一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人的制作方法

本发明涉及医疗保健智能机械领域，具体的说一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人。

背景技术：

按摩是以中医的脏腑、经络学说为理论基础，并结合西医的解剖和病理诊断，而用手法或器械来回摩擦、揉捏或敲打人体体表的特定部位以调节机体生理、病理状况，达到理疗目的的方法，从性质上来说，它是一种物理的治疗方法，按摩的治疗上，可分为保健按摩、运动按摩和医疗按摩；从部位上来说，按摩可分为头部按摩、颈部按摩、腰部按摩、背部按摩、臀部按摩、腿部按摩以及脚部按摩等。

当人们乘坐时间过长时都会出现臀部酸痛的情况，同时也会伴有胸口闷气或者疼痛的状况，如果此种情况发生过于频繁，将会严重影响人们的身体健康，同时也会伴有一些疾病的发生，而且很容易导致人体痔疮的产生以及臀部脂肪堆积；如果经常对臀部进行按摩，不仅可以让紧绷的臀大肌、股二头肌、大收肌得到放松，减缓疲劳；而且还可以对屁股肥大者具有减肥的功效，使其更加纤小圆润，厚厚的肉肉的，十分的翘美。同时最重要的是可以减少脂肪的堆积，也可减少痔疮的发生。

由此可见，臀部按摩对人们身体健康以及平时的医疗保健都起着重要的作用，但是，目前臀部按摩相关器材均存在按摩接触不全面、按摩效果不明显、按摩力道不均匀、按摩执行运动空间大、承载能力低等问题，同时臀部按摩针对臀部不同部位所产生的按摩力均相同，但是臀部不同部位按摩时所需的力道是不一样的，致使人们接受臀部按摩时会产生不舒服的感觉。鉴于以上情况，本发明提供了一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人，包括座架、按摩装置、底架、扶手、行走装置和置脚板；所述的座架呈U型结构，座架中部设置有弧形状的海绵块，座架左右两侧分别设置有用于放置胳膊的立柱；所述的按摩装置位于座架正下方，且按摩装置上端面与座架下端面相紧贴连接，按摩装置下端面与底架上端相连接，底架中部设置有隔层，底架左右两侧端分别设置有矩形框槽；所述的扶手数量为二，扶手分别安装在底架左右两侧端的矩形框槽上方位置处，扶手下端依次均匀设置有半圆形凹部，扶手用于人们进行臀部按摩时双手的放置，同时人们也可以通过用力控制扶手来对本发明进行移动；所述的行走装置数量为四，行走装置分别固定在底架的四个顶角处，置脚板位于底架正前方，且置脚板与底架固连。

作为本发明的进一步改进，所述的按摩装置包括下支撑板、上支撑板、左右侧板、前后侧板、六自由度按摩执行器和三自由度按摩执行器，左右侧板和前后侧板的数量均为二，六自由度按摩执行器和三自由度按摩执行器的数量均为四；所述的下支撑板由四块矩形板拼接成弧状结构，且四块矩形板之间通过铰链进行连接，下支撑板可以根据具体情况调节成不同弧度角度的状态，以便不同臀部大小的人群使用；所述的上支撑板位于下支撑板正上方，左右侧板位于下支撑板和上支撑板之间，左右侧板上端与上支撑板相连接，左右侧板下端与下支撑板相连接，前后侧板分别位于左右侧板正前方和正后方；所述的六自由度按摩执行器分别对称安装在下支撑板中部位置处；所述的三自由度按摩执行器分别位于六自由度按摩执行器左右两侧，且三自由度按摩执行器与下支撑板相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的六自由度按摩执行器包括一号定平台、一号动平台、下三角座、上三角座、球铰链、套筒、伸缩杆、一号限位弹簧和一号按摩珠，下三角座和上三角座的数量为三，球铰链、套筒和一号限位弹簧的数量为十二，伸缩杆的数量为六；所述的一号定平台和一号动平台均呈圆形状结构，下三角座安装在一号定平台的上端面上，且下三角座在一号定平台上呈正三角形位置布置，上三角座安装在一号动平台下端面上，且上三角座和下三角座之间的安装位置两两交错；所述的球铰链分别安装在下三角座和上三角座上，套筒一端与球铰链相连接，套筒另一端与伸缩杆相连接，一号限位弹簧绕套在伸缩杆上，且伸缩杆为双向伸缩杆，伸缩杆为电动推杆、气动推杆或液压杆；所述的一号按摩珠均匀布置在一号动平台的上端面上，一号按摩珠为半球状结构，且一号按摩珠由柔性材料制成。通过伸缩杆的上下双向伸缩运动，从而带动一号动平台的上下往复运动，且通过一号限位弹簧增加了一号动平台的抖动性，提高了六自由度按摩执行器的按摩效果，六自由度按摩执行器采用6-SPS的Stewart并联机构，与串联机构相比刚度大，结构稳定，承载能力强且微动精度高，六自由度按摩执行器在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好，六自由度按摩执行器位于本发明的中心位置处，使用时，六自由度按摩执行器与人体臀部中部相接触，不仅起到了主要承重作用，充分利用了6-SPS的Stewart并联机构承重能力强的特点，而且与臀部接触面积大，按摩效果好。

