【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及理疗机器人，具体涉及一种多模态理疗机器人及方法。
技术介绍
1、现有理疗师数量有限，且其体力无法满足增长的需求。理疗效果受多个因素影响，包括理疗师经验、手法力度、位置、时间和频率等。随着机器人技术的发展，机器人理疗逐渐成为理疗领域的代表之一。然而，现有技术中的理疗机器人存在一些问题：
2、(1)刚性理疗探头无法模拟人手的按摩手法和触感，并且稳定性和抗冲击性差，容易对造成人体损伤和设备损坏。
3、(2)理疗探头的理疗手法单一，无法同时模拟手掌和手指的理疗手法。
4、(3)更换探头时，需要手动操作，无法实现探头的自动装卸。
5、(4)控制方法功能单一，对理疗任务的规划和执行智能化程度低。
6、(5)缺少对人体和设备的保护措施，理疗过程的安全性低。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种多模态理疗机器人及方法。
2、多模态理疗机器人包括机械臂和多模态理疗探头，多模态理疗探头与机械臂末端连接，所述多模态理疗探头包括理疗探头上连接盘和理疗探头下连接盘，理疗探头下连接盘下表面连接有硅胶手掌，理疗探头上连接盘和理疗探头下连接盘相互平行设置并通过若干个气动肌腱连接，理疗探头控制器对气动肌腱进行控制；所述气动肌腱为刚柔耦合结构，能够带动理疗探头下连接盘一起振动，进而带动硅胶手掌运动。
3、所述硅胶手掌设置有若干个手指孔，手指孔内设置硅胶手指，理疗探头下连接盘上表面与手指孔对应的位置设
4、多模态理疗机器人还包括快速更换装置，多模态理疗探头通过快速更换装置与机械臂连接，所述快速更换装置包括快换装置上连接盘和快换装置下连接盘，快换装置上连接盘与机械臂连接，快换装置下连接盘与多模态理疗探头连接，所述的快换装置上连接盘设置有电磁铁，快换装置下连接盘上表面设置有铁磁材质的锁紧板，电磁铁通电时能够吸附锁紧板，使快换装置上连接盘与快换装置下连接盘紧密连接；电磁铁断电时快换装置上连接盘与快换装置下连接盘脱离。
5、所述多模态理疗探头与机械臂之间设置摄像头连接盘，摄像头连接盘连接深度摄像头，深度摄像头能够对多模态理疗探头和使用者的坐标位置进行识别。
6、多模态理疗机器人还包括控制主机，控制主机对机械臂的动作进行控制，控制主机内置专家系统，用户能够通过控制主机选择理疗方式，专家系统为用户提供的理疗方案，理疗方案包含理疗探头、理疗点、理疗轨迹及理疗时间信息，控制主机能够对理疗过程进行任务规划；所述快换装置上连接盘侧面设置有快换装置控制槽，快换装置控制槽内设置快换装置控制器，快换装置控制器与电磁铁电连接，快换装置控制器对电磁铁进行控制；理疗探头上连接盘固定连接有理疗探头控制盒，理疗探头控制盒内设置理疗探头控制器，理疗探头控制器对气动肌腱和气缸进行控制；理疗探头控制器和快换装置控制器均与控制主机电连接，控制主机对理疗探头控制器和快换装置控制器进行控制。
7、所述多模态理疗探头与机械臂之间设置有六维力传感器，六维力传感器连接控制主机，六维力传感器能够测量按压力度并将测量信号实时向控制主机反馈。
8、所述硅胶手指中设置薄膜式压力传感器，薄膜式压力传感器与控制主机连接，薄膜式压力传感器能测量硅胶手指与人体接触的压力并将测量信号实时向控制主机反馈，多模态理疗探头在受到外部冲击时，薄膜式压力传感器能够检测到冲击压力并向控制主机发送信号，控制主机向探头控制器发送控制信号，探头控制器控制气动肌腱迅速收缩。
9、所述硅胶手掌采用硅胶铸造工艺，硅胶手掌内设置加热电阻丝，所述硅胶手指采用硅胶铸造工艺，硅胶手指内设置振动马达，振动马达能够使硅胶手指高频振动。
10、本专利技术还提供一种多模态理疗机器人的使用方法，包括以下步骤：
11、步骤1、使用者就位，在控制主机上选择理疗方案，专家系统给出包括理疗探头的选择、理疗点、理疗轨迹及理疗时间信息；
12、步骤2、控制主机采用基于任务分解和分类的任务运动规划方法对理疗过程进行任务规划，划分为由基本运动描述的子任务；
13、步骤3、控制主机通过深度摄像机对所有不同理疗探头进行三维世界坐标识别，得到所有理疗探头的世界坐标，深度摄像机向控制主机发送并记录所有理疗探头的世界坐标，控制主机根据任务需求选择理疗探头，控制快速更换装置对理疗探头进行更换；
14、步骤4、控制主机通过深度摄像机对人体的三维轮廓图像进行图像识别，得到全部理疗点的三维坐标，深度摄像机向控制主机发送并记录人体理疗点的世界坐标系数据；控制主机根据人体理疗点的世界坐标控制机械臂带动理疗探头向理疗点移动，到达该理疗点后理疗探头启动理疗作业；
