仿人按摩机器人手臂结构设计文献综述

 2023-11-21 09:11

文献综述

1. 按摩机械手的现状

最近几十年,智能机器人的发展有非常大的进步,通过智能机器人先进的技术实现按摩机器人的关键问题是模拟人工按摩的按摩手法。而在模拟专家的按摩手法的时候,对专家的按摩手法的生物力学的研究进展状况将直接影响到按摩机器人的发展。纵观多年来的研究成果,主要围绕手法的力学参数、手法的力学效应、手法的力学模型(特征)及手法的内涵进行实验研究。

(1)按摩手法的力学参数

成都骨科医院的周太安等人认为所有理筋手法均包含五个要素: 力量、方向、作用部位、接触面积和作用时间。佛山市同济医院与南方医科大学的邓玫、张晓刚等应用压力传感器Ergocheck系统对拇指指端、指腹、单掌、双掌按法和单掌按揉法五种推拿手法依次进行测试,获取了相关手法的压强范围,如拇指指端按法压强范围在244.55~266.90mmHg/dm2。海军兵种指挥学院与南方医科大学的邱桂春、李义凯等应用压力传感器Ergocheck系统针对滚法操作时不同的时间段接触应用压力传感器Ergocheck系统针对滚法操作时不同时间段的接触压力进行动态测量,选取每次按压手法的最大压力、接触面积、最大压强、平均压强。该实验初步测定了滚法的作用力为130~235kg/cm2,得出手法以低频作用力为主的结论,证明了操作者在手法操作时用力是均匀的。广东省珠海医院与中国中医科学院骨伤科研究所的秦杰、钟红刚等采用测力手套与测力平台相结合的在体手法测量系统,测量了滚法操作中手掌各作用点所产生的力的大小、方向及做功大小,从能量的角度分析手法作用效果在总体中的比重分别为大鱼际点31.7%,小鱼际13.9%,小指点30.1%,无名指点8.2%,中指点16.1%。中国中医科学院望京医院的朱立国、冯敏山、钟红刚等采用自行研制的旋转手法在体力学测量仪(专利号: ZL200720103552.0),对旋转手法操作的过程进行了动态的在体力学测量,提取了旋转手法操作过程的力学参数(预加载力、扳动力、最大作用力、作用时间、加速度、冲量等),并初步总结了旋转手法操作的力学特征。

研究力学参数目的之一也是为了寻找各参数之间的最佳搭配,便于操作者掌握好刺激量及相关影响因素。上海中医药大学岳阳中西医结合医院的马惠异等选用II型推拿手法测定仪,通过实验认为滚法操作中力量3.5-4.5kg、频率每分钟105-135次/min、时间8.75-11.25min的组合提高胭动脉血流量增益率的效果最显著。提示推拿手法作用并非力量越大、操作时间越长,疗效越好。

(2)按摩手法的力学模型

手法力学模型是指通过数理形式反映手法操作过程,它不仅可以体现手法的力学特征,还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。手法力学模型不仅需要必须的手法力学参数为基础,还需要力学参数的变化过程及力学参数之间的关系进行分析总结才可获取,因而研究难度较大。目前研究方法主要有2种:力学参数波形曲线图研究法和纯数学模型研究法。

手法的动态力波形曲线图是手法作用于受术者体表的直接反映,不但可以提示运动力学的参数,还可以通过曲线图了解手法操作的动作结构。上海中医药大学与复旦大学的周信文、许世雄、谢志勇等运用中医推拿手法测力分析仪FZ-I型,以几何学指标合力作用点轨迹形态指标R来判断滚法形态的正确性,结果认为“心”型和“胡芦”型的几何形态基本上是按照滚法正确的动作要领而得的。王国才等利用“推拿手法力学信息测录系统”记录了大量的“振法动态力波形曲线图”,主要有平直型振法动态力波形曲线图与起伏型振法动态力波形曲线图两种基本型式。两者表示的力值强度约为1kg左右,周期为0.125s,频率为8次/s,前者键齿波的峰值约为250g左右,后者正弦波谷点连线至峰顶的幅值约在1kg。

数学模型研究手法有其独特优点,它能克服传感器精度限制和重复性较差的缺点,并能获得实验中无法得到的许多重要参数,能任意改变某一参数以观察其产生的影响,还能进行前瞻性研究并直接指导临床实践。复旦大学力学系与上海中医药大学推拿系的陈守吉、许世雄、严隽陶等通过建立滚法的多刚体生物力学模型来模拟施术过程中手臂的运动,采用第一类拉格朗日方程,导出了滚法相应的10个动力学方程(包括3个约束方程)。

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