所述的三自由度按摩执行器包括二号定平台、二号动平台、下耳座、上耳座、转轴、下连杆、上连杆、驱动轴、二号限位弹簧、二号按摩珠和驱动装置，下耳座、上耳座、下连杆、上连杆和二号限位弹簧的数量均为四，转轴的数量为八，驱动轴的数量为二；所述的二号定平台和二号动平台均呈方形结构，且二号定平台和二号动平台垂直对称布置，下耳座分别位于二号定平台上端面的四个顶角处，上耳座分别位于二号动平台下端面的四个顶角处，且下耳座和上耳座位于同条直线上；所述的下连杆一端通过转轴与下耳座相连接，下连杆另一端与上连杆一端之间通过驱动轴进行连接，上连杆另一端通过转轴与上耳座相连接；所述的二号限位弹簧上端与上连杆中部位置处相连，二号限位弹簧另一端与下连杆中部位置处相连接；所述的按摩珠均匀布置在二号动平台的上端面上，且二号按摩珠呈半球状结构，二号按摩珠由柔性材料制成；所述的驱动装置位于二号定平台上端面的中心位置处，且驱动装置与二号定平台之间固连；所述的驱动装置包括驱动电机、电机座、主动齿轮和从动齿轮，且从动齿轮数量为二；所述的驱动电机通过电机座固定在二号定平台上端面的中心位置处，且驱动电机与驱动轴平行并排安装，驱动电机采用可调速步进减速电机；所述的主动齿轮位于驱动电机前端，且主动齿轮与驱动电机主轴之间通过键进行连接，主动齿轮为对称的不完全齿轮，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮固定在驱动轴的中部位置处；通过驱动电机的转动带动主动齿轮的转动，且主动齿轮与从轮齿轮相啮合，从动齿轮与驱动轴同轴固定连接，从而带动上连杆以驱动轴为旋转中心进行转动，且通过主动齿轮为对称的不完全齿轮实现了从动齿轮的间歇转动，进而达到了二号动平台的上下往复抖动的效果，同时通过驱动装置实现了各上连杆的同步运动，整体运动性更加平稳有序，且通过二号限位弹簧增加了二号动平台的抖动性，提高了三自由度按摩执行器的按摩效果；三自由度按摩执行器采用4-RRR的冗余并联机构，在空间内可实现三转动共三个自由度方向的运动，4-RRR的冗余并联机构的三自由度按摩执行器为过驱动机构，通过采用过驱动技术有效地缓解和消除了普通并联机构的力奇异问题，实现了并联机构操作刚度的动态控制，改善了系统的力操作性能，使得三自由度按摩执行器在对臀部按摩时力道更加均匀平稳，有效的提高了本发明臀部按摩时的效果；三自由度按摩执行器位于本发明中心位置处两侧，工作时，三自由度按摩执行器可充分与人体臀部两边相接触，与六自由度按摩执行器相比，三自由度按摩执行器按摩力道稍微轻小平稳，更加适合对人体臀部两侧进行按摩，按摩效果好。

作为本发明的进一步改进，所述的行走装置包括行走耳座、转轴销和行走轮；所述的行走耳座呈倒立的U型结构，行走耳座上设置有制动器，转轴销安装在行走耳座上，行走轮安装在转轴销中部位置处；行走装置主要用于本发明的移动行走。

作为本发明的进一步改进，所述的上支撑板呈弧形状结构，上支撑板上端面上依次均匀布置有圆柱状横条；所述的左右侧板的垂直横断面呈折线状；所述的前后侧板呈不完全环形结构，前后侧板上均匀开设有矩形槽，且上支撑板、左右侧板和前后侧板均由柔性材料制成；通过柔性材料制成的上支撑板、左右侧板和前后侧板可完成按摩装置整体的伸缩运动，柔软性好，提高了按摩装置的按摩效果。

作为本发明的进一步改进，所述的下三角座呈正三角形柱体结构，下三角座沿其垂直中心线分别对称设置有倾斜面，倾斜面上开设有与球铰链下端外螺纹相配合的安装螺纹孔，且上三角座的结构与下三角座的结构相同。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明整体可收缩，柔软性好，占用空间小，可对人体臀部进行按摩，根据臀部不同部位按摩时产生的按摩力道不同，且按摩接触面全面，按摩效果明显，提高了臀部按摩时的舒适度。

