据中医识别穴位的方法定位身体的穴位．视觉定位子系统以一个单独的进运行，所以这里涉及到与总控系统进程问的通信问题．进程间通讯的方式有很多，可用共享内存、命名管道和匿名管道、发送消息等几种常方法米直接完成，另外还可以通过s o c k e t口、配置文件和注册表等来间接实现进问数据通讯任务．以上这几种方法各有优缺点，具体到在进程间进行大量数据的快速交换问题上，则可以排除使用配置文件和注册表的方法，本系统使刚了Wi n d o w s的WM_C O P Y D A T A消息实现通信．

    wM o P Y D A]1 A结构的Wi n d o w s A P I原形声明如下：

    在使，}}J WM O P Y D A T A消息时，由第1个消息参数指定发送窗口的句柄，第2个消息参数则为一个与数据相关的数据结构C O P Y D A T A S T R U C T的指针．其中，只需将待发送数据的首地址赋予l p D a t a、并由c b D a t a指明数据块度即可．消息发出后，接收方代码在wM—C O P Y D A T A消息的响应函数中通过随消息传递进米的第2个参数完成对数据块的接收．

    总控系统可以启动和停f卜视觉定位子系统．[}j S e n d Me s s a g e函数发送一个带启动参数的WM—C O P Y D A T A消息，视觉定何系统将以一个I古l定的周期向总控系统传递标识点坐标，坐标的传递也是采用WM_C O P Y D A T A消息．收到坐标信息后，总控系统对相邻两次坐标信息进行对比，计算出偏移量，进而更新相关坐标记录．发送一个带停j卜参数的WM_C O P Y D A T A消息，可以使视觉定位系统停止传送坐标．

4运动控制系统(M o t i o n c o n t r o l s y s t e m)

4．1运动控制系统功能

    运动控制器主要功能为接收并解析主控系统命令．在运动控制系统的坐标空间中，它以脉冲方式控制机械臂各轴的运动并凋整机械手姿态，完成对不同坐标点的定位，实现不同按摩手法，并上传主控系统所需信息，同时为系统安全性提供可靠保证．运动控制器通过以太网和主控系统通信，除接收上位机发送的运动指令外，还需实时上传各力传感器的当前值、机械臂和机械手的运行状态、各限位开关是否触发等信息．它可控制机械臂到达坐标空间中任意位置，接收上位机发送的目标点坐标，同当前坐标进行对比，通过相关算法算出各轴运动距离，控制机械臂平稳连续地移动剑目标点并完成各种按摩手法．

4．2运动控制系统组成

    运动控制系统以T R I O 4 6 4多轴运动控制器为主控单元，通过以太网接口和主控系统相连接．配合P 8 7 4、P 8 7 9、P 3 2 5和P 3 1 6四个扩展模块，共1 3路轴驱动输出口、3 2路数字I／O口，1 0路模拟量输入口．选用其中1 1路轴驱动输出，以脉冲方式驱动伺服机．机械臂各关节选用松下伺服电机，按摩手除手腕选用MA X O N伺服电机外，其余关节为普通直流电机．床体升降电机为松下伺服电机．系统共1 1个伺服电机，8个普通直流电机．伺服电机由运动控制器直接驱动，普通直流电机由P I C(p e r i p h e r a l

i n t e r f a c e c o n t r o l l e r)单片机控制，各伺服电机均有1个编码器反馈至相应驱动器．按摩手通过R S 2 3 2接口接收运动控制器发送的指令，配合机械臂完成各种按摩手法．每轴两端接有正负限位开关，同时以程序实现软件限位，共同保障机械臂的运动范围在安全空间以内．机械手各部共装有1 O个力传感器，分别安装在机械手的拇指、掌心、滚子、排指和手腕拉杆处，为不同按摩手法提供力的检测，实时上报压力．根据采集到的压力调整下步按摩力度，并保证人体不至于承受过大压力，增加了安全性．运动控制系统结构图如图7所示．

4．3按摩过程

    (1)运动控制器接收并解析主控系统命令，得到穴位坐标及按摩手法等信息．(2)驱动机械臂各轴移动，到达穴位坐标点，并调整机械手到相应按摩手法姿态：调整到位后，执行按摩手法．在按摩过程中，保护程序同时运行，如果出现急停触发、限位触发或力度过大等情况时，停止当前按摩动作，机械臂上移．排除情况后，可继续原来按摩流程．(3)当完成设定时间的按摩后，自动转入下一个按摩流程，直至上位机发送按摩结束命令．按摩过程如图8所示．

