楊騰達(dá)，李明林，陳志貴，鄒文昊

（福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108）

0 引言

按摩是一種預(yù)防和治療疾病的醫(yī)學(xué)方法。它對(duì)于保健和治療都有很好的效果，是傳統(tǒng)中醫(yī)治療必不可少的部分。按摩是指醫(yī)師在患者患處或特定穴位施用特殊手法，通過物理作用使得指定區(qū)域產(chǎn)生生理反應(yīng)，疏通經(jīng)絡(luò)，平衡人體機(jī)能，達(dá)成治療疾病的效用。中醫(yī)按摩是外治，它能達(dá)到扶傷止痛，祛邪扶正等療效。中醫(yī)按摩可以增強(qiáng)人體的抵抗能力，可作為一種普遍應(yīng)用的保健方法[1]。

基于中醫(yī)按摩手法，融入人工智能、智能感知還有機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)，產(chǎn)生了按摩機(jī)器人，按摩機(jī)器人能幫助或取代按摩醫(yī)師進(jìn)行常規(guī)按摩手法的動(dòng)作，還能用其精確的力/位置反饋控制讓按摩手法更加規(guī)范化，按摩治療效用更穩(wěn)定。近些年來，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)都熱衷于研究中醫(yī)按摩機(jī)器人，使其變成了醫(yī)療保健研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。但是，無論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，中醫(yī)按摩機(jī)器人的研究和應(yīng)用只是處于起步階段，還沒有直接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可供引用[2-4]。

本文針對(duì)按摩機(jī)器人的控制方法，介紹了其發(fā)展概述，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的控制方法，近十年來的發(fā)展特點(diǎn)，目前存在的問題以及未來的發(fā)展前景和趨勢(shì)。

1 按摩機(jī)器人控制方法發(fā)展概述

近年來，中國(guó)、日本、美國(guó)和其他國(guó)家的多所高校、機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)按摩機(jī)器人產(chǎn)生了濃厚的興趣[5]。

早在1996年，日本Masao Kume等[6]就設(shè)計(jì)了具有4個(gè)自由度的機(jī)械治療單元（MTU），它通過使用雙循環(huán)控制策略，完成對(duì)肩部的按摩動(dòng)作，驗(yàn)證了開發(fā)智能按摩機(jī)器人的可行性。

2003年，美國(guó)圣何塞州立大學(xué)也有學(xué)者[7]對(duì)機(jī)器人按摩理療方面展開了相關(guān)研究。他們通過PUMA562機(jī)器人平臺(tái)，成功實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在患者背部腰部的俯臥位進(jìn)行按摩的實(shí)驗(yàn)。

2003年，日本豐橋科技大學(xué)[8]基于位置控制和力控制，提出了一種按摩運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。通過對(duì)人類專家的指尖力量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，然后對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行位置控制和力控制，復(fù)現(xiàn)人類專家的按摩手法。通過仿真和實(shí)驗(yàn)，證明了所提出的控制系統(tǒng)的有效性。

2003年至2007年，日本豐橋科技大學(xué)和日本岐阜工業(yè)學(xué)院[9]開展了四指、13個(gè)關(guān)節(jié)的人形多指按摩機(jī)器人研究。本研究首次提出了一種基于人體按摩部位粘彈性的按摩力設(shè)計(jì)方法，為個(gè)性化按摩研究開辟了道路。

2004年以來，我國(guó)江蘇大學(xué)和集美大學(xué)馬呂忠教授[10]開展了基于中醫(yī)推拿理論的推拿機(jī)器人研究。他們?cè)O(shè)計(jì)了原理樣機(jī)，他們的研究重點(diǎn)是按摩機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和按摩軌跡的研究。

自2007年起，日本早稻田大學(xué)與朝日大學(xué)齒科研究所共同開發(fā)了面部康復(fù)機(jī)器人“WAO”。該項(xiàng)目控制系統(tǒng)由按摩路徑發(fā)生器、虛擬柔順計(jì)算器和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算器組成。對(duì)人臉進(jìn)行掃描，得到頭部模型，然后根據(jù)模型分析結(jié)果和阻抗控制技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行面部按摩[11-13]。

