[發明專利]一種全自動瘢痕康復按摩裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202011516852.8
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112641613A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 韓雪峰;吳巍巍;楊健;程丹;吳顏生;于家傲;臧延哲
• 申請（專利權）人: 長春國科醫工科技發展有限公司;吉林大學第一醫院
• 主分類號: A61H7/00
• 分類號: A61H7/00;A61B5/00;G06T1/20;G06T7/00;G06T7/13;G06T7/70;G06T7/90;G16H40/63
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 劉云朋

1.一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，包括支架以及安裝于支架上的CCD成像系統和機械臂，所述機械臂的前端通過偏心旋轉機構連接按摩頭；所述CCD成像系統采集瘢痕部位圖像信息，并將圖像處理后確定的瘢痕位置信息反饋給主控芯片，經主控芯片規劃按摩路線，將機械臂移動到相應位置，并控制機械臂向下施壓使按摩頭接觸皮膚，按摩頭通過壓力傳感器測量壓力值達到主控芯片設定壓力值時，主控芯片控制偏心旋轉機構旋轉使按摩頭做偏心圓周運動，對瘢痕部位進行揉動按摩。

2.根據權利要求1所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述機械臂包括第一連接臂、第二連接臂和第三連接臂，第一連接臂和第二連接臂鉸接，第二連接臂和第三連接臂鉸接，第一連接臂的一端通過滑塊滑動在支架的絲杠上，所述絲杠通過第一電機驅動旋轉，所述第二連接臂通過第二電機驅動相對第一連接臂轉動，所述第三連接臂通過第三電機驅動相對第二連接臂轉動，所述第三連接臂的另一端通過第四電機與偏心旋轉機構相連，所述第一電機、第二電機、和第三電機、第四電機分別與主控芯片電連接。

3.根據權利要求1所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述偏心旋轉機構包括按摩旋轉件、按摩頭前端緊固件、第五電機、壓力移動桿、彈簧、軸承、電機連接件、機械臂固定件和壓力傳感器，所述第五電機與電機連接件緊密連接，所述壓力傳感器與機械臂固定件緊密相連，所述彈簧的一端與壓力移動桿相連，另一端與按摩旋轉件內壁相連，所述按摩旋轉件的端部通過按摩頭前端緊固件封閉，所述第五電機的輸出軸連接按摩旋轉件，移動桿穿出按摩頭前端緊固件與按摩頭相連，所述第五電機和壓力傳感器分別與主控芯片電連接。

4.根據權利要求3所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述電機連接件與機械臂固定件小間隙配合，所述按摩旋轉件與按摩頭前端緊固件螺紋連接。

5.根據權利要求3所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述壓力移動桿與按摩旋轉件相對自由旋轉，壓力移動桿在按摩旋轉件內腔自由旋轉，使按摩頭相對皮膚無轉動。

6.根據權利要求1-5所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述主控芯片包括信息接收模塊、路徑規劃模塊、第一控制模塊、壓力計算模塊、第二控制模塊，CCD成像系統采集瘢痕部位圖像信息，并將圖像處理后確定的瘢痕位置信息反饋給信息接收模塊，經路徑規劃模塊規劃按摩路線，通過第一控制模塊將機械臂移動到相應位置，并控制機械臂向下施壓使按摩頭接觸皮膚，按摩頭通過壓力傳感器測量壓力值達到壓力計算模塊設定壓力值時，第二控制模塊控制按摩旋轉件旋轉以及按摩頭沿偏心軸做圓周運動，對瘢痕部位進行揉動按摩。

7.根據權利要求6所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，壓力計算模塊的壓力計算公式為：

d(f)＝GA/R(1-(f/c)²)(1+Δ(f/c))；

d(f)為壓力計算模塊設定壓力值，G為襯比度計算值，A為按摩頭面積大小，R為按摩頭曲率半徑，f為壓力傳感器測量壓力值，Δ取值范圍[-0.3，0.3]，Δ根據偏心距不同選定，c為彈簧壓縮受力的1/2。