    由于所有编码器均为增量式编码器，所以工作前系统需要复位，设置工作零点．复位包括机械臂各轴寻零和机械手各关节寻零，寻零完成后，对各轴和关节赋初始值．上位机下发示教后采集的穴位坐标点，运动控制器接收到坐标后首先和当前坐标进行对比，计算出各轴需要移动的距离，然后驱动各轴移动，当移动到该坐标点后，各轴停止运动，同时记录当前坐标点为起点坐标．保护程序为整个按摩流程提供安全保护，在按摩过程中同步运行．当急停按钮按下、力度过大、Z轴正向限位等异常情况出现时，系统马上停止当前操作，Z轴升，两臂停止运动．若主控系统发送继续执行指令，则继续先前按摩流程．

4．4示教装置

    按摩机器人示教装置为一个主手操控系统，主要应用于对人体穴位位置的示教．该装置由操纵杆、数据处理模块、通信模块3部分组成．操纵杆选用H J 9型三轴霍尔操纵杆，数据处理模块把操纵杆运动的方向、角度转换为数字信号并编码输出，通信模块主要是基于S J A1 0 0 0芯片实现的C A N总线通信，使示教装置能接入机器人系统的C A N总线网络．

5生理信号检测系统(P h y s i o l o g i c a l s i g n a ld e t e c t i o n s y s t e m)

5．1生理信号检测系统组成

    中医按摩机器人在运行过程中，需要实时获知被按摩人的血压、脉搏、血氧等，根据这些生理指标判定被按摩人是否适合继续按摩下去，如果出现异常情况应该停止按摩．另外，本系统主要面向中老年患者，他们的生理状况也是一直被关心的，在按摩前后都可以对患者的生理指标进行一次检查，以判定其健康程度．因此本系统设计实现了能与总控系统交互的生理信号检测子系统．

    在按摩机器人工作的同时，实时在线采集被按摩者的血压和脉搏，以数字的形式显示实时数据，以曲线的形式显示其变化规律．根据血压和脉搏的数值，专家系统作出分析，指导机器人的按摩动作．此外，对于某些疾病，如高血压等，可以直接使用生理指标检测子系统作为其康复程度的检测系统．

    为保证测量的准确性，血压测量模块采用袖带充气方式进行测量．利用单片机控制气阀将袖袋内的气体逐渐放掉，刚压力传感器检出袖带内的压力和微弱的脉搏振荡信号，再经放大电路放大，送入A／D转换器，经过单片机处理得到收缩压、舒张压和平均动脉压，测得的数据通过C A N总线传送到局域控制网络中，从而被主控系统获得．系统组成结构如图9所示．

    测量血压的同时也可以测量脉搏信息，但是本系统要求能实时采集脉搏波形，对于袖带式的血压测量设备，在袖带压很小的时候是采集不到脉搏信息的；另外长时问将袖带充气绑在人的胳膊上也会使人感剑不适．所以，我们另外单独设计了专门的实时脉搏测量仪器．这2个测量模块依托控制局域网(C A N总线)为通信链路，各功能模块协调作，组成一个扩展性以及可靠性非常好的D C S系统．

5．2主控通信

    机器人系统需要与示教手柄、血压测量模块、脉搏测量模块通信．这些设备模块都挂接在一个C A N总线网络中，因为总控平台采用的I n t e l P e n—t i u m M处理器的嵌入式P C没有C A N通信接口，所以我们采用C A N转R S一2 3 2的形式，使用计算机的R S一2 3 2总线与这些设备通信，只需要在嵌入式P C的R S一2 3 2接口上连接一个C A N—R S 2 3 2互转模块即可．

    N E T F r a m e w o r k 2．0类库包含了控制串口重要的S e r i a l P o r t类，方便地实现了所需要串口通讯的多种功能．该类提供了同步I／O和事件驱动的I／O、对管脚和中断状态的访问以及对串行驱动程序属性的访问．

6穴位识别与定位系统(A c u p o i n t r e e o g n i·t i o n a n d p o s i t i o n i n g s y s t e m)