2007年，在機(jī)械工程系智能控制與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，韓國(guó)吉爾吉斯國(guó)立大學(xué)設(shè)計(jì)了兩個(gè)人形按摩機(jī)器人的概念模型[14]。

自2008年以來，我國(guó)山東建筑大學(xué)盧守銀[15]對(duì)于“退行性腰痛中醫(yī)中醫(yī)推拿機(jī)器人”展開了研究，和山東康泰實(shí)業(yè)有限公司合作開發(fā)JZMR I、II中醫(yī)推拿人平臺(tái)和龍門式機(jī)構(gòu)按摩機(jī)器人，他們還嘗試探索中醫(yī)推拿研究的專家系統(tǒng)。

2008年以來，我國(guó)北京航空航天大學(xué)、長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)和江蘇大學(xué)[16]聯(lián)合開發(fā)了中醫(yī)推拿機(jī)器人，機(jī)械臂有4個(gè)自由度，可以完成5種中式按摩手法。可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的按摩力輸出。

2009年至2010年，我國(guó)臺(tái)灣大學(xué)[17-18]提出了基于分析肌電信息的多指機(jī)械手阻抗控制方法。記錄按摩時(shí)的前臂肌電圖，根據(jù)人的感覺和按摩力之間的關(guān)系，得到了機(jī)器手在按摩時(shí)的合適輸入命令范圍。最后實(shí)現(xiàn)了使用多指機(jī)械手的有效且舒適的按摩。

2010年，我國(guó)山東建筑大學(xué)[19]將模糊控制策略應(yīng)用到按摩機(jī)器人的力度控制，通過仿真對(duì)比不同控制器表明：模糊邏輯控制器在處理外界干擾的快速性和靈敏性上明顯優(yōu)于PID控制器和原始（PD）控制器，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的工作性能。

2010年，以色列的DreamBots[20]推出了具有傾斜傳感器技術(shù)的“WheeMe”按摩機(jī)器人，該機(jī)器人可以檢測(cè)身體在運(yùn)動(dòng)過程中的姿勢(shì)。按摩過程，并根據(jù)身體姿勢(shì)調(diào)整控制策略，使按摩機(jī)器人不會(huì)從身體上掉下來，減少按摩力。

可以發(fā)現(xiàn)，10年前對(duì)于按摩機(jī)器人的控制系統(tǒng)的研究不多，且大部分集中于力控制和機(jī)械臂的位姿控制，但是僅憑這兩個(gè)控制是難以做到完全復(fù)現(xiàn)按摩手法和實(shí)現(xiàn)按摩效果的，所以10年前的控制系統(tǒng)還是有較大的局限性和不足的。

2 近10年按摩機(jī)器人控制方法發(fā)展方向

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于按摩機(jī)器人的控制方法有很多，實(shí)現(xiàn)方法也多種多樣，本節(jié)將介紹國(guó)內(nèi)外近10年來按摩機(jī)器人控制方法發(fā)展方向。

2.1 機(jī)器視覺

近些年來機(jī)器視覺發(fā)展迅速，有許多高校和研究機(jī)構(gòu)將機(jī)器視覺這項(xiàng)技術(shù)與按摩機(jī)器人相結(jié)合，來推動(dòng)按摩機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。

在2014年，我國(guó)臺(tái)灣大學(xué)[21]就提出使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)為機(jī)器人按摩應(yīng)用生成人體軌跡?；谧钕冗M(jìn)的人體姿勢(shì)識(shí)別技術(shù)，其開發(fā)了一種方法來建立相機(jī)和人體之間的關(guān)系并生成指定的按摩軌跡。假設(shè)可以檢測(cè)人體姿勢(shì)并標(biāo)記人體的每個(gè)部位，其使用RANSAC算法估計(jì)正面和矢狀面，并通過計(jì)算點(diǎn)云的最小慣性矩來對(duì)其進(jìn)行細(xì)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法為按摩軌跡生成提供了一種有用的方法。

