[发明专利]一种全自动瘢痕康复按摩装置及其控制方法

权利要求书

1.一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，包括支架以及安装于支架上的CCD成像系统和机械臂，所述机械臂的前端通过偏心旋转机构连接按摩头；所述CCD成像系统采集瘢痕部位图像信息，并将图像处理后确定的瘢痕位置信息反馈给主控芯片，经主控芯片规划按摩路线，将机械臂移动到相应位置，并控制机械臂向下施压使按摩头接触皮肤，按摩头通过压力传感器测量压力值达到主控芯片设定压力值时，主控芯片控制偏心旋转机构旋转使按摩头做偏心圆周运动，对瘢痕部位进行揉动按摩。

2.根据权利要求1所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述机械臂包括第一连接臂、第二连接臂和第三连接臂，第一连接臂和第二连接臂铰接，第二连接臂和第三连接臂铰接，第一连接臂的一端通过滑块滑动在支架的丝杠上，所述丝杠通过第一电机驱动旋转，所述第二连接臂通过第二电机驱动相对第一连接臂转动，所述第三连接臂通过第三电机驱动相对第二连接臂转动，所述第三连接臂的另一端通过第四电机与偏心旋转机构相连，所述第一电机、第二电机、和第三电机、第四电机分别与主控芯片电连接。

3.根据权利要求1所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述偏心旋转机构包括按摩旋转件、按摩头前端紧固件、第五电机、压力移动杆、弹簧、轴承、电机连接件、机械臂固定件和压力传感器，所述第五电机与电机连接件紧密连接，所述压力传感器与机械臂固定件紧密相连，所述弹簧的一端与压力移动杆相连，另一端与按摩旋转件内壁相连，所述按摩旋转件的端部通过按摩头前端紧固件封闭，所述第五电机的输出轴连接按摩旋转件，移动杆穿出按摩头前端紧固件与按摩头相连，所述第五电机和压力传感器分别与主控芯片电连接。

4.根据权利要求3所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述电机连接件与机械臂固定件小间隙配合，所述按摩旋转件与按摩头前端紧固件螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述压力移动杆与按摩旋转件相对自由旋转，压力移动杆在按摩旋转件内腔自由旋转，使按摩头相对皮肤无转动。

6.根据权利要求1-5所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述主控芯片包括信息接收模块、路径规划模块、第一控制模块、压力计算模块、第二控制模块，CCD成像系统采集瘢痕部位图像信息，并将图像处理后确定的瘢痕位置信息反馈给信息接收模块，经路径规划模块规划按摩路线，通过第一控制模块将机械臂移动到相应位置，并控制机械臂向下施压使按摩头接触皮肤，按摩头通过压力传感器测量压力值达到压力计算模块设定压力值时，第二控制模块控制按摩旋转件旋转以及按摩头沿偏心轴做圆周运动，对瘢痕部位进行揉动按摩。

7.根据权利要求6所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，压力计算模块的压力计算公式为：

d(f)＝GA/R(1-(f/c)²)(1+Δ(f/c))；

d(f)为压力计算模块设定压力值，G为衬比度计算值，A为按摩头面积大小，R为按摩头曲率半径，f为压力传感器测量压力值，Δ取值范围[-0.3，0.3]，Δ根据偏心距不同选定，c为弹簧压缩受力的1/2。

8.根据权利要求1所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，按摩路线规划方法为：判定瘢痕边界为长轴为a、短轴为b的椭圆形，以椭圆中心为原点O、椭圆短轴b所在方向为X轴、椭圆长轴a所在方向为Y轴，将瘢痕边界划分为四个象限，规划路线原点分别设计在O1(x，y)、O2(-x，y)、O3(x，-y)、O4(-x，-y)，分别以原点O1、O2、O3、O4并以大于短半轴b长度为半径做圆形，使四个圆形彼此叠加后将长轴为a短轴为b的椭圆形完全覆盖。

9.根据权利要求1-5所述的一种全自动瘢痕康复按摩装置，其特征在于，所述按摩头轴线位置距第五电机旋转轴心距离为5mm～15mm之间；所述压力传感器采用薄膜压力传感器；所述压力移动杆与按摩头前端紧固件为小间隙配合；所述按摩头的前端设有硅胶套；所述主控芯片设定压力值为17mmHg～40mmHg。

10.一种全自动瘢痕康复按摩装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将瘢痕部位放在图像识别区，由CCD成像系统采集瘢痕部位位置信息，其中，具体采用CCD相机采集，所述图像识别区为CCD相机照射的黑色方框内；

步骤S2：利用主控芯片对获取的图像进行分析及边缘处理，具体可通过Open CV或Python对图片进行分析及边缘处理，计算烧伤部位图片衬比度，确定瘢痕位置信息；根据烧伤部位与正常皮肤部位图片衬比度百分比值和上位机瘢痕衬比度设定值进行比较，判断边界位置；将瘢痕部位颜色深浅按图片衬比度数值范围分为多个等级，衬比度高的按摩时间依次增加；

步骤S3：将瘢痕位置信息反馈给主控芯片；其中，主控芯片采用树莓派模块，将像素数字量信号传送至树莓派，具体地，像素数字量信号可通过标准USB2.0或3.0协议通讯传送至树莓派，经图像识别、处理、分析、定位烧伤区域、识别瘢痕区域颜色深浅，经主控芯片规划按摩路线、按摩时间；程序自动规划每一部位的按摩时间和按摩力度，每一部位的按摩时间设定在5-10分钟，按摩压力大小设定在17mmHg-40mmHg范围内；其中，按摩路线是经过图像分析和边缘处理，瘢痕边界判断为长轴为a、短轴为b的椭圆形，以椭圆中心为原点O、椭圆短轴b所在方向为X轴、椭圆长轴a所在方向为Y轴，将瘢痕边界划分为四个象限，规划路线原点分别设计在O1(x，y)、O2(-x，y)、O3(x，-y)、O4(-x，-y)，分别以原点O1、O2、O3、O4并以大于短半轴b长度为半径做圆形，使四个圆形彼此叠加后将长轴为a短轴为b的椭圆形完全覆盖；

步骤S4：利用主控芯片控制第一电机启动驱动机械臂沿丝杠运动，按规划按摩路线依次运动到指定位置；

步骤S5：利用第二电机和第三电机驱动机械臂向下按压，使按摩头接触皮肤，此时通过压力移动杆向上移动压缩弹簧，弹簧通过按摩旋转件、轴承和电机连接件将力传递给压力传感器，当压力传感器测量压力值达到设定压力值时，第五电机驱动按摩旋转件旋转进而带动按摩头做圆周运动，产生揉动效果；此时压力移动杆在按摩旋转件内腔做自转运动，即按摩头与人体皮肤之间无相对转动运动发生，无剪力产生；其中，压力传感器与主控芯片中的压力计算模块通讯连接；压力计算公式为：

d(f)＝GA/R(1-(f/c)²)(1+Δ(f/c))；

d(f)为压力计算模块设定压力值，G为衬比度计算值，A为按摩头面积大小，R为按摩头曲率半径，f为压力传感器测量压力值，Δ取值范围[-0.3，0.3]，Δ根据偏心距不同选定，c为弹簧压缩受力的1/2；

步骤S6：当起始部位按摩达到设定按摩时间后，机械臂上升，并在第一电机驱动下通过转动丝杠，进而带动按摩头移动至下一位置，重复以上操作，进而按规定路线依次对其余部位进行按摩；

步骤S7：当规划按摩过程完成后，机械臂回到初始位置，依次按摩完成。