新型串并联中医推拿机器人研究

研究了中医推拿中常用的滚法、按法、揉法、推法等手法的运动学及动力学特征,获得完成各推拿手法的运动榆出矩阵和施力方向。提出一种能满足推拿要求的基于三自由度并联机构新型串并联中医推拿机器人机型。对该机型中的三自由度并联机构进行了分析,求出其运动学正反解的解析解。系统讨论了该并联机构的推拿范围及转动能力,为扩大该机器人的推拿范围提供依据。该串并联机器人机构综合了串并联机构的优点,不仅能模拟中医推拿常用的几种手法,而且结构简单、位置分析求解容易、解耦性强,易于实时控制。

中医推拿又称按摩是一种物理治疗方法。中医推拿以中医理论特别是经络理论为指导,强调人体体表通过经络、穴位与内脏之间存在着有机的内在联系——内脏有病可以通过经络反映到体表。中医推拿治疗是我国伤科治疗中的一棵奇葩,源远流长,有着悠久的历史,但时至今日,各大医院的临床治疗仍由有经验的按摩师人工进行,一个疗程下来按摩师所付出的体力非常巨大,它是一项异常繁重的体力劳动。另外,推拿的疗效与按摩师的水平、经验密切相关(施力的大小、方向、位置、穴位、频率等对治疗效果影响很大)。随着并联机器人机构研究的深人,它在医疗方面的应用越来越广泛,已被应用于医疗床、外科手术、医疗康复等方面,但并联机构在中医推拿方面的应用还未见报道。

中医推拿手法种类很多,主要包括摆动类、摩擦类、振动类、挤压类、叩击类和运动关节类等,按手法施力的方向分为垂直用力、平面用力、用对称合力、对抗用力、旋转、屈伸运动关节等,其中前两种施力方法是推拿手法中最主要的方法。同样方法可分析摩法、擦法、拍法、振法和击法的运动学和动力学特征。若要全部实现以上各种推拿手法必须具备三平移两转动五个自由度。

在分析研究中医推拿手法运动学和动力学特征的基础上,提出了满足推拿手法要求的基于一种三自由度并联机构的串并联机器人机构。该机器人可完成中医推拿中的大部分手法,若在安装于并联机构动平台的“手”部辅以“热”、“磁”及“红外线”等,该机器人不仅可大大减轻医务人员的劳动强度,而且还会起到比人工推拿更好的疗效,具有广阔的市场前景和实用价值。

通过对其中两平移一转动三自由度并联机构的分析,求得其运动学正反解的封闭解,利用包络原理对该机构的推拿范围进行了系统分析,同时讨论了推拿范围内一点的转动能力,为扩大机构的推拿范围提供理论依据。该中医推拿并联机器人机构综合了串并联机构的优点,结构简单,运动学、动力学分析容易,解耦性强,易于实时控制。该机器人样机已设计制造完成,并已申请国家专利。

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