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中医按摩作为一种医疗保健手段已经发展了两千多年,一直是缓解和治疗各种慢性疼痛最为有效的手段,但由于各方面的因为,至今各大医院的临床治疗仍由有经验的按摩师人工进行,按摩师所付出的既是技术劳动,更是一项异常繁重的体力劳动,中医推拿机器人平台的研制将有效地解决这一问题。
根据中医按摩理论,结合治疗患者腰腿疼痛的手法要求,所研制的中医推拿机器人,要能辅助按摩医师完成按、揉、滚、振4种手法的按摩操作;推拿机器人属于医疗器械,按摩力度的掌握特别重要,力量太大可能对人体造成伤害,力量太轻则达不到治疗的目的,另外个体对按摩力度的敏感性也有很大差异。影响中医推拿力度的因素很多,如机构的动力学性能,控制系统的稳定性等等。因此研究推拿机器人的动力学性能并对推拿力度进行有效控制是机器人操作安全和有效治疗的根本保证。
中医推拿机器人要求实现按、揉、滚、振4种按摩手法,不同的手法需要不同形式的按摩头,所以各种推拿按摩头的设计以及能实现快速联接和脱离的按摩头更换装置也是中医推拿机器人的重要组成部分。
首先,构造了以并联机构为主体的中医推拿机器人末端执行器,并对其进行了自由度及动平台的运动特性、运动学、动力学分析。运用螺旋理论分析并联机构自由度以及动平台的运动特性;采用封闭矢量多边形投影法对并联机构进行位置正反解分析,并对位置方程进行求导,得出了机构的速度、加速度正反解数学表达式。对并联机构进行了静力学分析,得出了中医推拿机器人在静止状态且与外界环境作用时各构件的受力情况;应用Lagrange法对并联机构进行了动力学建模,得出了并联机构的动力学模型,为动力学控制提供了基础。
其次,采用MATLAB与大型动态仿真软件ADAMS进行联合仿真,以并联机构正解过程的理论分析为依据,运用MATLAB编程的方法,得出了理论分析的数据输出图线;采用Pro/E软件进行三维实体模型设计与装配,将在Pro/E中建立的虚拟样机通过Mechanism/Pro接口软件导入ADAMS软件中,对虚拟样机进行了运动学和动力学仿真分析。通过MATLAB与ADAMS仿真结果的对比,验证所建数学模型和使用方法的正确性,借助于动力学仿真得到了直线电机驱动力的最大值应该满足的要求,为电机的选择提供依据。
最后,根据中医推拿机器人要求实现的按、揉、滚、振4种按摩手法,利用CAD技术设计了相应的按摩头及按摩头自动更换装置。