摘 要：本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)實現(xiàn)了對人體背部的自動化叩擊按摩。首先設(shè)計了基于三自由度直角坐標移動平臺的叩擊按摩系統(tǒng)機械本體，使用固高GE-400-PV-PCI型四軸運動控制卡控制直角坐標平臺的末端執(zhí)行機構(gòu)-叩擊按摩模塊的移動和叩擊動作的實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件采用了基于LabVIEW平臺的人機交互式界面，該界面提供了手動和自動兩種系統(tǒng)操作模式，提高了該系統(tǒng)的可操作性。通過按摩人體測試，兩種不同的系統(tǒng)操作模式均能滿足叩擊類按摩手法的基本要求，進而驗證了該控制系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;叩擊按摩;運動控制;激振器

隨著社會老齡化程度加劇，越來越多長期臥床的老年人需要進行按摩以防止各種并發(fā)癥的發(fā)生。近年來，專業(yè)的按摩護理人員急劇短缺，現(xiàn)有的按摩護理從業(yè)者從事著繁重的按摩體力勞動，這一現(xiàn)狀促進了由物力代替人力對長期臥床老年人進行按摩護理的發(fā)展。本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對人體背部的定距離、定頻率叩擊按摩，可以使按摩護理進入機械化、智能化、自動化的發(fā)展階段。

1 叩擊按摩系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要由懸臂柔性叩擊按摩模塊和三自由度直角坐標移動平臺兩部分組成。以固高運動控制卡為核心，來實現(xiàn)三自由度移動平臺在X、Y、Z三個方向上的運動和懸臂柔性叩擊按摩模塊叩擊動作的產(chǎn)生。通過兩部分運動的結(jié)合，實現(xiàn)對人體背部不同位置、不同頻率的叩擊按摩。

圖1 三自由度叩擊按摩系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖懸臂柔性叩擊按摩模塊是用懸臂梁式的叩擊按摩臂代替人的手臂，該按摩臂具有一定的柔性，從而避免了剛性按摩對人體造成的傷害。通過激振器為按摩臂提供動力，同時也可以通過運動控制卡提供的可調(diào)頻率和可調(diào)幅度的正弦信號，改變激振器的振動頻率和幅度，進而改變懸臂柔性按摩臂的按摩方式，滿足不同的按摩需求。三自由度直角坐標移動平臺是由三個線性模組組成，該平臺的最大移動距離為1000mm×400mm×1000mm。三個軸采用笛卡爾坐標系定義，分別定義為 X 軸、Y 軸、Z 軸，三個軸的方向分別對應(yīng)實際中的左右、前后和上下方向，使用線性模組搭建該三維坐標平臺，驅(qū)動方式上采用步進電機，傳動方式上采用滾珠絲杠，和直線導(dǎo)軌輔助完成。三自由度叩擊按摩系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 叩擊按摩系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

通過對叩擊按摩系統(tǒng)的功能分析，要求該系統(tǒng)能夠仿照傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)叩擊類按摩手法進行智能化按摩，按摩的位置、頻率、力度能夠在終端界面上實時顯示，并且在按摩過程中能夠隨時改變按摩的位置、頻率、力度。充分考慮按摩系統(tǒng)的控制要求，本文采用了“PC+運動控制卡”的控制方式，實現(xiàn)對三維直角坐標移動平臺和叩擊按摩模塊的精準控制?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如上圖2所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

叩擊按摩系統(tǒng)的軟件功能要求實現(xiàn)叩擊按摩的自動化全過程。軟件系統(tǒng)的編程方式以采用模塊化形式，主要包括人機交互式界面、運動控制模塊、人機距離監(jiān)測模塊等，其中運動控制模塊可以實現(xiàn)手動操作和自動控制兩種工作模式。開發(fā)平臺選用虛擬儀器LabVIEW，其具有編程簡單、界面直觀等優(yōu)點。叩擊按摩系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件部分主要功能包括接收并響應(yīng)外部的操作指令、控制執(zhí)行機構(gòu)的運動、系統(tǒng)工作狀態(tài)的及時監(jiān)測、系統(tǒng)工作中所產(chǎn)生故障的診斷及解決、系統(tǒng)工作信息的反饋等?？刂葡到y(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合叩擊類按摩手法在護理中的應(yīng)用以及按摩康復(fù)類設(shè)備的市場需求，設(shè)計了一種基于三自由度直角坐標移動平臺的叩擊按摩系統(tǒng)，采用“PC+運動控制卡”的控制方式，基于LabVIEW軟件平臺對叩擊按摩過程進行精準控制。通過按摩人體測試，驗證了系統(tǒng)控制方案的可行性。叩擊按摩系統(tǒng)的研制實現(xiàn)了叩擊按摩的機械化與自動化，與其他按摩康復(fù)類設(shè)備結(jié)合使用，可以將按摩護理人員從繁重的體力按摩工作中解放出來，具有較強的實用性和可推廣性。

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作者簡介：賈培奇（1990-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士研究生，科員，助理工程師，研究方向：機械設(shè)計及理論。