6．1穴位识别与定位系统组成

    中医按摩机器人的按摩过程需要找准穴位，才能实现较好的疗效．穴位位置起初是由有经验的医师通过示教手柄控制机械臂示教得到的．但在按摩过程中，患者不可避免地会移动身体，这会造成机器人的定位不准确，按摩的穴位发生偏差，以致于降低按摩效果．因此本文采用视觉系统对穴位进行识别和定位．在患者身上粘贴带颜色的标志点，在按摩过程中时采集图像，并对采集到的图像进行分析，得到标志点的坐标，通过对前后两幅图像标志点坐标的对比，判断患者是否移动并实现对按摩穴位的动态跟踪．

    机器人的设计按摩范围为1 9 0 0 m i nx 9 0 0 m m，但实际上只需要对人体的背部、腰部和腿部进行按摩，实际按摩范嗣小于1 5 0 0 m mx 5 0 0 m m．机器人对穴位跟踪的希望精度在2 m m以内，再考虑到存在计算误差的可能，应保证做到，所拍摄图片中的1个像素能从理论上保证误差被控制在l m m．经过调研，选用了德国I D S公司u E y e系列I业机，该相机配备了非常精巧的高速C MO S传感器．所选相机分辨率为1 6 0 0 x 1 2 0 0，在配备5 m m的进口镜头后，最终检测的精度为1个像素对应0．2 1 8 i／l m，精度达到项目要求．该相机可以实现1 8帧／秒的连续拍摄，即每次拍摄间隔时间在5 5 m s左右，拍摄速度可以达到项目要求．图像数据通过U S B 2．0接口送入主控系统，再配备高性能抗干扰U S数据线，传输时间小丁二1 0 ms．

6．2穴位检测

检测点的颜色可以任意选择，在每次进行检测前，需要先确定被检测点的1人概位置及其R G B值．

程序启动时，相机会拍摄一张图像，在图像中找到检测点，在检测点上点击鼠标右键，会弹出菜单，选择菜单中的一个点作为检测点的存储点．此时计算机会记录鼠标所在位置的坐标及该像素点的R G B值．但是，即使是对同一种颜色连续数次拍照，每次所得的R G B值也会略有不同，特别是在光源不理想的情况下，R G B值可能会产生较人偏差，所以要给被检测点的R G B值增加一定的阈值．

    在进行图像处理前，需要先对图像进行预处理，即进行滤除噪声、增强图像等工作．一般情况下，由丁二噪声的存在或者消除不彻底，边缘像可能会有间隙出现，需要加以填充．通过搜索一个以某端点为中心的5×5区域，在邻域中找出其它端点并填充上必要的边界像素，从而将它们连接起来．利用数学形态法的腐蚀操作对边缘进行细化，将边缘细化为一条单像素宽的线，从而图形化地显示出其作为圆的拓扑性质．

6．3坐标变换

    在相机拍摄的图像上以图像的左上角为原点建立平面坐标系，确立x—y平面，z坐标臂下移触碰穴位获得，也可以通过加装侧面相机等方法获取．但鉴于成本问题，可以将标志点粘贴于被按摩者背部，并使其尽量处于同一平面上，因而可以忽略z坐标．这样图像识别得到的坐标需要转换到按摩机器人的运动坐标系中去．2个坐标系的关系如图l 0所示．

    图l 0中的o-x y z坐标系为机器人运动坐标系，定义为坐标系A；o t-x'y z，坐标系为图像坐标系，定义为坐标系曰．因为忽略Z坐标变化，坐标系可以看作是A坐标系绕z轴旋转0，再沿轴平移a个单位，沿Y轴平移b个单位【1 2 J．冈此可得坐标系A到坐标系廖的齐次变换矩阵如式(1)．

式中，A R为旋转变换矩阵，即绕z轴旋转0 1 A P s o为平移变换矩阵．因此可得齐次变换矩阵：

其中的0、a、b均可通过测量获得．假设某标志点P在中坐标为叩，则可由式(2)计算出其在A中坐标A P．

7实验(E x p e r i me n t)

    根据实际按摩操作提出的功能要求，对中医按摩机器人样机各项技术指标进行了实验室验证，同时开发了机器人按摩效果评价系统，以检验按摩的效果．完成实验室实验后，又进行了临床试验．

