[實用新型]基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手

有效

• 申請號: 201820304288.5
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN208305076U
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 馬志超;嚴家琪;吳佳楠;任露泉;杜希杰;馬筱溪;張紅詔;強振峰;蔣東穎
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/00;B25J9/10;B25J9/14;B25J11/00;A61H7/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本實用新型涉及一種基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手，屬于柔性驅動和仿生機械技術領域。由氣動人工肌肉組成的并聯柔性驅動單元，能夠實現各個手指的多自由度運動，使得機械手具有高度靈活性。本實用新型提供的機械手具有16個運動自由度，其功能集成度高、柔性大、結構緊湊，可實現模擬人手的推、按、揉、捏等按摩動作。同時，本實用新型通過觸覺感知單元感知人體不同部位組織硬度從而調節按摩力度，提升了機械手的智能化程度。在此基礎上，可以與近紅外血管成像模塊、紅外熱成像模塊等進一步集成，為人體按摩質量提供有效表征手段及評價機制，進一步提升按摩效果，因此在家庭服務機器人、醫療康復、中醫理療等領域具有重要應用價值。

技術領域

本實用新型涉及柔性驅動和仿生機械技術領域，特別涉及一種基于氣動人工肌肉的柔性驅動仿生按摩機械手。本實用新型可與近紅外血管成像模塊、紅外熱成像模塊、六自由度平臺等模塊進一步集成，對患者病灶部位進行準確定位并實現多樣化的按摩動作，對優化按摩效果、建立效果評價與監測機制、緩解按摩師工作壓力具有重要意義。為揭示中醫按摩機理和療效影響規律提供了有效實驗手段。

背景技術

按摩是一種通過“手法”所產生的外力作用于人體特定部位的軟組織、筋膜、韌帶，以軟化人體組織、改善血液循環，達到理療目的的方法。它簡單有效，而且極少創傷，是目前一種比較崇尚的自然療法。隨著醫療技術的發展，人體按摩技術在臨床實踐中得到了越來越廣泛的應用。目前臨床應用上仍以人工推拿為主，按摩過程中，按摩師需要根據患者具體的病情，運用不同的手法技巧——如施力的位置、大小、方向、頻率等，才能達到理想的療效。所以按摩對按摩師的要求較高，需要按摩師投入大量精力與體力，而且目前多地按摩師的數量無法滿足醫患需求。因此，研發一種能夠緩解按摩師工作壓力、提高按摩效率、提升按摩效果的輔助智能化按摩機械手顯得尤為必要。

一個完備的按摩機械手必須具有足夠的靈巧性和智能性，其涉及到生物工程、微機電系統、仿生學和智能控制等多個領域，是一項多學科跨度的復雜工程。往往采用體積小、結構緊湊的新型柔性驅動器進行驅動，從而實現手指的多自由度運動，提升手的靈巧性。而觸覺感知環節采用柔性薄膜觸覺傳感器，其具有體積小、安裝方便、對人體組織影響小和易集成等優點，可顯著提升按摩手智能化程度。但就目前情況來看，市場上出現的儀器多是近似模擬按摩手法的器械，如各種品牌的按摩器和按摩椅，其手法單一，只能起到保健、放松和緩解疲勞的作用，對治療疾病的效果不明顯。而國內學者關于基于新型柔性驅動器的人工關節的研究還處于初級階段，研究主要集中于實現人工關節的結構設計和理論建模。沈永根提出一種姿勢可調型醫療手臂按摩機器人；程嵐提出一種肩寬可調式醫療手臂按摩機器人；陸相龍提出一種按摩椅的新型按摩機械手。但他們所設計的按摩機械手按摩功能單一，整體普遍采用剛性驅動及傳動機構，柔性欠佳，且機構復雜，體積偏大，沒有考慮如何將傳感集成于結構，不能滿足日益增長的多樣化的按摩要求。而在按摩過程中，不僅需要實現過于多樣化的按摩動作，還要實現類似人手的觸覺感知功能，提升按摩機械手的智能化程度。其次，現有的按摩機械手多屬于開環控制，沒有實現對接觸力的實時檢測，也未能夠實現對人體組織硬度的有效表征，從而對按摩力度進行有效預測和控制。

綜上，開發可集成柔性驅動器及觸覺感知單元，且能對按摩動作和力度進行閉環控制的按摩機械手，是十分必要的。

發明內容