周志靖 尹 鋼 王成湖 何端德 鐘永炎

（1．浙江豪中豪健康產(chǎn)品有限公司，浙江 溫州 325409；2．溫州大學(xué)，浙江 溫州 325035）

按摩椅是一種集中醫(yī)按摩學(xué)、機(jī)械學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、智能控制等多學(xué)科交叉領(lǐng)域于一體的新型產(chǎn)品，其智能化、安全性需求日趨增強(qiáng)。傳統(tǒng)的按摩椅已無法根據(jù)使用者的體型和身體健康狀態(tài)提供定制化的按摩手法。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)趨于成熟，也就為大規(guī)模的實時處理數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)保障。其中，云基礎(chǔ)設(shè)施與云服務(wù)平臺為人體健康檢測、網(wǎng)絡(luò)存儲等提供了核心資源[1]。

該文搭建的健康云平臺，可通過按摩椅獲取用戶信息，并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)云平臺分析有針對性地對人體各部肌肉與穴位展開按摩。同時，使用生物識別、訪問許可，以及功能規(guī)避等控制閥域的設(shè)置，乃至設(shè)計者終端體會等多種交互功能，進(jìn)行了探索分析。

1 健康云平臺開發(fā)

云平臺利用傳感器、無線物聯(lián)網(wǎng)、軟件工程應(yīng)用等技術(shù)，收集記錄用戶的運動和健康數(shù)據(jù)，使用戶的運動記錄可視化，已成為國內(nèi)外運動健康工程研究和市場應(yīng)用的主要方式[2]。其不僅體現(xiàn)在對人體健康數(shù)據(jù)的管理、按摩數(shù)據(jù)塊的匹配，以及按摩椅功能的升級管理等，還包括故障在線分析及其對故障維修常規(guī)型指導(dǎo)等各方面。用戶可以通過App就可以獲取大量的公共資源，實現(xiàn)定制化的按摩手法[3]。

1.1 按摩椅控制硬件系統(tǒng)開發(fā)

主界面采用人體模型，用戶可在人體模型上選擇需要按摩的部位和按摩手法，比以往按摩椅操作面板采用的物理按鍵面板和其他廠家采用的App按鍵更直觀。為實現(xiàn)該功能首先要在硬件上，對機(jī)械手（機(jī)芯）必須要求能實現(xiàn)“定點”功能，如已被我公司采用的“CN113181019A一種按摩件水平可調(diào)的按摩機(jī)械手”[4]，以及由該機(jī)械手進(jìn)一步深化的“CN113509369A一種仿形機(jī)械手”[5]。另外，在提高按摩椅多種控制與調(diào)理種類上，還采用了先進(jìn)的可調(diào)溫納米織物復(fù)合材料，該織物應(yīng)用于靠背墊、按摩氣囊袋等配件[6]，完全可以根據(jù)人體實辨情況，如三焦辨治分別對上焦、中焦與下焦予以提熱與降溫等調(diào)理。以上各種功能包括用戶的禁忌區(qū)、病史核查、重點調(diào)理等信息，均可通過手機(jī)實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定、修改、顯示等UI界面與個性控制操作。采用手機(jī)控制智能按摩椅，控制驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動模式與速度電機(jī)、氣泵與溫度控制閥等執(zhí)行相關(guān)動作，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 按摩椅控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

平臺大數(shù)據(jù)分析還可進(jìn)一步獲取用戶的使用習(xí)慣，例如比較喜歡哪種按摩模式。利用健康檢測模塊，可采集使用者生理參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)桨茨σ蔚谋O(jiān)護(hù)終端，如圖2所示。云計算就可為用戶生成專屬按摩程序，并系統(tǒng)分析一定時間段的個人健康情況，傳感器組成見表1。

圖2 對身份認(rèn)證的指紋（等價于面部）識別

表1 傳感器系統(tǒng)組成

1.2 健康云平臺管理軟件研發(fā)

平臺可通過手機(jī)客戶端將收集的用戶和產(chǎn)品信息進(jìn)行篩選分類，針對不同用戶定向推送定制化的按摩模式，及相關(guān)健康知識。同時構(gòu)建一種可支持信息動態(tài)采集、實時傳遞和綜合查詢分析的實時管理系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 健康云數(shù)據(jù)處理流程圖

2 指紋識別系統(tǒng)研究

按摩椅之所以能緩解疲乏，是因為能夠促進(jìn)身體血液循環(huán)。正常情況下其按摩角度和力度并不隨使用者進(jìn)行調(diào)整，若采用通用模式，很容易因按摩力度過大，而加重腰、頸疼痛，嚴(yán)重時還造成神經(jīng)癥狀，所以有部分人群不適合使用按摩椅。如對孕婦，按摩肩頸穴、腰部等特殊穴位，容易導(dǎo)致子宮收縮進(jìn)而誘發(fā)流產(chǎn)；小孩骨骼尚未發(fā)育完全，脊柱周圍肌力較弱，穩(wěn)定性較差，不建議進(jìn)行按摩；對高血壓患者來說，按摩椅會加速人體血液循環(huán)，增加心臟負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致血壓升高。對骨質(zhì)疏松的人來說，按摩強(qiáng)度較大時可能導(dǎo)致骨折等。