15、步骤5、理疗探头完成理疗作业后，控制主机根据步骤给出的子任务判断是否需要进行下一个任务；如只需更换理疗点，控制主机根据步骤中保存的理疗点世界坐标调整机械臂位姿，进行下一个子任务；如只需更换理疗探头，控制主机根据步骤中保存的理疗探头世界坐标，控制机械臂带动理疗探头移动到卸载位置，快速更换装置自动卸载理疗探头；如需更换理疗探头和理疗点，控制主机控制机械臂和控制快速更换装置进行理疗探头的更换，理疗探头更换完成后，控制主机根据理疗点世界坐标更换机械臂位姿，理疗探头进行下一个子任务；如完成全部理疗任务，控制主机控制机械臂和控制快速更换装置卸载理疗探头，机械臂恢复初始位姿。
16、本专利技术还提供一种多模态理疗机器人的控制方法，包括以下步骤：
17、s1、进行视觉系统的标定，深度摄像机识别物体在机械臂基坐标系下的坐标点(xw,yw,zw)t，控制主机控制机械臂带动理疗探头移动到理疗点；
18、s1.1、通过深度摄像机获取物体在像素坐标系下的点(u,v)t以及深度值z；
19、s1.2、将像素坐标系下的点(u,v)t转换成相机坐标系下的坐标(xc,yc,zc)t，转换公式如下：
20、
21、其中，f是相机的物理焦距，dx是像素点的长度，dy是像素点的宽度；k表示相机的内参矩阵，k通过相机标定得到，
22、fx＝f/dx和fy＝f/dy为相机的归一化焦距；
23、s1.3、将深度摄像机手眼标定得到相机坐标系转换为机械臂基坐标系，转换公式如下：
24、
25、从而得到物体在机械臂基坐标系下的坐标点(xw,yw,zw)t。
26、其中，x为相机坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系，为机械臂基坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系，
27、
28、r为机械臂坐标系与机械臂末端坐标系之间坐标变换的旋转矩阵，t为机械臂坐标系与机械臂末端坐标系之间坐标变换的平移矩阵；
29、s2、采用五次多项式插值进行轨迹规划，轨迹函数θ(t)为：
30、θ(t)＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多模态理疗机器人，包括机械臂(1)和多模态理疗探头(8)，多模态理疗探头(8)与机械臂(1)的末端连接，其特征在于：所述多模态理疗探头(8)包括理疗探头上连接盘(801)和理疗探头下连接盘(811)，理疗探头下连接盘(811)的下表面连接有硅胶手掌(815)，理疗探头上连接盘(801)和理疗探头下连接盘(811)相互平行设置并通过若干个气动肌腱(806)连接，理疗探头控制器对气动肌腱(806)进行控制；所述气动肌腱(806)为刚柔耦合结构，能够带动理疗探头下连接盘(811)一起振动，进而带动硅胶手掌(815)运动。
2.根据权利要求1所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述硅胶手掌(815)设置有若干个手指孔(816)，手指孔(816)内设置硅胶手指(818)，理疗探头下连接盘(811)上表面与手指孔(816)对应的位置设置有气缸(808)，气缸(808)的气缸杆插入手指孔(816)内并与硅胶手指(818)连接；所述气缸(808)能够带动硅胶手指(818)在手指孔(816)内伸出和收回。
3.根据权利要求1所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于
4.根据权利要求3所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述多模态理疗探头(8)与机械臂(1)之间设置摄像头连接盘(5)，摄像头连接盘(5)连接深度摄像头(6)，深度摄像头(6)能够对多模态理疗探头(8)和使用者的坐标位置进行识别。
5.根据权利要求4所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：还包括控制主机，控制主机对机械臂的动作进行控制，控制主机内置专家系统，用户能够通过控制主机选择理疗方式，专家系统为用户提供的理疗方案，理疗方案包含理疗探头、理疗点、理疗轨迹及理疗时间信息，控制主机能够对理疗过程进行任务规划；所述快换装置上连接盘(701)侧面设置有快换装置控制槽(710)，快换装置控制槽(710)内设置快换装置控制器，快换装置控制器与电磁铁(703)电连接，快换装置控制器对电磁铁(703)进行控制；理疗探头上连接盘(801)固定连接有理疗探头控制盒(805)，理疗探头控制盒(805)内设置理疗探头控制器，理疗探头控制器对气动肌腱(806)和气缸(808)进行控制；理疗探头控制器和快换装置控制器均与控制主机电连接，控制主机对理疗探头控制器和快换装置控制器进行控制。
