一种按摩机器人的制作方法

本发明按摩器械技术领域，特别涉及一种按摩机器人。

背景技术：

我国中医按摩历史悠久，是深受广大群众喜爱的养生健体方式，具有疏通经络、调和气血，起到增强体质，健美防衰，延年益寿的功效。然而目前还保持这传统的技师人工操作，顾客的幸福伴随着技师的劳累和汗水；同时人力以及按摩师的培养成本不断增加，每个按摩师的经验与力量的不同造成顾客的感受也不同。按摩师花费大量时间在繁重的重复性劳动中。

目前推拿按摩自动化研究主要有按摩椅、按摩床、按摩垫、按摩器、按摩机器人等。关于按摩机器人的研究有：申请号为cn201110218119.2的中国专利公开了一种龙门式机械臂装置的中医按摩机器人，定位范围小，无法适应人体两侧等部位按摩，且与床固定一体，体积大，结构笨重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种按摩机器人，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种按摩机器人，包括控制台、六轴机械臂和按摩机械手；按摩机械手连接在六轴机械臂上，六轴机械臂设置在控制台上；控制台包括上位机、三维视觉识别系统、六轴机械臂控制箱和按摩机械手控制箱；三维视觉识别系统、六轴机械臂控制箱和按摩机械手控制箱均连接到上位机；按摩机械手控制箱连接按摩机械手并控制按摩机械手工作；三维视觉识别系统的输出端连接六轴机械臂控制箱，三维视觉识别系统的输入端连接按摩机械手；六轴机械臂控制箱根据三维视觉识别系统输出的穴位坐标信息控制六轴机械臂运动；上位机用于向各系统发送操作指令并实时监控按摩机器人运行状态；

按摩机械手包括伺服电缸、机械手安装支架、第一按摩头、第二按摩头和三维立体相机；机械手安装支架的两侧分别固定设置有伺服电缸，一个伺服电缸的下端连接有第一按摩头，另一个伺服电缸的下端连接有第二按摩头，伺服电缸用于调节第一按摩头和第二按摩头的高度；双目视觉相机设置在机械手安装支架上，双目视觉相机与三维视觉识别系统连接。

进一步的，控制台底面设置有若干带刹车脚轮；控制台内部第一层设置有六轴机械臂控制箱；控制台内部第二层依次设置有上位机和按摩机械手控制箱，上位机侧面设置有ups电源；控制台上表面设置有触摸显示器，触摸显示器通过显示器支架连接在控制台顶面。

进一步的，第一按摩头包括指按头骨架、指按头轴承座、深沟球轴承、第一从动轴、第二从动轴、步进电机、第二安装支架和主动轴；第一从动轴、第二从动轴和主动轴均为曲轴；步进电机通过电机安装板固定在第二安装支架上方，主动轴的一端连接步进电机的输出端，第二安装支架的下方设置有指按头骨架，指按头骨架上表面固定设置有指按头轴承座，指按头轴承座上表面设置有三个深沟球轴承；主动轴的另一端穿过第二安装支架连接在一个深沟球轴承上，另外两个深沟球轴承与第二安装支架下表面之间分别设置有第一从动轴和第二从动轴。

进一步的，第二安装支架与伺服电缸的下端固定连接；指按头骨架为倒置锥形，锥形表面设置有沟壑，沟壑内设置有第一电加热丝，指按头骨架外侧套设有指按硅胶头。

进一步的，第二按摩头包括第一安装支架、掌按头安装板和掌按头骨架；第一安装支架的一端与伺服电缸下端连接，另一端与掌按头安装板固定连接，掌按头安装板的下表面固定连接有掌按头骨架。

进一步的，掌按头骨架表面设置有沟壑，沟壑内设置有第二电加热丝；掌按头骨架外侧套设有掌按硅胶头。

进一步的，机械手安装支架上表面设置有多维力传感器，多维力传感器上表面与六自由度协作机器人连接；多维力传感器与按摩机械手控制箱连接。

进一步的，上位机连接有遥控手柄。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明的按摩机器人与按摩床分离，体积小，灵活移动；

本发明的三维视觉获取人体穴位信息，引导机械臂定位按摩，并实时监测按摩过程，如客户有异动则启动安全保护暂停按摩；

本发明的六轴机械臂安装于控制台上方，且其底座可以上下调节高度，以适应不同高度的按摩床，同时保证六轴机械臂满足人体按摩部位任意方向自由移动定位。

本发明配置有无线遥控手柄，客户在按摩过程中可进行简单操作，比如按摩力度调节、按摩头温度调节以及处于安全目的的急停按键。

本发明六轴机械臂末端法兰与按摩机械手之间安装有多维力传感器，实时监测按摩过程中施加的力度，反馈给上位机，上位机通过pid调节保证按摩力度在有效范围内，同时当按摩力度超过阈值时启动安全保护，机器人按摩头抬起一定高度后停止并报警。

