一种中医推拿机器人控制系统
专利汇可以提供一种中医推拿机器人控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种中医推拿 机器人 控制系统，包括主控 计算机系统 、多轴运动 控制器 、视觉 定位 系统、主手示教装置、生理指标监测装置、压 力 传感器 、伺服 电机 及其 驱动器 、普通直流电机及其驱动器等；针对不同的患者，操作人员通过示教方式选取有关的 穴位 并根据推拿 治疗 疗程 的要求选取相应的推拿手法及力度和速度后，主控计算机系统进行推拿治疗任务规划，然后根据视觉定位系统、机器人系统状态和患者生理指标等信息，控制推拿调节平台、 机械臂 和推拿按摩手等模 块 并行、协调动作，可完成中医推拿医生常用的“指揉”、“指按”、“振”、“拍打”、“滚压”、“掌揉”、“掌按”、“掌推”、“捏拿”和“叩击”等手法组成的推拿治疗任务。，下面是一种中医推拿机器人控制系统专利的具体信息内容。
1.一种中医推拿机器人控制系统，其所控制的机器人系统包括一个推拿调节平台、两个5自由度机械臂、两个4自由度的推拿按摩手和床体。其中：机械臂包括均由伺服电机驱动的腰部、肩部、上臂、前臂、腕部，推拿按摩手包括均由普通直流电机驱动的拇指、排指、掌心、掌背，床体安装有四个脚轮，推拿调节平台通过可移动的连杆与床体连接，在直流电机的驱动下，推拿调节平台可以相对于床体上下升降，机械臂和床体连接，在伺服电机驱动下机械臂的腰部可以沿床体轴向平移，机械臂的腕部推拿按摩手连接；其特征在于，所述控制系统，包括主控计算机系统、多轴运动控制器、CCD摄像机和嵌入式图像处理系统、主手示教装置、心率检测装置、血压检测装置、压力传感器、限位开关、伺服电机及其驱动器、普通直流电机及其驱动器、急停开关和控制柜等；其中，
主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；
控制柜面板装有急停开关、电源开关、上电指示灯、工作指示灯和报警指示灯，柜内装有电源模块、伺服电机驱动器、直流电机驱动器、运动控制器和嵌入式图像处理系统；
CCD摄像机安装在推拿调节平台上方，通过PAL视频线与嵌入式图像处理系统连接，嵌入式图像处理系统将图像处理结果通过CAN总线上传至主控计算机系统；
主控计算机系统通过CAN总线和运动控制器连接，运动控制器与伺服电机驱动器和伺服电机电连接，运动控制器将伺服电机运动指令下发至伺服电机驱动器，控制伺服电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至直流电机驱动器，控制直流电机动作；
主手示教装置包括五自由度的操作手柄、左右臂切换开关、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信；
血压检测模块通过CAN总线将患者血压信号实时上传到主控计算机系统，心率检测模块通过CAN总线将患者心率信号实时上传到主控计算机系统；
压力传感器有多个，分别安装于机械臂碗部及推拿手的拇指、掌心、腕部和排指等处，直接与运动控制器电连接；
限位开关分别安装在机械臂和推拿按摩手各关节处的起始位和停止位，直接与运动控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，其所控制的两个机械臂及推拿按摩手可以同时动作、协调工作，也可单个机械臂及推拿按摩手单独运行。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在推拿过程中，可选取患者某几个关键穴位贴上便于机器人视觉识别的标识，视觉定位系统可实时测量所标识穴位的坐标变化量，然后主控系统根据这些带标识的穴位的变化量以及带标识的学位和其他需推拿的穴位之间的相对坐标关系，推导出所有需推拿的穴位的坐标变化量，然后视觉定位系统将此结果实时上传给主控计算机系统，从而控制机械臂跟踪患者身体移动时所引起的需要推拿的穴位变化穴位的变化。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，其所控制的机械臂和推拿按摩手在推拿过程中，可以根据患者的感受和心电、血压的生理指标的检测情况来随时调节推拿力度，甚至退出推拿流程。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述的控制系统具有开放性，维护人员可以通过修改主控计算机系统的控制程序，提高控制系统的性能，完成指定任务。
