阅读说明：本技术 一种原始点智能按摩设备运动控制系统及其控制方法 (Original point intelligent massage equipment motion control system and control method thereof ) 是由 初光勇 宰青青 谭晓波 朱广仁 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种原始点智能按摩设备运动控制系统及其控制方法,该系统包括图像采集装置、PC端和按摩设备控制子系统,图像采集装置和按摩设备子系统均与所述PC端通信连接；按摩设备控制子系统包括主控制模块、运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块；运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块均与主控制模块连接。本发明根据原始点按摩手法的特点,设计了按摩设备的运动控制系统,能够实现按摩手的在按摩时三个方向上的调节,对比于传统的按摩设备,基于该运动控制系统设计的按摩设备能够适应不同身高、准确定位穴位原始点,可以调整按摩力度和按摩方式；丰富了按摩设备的功能,提高了用户的按摩体验。(The invention discloses a motion control system of original point intelligent massage equipment and a control method thereof, wherein the system comprises an image acquisition device, a PC (personal computer) end and a massage equipment control subsystem, wherein the image acquisition device and the massage equipment subsystem are in communication connection with the PC end; the massage equipment control subsystem comprises a main control module, a motion control module, a massager control module, a massage hand control module and a power management module; the motion control module, the massager control module, the massage hand control module and the power management module are all connected with the main control module. According to the characteristics of original point massage manipulations, the motion control system of the massage equipment is designed, the massage hand can be adjusted in three directions during massage, compared with the traditional massage equipment, the massage equipment designed based on the motion control system can adapt to different heights, accurately position original points of acupuncture points, and adjust massage force and massage modes; enriches the functions of the massage equipment and improves the massage experience of the user.)

一种原始点智能按摩设备运动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于保健器械技术领域，具体涉及一种原始点智能按摩设备运动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着经济和社会的快速发展，人们的生活水平和医疗水平也不断提高。人们越来越关注身体的健康，尤其是现在不良的饮食和生活习惯引起的亚健康疾病或职业病，这对人们工作学习和生活多多少少造成了影响。随着现代文明的进步，机器人已被人们熟知和认可，机器人已经从狭隘的工业、国防等特种领域向与人类密切相关的服务领域迈进；近年来，作为机器人大家庭一员的服务机器人得到了飞速的发展，医用、康复、清洁、建筑、救灾等各类机器人已经走进我们的生活。按摩机器人是服务机器人的一种，近年来随着中医在世界的风行和推广，把中医按摩理论作为按摩设备设计的理论基础，结合日益成熟的机器人机械化，现今已出现的按摩设备具有按摩力量精确可控、按摩穴位定位精确度高、按摩动作可准确重复等优点，基于可以实现按照中医按摩理论对人体的按摩，这对残疾人的康复、中老年人的健康以及人们生活质量的提高有非常大的帮助；但目前市场上主流的按摩器械主要是按摩椅和按摩床等，这些按摩器械的最大特点是只能对人体提供被动被动式的按摩动作，按摩者通过调整自己的位姿、躺姿依靠自身的重量挤压按摩装置实现按摩动作；除此之外，市场上的大部分按摩器械手法单一，不能模仿专业按摩师的按摩手法和按摩力度。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的原始点智能按摩设备运动控制系统及其控制方法解决了现有的按摩设备按摩手法单一，不能模仿模仿专业按摩师的按摩手法和按摩力度进行按摩的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种原始点智能按摩设备运动控制系统，包括图像采集装置、PC端和按摩设备控制子系统，所述图像采集装置和按摩设备子系统均与所述PC端通信连接；所述按摩设备控制子系统包括主控制模块、运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块；所述运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块均与所述主控制模块连接。

进一步地，所述主控制模块用于对按摩设备控制子系统中各个模块的工作进行协调控制；所述运动控制模块用于控制按摩设备中按摩手在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的移动，并对其进行姿态改变控制；所述按摩机控制模块用于控制按摩手实现不同的按摩手法；所述按摩手控制模块用于控制按摩手的直接执行机构；所述电源管理模块用于对按摩设备控制子系统进行供电管理。

进一步地，所述运动控制模块包括6个限位开关、第一编码器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；每个所述限位开关均与所述主控制模块连接，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机均通过第一编码器和电机驱动器与所述主控制模块连接；所述限位开关均分为3组，依次设置于按摩设备X、Y和Z方向的导轨上。