(2)本发明六自由度按摩执行器采用6-SPS的Stewart并联机构，承载能力强且微动精度高，六自由度按摩执行器在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好，六自由度按摩执行器与人体臀部中部相接触，不仅起到了主要承重作用，充分利用了6-SPS的Stewart并联机构承重能力强的特点，而且与臀部接触面积大，按摩效果好。

(3)本发明三自由度按摩执行器采用4-RRR的冗余并联机构，在空间内可实现三转动共三个自由度方向的运动，4-RRR的冗余并联机构的三自由度按摩执行器为过驱动机构，通过采用过驱动技术有效地缓解和消除了普通并联机构的力奇异问题，实现了并联机构操作刚度的动态控制，改善了系统的力操作性能，使得三自由度按摩执行器在对臀部按摩时力道更加均匀平稳，且三自由度按摩执行器可充分与人体臀部两边相接触，更加适合对人体臀部两侧进行按摩，按摩效果好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明按摩装置的立体结构示意图；

图3是本发明按摩装置去除上支撑板、左右侧板和前后侧板后的立体结构示意图；

图4是本发明六自由度按摩执行器的立体结构示意图；

图5是本发明三自由度按摩执行器的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种基于冗余驱动双并联机构的臀部按摩机器人，包括座架1、按摩装置2、底架3、扶手4、行走装置5和置脚板6；所述的座架1呈U型结构，座架1中部设置有弧形状的海绵块，座架1左右两侧分别设置有用于放置胳膊的立柱；所述的按摩装置2位于座架1正下方，且按摩装置2上端面与座架1下端面相紧贴连接，按摩装置2下端面与底架3上端相连接，底架3中部设置有隔层，底架3左右两侧端分别设置有矩形框槽；所述的扶手4数量为二，扶手4分别安装在底架3左右两侧端的矩形框槽上方位置处，扶手4下端依次均匀设置有半圆形凹部，扶手4用于人们进行臀部按摩时双手的放置，同时人们也可以通过用力控制扶手4来对本发明进行移动；所述的行走装置5数量为四，行走装置5分别固定在底架3的四个顶角处，置脚板6位于底架3正前方，且置脚板6与底架3固连。

如图2和图3所示，所述的按摩装置2包括下支撑板21、上支撑板22、左右侧板23、前后侧板24、六自由度按摩执行器25和三自由度按摩执行器26，左右侧板23和前后侧板24的数量均为二，六自由度按摩执行器25和三自由度按摩执行器26的数量均为四；所述的下支撑板21由四块矩形板拼接成弧状结构，且四块矩形板之间通过铰链进行连接，下支撑板21可以根据具体情况调节成不同弧度角度的状态，以便不同臀部大小的人群使用；所述的上支撑板22位于下支撑板21正上方，左右侧板23位于下支撑板21和上支撑板22之间，左右侧板23上端与上支撑板22相连接，左右侧板23下端与下支撑板21相连接，前后侧板24分别位于左右侧板23正前方和正后方；所述的六自由度按摩执行器25分别对称安装在下支撑板21中部位置处；所述的三自由度按摩执行器26分别位于六自由度按摩执行器25左右两侧，且三自由度按摩执行器26与下支撑板21相连接。

如图4所示，所述的六自由度按摩执行器25包括一号定平台251、一号动平台252、下三角座253、上三角座254、球铰链255、套筒256、伸缩杆257、一号限位弹簧258和一号按摩珠259，下三角座253和上三角座254的数量为三，球铰链255、套筒256和一号限位弹簧258的数量为十二，伸缩杆257的数量为六；所述的一号定平台251和一号动平台252均呈圆形状结构，下三角座253安装在一号定平台251的上端面上，且下三角座253在一号定平台251上呈正三角形位置布置，上三角座254安装在一号动平台252下端面上，且上三角座254和下三角座253之间的安装位置两两交错，下三角座253呈正三角形柱体结构，下三角座253沿其垂直中心线分别对称设置有倾斜面，倾斜面上开设有与球铰链255下端外螺纹相配合的安装螺纹孔，且上三角座254的结构与下三角座253的结构相同；所述的球铰链255分别安装在下三角座253和上三角座254上，套筒256一端与球铰链255相连接，套筒256另一端与伸缩杆257相连接，一号限位弹簧258绕套在伸缩杆257上，伸缩杆257为双向伸缩杆，伸缩杆257为电动推杆、气动推杆或液压杆；所述的一号按摩珠259均匀布置在一号动平台252的上端面上，一号按摩珠259为半球状结构，且一号按摩珠259由柔性材料制成。通过伸缩杆257的上下双向伸缩运动，从而带动一号动平台252的上下往复运动，且通过一号限位弹簧258增加了一号动平台252的抖动性，提高了六自由度按摩执行器25的按摩效果，六自由度按摩执行器25采用6-SPS的Stewart并联机构，与串联机构相比刚度大，结构稳定，承载能力强且微动精度高，六自由度按摩执行器25在空间内可进行三平移三转动共六个自由度方向的运动，且运动空间小、运动速度快、运动灵活性好，六自由度按摩执行器25位于本发明的中心位置处，使用时，六自由度按摩执行器25与人体臀部中部相接触，不仅起到了主要承重作用，充分利用了6-SPS的Stewart并联机构承重能力强的特点，而且与臀部接触面积大，按摩效果好。