2.1 生物認(rèn)證系統(tǒng)的探究

為提高按摩椅的智能化和安全性，杜絕不適合人群使用，該文研究并開發(fā)了生物認(rèn)證系統(tǒng)。其認(rèn)證方式主要包括滑動式、按壓式、脈搏式等4種[7]。

2.1.1 滑動式

將手指從傳感器上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個手指的指紋。手指在劃過采集表面時，會對采集到每塊指紋圖像進(jìn)行快照，這些快照再進(jìn)行拼接，即形成完整的指紋圖像。

2.1.2 按壓式

為獲得整個手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器。原理是利用一定間隔的兩個電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測儀器時接通或斷開兩個電容的電流以檢測指紋資料，如圖4所示。

圖4 電容傳感器指紋識別

2.1.3 聲納式

聲音識別技術(shù)是對基于生理學(xué)和行為特征的說話者嗓音和語言學(xué)模式的運用，通過分析語音的唯一特性，例如發(fā)音頻率，來識別說話的人。聲音識別技術(shù)使人們可以通過說話的嗓音來控制能否出入限制性的區(qū)域。如通過電話撥入銀行、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、購物或語音郵件，以及進(jìn)入保密的裝置，所以聲音識別是方便的。

2.1.4 脈搏式

目前按摩椅已用于人體健康的檢測模塊有光電型脈搏傳感器、紅外脈搏傳感器等，對該檢測模塊若再添加生物識別功能，不僅方便用戶的使用，也簡化了操作。當(dāng)前基于指紋、人臉、虹膜等特征的生物識別技術(shù)發(fā)展迅速，已成功投放到商業(yè)應(yīng)用中?；诠怆娙莘e脈搏波（PPG）的生物識別技術(shù)，主要包括以下2個部分：1）搭建了基于NRF51822的光電容積脈搏波（PPG）生物識別系統(tǒng)。采用反射式光電傳感器，最終通過藍(lán)牙無線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行識別計算。2）基于PPG的生物識別技術(shù)使用極值法進(jìn)行特征點檢測，使用逐步篩選法進(jìn)行特征篩選。經(jīng)試驗驗證，平靜狀態(tài)下基于PPG特征的身份驗證識別率可達(dá)92.5%以上。

2.2 識別系統(tǒng)的選擇

綜上所述，4種識別方式的優(yōu)缺點見表2。

表2 基于4種生物識別方式的優(yōu)缺點

從用戶角度來看，按壓式最簡單、最方便。因此本產(chǎn)品采用按壓式指紋識別方案，選用電容傳感器對指紋進(jìn)行識別。當(dāng)然也可以輸入個人身份證號碼，那么云平臺也可對該號碼搜集注冊者歷來病史狀況，提出并規(guī)避禁忌區(qū)的最佳按摩方案。

同時我們還在按摩椅上增設(shè)非生物識別認(rèn)證技術(shù)，以應(yīng)對使用者不在現(xiàn)場時供其他人（指紋未認(rèn)證）使用的情況。非生物識別認(rèn)證技術(shù)主要分為數(shù)字密碼、App動態(tài)密碼、二維碼、藍(lán)牙、無線射頻識別卡，也可采用合法指紋強(qiáng)制解鎖等幾種方式[8-9]。解鎖后，按摩椅自動提示使用者是否年齡過小或過大，是否孕婦等信息，如果以上“合法身份”合格，則按摩椅自動開啟。當(dāng)然，這種遠(yuǎn)程解碼功能也可運用于客戶先期的試用模式，即定金繳納后，用戶可提貨到指定場所，進(jìn)行現(xiàn)場體驗開通的功能。即以上所言“非生物識別許可強(qiáng)制解鎖碼”的動作，均是為保證“合法身份”的有效操控性而設(shè)置的。非生物識別許可強(qiáng)制解鎖碼界面如圖5所示。

圖5 非生物識別許強(qiáng)制解鎖碼設(shè)計圖

3 智能按摩椅的控制技術(shù)

使用者在認(rèn)證成功后自動啟動智能助手，其助手根據(jù)之前累積的數(shù)據(jù)判斷出使用者使用次數(shù)最多，或使用最長的模式，并推薦該XX模式。此時可以采用語音回答，若無任何回應(yīng)則轉(zhuǎn)到“操作界面”可以進(jìn)行詳細(xì)的操作選擇不同的模式和功能，并以使用者自己選擇的模式運行；倘若客戶回答“肝火較旺”，則按摩機(jī)械手自行按摩膽經(jīng)相關(guān)穴位；當(dāng)若用戶回答某部有傷（如腿或手部）不按摩時，則按摩椅自動規(guī)避其部位的按摩，具體認(rèn)證流程如圖6所示。

圖6 指紋登錄認(rèn)證流程圖

4 總結(jié)

對高檔智能按摩椅而言，其對使用者的狀態(tài)監(jiān)測和定制化按摩已成為目前各大廠商開發(fā)的重點，因此對其身份認(rèn)證技術(shù)及安全性要求越來越高。提高按摩椅智能化程度的同時，對其身份認(rèn)證技術(shù)與訪問控制技術(shù)展開深入的研究與探索，將是未來智能按摩椅發(fā)展的關(guān)鍵方向。