李燕玉 黃少敏

福建電力職業(yè)技術(shù)學院 福建 泉州 362000

作為現(xiàn)代社會的一種生活主張，養(yǎng)老保健椅是21世紀朝陽產(chǎn)品。為滿足老年人對舒適環(huán)境的需要和對健康養(yǎng)老生活方式的追求，本項目積極打破傳統(tǒng)保健按摩椅體積碩大、難以移動的痛點，研究設(shè)計出具備全方位麥克納姆輪移動裝置、自動搖椅、可升降靠背、按摩裝置、語音交互系統(tǒng)、心率檢測功能和血氧計算等多種功能的養(yǎng)老保健椅，來解決當前社會老年人面對的健康養(yǎng)老問題。

一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的360°可移動智能養(yǎng)老保健椅是由全方位移動裝置、自動搖椅、可升降靠背、按摩裝置、語音交互系統(tǒng)、心率檢測功能和血氧計算等多種功能集于一體的自動化按摩椅，按摩椅整體由機械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。

(一)機械部分

1.總體構(gòu)架。本保健椅總體設(shè)計參考人機工程學原理設(shè)計，人類的最佳坐姿是135度的坐姿，以能保持其脊椎形狀，減輕脊椎壓力；在沒有調(diào)整按摩椅角度時，按摩椅以135度的角度去貼合人的脊柱，以減輕脊柱壓力；右手扶手側(cè)安置有相關(guān)控制面板、控制手柄等。底部轉(zhuǎn)向部分采用麥克納姆輪，可接收精度更高的轉(zhuǎn)向、前進后退命令。

2.底盤機構(gòu)。底盤采用麥克納姆輪，麥克納姆輪是種可全方位移動的特殊輪子，這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化到一個機輪法向力上面。依靠各自機輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產(chǎn)生一個合力矢量從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機輪自身的方向。在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。麥克納姆輪結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。有4個這種新型輪子進行組合，可以更靈活方便的實現(xiàn)全方位移動功能。

3.搖擺機構(gòu)。采用的搖椅軌道為齒輪式軌道結(jié)構(gòu)，采用數(shù)控銑床加工，在軌道下方安放同步帶，在軸上安裝同步帶輪與之配合，其優(yōu)點在于齒輪之間相互咬合，結(jié)構(gòu)緊密，在齒輪移動的過程中既可以防滑，又可以帶動按摩椅呈弧形移動。

4.腿部升降和靠背升降裝置。采用電動伸縮桿來控制靠背/腿部的升降高度，電動伸縮桿可以精確控制靠背/腿部的高度，升降過程中平穩(wěn)輕緩，使用方便，安全可靠。在需要時可整體伸展到180°滿足日常生活休息的需求。

在連接處采用特殊設(shè)計合頁，可以使其的連接處靈活轉(zhuǎn)動，也擁有較高的安全性能，以免對人體的傷害。

5.按摩機構(gòu)。整體按摩機構(gòu)采用新型仿生手法，深究中醫(yī)穴位知識，對頭部、腰部等多個部位進行深度的、全方位的按摩。

頭部按摩由5個按摩轉(zhuǎn)盤組成，中部按摩轉(zhuǎn)盤附著3個指壓突出物，四周按摩轉(zhuǎn)盤以弧度圓形設(shè)計。下部兩個按摩裝置對頭部風池穴，風府穴，天柱穴等穴位進行按摩，可以清竅明目，通腦活絡(luò)有效緩解疲勞和疲勞帶來的頭疼等癥狀，上部和中部按摩裝置對頭皮進行按摩，能刺激頭皮上的毛細血管，使它們擴張交粗，血液循環(huán)旺盛，供給大腦組織更多的養(yǎng)料和氧氣。

(二)控制系統(tǒng)部分

1.程序構(gòu)架

2.主控芯片。采用的芯片為STM32F4，STM32F4 是由 ST(意法半導體)開發(fā)的一種高性能微控制器。此芯片計算能力強，提升了計算能力，可以進行一些復雜的計算和控制。采用此芯片可以對按摩椅產(chǎn)生更好的智能控制效果，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)卡死等狀況，并且此核心板功耗低，用電量少，使用此核心板可以大大延長按摩椅的使用時間，增強續(xù)航能力。

3.移動控制系統(tǒng)。保健椅需要載人運行，對于電機的要求較高，經(jīng)過計算分析和各種型號電機對比發(fā)現(xiàn)，底盤采用M3508 P19直流無刷減速電機為最優(yōu)方案。M3508直流無刷減速電機是專為中小型移動平臺和保健椅等量身打造的高性能伺服電機，可搭配C620 電調(diào)實現(xiàn)正弦驅(qū)動，相比傳統(tǒng)方波驅(qū)動具有更高的效率、機動性和穩(wěn)定性。可以通過程序控制它改變速度以及可以精準的控制按摩椅的移動距離，因此使用此電機可以使按摩椅擁有多種速度模式和自動定位移動模式。

4.語音識別系統(tǒng)。語音芯片主要功能為：(1)具備 USB 接口，TF 卡讀取 U 盤功能，直接修改數(shù)據(jù)。(2)具備支持最大 256G mini TF 卡。(3)可實現(xiàn)人機對話，播放 MP3 功能，播放歌曲，播放對話。