如图1所示，所述的行走装置5包括行走耳座51、转轴销52和行走轮53；所述的行走耳座51呈倒立的U型结构，行走耳座51上设置有制动器，转轴销52安装在行走耳座51上，行走轮53安装在转轴销52中部位置处；行走装置5主要用于本发明的移动行走。

如图5所示，所述的三自由度按摩执行器26包括二号定平台261、二号动平台262、下耳座263、上耳座264、转轴265、下连杆266、上连杆267、驱动轴268、二号限位弹簧269、二号按摩珠2610和驱动装置2611，下耳座263、上耳座264、下连杆266、上连杆267和二号限位弹簧269的数量均为四，转轴265的数量为八，驱动轴268的数量为二；所述的二号定平台261和二号动平台262均呈方形结构，且二号定平台261和二号动平台262垂直对称布置，下耳座263分别位于二号定平台261上端面的四个顶角处，上耳座264分别位于二号动平台262下端面的四个顶角处，且下耳座263和上耳座264位于同条直线上；所述的下连杆266一端通过转轴265与下耳座263相连接，下连杆266另一端与上连杆267一端之间通过驱动轴268进行连接，上连杆267另一端通过转轴265与上耳座264相连接；所述的二号限位弹簧269上端与上连杆267中部位置处相连，二号限位弹簧269另一端与下连杆266中部位置处相连接；所述的按摩珠2610均匀布置在二号动平台262的上端面上，且二号按摩珠2610呈半球状结构，二号按摩珠2610由柔性材料制成；所述的驱动装置2611位于二号定平台261上端面的中心位置处，且驱动装置2611与二号定平台261之间固连；所述的驱动装置2611包括驱动电机2611a、电机座2611b、主动齿轮2611c和从动齿轮2611d，且从动齿轮2611d数量为二；所述的驱动电机2611a通过电机座2611b固定在二号定平台261上端面的中心位置处，且驱动电机2611a与驱动轴268平行并排安装，驱动电机2611a采用可调速步进减速电机；所述的主动齿轮2611c位于驱动电机2611a前端，且主动齿轮2611c与驱动电机2611a主轴之间通过键进行连接，主动齿轮2611c为对称的不完全齿轮，主动齿轮2611c与从动齿轮2611d相啮合，从动齿轮2611d固定在驱动轴268的中部位置处；通过驱动电机2611a的转动带动主动齿轮2611c的转动，且主动齿轮2611c与从轮齿轮2611d相啮合，从动齿轮2611d与驱动轴268同轴固定连接，从而带动上连杆267以驱动轴268为旋转中心进行转动，且通过主动齿轮2611c为对称的不完全齿轮实现了从动齿轮2611d的间歇转动，进而达到了二号动平台262的上下往复抖动的效果，同时通过驱动装置2611实现了各上连杆267的同步运动，整体运动性更加平稳有序，且通过二号限位弹簧269增加了二号动平台262的抖动性，提高了三自由度按摩执行器26的按摩效果；三自由度按摩执行器26采用4-RRR的冗余并联机构，在空间内可实现三转动共三个自由度方向的运动，4-RRR的冗余并联机构的三自由度按摩执行器26为过驱动机构，通过采用过驱动技术有效地缓解和消除了普通并联机构的力奇异问题，实现了并联机构操作刚度的动态控制，改善了系统的力操作性能，使得三自由度按摩执行器26在对臀部按摩时力道更加均匀平稳，有效的提高了本发明臀部按摩时的效果；三自由度按摩执行器26位于本发明中心位置处两侧，工作时，三自由度按摩执行器26可充分与人体臀部两边相接触，与六自由度按摩执行器25相比，三自由度按摩执行器26按摩力道稍微轻小平稳，更加适合对人体臀部两侧进行按摩，按摩效果好。

如图2所示，所述的上支撑板22呈弧形状结构，上支撑板22上端面上依次均匀布置有圆柱状横条；所述的左右侧板23的垂直横断面呈折线状；所述的前后侧板24呈不完全环形结构，前后侧板24上均匀开设有矩形槽，且上支撑板22、左右侧板23和前后侧板24均由柔性材料制成；通过柔性材料制成的上支撑板22、左右侧板23和前后侧板24可完成按摩装置2整体的伸缩运动，柔软性好，提高了按摩装置的按摩效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。