[发明专利]基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手

说明书

本发明涉及一种基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手，属于柔性驱动和仿生机械技术领域。由气动人工肌肉组成的并联柔性驱动单元，能够实现各个手指的多自由度运动，使得机械手具有高度灵活性。本发明提供的机械手具有16个运动自由度，其功能集成度高、柔性大、结构紧凑，可实现模拟人手的推、按、揉、捏等按摩动作。同时，本发明通过触觉感知单元感知人体不同部位组织硬度从而调节按摩力度，提升了机械手的智能化程度。在此基础上，可以与近红外血管成像模块、红外热成像模块等进一步集成，为人体按摩质量提供有效表征手段及评价机制，进一步提升按摩效果，因此在家庭服务机器人、医疗康复、中医理疗等领域具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及柔性驱动和仿生机械技术领域，特别涉及一种基于气动人工肌肉的柔性驱动仿生按摩机械手。本发明可与近红外血管成像模块、红外热成像模块、六自由度平台等模块进一步集成，对患者病灶部位进行准确定位并实现多样化的按摩动作，对优化按摩效果、建立效果评价与监测机制、缓解按摩师工作压力具有重要意义。为揭示中医按摩机理和疗效影响规律提供了有效实验手段。

背景技术

按摩是一种通过“手法”所产生的外力作用于人体特定部位的软组织、筋膜、韧带，以软化人体组织、改善血液循环，达到理疗目的的方法。它简单有效，而且极少创伤，是目前一种比较崇尚的自然疗法。随着医疗技术的发展，人体按摩技术在临床实践中得到了越来越广泛的应用。目前临床应用上仍以人工推拿为主，按摩过程中，按摩师需要根据患者具体的病情，运用不同的手法技巧——如施力的位置、大小、方向、频率等，才能达到理想的疗效。所以按摩对按摩师的要求较高，需要按摩师投入大量精力与体力，而且目前多地按摩师的数量无法满足医患需求。因此，研发一种能够缓解按摩师工作压力、提高按摩效率、提升按摩效果的辅助智能化按摩机械手显得尤为必要。

一个完备的按摩机械手必须具有足够的灵巧性和智能性，其涉及到生物工程、微机电系统、仿生学和智能控制等多个领域，是一项多学科跨度的复杂工程。往往采用体积小、结构紧凑的新型柔性驱动器进行驱动，从而实现手指的多自由度运动，提升手的灵巧性。而触觉感知环节采用柔性薄膜触觉传感器，其具有体积小、安装方便、对人体组织影响小和易集成等优点，可显著提升按摩手智能化程度。但就目前情况来看，市场上出现的仪器多是近似模拟按摩手法的器械，如各种品牌的按摩器和按摩椅，其手法单一，只能起到保健、放松和缓解疲劳的作用，对治疗疾病的效果不明显。而国内学者关于基于新型柔性驱动器的人工关节的研究还处于初级阶段，研究主要集中于实现人工关节的结构设计和理论建模。沈永根提出一种姿势可调型医疗手臂按摩机器人；程岚提出一种肩宽可调式医疗手臂按摩机器人；陆相龙提出一种按摩椅的新型按摩机械手。但他们所设计的按摩机械手按摩功能单一，整体普遍采用刚性驱动及传动机构，柔性欠佳，且机构复杂，体积偏大，没有考虑如何将传感集成于结构，不能满足日益增长的多样化的按摩要求。而在按摩过程中，不仅需要实现过于多样化的按摩动作，还要实现类似人手的触觉感知功能，提升按摩机械手的智能化程度。其次，现有的按摩机械手多属于开环控制，没有实现对接触力的实时检测，也未能够实现对人体组织硬度的有效表征，从而对按摩力度进行有效预测和控制。

综上，开发可集成柔性驱动器及触觉感知单元，且能对按摩动作和力度进行闭环控制的按摩机械手，是十分必要的。

发明内容