6.一种如权利要求1所述的控制系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、系统上电后，通过主控计算机系统操作界面使机械臂和推拿按摩手复位，各关节正方向运动至触发正限位开关后回零，主控计算机系统记下当前状态为系统初始状态；
(2)、患者平躺到推拿调节平台上，启动主手示教装置，控制机械臂对人体各主要穴位进行坐标采集，将采集到的坐标值存储到主控计算机系统中，示教完成后，系统复位；
(3)、根据患者病情，在主控计算机系统操作界面中制定治疗方案，对有关穴位进行相应手法的推拿，并设定推拿力度，时间和速度，治疗方案完成后，以动作序列的方式下发至运动控制器；
(4)、运动控制器接收并解析主控计算机系统发送的动作序列，根据解析得到的坐标值，控制机械臂完成穴位的准确定位，根据解析得到的手法指令，控制推拿按摩手调整到相应姿态，调整到位后，机械臂沿Z轴正方向运动，直到力传感器达到设定推拿力度时停止，同时，控制机械臂和推拿按摩手以设定的推拿速度开始执行相应推拿动作，直到完成设定推拿次数；
(5)、在推拿过程中，主控计算机系统循环查询系统的工作状态和患者的身体状况，并据此信息决定是否调整推拿流程，也可根据操作人员的指令随时终止推拿流程。
7.根据权利要求6所述的操作方法，其特征在于，其所述的(2)步骤中示教可以通过主手示教装置完成，也可以通过主控计算机系统操作界面完成。
8.根据权利要求6所述的操作方法，其特征在于，其所述的(5)步骤中包括：
1)、主控计算机系统实时监测患者的血压和心率，如果正常，继续按摩流程，如果出现异常，主控计算机系统操作界面报警，如果出现严重异常，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全，并且血压和心率正常、异常和严重异常的等级范围设定可在主控计算机系统的软件操作界面上完成；
2)、实时监测患者手中急停开关，如果急停开关未触发，继续推拿流程，如果急停开关触发，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
3)、实时监测主控计算机系统操作界面中的急停按钮，如果急停按钮未触发，继续推拿流程，如果急停开关触发，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
4)、如果出现推拿力度过大或者电机输出力矩超过最大设定值，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程。
技术领域
本发明涉及一种机器人控制系统，具体涉及针对人体穴位的精确定位与跟踪和实现多种推拿手法的中医推拿机器人控制系统。
背景技术
随着机器人技术的发展，它在医疗领域的应用越来越广泛，已被应用于医疗床、外科手术、医疗康复等方面，但在中医推拿方面的应用还很少见。中华人民共和国国家知识产权局2009年05月27日公开的殷宝良申请的专利“按摩机器人”，申请号200820118938.3，公开号为CN20104171，该技术方案提供了一种模拟民间按摩师从上向下点圆或划圆按摩的按摩机器人，其机器臂下端用杆端轴承作为杠杆按摩臂的支点，按摩指在减速电机的转动下只能作循环往复的点圆或划圆按摩运动，还很难达到中医推拿治疗的效果。如今，市场上也出现了一些类似模拟推拿手法的仪器，但这些仪器模拟手法单一，只能起到放松、保健、缓解及消除疲劳的作用，往往达不到治疗疾病的目的。
因此，需开发中医推拿机器人控制系统和控制方法以实现中医推拿的自动化和智能化要求，使其能够按照治疗方案，对患者有关穴位利用相应推拿手法进行治疗，以达到减轻患者病痛，提高免疫力的效果。
发明内容
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种中医推拿机器人控制系统，其所控制的机器人系统包括推拿调节平台、五自由度机械臂、四自由度的推拿按摩手。其中，机械臂包括腰部、肩部、上臂、前臂和腕部及连接各部分的关节组成，各关节动作由伺服电机驱动；推拿按摩手包括掌心、手背、拇指和排指四部分，各部分由普通直流电机驱动。