进一步地，所述按摩机控制模块包括第一直流电机和第二直流电机，所述第一直流电机和第二直流电机均与所述主控制模块连接；所述第一直流电机和第二直流电机均设置按摩设备的机械臂上。

进一步地，所述按摩手控制模块包括伺服电机、第三直流电机、第四直流电机、力传感器和第二编码器；

所述伺服电机通过第二编码器和电机驱动器与所述主控制模块连接，所述第三直流电机和第四直流电机均与所述主控制模块连接，所述力传感器通过信号处理电路与主控制模块连接；所述伺服电机设置于按摩手的手腕处，所述第三直流电机和第四直流电机分别设置有按摩手的两个按摩手指处，所述按摩手手腕、按摩手拇指和按摩手掌心处均设置有力传感器，所述第二编码器设置于按摩手的手腕处。

进一步地，所述电源管理模块包括相互连接的独立电源单元和安全磁力锁，所述安全磁力锁设置于按摩设备的各个支架处。

进一步地，所述信号处理电路包括电桥G；

所述电桥G的a触点与运算放大器A1的输出端连接，所述运算放大器A1的同相输入端分别与电阻R1的一端和晶闸管VR的负极连接，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，所述晶闸管VR的正极分别与电容C1的另一端和电阻R2的一端连接并接地，所述电阻R2的另一端分别与运算放大器A1的反相输入端和电桥G的c触点连接，所述电桥G的b触点与运算放大器A2的同相输入端连接，所述运算放大器A2的反相输入端分别与电阻R3的一端和电阻r的一端连接，所述电阻R3的另一端与运算放大器A2的输出端连接，所述电阻r的另一端分别与运算放大器A3的反相输入端和电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与运算放大器A3的输出端连接，所述运算放大器A3的同相输入端与电桥G的d触点连接，所述运算放大器A3的接地端接地，所述运算放大器A2的输出端通过电阻R5与运算放大器A4的反相输入端连接，所述运算放大器A3的输出端通过电阻R6与运算放大器A4同相输入端连接，所述运算放大器A4的反相输入端还通过电阻R8与其输出端连接，所述运算放大器A4的同相输入端还与接地电阻R7连接；

所述电阻R1的另一端作为信号处理电路的输入端与力传感器的输出端连接，所述运算放大器A4的输出端作为信号处理电路的输出端与主控制模块连接。

一种原始点智能按摩设备运动控制系统的运动控制方法，包括以下步骤：

S1、通过图像采集装置采集用户的状态图像，并对其进行图像分析，确定按摩穴位点；

S2、基于确定的按摩穴位点和用户按摩需求，在PC端中生成按摩设备的按摩轨迹控制指令，并发送至按摩设备控制子系统；

S3、通过按摩设备控制子系统按照接收到的按摩轨迹控制指令对用户进行原始点按摩，实现按摩设备的运动控制。

进一步地，所述步骤S3具体为：

S31、基于按摩轨迹控制指令，调整X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机相对于用户的位置；

S32、通过图像采集装置实时采集用户状态图像，判断当前用户状态图像中用户与按摩设备的相对位置是否满足按摩轨迹指令中的位置条件；

若是，则进入步骤S33；

若否，则返回步骤S31；

S33、根据用户在PC端选择的按摩方式对应的按摩轨迹控制指令，通过按摩机控制模块和按摩手控制模块的配合对用户进行原始点按摩，实现按摩设备的运动控制。

进一步地，所述步骤S33中，在对用户进行原始点按摩过程中，通过在PC端实时选择按摩方式和按摩力度，并生成对应的按摩控制指令发送至按摩设备控制子系统；

所述步骤S33中，当对用户进行原始点按摩过程中，按摩设备出现故障时，控制安全磁力锁自动断开，使独立电源单元停止对按摩设备供电，停止按摩。

本发明的有益效果为：

根据原始点按摩手法的特点，设计了按摩设备的运动控制系统，能够实现按摩手的在按摩时三个方向上的调节，对比于传统的按摩设备，基于该运动控制系统设计的按摩设备能够适应不同身高、准确定位穴位原始点，可以调整按摩力度和按摩方式；丰富了按摩设备的功能，提高了用户的按摩体验。

附图说明

图1为本发明提供的原始点智能按摩设备运动控制系统结构图。

图2为本发明提供的原始点智能按摩设备运动控制系统在按摩设备上的布置示意图。

图3为本发明提供的信号处理电路原理图。

图4为本发明提供的原始点智能按摩设备运动控制系统的运动控制方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

