張藝源，張祖紅

（1.南京市金陵中學(xué)高二（6），江蘇 南京 210000；2.南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 210000）

特殊人群手部自動按摩保健設(shè)備規(guī)劃設(shè)計探索

張藝源1，張祖紅2

（1.南京市金陵中學(xué)高二（6），江蘇 南京 210000；2.南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 210000）

各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國已經(jīng)進入老齡化社會。各級政府部門相繼出臺了一系列措施，保障了“老有所依，老有所養(yǎng)”?？梢钥隙?，老人的衣食住行、醫(yī)療保健應(yīng)該是養(yǎng)老保障的關(guān)鍵所在。隨著養(yǎng)老服務(wù)需求的提升和服務(wù)人員的減少，智能化設(shè)備進入養(yǎng)老行業(yè)是大勢所趨。主要介紹了一款基于處理器控制的“穴位關(guān)節(jié)按摩設(shè)備”的研發(fā)設(shè)計和制造注意事項。

特殊人群；手部自動按摩；保健設(shè)備；規(guī)劃設(shè)計

1 系統(tǒng)設(shè)計來源

中醫(yī)是中華民族的瑰寶。根據(jù)相關(guān)中醫(yī)文獻記載，經(jīng)常按摩、擠壓手部關(guān)節(jié)和穴位，舒筋活血，清心明目，舒脈通絡(luò)，對健康很有好處。有些特殊群體，因為年齡、身體狀況、疾病等原因不能自我按摩穴位，這就需要他人提供服務(wù)。社區(qū)老人較多，工作人員的工作量較大，甚至有些服務(wù)可能都做不到，筆者分析了這些動作過程，開發(fā)設(shè)計了一款自動擠壓按摩裝置，能自動完成手部穴位、關(guān)節(jié)的保健動作，尤其適合一些特殊人群使用。該裝置可以提高社區(qū)養(yǎng)老機構(gòu)、特殊服務(wù)機構(gòu)的工作效率，減少工作人員數(shù)量，甚至可以替代人工工作。

2 設(shè)計功能規(guī)劃

運用機械部件、控制和驅(qū)動電路、傳感器和系統(tǒng)軟件，制造一臺能夠自動對手指的穴位、關(guān)節(jié)進行適度按摩的機電裝置?？紤]到設(shè)備的服務(wù)人群特殊、操作對象專業(yè)背景、設(shè)備工作時限和使用環(huán)境等因素，裝置設(shè)計規(guī)劃功能如下：可以對手指、手掌進行擠壓、揉、扎、滾、搓、捏等操作；可以對局部區(qū)域、關(guān)節(jié)、穴位進行擠壓、扎、滾、揉等操作；可以對穴位進行電位刺激；可以自動粗定位穴位、關(guān)節(jié)；防漏電觸電；機械擠壓力量限位；可以記憶使用動作過程，下次使用可以一鍵調(diào)用執(zhí)行，按認可的方式服務(wù)；具備數(shù)據(jù)傳輸端口，記錄設(shè)備使用操作的大數(shù)據(jù)，供科研、設(shè)備更新使用；具備顯示功能、友好的人機界面等。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

功能的實現(xiàn)，取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)期設(shè)計的功能，設(shè)備主要由以下部分組成，現(xiàn)作如下說明。

機械部件，在控制信號和驅(qū)動電路的作用下工作，實現(xiàn)、完成各種按摩擠壓功能；驅(qū)動電路，主要由大功率管和步進電機組成，在控制信號的引導(dǎo)下控制機械部件動作；處理器檢測電路，檢測各傳感器輸出信號變化情況，供算法軟件判別使用；處理器控制電路，把控制要求傳送給驅(qū)動電路等；傳感器，主要完成檢測功能，比如位置、力量大小、速度快慢、靜電大小、漏電、發(fā)熱、風(fēng)扇、聲音大小等；人機界面部分，主要由按鍵和顯示器件組成，可以完成信息和指令輸入，也可以顯示設(shè)備運行動作信息、個人信息、時間、故障代碼等；保護電路部分，主要設(shè)計了壓力超限保護、高壓漏電保護、設(shè)備過傾斜保護等；存儲部分，主要是為了收集大數(shù)據(jù)，供設(shè)備改進升級使用。設(shè)置以上結(jié)構(gòu)屬于基本設(shè)置，在成品、使用過程中，還可以根據(jù)需要增加結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)更完善、運行更可靠、使用更便捷。