所述的控制系统包括主控计算机系统、多轴运动控制器、CCD摄像机和嵌入式图像处理系统、主手示教装置、心率检测装置、血压检测装置、压力传感器、限位开关、伺服电机及其驱动器、普通直流电机及其驱动器、急停开关和控制柜等。其中，
主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统；
控制柜面板装有急停开关、电源开关、上电指示灯、工作指示灯和报警指示灯，柜内装有电源模块、伺服电机驱动器、直流电机驱动器、运动控制器和嵌入式图像处理系统；
CCD摄像机安装在推拿调节平台上方，通过PAL视频线与嵌入式图像处理系统连接，嵌入式图像处理系统将图像处理结果通过CAN总线上传至主控计算机系统；
主控计算机系统通过CAN总线和运动控制器连接，运动控制器与伺服电机驱动器和伺服电机驱动器电连接，运动控制器将伺服电机运动指令下发至伺服电机驱动器，控制伺服电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至伺服电机驱动器直流电机驱动器，控制直流电机动作；
主手示教装置包括五自由度的操作手柄、左右臂切换开关、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信；
血压检测模块通过CAN总线将患者血压信号实时上传到主控计算机系统，心率检测模块通过CAN总线将患者心率信号实时上传到主控计算机系统；
压力传感器有多个，分别安装于机械臂碗部及推拿手的拇指、掌心、腕部和排指等处，直接与运动控制器电连接；
限位开关分别安装在机械臂和推拿按摩手各关节处的起始位和停止位，直接与运动控制器电连接。
所述的控制系统，其所控制的两个机械臂和推拿按摩手可以同时动作、协调工作，也可各个机械臂及推拿按摩手单独运行。
所述的控制系统，在推拿过程中，可选取患者某几个关键穴位贴上便于机器人视觉识别的标识，视觉定位系统可实时测量所标识穴位的坐标变化量，然后主控系统根据这些带标识的穴位的变化量以及带标识的学位和其他需推拿的穴位之间的相对坐标关系，推到出所有需推拿的穴位的坐标变化量，然后视觉定位系统将此结果实时上传给主控计算机系统，从而控制机械臂跟踪穴位的变化。
所述的控制系统，其所控制的机械臂和推拿按摩手在推拿过程中，根据视觉定位系统解算出的穴位坐标变化量，可动态实时跟踪患者身体移动时所引起的需要推拿的穴位变化。
所述的控制系统，其所控制的机械臂和推拿按摩手在推拿过程中，可以根据患者的感受和心电、血压的生理指标的检测情况来随时调节推拿力度，甚至退出推拿流程。
所述的控制系统，采用C++语言实现多线程任务处理，并保证各模块并行协调工作。
所述的控制系统具有开放性，维护人员可以通过修改主控计算机系统的控制程序，提高控制系统的性能，完成指定任务。
一种中医推拿机器人控制系统的操作方法，包括以下步骤：
(1)、系统上电后，通过主控计算机系统操作界面使机械臂和推拿按摩手复位，各关节正方向运动至触发正限位开关后回零，主控计算机系统记下当前状态为系统初始状态；
(2)、患者平躺到推拿调节平台上，启动主手示教装置，控制机械臂对人体各主要穴位进行坐标采集，将采集到的坐标值存储到主控计算机系统中，示教完成后，系统复位；
(3)、根据患者病情，在主控计算机系统操作界面中制定治疗方案，对有关穴位进行相应手法的推拿，并设定推拿力度，时间和速度，治疗方案完成后，以动作序列的方式下发至运动控制器；
(4)、运动控制器接收并解析主控计算机系统发送的动作序列，根据解析得到的坐标值，控制机械臂完成穴位的准确定位，根据解析得到的手法指令，控制推拿按摩手调整到相应姿态，调整到位后，机械臂沿Z轴正方向运动，直到力传感器达到设定推拿力度时停止，同时，控制机械臂和推拿按摩手以设定的推拿速度开始执行相应推拿动作，直到完成设定推拿次数；
(5)、在推拿过程中，主控计算机系统循环查询系统的工作状态和患者的身体状况，并据此信息决定是否调整推拿流程，也可根据操作人员的指令随时终止推拿流程。
所述的操作方法，其所述的(1)步骤是针对编码器为增量式编码器的情况，若系统选用绝对式编码器，则系统可以任意位置为系统初始状态。