可以利用互聯(lián)網(wǎng)端口對接的API語音識別系統(tǒng)實現(xiàn)人和保健椅系統(tǒng)的交互，實現(xiàn)一些基本功能的控制，例如：說“向前”，“左轉(zhuǎn)”，“右轉(zhuǎn)”，“停止”，椅便會向前走，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止；說“我想聽音樂”，系統(tǒng)便會詢問并播放音樂。還可以與老人進行一些簡單的對話，同時還利用該模塊實現(xiàn)了一種報警功能。

5.心率監(jiān)控系統(tǒng)。心率監(jiān)控系統(tǒng)是通過MAX30100來實現(xiàn)心率數(shù)據(jù)的采集，MAX30100是-款集成有脈搏血氧儀和心率監(jiān)測傳感器的模塊。可檢測脈搏血氧及心率信號?？赏ㄟ^軟件來關(guān)斷電源，待機模式下的電流消耗量可忽略不計，因而可以始終保持電源連接。我們通過程序控制此模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿覀兊娘@示屏上并且可通過語音模塊進行不正常時的心率報警。

6.四維搖桿控制系統(tǒng)。四維搖桿控制系統(tǒng)通過四維搖桿電位器實現(xiàn)控制，我們結(jié)合搖桿的輸出特性通過芯片與電機結(jié)合可以通過控制搖桿的幅度和旋轉(zhuǎn)方向來控制電機的速度和移動方向控制精準且靈活，給人以舒適的體驗。

7.按摩控制系統(tǒng)。按摩系統(tǒng)由渦輪蝸桿減速直流電機和震動電機一起驅(qū)動組成，我們將兩種電機與直流驅(qū)動模塊相連接，再將此模塊與單片機相連接，通過程序發(fā)送pwm波給直流驅(qū)動來電機的轉(zhuǎn)速和震動頻率，以達到使用者在不同的身體狀體下的按摩舒適程度。

8.環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由位于按摩椅后部的攝像頭和觸摸液晶屏組成。

通過單片機程序讀取攝像頭模塊采集圖像后方并在液晶屏上顯示，方便使用者實時了解后方情況?？梢酝ㄟ^觸摸屏幕控制車的移動和按摩系統(tǒng)的啟動和模式選擇。

二、產(chǎn)品的創(chuàng)意

本產(chǎn)品創(chuàng)意體現(xiàn)在以下四方面：1.輔助移動；2、仿人工按摩系統(tǒng)；3.語音交互系統(tǒng)；4.靠背智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1.輔助移動。四維搖桿可以360°無死角的轉(zhuǎn)動，內(nèi)部裝有電位器，在移動四維搖桿的時候，電位器的電阻值也在發(fā)生變化，在連接上電源后，阻值的變化可以轉(zhuǎn)變成電壓值得變化，通過信號線把電壓值發(fā)送給芯片，經(jīng)過程序處理后，可以使按摩椅地盤電機根據(jù)遙感的傾斜幅度大小和方向來改變按摩椅的移動速度和方向，比起按鈕遙控，四維遙感控制可以使按摩椅移動更加靈活簡單，給客戶更舒適愉悅的體驗。

2.仿人工按摩系統(tǒng)。該按摩裝置實現(xiàn)了仿人工按摩手法，可以精準的對人體的穴位進行按摩，該按摩裝置可以實現(xiàn)從人體頭部、背部、臀部以及腿部進行全身按摩。經(jīng)常使用按摩裝置可以增強人體免疫力、促進血液循環(huán)、消除身體疲勞感以及腰腿疼痛等不適癥狀、調(diào)理腸胃功能改善消化不良、提高睡眠質(zhì)量使人精神更加飽滿。

3.語音交互系統(tǒng)。在人肢體被占用時，或者不方便進行手動控制時，可以采用語音交互系統(tǒng)進行控制根據(jù)使用者的語音命令進行音樂播放、講故事等功能?？刂品绞饺缦拢?.語音指令激活2.根據(jù)不同的語音指令控制語音模塊發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù)給芯片3.根據(jù)語音模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)來控制各種裝置的啟動與關(guān)閉。

4.智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)?？勘持悄苷{(diào)節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)不同的位置進行按摩，根據(jù)人體所需按摩部位進行靠背的智能調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到一定的角度時，既可以當按摩椅又可以當按摩床，實現(xiàn)按摩椅的雙重利用，可以分別控制兩個伸縮桿進行調(diào)節(jié)，根據(jù)使用者的需求自行調(diào)節(jié)，已達到使用者一個最佳舒適的按摩位置。

三、產(chǎn)品的市場前景

由于社會經(jīng)濟的發(fā)展，人口老齡化的壓力的增加，老年人們對健康的關(guān)注越來越廣泛，對按摩器具的需求也越來越高。養(yǎng)老保健椅以其顯著的功能得到廣大消費者的喜愛，養(yǎng)老保健椅市場存在巨大的商業(yè)潛力，許多企業(yè)已經(jīng)把目光投放在了這塊誘人的蛋糕上。

據(jù)統(tǒng)計，隨著全球經(jīng)濟復蘇以及新興經(jīng)濟體的快速發(fā)展，全球家庭座椅市場容量將按12%的增長率增長，預計2022年世界家庭座椅市場容量將達到224億美元。

我國是養(yǎng)老保健椅的生產(chǎn)大國，卻不是消費大國。但隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，養(yǎng)老保健椅的市場發(fā)展?jié)摿薮蟆８鶕?jù)統(tǒng)計，我國18到50歲人群對休閑康體相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)有需求的消費者人數(shù)已超過4億，中國已成為世界上最大的休閑康體市場。中國的休閑康體產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，而休閑康體市場作為朝陽產(chǎn)業(yè)更是被越來越多的投資者所看好。