附图说明

图1是本发明的整体示意图。

图2是本发明的控制台内部示意图。

图3是本发明的按摩机械手示意图。

图4是本发明的第一按摩头结构示意图。

图5是本发明的第一按摩头仰视图。

图6是本发明的第二按摩头结构示意图

1-控制台，2-六轴机械臂，3-按摩床，4-按摩机械手，5-触摸显示器，6-六轴机械臂控制箱，7-上位机，8-ups电源，9-按摩机械手控制箱，10-脚轮，11-多维力传感器，12-三维立体相机，13-第一按摩头，14-第二按摩头，15-显示器支架，16-伺服电缸，17-机械手安装支架，18-第一安装支架，19-相机安装支架，20-步进电机，21-第二安装支架，23-遥控手柄；24、指按头骨架；25、指按头轴承座；26、第一从动轴；27、第二从动轴；28、主动轴；29、第一电加热丝；30、指按硅胶头；31、掌按头安装板；32、掌按头骨架；33、第二电加热丝；34、掌按硅胶头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图6，一种按摩机器人，包括控制台1、六轴机械臂2和按摩机械手4；按摩机械手4连接在六轴机械臂2上，六轴机械臂2设置在控制台1上；控制台1包括上位机7、三维视觉识别系统、六轴机械臂控制箱6和按摩机械手控制箱9；三维视觉识别系统、六轴机械臂控制箱6和按摩机械手控制箱9均连接到上位机7；按摩机械手控制箱9连接按摩机械手4并控制按摩机械手工作；三维视觉识别系统的输出端连接六轴机械臂控制箱6，三维视觉识别系统的输入端连接按摩机械手4；六轴机械臂控制箱6根据三维视觉识别系统输出的穴位坐标信息控制六轴机械臂2运动；上位机用于向各系统发送操作指令并实时监控按摩机器人运行状态；上位机型号vostro成就3000；六轴机械臂控制箱是机械臂成套采购，型号i5-cb-i；按摩机械手控制箱9包括开关电源、plc、温度变送器、伺服电缸驱动器和步进电机驱动器；开关电源、plc、温度变送器、伺服电缸驱动器和步进电机驱动器组成的控制系统，用于控制伺服电缸、步进电机和按摩头加热。

按摩机械手4包括伺服电缸16、机械手安装支架17、第一按摩头13、第二按摩头14和三维立体相机12；机械手安装支架17的两侧分别固定设置有伺服电缸16，一个伺服电缸的下端连接有第一按摩头13，另一个伺服电缸的下端连接有第二按摩头14，伺服电缸用于调节第一按摩头13和第二按摩头14的高度；双目视觉相机设置在机械手安装支架上，双目视觉相机与三维视觉识别系统连接。

所述控制系统包括上位机、三维视觉识别系统、六轴机械臂控制箱、按摩机械手控制箱。所述上位机主要是通过操作触摸显示器，向各系统发送操作指令并实时监控按摩机器人运行状态。所述三维视觉识别系统处理三维立体相机采集的图像信息，输入至人体穴位深度神经网络训练模型获得人体穴位的三维坐标。所述六轴机械臂控制箱根据三维视觉识别系统输出的穴位坐标信息，将按摩机械手定位到穴位上启动按摩。所述按摩机械手控制箱主要是实时监测按摩过程中多维力传感器反馈的信号，与客户设置的按摩力度值比较，经过pid调解控制按摩机械手输出的力度保持在设定范围内，并当监测的按摩力度超过设定的阈值时按摩机械手停止按摩，同时抬起一定高度并发出报警信号。当客户需要对身体某些部位进行按摩时，操作人员选择一种系统内置的按摩流程后启动按摩，六轴机械臂会自动运行到客户身体上方，三维视觉识别系统启动三维立体相机获取人体穴位坐标信息并传输给六轴机械臂。六轴机械臂移动到相应的穴位位置，按摩机械手根据预先设置的力度和按摩流程自动切换按摩头按摩。按摩过程中客户可操作遥控手柄实时调节按摩力度和停止。

控制台1底面设置有若干带刹车脚轮10；控制台1内部第一层设置有六轴机械臂控制箱6；控制台1内部第二层依次设置有上位机7和按摩机械手控制箱9，上位机7侧面设置有ups电源8；控制台1上表面设置有触摸显示器5，触摸显示器5通过显示器支架15连接在控制台1顶面。