所述的操作方法，其所述的(2)步骤中示教可以通过主手示教装置完成，也可以通过主控计算机系统操作界面完成。
所述的操作方法，其所述的(5)步骤中包括：
1)、主控计算机系统实时监测患者的血压和心率，如果正常，继续按摩流程，如果出现异常，主控计算机系统操作界面报警，如果出现严重异常，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全，并且血压和心率正常、异常和严重异常的等级范围设定可在主控计算机系统的软件操作界面上完成；
2)、实时监测患者手中急停开关，如果急停开关未触发，继续推拿流程，如果急停开关触发，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
3)、实时监测主控计算机系统操作界面中的急停按钮，如果急停按钮未触发，继续推拿流程，如果急停开关触发，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
4)、如果出现推拿力度过大或者电机输出力矩超过最大设定值，停止当前推拿动作，同时机械臂快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程。
本发明的特点和显著效果主要体现在：
a)、实现了中医推拿手法的建模和机器人控制，为中医推拿技术的国际化、标准化提供了技术支撑；
b)、主控计算机系统功能强大，负责推拿任务规划、机械臂路径规划，采用C++编程语言实现多路径任务处理，为各模块并行协调工作提供了软件保证；
c)、主控计算机系统提供了友好的人机操作界面，将推拿按摩医生纳入闭环控制系统，负责下达治疗疗程，监视机器人工作和异常情况的处理，提高了推拿按摩效率，减轻了推拿按摩医生的劳动强度。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：中医推拿机器人示意图；
图2：中医推拿机器人控制系统结构示意图；
图3：控制柜面板示意图。
具体实施方式
图1中，推拿机器人系统包括推拿调节平台3，机械臂4，推拿按摩手6，床体2，脚轮1。其中：机械臂4包括均由伺服电机驱动的腰部7，肩部8，上臂9，前臂10，腕部11；推拿按摩手6包括均由普通直流电机驱动的拇指12，排指13，掌心14、掌背15；床体2安装由四个脚轮1，推拿调节平台3通过可移动的连杆与床体2连接，在直流电机的驱动下，推拿调节平台3可以相对于床体2上下升降，机械臂4和床体2连接，在伺服电机驱动下机械臂4的腰部7可以沿床体2轴向平移，机械臂4的腕部11和推拿按摩手6连接，其中伺服电机采用松下MINS系列，采用增量式编码器作为位置反馈传感器。
本发明实施例的控制系统结构如图2所示，包括主控计算机系统，运动控制器，CCD摄像机5，嵌入式图像处理系统，主手示教装置，心率检测装置，血压检测装置，压力传感器，限位开关，伺服电机，伺服电机驱动器、普通直流电机，普通直流电机驱动器，急停开关，控制柜。其中，
主控计算机系统包括显示器、鼠标、键盘、主机和软件系统，主机采用X86系列工控机，WINDOWS XP操作系统，主控软件系统是采用C++语言编程，可实现多线程任务处理，操作人员可以通过键盘、鼠标和显示器对主控系统进行操作；
主手示教装置主要用于穴位示教，包括五自由度的操作手柄、左右臂切换开关、单片机系统和CAN总线转换模块等，通过CAN总线与主控计算机系统通信；
血压检测模块可实时采集患者的血压信息，并通过CAN总线将患者血压信号实时上传到主控计算机系统；心率检测模块可实时监测患者的心率信号，并通过CAN总线将患者心率信号实时上传到主控计算机系统；
CCD摄像机5安装在推拿调节平台3上方，可实时采集在人体推拿部位的图像，通过PAL视频线与嵌入式图像处理系统连接，为了便于图像识别，在人体推拿部位的穴位上贴着直径为1厘米的彩色圆形标识，嵌入式图像处理系统将图像处理结果通过CAN总线实时上传至主控计算机系统；
