专利名称：一种基于中医理论的腰部推拿医疗器械的制作方法
技术领域：
本发明为一种基于中医理论的腰部推拿医疗器械，涉及机电一体化和医疗器械领 域，所解决的问题是用机电一体化设备复现中医推拿手法，实现对人体腰部的推拿。
背景技术：
中医推拿是以中医基础理论为指导，以各种手法技巧或器械为作用力，直接作用 于人体表面的特殊部位，产生生物物理和生物化学的变化，最终通过神经系统调节，体液循 环调节，以及筋络穴位的传递效应，达到舒筋活骨，消除疲劳，防治疾病，从而改善人体生理 机能的各种操作手法。随着现代科学技术的发展，以及人们生活水平和环保意识的提高，人 们对身体保健有了更高的追求。然而，中医推拿疗法的推广目前遇到障碍，其原因在于按摩 穴位需要有经验的按摩师亲自进行，其体力消耗大、操作时间长等问题一直无法得到解决。 因此如何将中医推拿的医学原理与现代工程技术相联系，成为迫切需要解决的一个问题。现在市场上的按摩器械大多源于国外的设计思路，缺乏足够的规范性与理论支 持。我国的中医推拿有着悠久的历史，与广泛的群众认可度，因此，一种基于中医理论的腰 部推拿医疗器械应允而生，对它的研究有着重要的现实意义。首先，中医文化是中国文化的精髓，目前存在着丢失的情况，推拿手法的失传应该 得到充分重视。如果能够把推拿手法通过机械电子程序控制技术永久地保存下去，应该是 为国人、世人做的一大贡献。其次，使推拿手法规范化。推拿师的水平不均(施力的大小、方向、位置、穴位、频 率等对治疗效果影响很大)，如今市场上也出现了一些类似推拿的仪器，如利用电磁力作 用来模拟振动手法的理疗仪，利用机械运动模拟中医推拿手法的按摩椅等。但由于模拟手 法单一，这种简单的振动与真正的中医推拿相差甚远。最后，市场需求。快节奏的生活，使如今很多人处于亚健康状态，同时人口老龄化 严重，使人们对于家用按摩设备的需求日益增长。把成本降到最低，并把它推广到家庭中应用。
发明内容
针对上述文中的对中医推拿机的需求以及现有推拿设备的不足，本发明提出一种 可以实现按、推、揉、滚等基本中医推拿手法的腰部推拿器械，该设备在推拿过程中要实现 自动准确的完成推拿动作，复现推拿手法的要求。为了解决这一技术问题，本发明提供了一种基于中医理论的腰部推拿医疗器械， 其设计思路如下
推拿师用推、拿、按、摩、滚、揉、捏、点、拍等多种手法作用于患者的肌肤表面，疏通经 络、推行气血。作适当简化后，这些手法大都可以分解为几种基本运动形式的组合。以 “揉”手法为例，以推拿师手掌和病患皮肤的接触面为基准平面建立坐标系，可以将该手法 分解为沿Z轴方向的往复运动和在XOY平面内的圆周运动(图1)，得到推拿师掌心点运动轨迹与时间的函数为
X = rcos(stf) ； 7 = rsin(ffli) ； Z = j4cos(Jfcf)
式中，！·为XOY平面内圆周运动的半径，ω为圆周运动角速度，A为Z轴往复运动振 幅，k为与推拿手法特征和振动频率相关的参数或数学表达式。同理，“推”手法可分解为Z方向直线运动和XOY平面直线运动的复合；“滚”手法 可分解为XOY平面内绕Z轴的旋转和直线运动的复合等。根据这一方法，可以从运动学和动力学角度描述手法动作，提取完整的、可以精确 再现的数学模型，然后由计算机通过程序控制相应执行机构，完成力度和技巧性都很强的 推拿动作。根据上述发明思路，本发明采用下述技术方案