2018年，越南胡志明市科技教育大學(xué)[22]提出了利用圖像處理的穴位按摩療法。其描述了使用圖像處理的穴位按摩療法的研究，并從圖像數(shù)據(jù)中提取信息以控制自動(dòng)化機(jī)器或機(jī)器人按摩。通過攝像頭對(duì)掃描圖像進(jìn)行點(diǎn)提取后，將按摩理療軌跡送至主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能控制，按摩線將被映射以支持按摩過程。如圖1所示。該方法不僅適合每個(gè)人，節(jié)省時(shí)間，而且易于數(shù)據(jù)檢索，不依賴專業(yè)專家。本研究基于實(shí)際需求，實(shí)際應(yīng)用非常廣泛。此外，它將解決專家的耗時(shí)問題。此外，隨著自動(dòng)化發(fā)展，按摩治療的質(zhì)量更高，并且過程將是連續(xù)的。

圖1 圖像處理的穴位按摩療法控制系統(tǒng)程序框圖

2019年，我國(guó)清華大學(xué)[23]提出了中醫(yī)按摩機(jī)器人視覺反饋系統(tǒng)。示教或離線編程的方式在一般按摩機(jī)器人中被廣泛使用，大大降低了機(jī)器人的靈活性。人體一旦移動(dòng)，定位不準(zhǔn)確，無法進(jìn)行穴位的實(shí)時(shí)檢測(cè)識(shí)別。考慮到腧穴體積小、信息復(fù)雜，該系統(tǒng)采用二維碼進(jìn)行腧穴識(shí)別，QR碼以1 cm×1 cm的尺寸打印在A4紙上，并通過相機(jī)捕獲。至于識(shí)別，設(shè)計(jì)了一種新的穴位定位二維碼，具有CRC校驗(yàn)功能，提出了一種新的二維碼檢測(cè)識(shí)別算法。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相機(jī)標(biāo)定算法和距離測(cè)量模型，將檢測(cè)到的識(shí)別結(jié)果轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系。測(cè)試中水平距離測(cè)量誤差控制在±0.8 mm以內(nèi)，深度測(cè)量誤差控制在±1.7 mm以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。如圖2所示。

圖2 中醫(yī)按摩機(jī)器人視覺反饋控制系統(tǒng)的識(shí)別算法

2021年，我國(guó)上海交通大學(xué)[24]提出了一種新型的基于實(shí)時(shí)視覺的中醫(yī)按摩機(jī)器人穴位估計(jì)。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）全自動(dòng)操作；（2）適應(yīng)性強(qiáng)；（3）定位結(jié)果準(zhǔn)確。首先，基于SSTN（對(duì)稱空間變換網(wǎng)絡(luò)）的深度學(xué)習(xí)可以穩(wěn)定高效地獲取人體關(guān)節(jié)。其次，比例幾何測(cè)量以骨關(guān)節(jié)為度量，解構(gòu)穴位與關(guān)節(jié)的幾何關(guān)系，得到穴位的精確二維估計(jì)。最后結(jié)合坐標(biāo)系配準(zhǔn)方法和深度信息完成了穴位的3D估計(jì)。與傳統(tǒng)方法相比，此方法可以完全脫離人工輔助，對(duì)不同姿勢(shì)、衣服和身體的人有很好的適應(yīng)性。研究表明，穴位精度平均可以達(dá)到2.36 cm，實(shí)時(shí)性能可以達(dá)到14 fps。如圖3所示。

圖3 基于實(shí)時(shí)視覺的穴位識(shí)別控制系統(tǒng)

并且關(guān)于機(jī)器視覺與按摩機(jī)器人結(jié)合已經(jīng)不只是停留在理論階段，許多企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)了相關(guān)的專利。