第一按摩头13包括指按头骨架24、指按头轴承座25、深沟球轴承、第一从动轴26、第二从动轴27、步进电机20、第二安装支架21和主动轴28；第一从动轴26、第二从动轴27和主动轴28均为曲轴；步进电机20通过电机安装板固定在第二安装支架21上方，主动轴28的一端连接步进电机的输出端，第二安装支架21的下方设置有指按头骨架24，指按头骨架24上表面固定设置有指按头轴承座25，指按头轴承座25上表面设置有三个深沟球轴承；主动轴的另一端穿过第二安装支架21连接在一个深沟球轴承25上，另外两个深沟球轴承与第二安装支架21下表面之间分别设置有第一从动轴26和第二从动轴27。

第二安装支架21与伺服电缸16的下端固定连接；指按头骨架24为倒置锥形，锥形表面设置有沟壑，沟壑内设置有第一电加热丝29，指按头骨架外侧套设有指按硅胶头30。

第二按摩头14包括第一安装支架18、掌按头安装板31和掌按头骨架32；第一安装支架18的一端与伺服电缸下端连接，另一端与掌按头安装板31固定连接，掌按头安装板31的下表面固定连接有掌按头骨架32。

掌按头骨架32表面设置有沟壑，沟壑内设置有第二电加热丝33；掌按头骨架外侧套设有掌按硅胶头34。

机械手安装支架17上表面设置有多维力传感器11，多维力传感器11上表面与六自由度协作机器人连接；多维力传感器11与按摩机械手控制箱9连接。

上位机7连接有遥控手柄23。

按摩机械手通过机械手安装支架固定在多维力传感器11下侧；两个对向布置的伺服电缸16安装在机械手安装支架17两侧；伺服电缸下方经过第二连接支架21和第三连接支架22设置有步进电机20，步进电机20输出轴连接有第一按摩头13，当启动按摩时伺服电缸向下施力同时步进电机20带动第一按摩头13旋转摆动，做揉、按动作；伺服电缸下方经过第一连接支架18设置有第二按摩头14，当启动按摩时伺服电缸16-2向下施力同时六轴机械臂2带动第二按摩头14做揉、按动作。

本发明的工作过程如下所示：

使用所述按摩机器人进行按摩时，客户俯卧或仰卧在按摩床5上，操作人员操作触摸显示器5选择预先设计好的按摩流程，选择好后启动按摩，上位机7传输指令给六轴机械臂控制箱6，控制六轴机械臂2运行到拍照位置，三维视觉识别系统启动三维立体相机12获取人体穴位坐标信息并传输给六轴机械臂2。六轴机械臂2移动到相应的穴位位置，按摩机械手4根据预先设置的力度和按摩流程自动切换第一按摩头13和第二按摩头14进行按摩。多维力传感器11实时监测按摩头反馈的力，并将力值上传给按摩机械手控制箱9，经过pid调节控制伺服电缸16-1和伺服电缸16-2输出力值，保证按摩力度保持在设定范围内；按摩过程中客户可操作遥控手柄实时调节按摩力度和停止。

本发明所述的三维视觉识别系统接收双目视觉相机采集的信息：包括五大部分，分别为图像采集、相机标定、二维轮廓提取、三维点云获取以及定位.通过对采集的图像进行预处理，根据平行双目视觉三角测量算法算出以左相机为坐标原点的各穴位的空间坐标，然后计算出各穴位在机器人基坐标系下的坐标，各部分具体步骤如下：

1、相机标定：求解双目相机的相对位置参数、内外参数以及畸变参数，使用光束法平差优化双目相机的参数。

2、在穴位点上贴易于识别的标志点。

3、平行双目相机到指定位置拍摄贴有标志点的人体部位，获得人体在不同位置拍摄的两幅图像；

4、机械臂手眼标定：利用机械手移动相机在不同位置获得图像，读取不同位置机械手的参数，提取不同位置标定板图像的标志点数据，计算机械手移动不同位置下的相机的位置姿态，根据李群和李代数知识构建优化方程，优化求解相机相对于机械手的位置和姿态。

5、读入左、右图像，高精度提取左右图像中的标志点，通过高斯滤波，计算得到梯度图，连通域位置提取，加权对偶拟合曲线，计算得到人工标志点中心像素坐标(ul，vl)，(ur，vr)，对人工标志点中心像素坐标进行畸变校正(ucl，vcl)，(ucr，vcr)，计算人工标志点中心像素是否在左腰、右腰范围内，若在范围内分别计算标志点中心像素坐标与特殊点、中轴线(设中轴线ll1＝k1x+b1，lr1＝k2x+b2，其中k1，k2，b1，b2根据步骤5计算得到)之间的偏移量分别为公式1、公式2、公式3、公式4：

根据偏移量确定穴位名称，利用核线关系得到同名点，根据平行双目视觉三角测量公式5计算出以左相机为坐标原点的穴位的对应的三维空间坐标(x，y，z)，根据步骤6中的参数计算该学位点在机械臂坐标系中的位置(x，y，z)。

其中b是基线距离，d＝ur-vl是视差，f是焦距，v＝vl＝vr，v0，v0是摄像机内参。