一种基于中医理论的腰部推拿医疗器械，包括一个可控振动头、一个运动平台机构、 一个仰坐姿态机架和一个控制系统，其特征在于所述可控振动头通过螺丝紧固安装在所述 运动平台机构的动平台上，所述运动平台机构通过螺丝紧固安装在所述仰坐姿态机架靠背 下方的一个机构支架上，便于实施推拿；所述控制系统固定在所述运动平台机构下方。上述可控振动头大小与人体拳头大小相仿，所述可控振动头的结构是有2-5个 模拟人手指功能的沿轴线方向运动的机械式振动元件，环形均勻安装于一个振动头壳体 内；所述振动元件与所述控制系统连接，根据推拿手法要求所述控制系统对其独立控制。上述运动平台机构选用3-RPS并联机构，所述3-RPS并联机构由一个静平台、一个 所述动平台和铰接两个平台的3个直线驱动分支构成；所述直线驱动分支中有移动副、转 动副、球面副，它通过球面副与静平台铰连，通过转动副与动平台铰连，移动副是机构驱动 副，移动副上下端分别连接所述转动副和球面副。上述每个直线驱动分支由一个螺母棒、一个直线运动套筒和一个步进电机组成， 所述螺母棒通过螺纹与步进电机与输出轴旋配，螺母棒滑套在直线运动套筒内，可与之相 对滑动；步进电机接受控制系统的控制指令进行转动，带动螺母棒运动，在直线运动套筒的 作用下，螺母棒与直线运动套筒相对滑动，使螺母棒做直线运动，从而形成直线驱动。上述仰坐姿态机架的靠背与地面成30°，与运动平台机构运动方向成90°的结 构，从而形成仰坐姿态的推拿方式，该结构舒适性好、占地面积小、易维护，又可以稳定患者 上部分肢体，且不会被束缚。上述控制系统由一体机、显示器、电机驱动器和端子板等构成，一体机内装有由 FPGA和DSP构成的工控机和运动控制卡，通过端子板与电机驱动器连接步进电机，并通过 端子板与振动元件连接；仪器操作人员通过人机界面将推拿要求输入到工控机，所述工控 机生成控制指令并将指令传递给运动控制卡，所述运动控制卡生成相应控制算法，并通过 开关量的方式控制振动元件按照推拿要求依次振动，通过脉冲、电压方式控制三个步进电 机做插补运动，使3-RPS并联机构驱动动平台按照推拿要求运动。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本 发明的可控振动头上设有多个振动元件，可根据推拿手法要求独立控制，3-RPS并联机构 运动平台由三个电机带动丝杠螺母实现三个直线运动，仰坐姿态机架靠背及推拿头角度可 调，适用于身高体型不同人群。本发明是推拿手法更为规范，成本低，便于使其推广在家庭 中使用。
图1是中医推拿医疗器械设计原理图。图2是本发明一个实施例的结构示意图。图3是图2示例的可控振动头结构示意图。图4是图2示例的机械系统结构示意图。图5是图2示例直线运动分支结示意图。图6是图2示例的控制系统结构框图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下 实施例一
如图2-图5所示，基于中医理论的腰部推拿医疗器械，包括可控振动头(1)、运动平台 机构(2)、仰坐姿态机架(3)、一体机(4)、显示器(5)和控制系统，其特征在于所述可控振动 头(1)通过螺丝紧固安装在所述运动平台机构(2)的动平台(8)上，所述运动平台机构(2) 通过螺丝紧固安装在所述仰坐姿态机架(3)靠背下方的一个机构支架上，便于实施推拿； 所述控制系统固定在所述运动平台机构(2)下方。实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下