8.根據權利要求1所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，按摩路線規劃方法為：判定瘢痕邊界為長軸為a、短軸為b的橢圓形，以橢圓中心為原點O、橢圓短軸b所在方向為X軸、橢圓長軸a所在方向為Y軸，將瘢痕邊界劃分為四個象限，規劃路線原點分別設計在O1(x，y)、O2(-x，y)、O3(x，-y)、O4(-x，-y)，分別以原點O1、O2、O3、O4并以大于短半軸b長度為半徑做圓形，使四個圓形彼此疊加后將長軸為a短軸為b的橢圓形完全覆蓋。

9.根據權利要求1-5所述的一種全自動瘢痕康復按摩裝置，其特征在于，所述按摩頭軸線位置距第五電機旋轉軸心距離為5mm～15mm之間；所述壓力傳感器采用薄膜壓力傳感器；所述壓力移動桿與按摩頭前端緊固件為小間隙配合；所述按摩頭的前端設有硅膠套；所述主控芯片設定壓力值為17mmHg～40mmHg。

10.一種全自動瘢痕康復按摩裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：將瘢痕部位放在圖像識別區，由CCD成像系統采集瘢痕部位位置信息，其中，具體采用CCD相機采集，所述圖像識別區為CCD相機照射的黑色方框內；

步驟S2：利用主控芯片對獲取的圖像進行分析及邊緣處理，具體可通過Open CV或Python對圖片進行分析及邊緣處理，計算燒傷部位圖片襯比度，確定瘢痕位置信息；根據燒傷部位與正常皮膚部位圖片襯比度百分比值和上位機瘢痕襯比度設定值進行比較，判斷邊界位置；將瘢痕部位顏色深淺按圖片襯比度數值范圍分為多個等級，襯比度高的按摩時間依次增加；

步驟S3：將瘢痕位置信息反饋給主控芯片；其中，主控芯片采用樹莓派模塊，將像素數字量信號傳送至樹莓派，具體地，像素數字量信號可通過標準USB2.0或3.0協議通訊傳送至樹莓派，經圖像識別、處理、分析、定位燒傷區域、識別瘢痕區域顏色深淺，經主控芯片規劃按摩路線、按摩時間；程序自動規劃每一部位的按摩時間和按摩力度，每一部位的按摩時間設定在5-10分鐘，按摩壓力大小設定在17mmHg-40mmHg范圍內；其中，按摩路線是經過圖像分析和邊緣處理，瘢痕邊界判斷為長軸為a、短軸為b的橢圓形，以橢圓中心為原點O、橢圓短軸b所在方向為X軸、橢圓長軸a所在方向為Y軸，將瘢痕邊界劃分為四個象限，規劃路線原點分別設計在O1(x，y)、O2(-x，y)、O3(x，-y)、O4(-x，-y)，分別以原點O1、O2、O3、O4并以大于短半軸b長度為半徑做圓形，使四個圓形彼此疊加后將長軸為a短軸為b的橢圓形完全覆蓋；

步驟S4：利用主控芯片控制第一電機啟動驅動機械臂沿絲杠運動，按規劃按摩路線依次運動到指定位置；

步驟S5：利用第二電機和第三電機驅動機械臂向下按壓，使按摩頭接觸皮膚，此時通過壓力移動桿向上移動壓縮彈簧，彈簧通過按摩旋轉件、軸承和電機連接件將力傳遞給壓力傳感器，當壓力傳感器測量壓力值達到設定壓力值時，第五電機驅動按摩旋轉件旋轉進而帶動按摩頭做圓周運動，產生揉動效果；此時壓力移動桿在按摩旋轉件內腔做自轉運動，即按摩頭與人體皮膚之間無相對轉動運動發生，無剪力產生；其中，壓力傳感器與主控芯片中的壓力計算模塊通訊連接；壓力計算公式為：

d(f)＝GA/R(1-(f/c)²)(1+Δ(f/c))；

d(f)為壓力計算模塊設定壓力值，G為襯比度計算值，A為按摩頭面積大小，R為按摩頭曲率半徑，f為壓力傳感器測量壓力值，Δ取值范圍[-0.3，0.3]，Δ根據偏心距不同選定，c為彈簧壓縮受力的1/2；

步驟S6：當起始部位按摩達到設定按摩時間后，機械臂上升，并在第一電機驅動下通過轉動絲杠，進而帶動按摩頭移動至下一位置，重復以上操作，進而按規定路線依次對其余部位進行按摩；

步驟S7：當規劃按摩過程完成后，機械臂回到初始位置，依次按摩完成。