在2018年，美的集團(tuán)股份有限公司就申請(qǐng)了一項(xiàng)專利《使用機(jī)器視覺的按摩機(jī)器》，此專利通過提供一種使用機(jī)器視覺以定位用于按摩的治療部位的按摩機(jī)器人來克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性。在該方法中，按摩機(jī)器人包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)械手臂、圖像傳感器以及控制系統(tǒng)。圖像傳感器采集用戶的圖像?？刂葡到y(tǒng)包括圖像處理模塊和運(yùn)動(dòng)控制器。圖像處理模塊對(duì)圖像進(jìn)行處理以在用戶身上定位治療部位。運(yùn)動(dòng)控制器控制機(jī)械手臂在所識(shí)別的治療部位上執(zhí)行按摩程序。突破了現(xiàn)有技術(shù)的局限，通過機(jī)器視覺定位，確定按摩的治療部位[25]。

2019年，武漢市的海沁醫(yī)療科技有限公司通過機(jī)械手、PC機(jī)、控制器、視覺傳感器、驅(qū)動(dòng)器等配合，開發(fā)了能針對(duì)使用者背部不同的穴位進(jìn)行按摩的系統(tǒng)，申報(bào)了專利《一種基于視覺定位的按摩機(jī)器人穴位跟蹤系統(tǒng)》[26]。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：一種基于視覺定位的按摩機(jī)器人穴位跟蹤系統(tǒng)，通過PC機(jī)和控制器的配合，通過驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械手的配合，PC機(jī)通過控制器控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行工作，機(jī)械手在驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下能夠完成按摩的動(dòng)作，通過圖像采集裝置和視覺傳感器的配合，圖像采集裝置能夠隨著機(jī)械手一起移動(dòng)，攝像機(jī)將使用者的背部拍攝下來，在視覺傳感器的傳輸下將圖像的信息傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)反饋回來的圖像信息做出相應(yīng)的指令，再次使控制器控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行工作，改變機(jī)械手的位置，針對(duì)使用者背部不同的穴位進(jìn)行按摩。

2.2 大數(shù)據(jù)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，按摩機(jī)器人也正在向著大數(shù)據(jù)的方向不斷發(fā)展，按摩機(jī)器人逐漸能夠通過大數(shù)據(jù)分析，處理不同體型、年齡、癥狀等的患者。

在2016年，我國(guó)山東建筑大學(xué)提出了中醫(yī)按摩機(jī)器人專家控制系統(tǒng)[27]，中醫(yī)按摩機(jī)器人專家控制系統(tǒng)主要是根據(jù)患者提供的基本信息，通過適當(dāng)?shù)耐评硪?guī)則，決策出適合該患者的治療方案，同時(shí)結(jié)合傳感器信息以及上位機(jī)輸入指令對(duì)按摩推拿過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本專家控制系統(tǒng)主要由專家知識(shí)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)推理機(jī)、人機(jī)交互、信息獲取、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了專家控制系統(tǒng)的可行性和可靠性。

在2019年，深圳市司沃康科技有限公司申請(qǐng)了一項(xiàng)專利《基于大數(shù)據(jù)的智能按摩系統(tǒng)》。此控制系統(tǒng)提供一種基于大數(shù)據(jù)的智能按摩系統(tǒng)，能夠根據(jù)用戶的體型，找準(zhǔn)穴位進(jìn)行針對(duì)性的按摩，使得按摩效果更好，用戶更加舒適[28]。本發(fā)明的基于大數(shù)據(jù)的智能按摩系統(tǒng)中，通過智能調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)置，使得在用戶使用所述智能按摩系統(tǒng)時(shí)，能夠?qū)τ脩舻奶嵝堰M(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)用戶的體型而依據(jù)人體數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的最接近的體型數(shù)據(jù)，控制按摩頭的移動(dòng)，然后針對(duì)用戶的穴位進(jìn)行按摩，避免了現(xiàn)有按摩系統(tǒng)按摩頭位置固定，不僅針對(duì)用戶進(jìn)行準(zhǔn)確的穴位按摩的弊端，使得用戶體感更加舒適，且針對(duì)穴位的準(zhǔn)確按摩不僅使得用戶得到放松，還能對(duì)疾病起到輔助治療的治療效果。