参见图3，上述可控振动头(1)的结构是有2-5个模拟人手指功能的沿轴线方向运动 的振动元件(6)，所述振动元件(6)可根据推拿手法要求由控制系统对其独立控制。另有对 其起支撑作用的壳体(7)，与人体接触的部位选用特定的有机材料。参见图4，上述运动平台机构(2)，根据上述运动分析所述运动平台机构(2)选用 3-RPS并联机构。所述3-RPS机构由静平台(12)、所述动平台(8)和铰连该两个平台的3个 直线驱动分支(10)构成。直线驱动分支(10)中有移动副、转动副(9)、球面副(11)，它通 过球面副(11)与静平台(12)铰连，通过转动副(9)与动平台(8)铰连。移动副是机构的 驱动副。机构中运动构件数为8，5级副的构件有6个(三个转动副和三个移动副)，3级副 的构件有3个(三个球面副)，由空间机构学中的公式可计算出机构的自由度为3。该动平台 有三个输入构件——三台步进电机(15)，与机构自由度相等，所以是一个静定机构。当一个 移动副的长度发生变化时，动平台(8)运动可以视为绕其它两个球面副(11)中心连线的定 轴转动，可以用简单的数学公式加以计算。这一点对于简化3-RPS机构的运动控制是极其 有利的。与其它的多自由并联机构相比更为简便实用。参见图5，上述直线驱动分支由螺母棒(13)、直线运动套筒(14)、步进电机(15)组 成。步进电机(15)接受控制指令进行转动，带动螺母棒(13)运动。在直线运动套筒(14) 的作用下，螺母棒(13)与直线运动套筒(14)相对滑动，使螺母棒(13)做直线运动，从而形 成直线驱动。1、参见图2，上述仰坐姿态机架(3):传统推拿师推拿对患者的腰背部进行推拿时， 可选用的姿态有俯卧位、仰卧位和坐位，从舒适性好、占地面积小、易维护等多方面考虑， 采用仰坐姿态占据空间较小，又可以稳定患者上部分肢体，且不会被束缚。这种姿态适合于推拿装置使用，是人工推拿所不能实现的。中医靠背、推拿机支架可调，可满足不同体型人 体推拿。其结构是所述仰坐姿态机架(3)的靠背与地面成30°，与运动平台机构(2)运动 方向成90°的结构，从而形成仰坐姿态的推拿方式，该结构舒适性好、占地面积小、易维护， 又可以稳定患者上部分肢体，且不会被束缚。其控制系统特征如下，
参见图6，所述控制系统由一体机(4)的工控机(16)和运动控制卡(17)、电机驱动器 (19)和端子板(18)等构成。其控制原理仪器操作人员通过人机界面将推拿要求输入到工 控机，所述工控机生成控制指令并将指令传递给运动控制卡，所述运动控制卡生成相应控 制算法，并通过开关量的方式控制振动元件按照推拿要求依次振动，通过脉冲、电压等方式 控制三个电机做插补运动，使3-RPS并联机构运动平台按照推拿要求运动。工作原理用户通过显示器(5)上的人机交换界面选择所要接受推拿的手法和时 间后，坐到仰坐姿态座椅(3)，同时指令传输到工控机，所述工控机生成控制指令并将指令 传递给运动控制卡，所述运动控制卡生成相应控制算法，通过脉冲、电压等方式控制三个步 进电机(15)，步进电机(15)接受控制指令进行转动，带动螺母棒(13)运动。在直线运动套 筒(14)的作用下，螺母棒(13)与直线运动套筒(14)相对滑动，使螺母棒(13)做直线运动， 从而形成直线驱动，使3-RPS并联机构运动平台按照推拿要求运动。与此同时，运动控制卡通过开关量的方式控制可控振动头(1)上的振动元件(6) 按照推拿要求依次振动，以配合运动平台机构(2)进行推拿，最终由可控振动头(1)与皮肤 接触，进行推拿。本实施例是基于中医推拿手法的医疗器械系统结构简单、功能合理，并具有非常 好的普适性。经实践证明，以中医推拿手法为研究基础，利用3-RSP并联机构和可控振动头 为执行机构，推拿效果明显，并节省了人力，为中医推拿进入家庭打下基础，是一个实用、有 效的推拿医疗器械。
权利要求