4 控制系統(tǒng)框圖

控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

5 控制過程設(shè)計

本設(shè)備主要是基于單片機設(shè)計制作的，單片機是整機工作、數(shù)據(jù)處理和功能控制的“大腦”，在程序設(shè)計時要保證邏輯功能準確，響應(yīng)速度與機械部件匹配，能根據(jù)要求啟動機械部件完成任務(wù)。

設(shè)備供電，自啟動，完成各傳感器、驅(qū)動部件檢測，有錯會報警顯示代碼，提示維修；若啟動正常，則等待按鍵指令輸入，可以單獨選擇穴位擠壓、擠扎等動作，可以單獨選擇關(guān)節(jié)擠壓、揉、滾、搓等動作，也可以按自己以往使用過的習(xí)慣模式執(zhí)行動作等；設(shè)備有數(shù)據(jù)收集功能，經(jīng)通訊端口上傳到PC機，本地也可以存儲部分過程數(shù)據(jù)供運行使用。

總之，電路設(shè)計部分包含傳感器及其信號檢測、電平轉(zhuǎn)換電路、過流過壓保護電路、功率放大和電機驅(qū)動電路等。調(diào)試時，要注意電平兼容、頻率匹配，更要與編制的控制軟件相配合，才能實現(xiàn)功能。具體原理圖，因篇幅有限，不再呈現(xiàn)。

6 機械部件設(shè)計

應(yīng)該說機械部件是整個設(shè)備系統(tǒng)最核心、最費時、最難做的，也是設(shè)備具有創(chuàng)新功能的基礎(chǔ)。

對手指、手掌進行擠壓、揉、扎、滾、搓等操作功能的實現(xiàn)，最終需要機械部件來完成。下面進行實現(xiàn)方式的描述。

擠壓動作的實現(xiàn)。主要采用一定大小（這個大小尺寸理論上越小越好）的球形體按一定軌跡運動疊加成曲面或者平面立體的方式。揉動作的實現(xiàn)。主要選好合適材料，適度增加摩擦力，黏壓住皮膚，帶動肌肉甚至部分肌體在關(guān)節(jié)允許的范圍活動。扎動作的實現(xiàn)。包含適度的擠壓力和合適材質(zhì)尺寸的錐形體，在系統(tǒng)控制軟件和驅(qū)動電機的作用下，可以模擬一定頻次、一定強度的針扎動作。滾動作的實現(xiàn)。一定壓力下的滾動作，帶給人時緊時松的壓迫感。在圓柱體上橫向開槽，尺寸適度即可。圓柱體在電機的帶動下，循環(huán)來回轉(zhuǎn)動，就可以實現(xiàn)功能。搓功能的實現(xiàn)。搓其實和揉差不多，只是摩擦力適度小些，電機帶動特殊軸產(chǎn)生來回雙向運動而已。還可以設(shè)置一些組合動作，這里就不再表述?？傊?，這些模擬人的動作功能的實現(xiàn)，需要精心設(shè)計機械構(gòu)件，可以直接單獨設(shè)計，也可以組合設(shè)計，甚至可以結(jié)合運動疊加設(shè)計。機械部件最好能重復(fù)使用，完成多種功能，這樣設(shè)備裝置整體結(jié)構(gòu)尺寸小，質(zhì)量輕，使用維護便捷。另外，機械功能的實現(xiàn)，還可以結(jié)合軟件和適當移位協(xié)調(diào)組合產(chǎn)生，這需要去不斷調(diào)試、改進，精度是個很重要的指標。

7 結(jié)束語

該裝置具備較強的實用價值，值得大家去創(chuàng)新、去鉆研，用更合理、更簡便、更好的算法去設(shè)計、制造該系統(tǒng)。筆者做了些探索，完成了產(chǎn)品試制，但還有好多不完善之處，我們會精益求精，不斷改進，也期望讀者多提建議。

［1］丁鎮(zhèn)生.電子電路設(shè)計與應(yīng)用手冊［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［2］張祖紅，劉清平.鉆機數(shù)控操作系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計研究［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012（15）.

［3］王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)

出版社，2013.

TH122

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.136

2095－6835（2017）20－0136－02

〔編輯：劉曉芳〕