7．1实验室实验

   (1)运动控制实验

   运动控制分手动控制和上位机控制两种方式进行．手动控制即通过推拉遥控手柄和按下按钮的方式验证机器人机械臂是否按相应控制命令运行，实验证明，机器人的2个机械臂能正确地完成复位、急停、开始示教、前进、后退、左移、右移、上升、下降等动作．上位机实验在用户界面上下发上述命令，另外还进行各种按摩手法控制．在橡胶人体模型上进行了按摩手法实验，可完成“捏拿”、“指揉”、“指按”、“掌揉”、“掌按”、“振法”、“叩击”、“掌推”、“拍打”、“滚压”十种中医常用按摩手法．

    (2)按摩力度实验

按摩力度检测分为最大按摩力检测实验和力度精度实验．将压力计置于按摩机构拇指下方，上位机设置按摩力度为最大，手动控制按摩机构下压，实验4 0次，均测出其按摩力度为9 6 N，大于技术指标要求的不小于相当于5的力度．

上位机下发一个力度大小，机械臂带动按摩手下压，压力计读出实际压力值，将实测力度与下发力度比较，以检测力度精度．力度精度实验结果如表1所示．

    实验结果表明，按摩力度的控制精度在3％以内，按摩过程中实时监测按摩力，通过控制电机转速和机械臂位移调整力度大小，满足按摩机器人技术指标要求．

    (3)跟踪误差实验

    将一个标志点贴到一块白色平面木板上，视觉系统识别出该点，并计算出该点坐标，控制机械臂运动到该位置，按摩手上悬挂一个铅垂，使铅垂顶点位于该标识点中心．移动木板，系统识别出新坐标后，控制机械臂重新定位到标识点，待铅垂平衡后，使用游标卡尺测出铅垂顶点与标识点中心之间的距离，即为跟踪误差．跟踪误差实验结果如表2所示．

     实验结果表明，跟踪误差的范围小T-2 m i l l，满足按摩机器人技术指标要求．

7．2按摩效果评价系统

    按摩机器人按摩效果评价系统主要功能是对按摩效果进行评价，具体是通过在人体模型的相应穴位上安装薄膜式按键和超薄型力量感测片，0量按摩穴位的位置、压力和频率，然后将采集到的信息传送剑上何机，通过对采集的按摩位置、压力、频率信息进行分析，与专家系统中的相应数据进行比较，最后给出按摩效果的评价．使用按摩效果评价系统评测机器人的照片如图1 l所示．

7．3临床试验

    临床研究遵循《赫尔辛基宣言》和中国有关临床试验研究规范、法规进行．在试验研究开始之前，试验方案获得研究单位山东中医药大学附属医院伦理委员会批准．临床试验类别为临床验证，验证范围为腰椎问盘突症．采片j白身治疗前后对照的研究方法，将所有符合入选标准的受试者按时间先后顺序编入组，接受治疗观察．以1 5天为一个疗程，在试验开始前、试验过程中及试验后，由参加试验人员对受试者及治疗器进行检查并记录检查结果．

    试验共选择了2 0 0例受试者，年龄都在4 5～6 5岁之间，入选前均得剑研究医师全面地介绍本研究的目的、程序和可能的风险以及他们的权利，签署了知情同意书，并以附录的形式保留在研究档案中．按预定义的治疗疗对受试者作了治疗，根据治疗前后评分可计算出改善率，通过改善率可反映临床疗效．试验包括有效性观察项目和安全性观察项目2部分内容．结果证明2 0 0例病例的治疗效果全部为有效．临床试验照片如图l 2所示．

8结论(C o n c l u s i o n)

    本文介绍了中医按摩机器人样机的设计过程．为该按摩机器人设计了能实现多种动作一体化的按摩手，并设计了高安全性的本体机构，实现了l 0种典型的中医按摩手法：掌推、掌揉、掌按、指揉、指按、滚压、叩击、拍打、振动、捏拿．按摩过程能实时根据生理信号和穴位识别系统的反馈进行调整．但该样机成本较高，为了推动按摩机器人的产业化，需要在机械结构和控制系统上重点考虑如何降低成本．另外，为了更灵活地实现按摩手法，可以增加机械臂的自由度．临床试验也发现目前的示教过程时间较长，可考虑改进为视觉系统示教，以期能够大幅度提高其作效率．