2.3 路徑規(guī)劃

近些年來，也有不少高校和研究機(jī)構(gòu)將目光放在了按摩機(jī)器人的按摩路徑控制上。

在2016年，中國(guó)沈陽自動(dòng)化研究所提出了基于中醫(yī)推拿療法的足部按摩機(jī)器人軌跡規(guī)劃，介紹了一種足部按摩機(jī)器人，它再現(xiàn)了中國(guó)按摩專家的技術(shù)。足部按摩機(jī)器人的按摩過程主要包括從一個(gè)穴位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)穴位，并以按摩療法確定的按摩手法對(duì)特定穴位進(jìn)行按摩。通過軌跡規(guī)劃算法生成一組序列點(diǎn)。當(dāng)機(jī)器人按摩特定穴位時(shí)，定位機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)配合。仿真結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)器人從一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)點(diǎn)或機(jī)器人以指定的方法按摩穴位時(shí)，該算法可以有效地規(guī)劃軌跡[29]。

2018年，我國(guó)西北工業(yè)大學(xué)提出了一種便攜式人體背部按摩機(jī)器人的設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃。為了實(shí)現(xiàn)按摩區(qū)域的全覆蓋，需要按摩機(jī)器人在整個(gè)區(qū)域內(nèi)按照軌跡運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，所提出的按摩機(jī)器人需要完成敲擊路徑和滾動(dòng)（揉捏）路徑。敲擊路徑是通過電磁感應(yīng)使用按摩頭的按摩路徑，滾動(dòng)（揉捏）路徑是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)路徑。為進(jìn)一步增加區(qū)域覆蓋范圍，該方法在傳統(tǒng)boustrophedon路徑規(guī)劃算法的基礎(chǔ)上，提出了一種高效的全覆蓋路徑規(guī)劃算法。如圖4所示。程序啟動(dòng)時(shí)首先使用改進(jìn)的boustrophedon路徑規(guī)劃算法。算法可以標(biāo)記所有過去的區(qū)域。如果前面遇到邊沿或障礙物，則采用縮回法。否則，使用BFS算法搜索附近的未占用區(qū)域，直到標(biāo)記所有規(guī)劃區(qū)域。此外，一旦傳統(tǒng)的boustrophedon算法與第一覆蓋路徑重疊，就會(huì)使用改進(jìn)的boustrophedon算法[30]。

圖4 高效的全覆蓋路徑控制算法程序框圖

2.4 機(jī)器學(xué)習(xí)

隨著人工智能時(shí)代的到來，按摩機(jī)器人和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合也是大勢(shì)所趨。

2017年，我國(guó)山東建筑大學(xué)提出了遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在中醫(yī)按摩機(jī)器人中的應(yīng)用。其為了提高中醫(yī)按摩機(jī)器人穴位尋找行為規(guī)劃的精度，提出了一種基于遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中醫(yī)按摩機(jī)器人穴位坐標(biāo)預(yù)測(cè)方法，利用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)確定、遺傳算法優(yōu)化出最佳權(quán)值和國(guó)值、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與預(yù)測(cè)。其中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定是根據(jù)輸人輸出參數(shù)個(gè)數(shù)來確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，繼而確定遺傳個(gè)體的長(zhǎng)度。使用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和國(guó)值，每個(gè)個(gè)體需要通過適應(yīng)度系數(shù)數(shù)來計(jì)算出個(gè)體的適應(yīng)度值，遺傳算法通過選擇、交叉和變異計(jì)算出最優(yōu)適應(yīng)度值對(duì)應(yīng)的個(gè)體。利用遺傳算法彌補(bǔ)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷，提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度，保證了中醫(yī)按摩機(jī)器人對(duì)患者做出精確的按摩治療行為決策。并對(duì)上述方法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)與仿真，結(jié)果表明，該方法對(duì)中醫(yī)按摩機(jī)器人尋找患者穴位坐標(biāo)具有較好的精度和較高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性[31]。