如图1-2所示，一种原始点智能按摩设备运动控制系统，包括图像采集装置、PC端和按摩设备控制子系统，所述图像采集装置和按摩设备子系统均与所述PC端通信连接；所述按摩设备控制子系统包括主控制模块、运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块；所述运动控制模块、按摩机控制模块、按摩手控制模块和电源管理模块均与所述主控制模块连接。

本发明实施例中的按摩设备运动控制系统主要实现对按摩设备中按摩机和按摩手的位置和姿态的控制、以及按摩手法的调整，同时将按摩机的当前状态信息返回至PC端，PC端发送运动控制指令到按摩设备控制子系统，按摩设备控制系统将接收到的位置、姿态信息转换成相应的控制指令，通过驱动器驱动相应的执行机构完成按摩动作，同时，将按摩机在坐标系中的坐标、按摩机的姿态、按摩手法等信息上传到PC端，以对按摩机的状态进行实时监控。

上述按摩设备控制子系统中的主控制模块用于对按摩设备控制子系统中各个模块的工作进行协调控制；所述运动控制模块用于控制按摩设备中按摩手在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的移动，并对其进行姿态改变控制；所述按摩机控制模块用于控制按摩手实现不同的按摩手法；所述按摩手控制模块用于控制按摩手的直接执行机构；所述电源管理模块用于对按摩设备控制子系统进行供电管理。

本发明实施例中的主控制模块以TRIO MC464控制器为主控芯片，通过以太网接口与上位机相连接，TRIO MC464是一款高速高精度运动控制器，采用国际先进的64位处理器实现了高精度的控制运算，400MHz主频及200MHz DDR内存使得运算速度快，确保对各个轴的精准控制。

本发明实施例中的运动控制模块包括6个限位开关、第一编码器、X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；每个所述限位开关均与所述主控制模块连接，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机均通过第一编码器和电机驱动器与所述主控制模块连接；运动控制模块可以实现按摩手在X、Y和Z三个方向上的移动，以及系统的改变，与之连接的第一编码器信号反馈至主控制模块，实现对伺服电机速度的闭环控制，而且可以实时记录按摩手的当前坐标，比上传至上位机；限位开关均分为3组，依次设置于按摩设备X、Y和Z方向的导轨上，控制对应位置上伺服电机的运动行程，确保电机的运行安全，每次新的按摩任务执行前，自动完成按摩手的复位。

本发明实施例中的按摩机控制模块包括第一直流电机和第二直流电机，所述第一直流电机和第二直流电机均与所述主控制模块连接；所述第一直流电机和第二直流电机均设置按摩设备的机械臂上；按摩机控制模块可以实现不同的按摩手法，传统原始点按摩包括指按、掌按、指揉、按揉和叩击等多种按摩手法，按摩机主要实现按和揉两种动作，通过上述的第一和第二直流电机配合完成。

本发明实施例中的按摩手控制模块直接控制执行机构按摩手，包括手腕和两个按摩手指，通过一个伺服电机和两个直流电机分别控制手腕和两个手指的开合，结合按摩机的动作实现不同的按摩手法；因此，按摩手控制模块包括一个伺服电机、第三直流电机和第四直流电机、力传感器和第二编码器；

上述伺服电机通过第二编码器和电机驱动器与所述主控制模块连接，每个所述直流电机均与所述主控制模块连接，所述力传感器通过信号处理电路与主控制模块连接；所述伺服电机设置于按摩手的手腕处，所述第三直流电机和第四直流电机分别设置有按摩手的两个按摩手指处，所述按摩手手腕、按摩手拇指和按摩手掌心处均设置有力传感器，所述第二编码器设置于按摩手的手腕处。按摩手上设置的若干力传感器可主要是检测按摩手的按摩力度，其中手指处为一维力检测，手腕处为三维力检测，力传感器将检测到的按摩力度反馈至主控制模块，实现对按摩力的控制，与伺服电机连接的第二编码器主要是检测手腕的摆动角度，将检测到的力和角度信号通过主控制模块上传到上位机，对按摩手的按摩力和姿态进行实时监测。