6.根据权利要求5所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述多模态理疗探头(8)与机械臂(1)之间设置有六维力传感器(4)，六维力传感器(4)连接控制主机，六维力传感器(4)能够测量按压力度并将测量信号实时向控制主机反馈。
7.根据权利要求5所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：硅胶手指(818)中设置薄膜式压力传感器(822)，薄膜式压力传感器(822)与控制主机连接，薄膜式压力传感器(822)能测量硅胶手指(818)与人体接触的压力并将测量信号实时向控制主机反馈，多模态理疗探头(8)在受到外部冲击时，薄膜式压力传感器(822)能够检测到冲击压力并向控制主机发送信号，控制主机向探头控制器发送控制信号，探头控制器控制气动肌腱(806)迅速收缩。
8.根据权利要求2所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述硅胶手掌(815)采用硅胶铸造工艺，硅胶手掌(815)内设置加热电阻丝(820)，所述硅胶手指(818)采用硅胶铸造工艺，硅胶手指(818)内设置振动马达(821)，振动马达(821)能够使硅胶手指(818)高频振动。
9.一种多模态理疗机器人的使用方法，采用权利要求5所述的装置实现，包括以下步骤：
10.一种多模态理疗机器人的控制方法，采用权利要求5所述的装置实现，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多模态理疗机器人，包括机械臂(1)和多模态理疗探头(8)，多模态理疗探头(8)与机械臂(1)的末端连接，其特征在于：所述多模态理疗探头(8)包括理疗探头上连接盘(801)和理疗探头下连接盘(811)，理疗探头下连接盘(811)的下表面连接有硅胶手掌(815)，理疗探头上连接盘(801)和理疗探头下连接盘(811)相互平行设置并通过若干个气动肌腱(806)连接，理疗探头控制器对气动肌腱(806)进行控制；所述气动肌腱(806)为刚柔耦合结构，能够带动理疗探头下连接盘(811)一起振动，进而带动硅胶手掌(815)运动。
2.根据权利要求1所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述硅胶手掌(815)设置有若干个手指孔(816)，手指孔(816)内设置硅胶手指(818)，理疗探头下连接盘(811)上表面与手指孔(816)对应的位置设置有气缸(808)，气缸(808)的气缸杆插入手指孔(816)内并与硅胶手指(818)连接；所述气缸(808)能够带动硅胶手指(818)在手指孔(816)内伸出和收回。
3.根据权利要求1所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：还包括快速更换装置(7)，多模态理疗探头(8)通过快速更换装置(7)与机械臂(1)连接，所述快速更换装置(7)包括快换装置上连接盘(701)和快换装置下连接盘(702)，快换装置上连接盘(701)与机械臂(1)连接，快换装置下连接盘(702)与多模态理疗探头(8)连接，所述的快换装置上连接盘(701)设置有电磁铁(703)，快换装置下连接盘(702)上表面设置有铁磁材质的锁紧板(704)，电磁铁(703)通电时能够吸附锁紧板(704)，使快换装置上连接盘(701)与快换装置下连接盘(702)紧密连接；电磁铁(703)断电时快换装置上连接盘(701)与快换装置下连接盘(702)脱离。
4.根据权利要求3所述的一种多模态理疗机器人，其特征在于：所述多模态理疗探头(8)与机械臂(1)之间设置摄像头连接盘(5)，摄像头连接盘(5)连接深度摄像头(6)，深度摄像头(6)能够对多模态理疗探头(8)和使用者的坐标位置进行识别。
5.根据权利要求4所述的一种多模...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵东辉，孙兴旺，丁嘉辉，单博，牛春晖，李恺如，杨俊友，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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