2020年，中國(guó)北京中科院提出了基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的穴位檢測(cè)，將人體關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)方法應(yīng)用于穴位檢測(cè)，并提出使用卷積姿勢(shì)機(jī)（CPM）進(jìn)行穴位檢測(cè)，因?yàn)樗趯W(xué)習(xí)局部和空間特征方面具有良好的性能。通過采集人體圖像構(gòu)建穴位檢測(cè)數(shù)據(jù)集。其所提出方法的框架，包括特征提取器、多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和損失函數(shù)。人體的原始圖像和標(biāo)記圖像被輸入到網(wǎng)絡(luò)中。在訓(xùn)練期間，預(yù)測(cè)的熱圖由網(wǎng)絡(luò)生成。預(yù)測(cè)熱圖和地面實(shí)況熱圖之間的損失是基于反向傳播的損失函數(shù)計(jì)算的。當(dāng)模型收斂時(shí)，可以將測(cè)試圖像輸入網(wǎng)絡(luò)以得到預(yù)測(cè)的熱圖。最后，在熱圖上找到響應(yīng)值最大的點(diǎn)，得到坐標(biāo)作為穴位的位置。此外，還提出了穴位檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果[32]。

在2022年，我國(guó)華南理工大學(xué)提出了一種皮膚特征不確定的機(jī)器人按摩智能控制系統(tǒng)[33]。首先，引入皮膚動(dòng)力學(xué)模型（SDM）來描述人體上的力變形作為力控制的前饋。然后，粒子群優(yōu)化（PSO）方法與基于圖的知識(shí)遷移學(xué)習(xí)（GKT）相結(jié)合。經(jīng)過研究，這將有效地識(shí)別個(gè)性化的皮膚參數(shù)。最后，設(shè)計(jì)了一種自整定阻抗控制策略，以適應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中存在皮膚動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)延遲和信號(hào)噪聲的不確定性。將GKT集成到PSO識(shí)別算法中，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)阻抗控制算法。因此，機(jī)器人可以了解其周圍環(huán)境的紋理和生物屬性，并調(diào)整其規(guī)劃活動(dòng)，以便在機(jī)器人與人之間的動(dòng)態(tài)接觸期間進(jìn)行穩(wěn)定且準(zhǔn)確的力跟蹤控制。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證PSO和GKT的組合提高了鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和收斂性。如圖5所示。

圖5 GKT-PSO自調(diào)諧

2.5 發(fā)展特點(diǎn)

從上述文獻(xiàn)和專利中可以看出，按摩機(jī)器人控制方法近10年來發(fā)展最大的特點(diǎn)便是與現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，其中包括了機(jī)器學(xué)習(xí)，人工智能算法，機(jī)器視覺等。利用機(jī)器視覺技術(shù)能夠針對(duì)不同的患者和姿態(tài)來調(diào)整按摩手法，使得按摩機(jī)器人的按摩手法更加精準(zhǔn)；利用機(jī)器學(xué)習(xí)能夠使按摩機(jī)器人不再需要人工的輔助；大數(shù)據(jù)算法可以讓按摩機(jī)器人更加智能化不只局限于機(jī)械按摩。如圖6所示。

圖6 AGV小車模擬實(shí)際場(chǎng)景效果

圖6 近10年按摩機(jī)器人控制方法

3 目前存在的問題

如今按摩機(jī)器人控制方法的研究百花齊放，但是依舊存在著一些共同的問題。

（1）按摩效果不理想，與實(shí)際按摩效果有著較大的差距。目前按摩機(jī)器人的按摩手法都較為生硬，按摩舒適性差，目前的控制方法都主要集中于位置精度控制和力度控制，但實(shí)際的按摩手法比這復(fù)雜得多，與真正的按摩手法有著較大的差異。

（2）目前現(xiàn)有的按摩機(jī)器人手法都較為單一，一臺(tái)機(jī)器人手法只能做到一種或是幾種，相較于實(shí)際的人工中醫(yī)按摩，一個(gè)按摩技師能完成十幾種甚至是幾十種的按摩手法，這也是按摩機(jī)器人難以產(chǎn)業(yè)化的原因之一。