本发明实施例中的所述电源管理模块包括相互连接的独立电源单元和安全磁力锁，所述安全磁力锁设置于按摩设备的各个支架处；本发明中的运动控制系统选用独立电源进行供电，并可在工作异常情况下执行相应的紧急措施，如电机发生堵转时，系统电流会瞬间增大，模块可指向紧急断电操作，防止设备被烧坏；此外，安全磁力锁中磁铁包括两个磁极，一个N极一个S极，磁铁有同相异性，异性相吸的特性，安全磁力锁正是利用磁铁的这个特性，采用永磁铁(磁珠)制造出的锁具，当按摩机按摩压力过大，而系统没有执行相应的软件保护时，安全磁力锁会受力断开，执行硬件保护，式独立电源单元停止向系统供电，进一步提高了系统安全的可靠性。

如图3所示，本发明连接力传感器与主控制模块的信号处理电路包括电桥G；电桥G的a触点与运算放大器A1的输出端连接，所述运算放大器A1的同相输入端分别与电阻R1的一端和晶闸管VR的负极连接，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，所述晶闸管VR的正极分别与电容C1的另一端和电阻R2的一端连接并接地，所述电阻R2的另一端分别与运算放大器A1的反相输入端和电桥G的c触点连接，所述电桥G的b触点与运算放大器A2的同相输入端连接，所述运算放大器A2的反相输入端分别与电阻R3的一端和电阻r的一端连接，所述电阻R3的另一端与运算放大器A2的输出端连接，所述电阻r的另一端分别与运算放大器A3的反相输入端和电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与运算放大器A3的输出端连接，所述运算放大器A3的同相输入端与电桥G的d触点连接，所述运算放大器A3的接地端接地，所述运算放大器A2的输出端通过电阻R5与运算放大器A4的反相输入端连接，所述运算放大器A3的输出端通过电阻R6与运算放大器A4同相输入端连接，所述运算放大器A4的反相输入端还通过电阻R8与其输出端连接，所述运算放大器A4的同相输入端还与接地电阻R7连接；所述电阻R1的另一端作为信号处理电路的输入端与力传感器的输出端连接，所述运算放大器A4的输出端作为信号处理电路的输出端与主控制模块连接。

在本发明实施例中，原始点按摩设备对按摩手的实时性和运动精度要求很高，所以选用伺服电机，伺服电机具有响应快、低速平稳性好、调速范围宽等特点，本发明中的X轴、Y轴和Z轴伺服电机均选用松下伺服电机，而按摩手手腕处的伺服电机选用MZXXON电机，按摩机控制模块中的两个直流电机的型号为3819D110F，按摩手控制模块中设置于两个拇指处的直流电机型号为28BYGH系列高转矩混合式步进电机；本发明中按摩手控制模块中手腕处的力传感器的型号为XH32B-50，手指和掌心处的力传感器的型号为XH32A-20；本发明中的两个编码器的型号均为HEDL-5540，其共有三路输出，以RS422总线方式输出，输出信号反馈到主控制模块，实现对按摩手运行速度的控制和在坐标系中的定位。

实施例2：

如图4所示，本发明实施例中提供与上述实施例1中的原始点智能按摩设备控制系统对应的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过图像采集装置采集用户的状态图像，并对其进行图像分析，确定按摩穴位点；

S2、基于确定的按摩穴位点和用户按摩需求，在PC端中生成按摩设备的按摩轨迹控制指令，并发送至按摩设备控制子系统；

S3、通过按摩设备控制子系统按照接收到的按摩轨迹控制指令对用户进行原始点按摩。

上述步骤S3具体为：

S31、基于按摩轨迹控制指令，调整X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机相对于用户的位置；

S32、通过图像采集装置实时采集用户状态图像，判断当前用户状态图像中用户与按摩设备的相对位置是否满足按摩轨迹指令中的位置条件；

若是，则进入步骤S33；

若否，则返回步骤S31；

S33、根据用户在PC端选择的按摩方式对应的按摩轨迹控制指令，通过按摩机控制模块和按摩手控制模块的配合对用户进行原始点按摩。

上述步骤S33中，在对用户进行原始点按摩过程中，通过在PC端实时选择按摩方式和按摩力度，并生成对应的按摩控制指令发送至按摩设备控制子系统；当对用户进行原始点按摩过程中，按摩设备出现故障时，控制安全磁力锁自动断开，使独立电源单元停止对按摩设备供电，停止按摩。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明的有益效果为：

根据原始点按摩手法的特点，设计了按摩设备的运动控制系统，能够实现按摩手的在按摩时三个方向上的调节，对比于传统的按摩设备，基于该运动控制系统设计的按摩设备能够适应不同身高、准确定位穴位原始点，可以调整按摩力度和按摩方式；丰富了按摩设备的功能，提高了用户的按摩体验。