运动控制器和主控计算机系统通过CAN总线连接，运动控制器采用TRIO运动控制器及其扩展板，共使用了11个通道，两个机械臂4的空间定位使用6个通道，两个推拿手6的姿态调整使用4个通道，推拿调节平台3升降使用1个通道，运动控制器与伺服电机驱动器和普通直流电机驱动器电连接，运动控制器将伺服电机的运动指令下发至伺服电机驱动器，控制伺服电机动作，运动控制器将直流电机运动指令下发至普通直流电机驱动器，控制直流电机动作；
压力传感器有多个，采用薄膜压力传感器，可实时采集推拿手6的推拿力度，分别安装于机械臂4的腕部11及推拿按摩手6的拇指12、掌心14、掌背15等处，直接与运动控制器的I/O口电连接，运动控制器把推拿力实时上传给主控计算机系统；
限位开关分别安装在机械臂4和推拿按摩手6各关节处的起始位和停止位，可以检测机械臂4各关节是否到了限位位置，限位开关直接与运动控制器的I/O口电连接。
图3是控制柜的面板示意图。图3中，面板上安装的电源开关16、上电指示灯17、工作指示灯18和报警指示灯19均与运动控制器的I/O口电连接，控制柜内装有运动控制器、伺服电机驱动器、直流电机驱动器、嵌入式图像处理系统、CAN总线转换模块以及电源模块等。
下面以中老年退行性腰腿痛推拿治疗为例，介绍本发明实施例的控制系统操作方法：
(1)、系统上电后，通过主控计算机系统操作界面使机械臂4和推拿按摩手6复位，各关节正方向运动至触发正限位开关后置零，主控计算机系统记下当前状态为系统初始状态；
(2)、患者俯卧位平躺到推拿调节平台3上，操作人员启动主手示教装置，或者通过主控计算机系统操作界面，控制机械臂4对患者穴位(阿是穴、肾俞、大肠俞、腰眼、腰阳关、环跳、承扶、殷门、委中、承山等)进行坐标采集，将采集到的坐标值存储到主控计算机系统中，示教完成后，系统复位，然后在患者背部和腿部选取几个CCD摄像机5能采集到的穴位，贴上直径1厘米的红色圆形标识，以便于嵌入式图像处理系统在推拿过程中实时监测这些标识的位置变化，从而推导出其他穴位在推拿过程中的坐标变化情况；
(3)、根据患者病情，在主控计算机系统操作界面中制定治疗方案，对有关穴位进行相应手法的推拿，并可对每个穴位或部位设定推拿力度、时间或速度等参数，推拿力度可分为轻度、中度和重度三个等级，速度也分为慢速、中等和快速三个等级，并且可根据病人身体状况通过操作界面修改各力度和速度等级的阈值，治疗方案完成后，以动作序列的方式下发至运动控制器，治疗方案的内容格式如下表：
(4)、运动控制器系统接收并解析主控计算机系统发送的动作序列，根据解析得到的坐标值，控制机械臂4完成穴位的准确定位，根据解析得到的手法指令，控制推拿按摩手6调整到相应姿态，调整到位后，机械臂4沿Z轴正方向运动，直到压力传感器达到设定推拿力度时停止，同时，控制机械臂4和推拿按摩手6以设定的推拿速度开始执行相应推拿动作，直到完成设定推拿次数；
(5)、在推拿过程中，主控计算机系统循环查询机器人系统的工作状态和患者的身体状况，并据此信息决定是否调整推拿流程，也可根据操作人员的指令随时终止推拿流程。在推拿过程中，检测的状态数据及采取的措施主要如下：
1)、实时监测患者的血压和心率，并与设定的正常、异常和严重异常的等级范围阈值进行比较，如果正常，继续按摩流程，如果出现异常，主控计算机系统操作界面报警，如果出现严重异常，停止当前推拿动作，同时机械臂4快速上移，保证患者人身安全；
2)、实时监测患者手中急停开关，如果急停开关未触发，继续推拿流程，如果急停开关214触发，停止当前推拿动作，同时机械臂4快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
3)、实时监测主控计算机系统操作界面中的急停按钮，如果急停按钮未触发，继续推拿流程，如果急停开关触发，停止当前推拿动作，同时机械臂4快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程；
4)、如果出现推拿力度过大或者电机输出力矩超过最大设定值，停止当前推拿动作，同时机械臂4快速上移，保证患者人身安全；情况排除后，通过主控计算机系统操作界面，可继续执行原来的推拿流程。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或等效替换而形成的技术方案，均落在本发明保护范围之内。
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