1.一种基于中医理论的腰部推拿医疗器械，包括一个可控振动头(1)、一个运动平台 机构(2)、一个仰坐姿态机架(3)和一个控制系统，其特征在于所述可控振动头(1)通过螺 丝紧固安装在所述运动平台机构(2)的动平台(8)上，所述运动平台机构(2)通过螺丝紧固 安装在所述仰坐姿态机架(3)靠背下方的一个机构支架上，便于实施推拿；所述控制系统 固定在所述运动平台机构(2 )下方。
2.根据权利要求1所述的基于中医理论的腰部推拿医疗器械，其特征在于可控振动头 (1)大小与人体拳头大小相仿，所述可控振动头(1)的结构是有2-5个模拟人手指功能的 沿轴线方向运动的机械式振动元件(6)，环形均勻安装于一个振动头壳体(7)内；所述振动 元件(6)与所述控制系统连接，根据推拿手法要求所述控制系统对其独立控制。
3.根据权利要求1所述的基于中医理论的腰部推拿医疗器械，其特征在于所述运动平 台机构(2)选用3-RPS并联机构，所述3-RPS并联机构由一个静平台(12)、一个所述动平 台(8)和铰结两个平台的3个直线驱动分支(10)构成；所述直线驱动分支(10)中有移动 副、转动副(9)、球面副(11)，它通过球面副(11)与静平台(12)铰连，通过转动副(9)与 动平台(8)铰连，移动副是机构的驱动副，移动副的上下端分别连接所述转动副(9)和球面 副(11)。
4.根据权利要求3所述的基于中医理论的腰部推拿医疗器械，其特征在于所述每个 直线驱动分支(10)由一个螺母棒(13)、一个直线运动套筒(14)和一个步进电机(15)组成， 所述螺母棒(13)通过螺纹与步进电机(15)与输出轴旋配，螺母棒(13)滑套在直线运动套 筒(14)内，可与之相对滑动；步进电机(15)接受控制系统的控制指令进行转动，带动螺母 棒(13)运动，在直线运动套筒(14)的作用下，螺母棒(13)与直线运动套筒(14)相对滑动， 使螺母棒(13)做直线运动，从而形成直线驱动。
5.根据权利要求1所述的基于中医理论的腰部推拿医疗器械，其特征在于所述仰坐姿 态机架(3)的靠背与地面成30°，与运动平台机构(2)运动方向成90°的结构，从而形成仰 坐姿态的推拿方式，该结构舒适性好、占地面积小、易维护，又可以稳定患者上部分肢体，且 不会被束缚。
6.根据权利要求1所述的基于中医理论的腰部推拿医疗器械，其特征在于所述控制系 统由一体机(4)、显示器(5)、电机驱动器(19)和端子板(18)等构成，一体机(4)内装有由 FPGA和DSP构成的工控机(16)和运动控制卡(17)，通过端子板(18)与电机驱动器(19)连 接步进电机(15)，并通过端子板(18)与振动元件(16)连接；仪器操作人员通过人机界面将 推拿要求输入到工控机(16)，所述工控机(16)生成控制指令并将指令传递给运动控制卡 (17)，所述运动控制卡(17)生成相应控制算法，并通过开关量的方式控制振动元件(16)按 照推拿要求依次振动，通过脉冲、电压方式控制三个步进电机(15)做插补运动，使3-RPS并 联机构驱动动平台(18)按照推拿要求运动。
全文摘要
本发明涉及一种用于基于中医理论的腰部推拿医疗器械。它包括可控振动头、运动平台机构、仰坐姿态机架和控制系统，可控振动头通过螺丝固定安装在运动平台机构的动平台上，运动平台机构通过螺丝紧固安装在仰坐姿态机架靠背下方的机构支座上，便于实施推拿，控制系统固定在运动平台机构下方。本发明使推拿手法更为规范，便于使其在家庭中应用。
文档编号A61H23/00GK102119903SQ20111004716
公开日2011年7月13日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者万秋里, 刘文玉, 崔海波, 李媛, 李维, 赵伟 申请人:上海大学