（3）不夠智能化，現(xiàn)有的按摩機(jī)器人都較為機(jī)械式，即使現(xiàn)在的控制方法已經(jīng)有了智能化的趨向，但是與實(shí)現(xiàn)真正的智能化還差比較大的差距，做不到通過使用者實(shí)時(shí)的感受反饋來及時(shí)自主的改變按摩力度和按摩手法；做不到在按摩的不同治療階段變換所需的力度和手法；以及無法針對(duì)不同的人群采取不同的按摩力度和手法。這些都是現(xiàn)有的按摩機(jī)器人難以做到的。

（4）實(shí)用性不強(qiáng)，功能單一。目前大部分按摩機(jī)器人控制方法功能都較單一，基本只能實(shí)現(xiàn)一兩項(xiàng)功能，實(shí)用性有待提高，功能性有待增加。

4 未來發(fā)展方向和趨勢(shì)

為了能夠真正地研究出能代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工中醫(yī)按摩的機(jī)器人，且其更具有安全性、實(shí)用性，以及起到真正的治療效果，中醫(yī)按摩機(jī)器人控制方法未來的發(fā)展方向和趨勢(shì)應(yīng)如下。

（1）更加深入地分析傳統(tǒng)中醫(yī)按摩理論。傳統(tǒng)中醫(yī)按摩理論是中華文明上千年歷史傳承下來的瑰寶。中醫(yī)按摩屬于外治，它能達(dá)到扶傷止痛，祛邪扶正等療效。中醫(yī)按摩可以增強(qiáng)人體的抵抗能力，可作為一種普遍應(yīng)用的保健方法。與傳統(tǒng)中醫(yī)按摩理論更好地融合能夠幫助中醫(yī)按摩機(jī)器人真正做到治療效果。

（2）結(jié)合軟體機(jī)器人技術(shù)。軟體機(jī)器人技術(shù)是現(xiàn)在熱門的前沿科研方向，軟體機(jī)器人相對(duì)于剛體機(jī)器人有諸多好處，如其使用具有與軟生物材料相似的柔順性材料的優(yōu)點(diǎn)包括顯著減少機(jī)器人系統(tǒng)可能無意造成的傷害，增加了它們與人類互動(dòng)的潛力。軟體機(jī)器人不同于剛體的控制，柔軟的材料可以彎曲、扭曲、拉伸、壓縮、扣合等，具有較好的彈性，不局限于平面運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)被視為提供了無限的自由度，為模擬傳統(tǒng)中醫(yī)按摩手法提供了更多的可能[34]。

（3）新型多傳感器信息融合。利用多種新型傳感器，將其信息融合，及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，使得機(jī)器人能夠更好地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)中醫(yī)按摩手法。以及利用新型生物傳感器達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)人體的血壓、血液酸堿度、血糖濃度等的效果[35]，使按摩機(jī)器人能夠根據(jù)人體的身體狀態(tài)更好地調(diào)整按摩力度和按摩手法。

（4）融合現(xiàn)代智能機(jī)器人技術(shù)與中醫(yī)按摩機(jī)器人。如今現(xiàn)代智能機(jī)器人技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異。提出借助于智能感知、互聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)等新技術(shù)，將中醫(yī)藥典籍等一切中醫(yī)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，所形成的中醫(yī)大數(shù)據(jù)將為中醫(yī)智能化提供豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ);深度學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡洛搜索樹等機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將為中醫(yī)智能化提供可行的技術(shù)手段[36]。將中醫(yī)按摩機(jī)器人與其技術(shù)融合，使得中醫(yī)按摩機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能化并真正做到代替人力。

5 結(jié)束語

現(xiàn)如今中國(guó)已進(jìn)入老齡化社會(huì)，并且處于快速老齡化階段，目前老年腰部和腿部的疼痛是最為嚴(yán)重和普遍的困擾老年人的主要病痛[37]。快節(jié)奏的生活里，人們每天都在不斷忙碌，將會(huì)導(dǎo)致人們身心俱疲，嚴(yán)重的還會(huì)產(chǎn)生各種各樣的疾病。對(duì)此，中醫(yī)按摩可以減緩機(jī)體的疲勞感，間接提高了生活質(zhì)量和工作效率[38]。因此中醫(yī)按摩機(jī)器人的研制將對(duì)醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域和機(jī)器人行業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響和劃時(shí)代的意義。