摘 要：本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)實現(xiàn)了對人體背部的自動化叩擊按摩。首先設(shè)計了基于三自由度直角坐標(biāo)移動平臺的叩擊按摩系統(tǒng)機械本體，使用固高GE-400-PV-PCI型四軸運動控制卡控制直角坐標(biāo)平臺的末端執(zhí)行機構(gòu)-叩擊按摩模塊的移動和叩擊動作的實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件采用了基于LabVIEW平臺的人機交互式界面，該界面提供了手動和自動兩種系統(tǒng)操作模式，提高了該系統(tǒng)的可操作性。通過按摩人體測試，兩種不同的系統(tǒng)操作模式均能滿足叩擊類按摩手法的基本要求，進(jìn)而驗證了該控制系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;叩擊按摩;運動控制;激振器

隨著社會老齡化程度加劇，越來越多長期臥床的老年人需要進(jìn)行按摩以防止各種并發(fā)癥的發(fā)生。近年來，專業(yè)的按摩護(hù)理人員急劇短缺，現(xiàn)有的按摩護(hù)理從業(yè)者從事著繁重的按摩體力勞動，這一現(xiàn)狀促進(jìn)了由物力代替人力對長期臥床老年人進(jìn)行按摩護(hù)理的發(fā)展。本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對人體背部的定距離、定頻率叩擊按摩，可以使按摩護(hù)理進(jìn)入機械化、智能化、自動化的發(fā)展階段。

1 叩擊按摩系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的三自由度叩擊按摩系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要由懸臂柔性叩擊按摩模塊和三自由度直角坐標(biāo)移動平臺兩部分組成。以固高運動控制卡為核心，來實現(xiàn)三自由度移動平臺在X、Y、Z三個方向上的運動和懸臂柔性叩擊按摩模塊叩擊動作的產(chǎn)生。通過兩部分運動的結(jié)合，實現(xiàn)對人體背部不同位置、不同頻率的叩擊按摩。

圖1 三自由度叩擊按摩系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖懸臂柔性叩擊按摩模塊是用懸臂梁式的叩擊按摩臂代替人的手臂，該按摩臂具有一定的柔性，從而避免了剛性按摩對人體造成的傷害。通過激振器為按摩臂提供動力，同時也可以通過運動控制卡提供的可調(diào)頻率和可調(diào)幅度的正弦信號，改變激振器的振動頻率和幅度，進(jìn)而改變懸臂柔性按摩臂的按摩方式，滿足不同的按摩需求。三自由度直角坐標(biāo)移動平臺是由三個線性模組組成，該平臺的最大移動距離為1000mm×400mm×1000mm。三個軸采用笛卡爾坐標(biāo)系定義，分別定義為 X 軸、Y 軸、Z 軸，三個軸的方向分別對應(yīng)實際中的左右、前后和上下方向，使用線性模組搭建該三維坐標(biāo)平臺，驅(qū)動方式上采用步進(jìn)電機，傳動方式上采用滾珠絲杠，和直線導(dǎo)軌輔助完成。三自由度叩擊按摩系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 叩擊按摩系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

通過對叩擊按摩系統(tǒng)的功能分析，要求該系統(tǒng)能夠仿照傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)叩擊類按摩手法進(jìn)行智能化按摩，按摩的位置、頻率、力度能夠在終端界面上實時顯示，并且在按摩過程中能夠隨時改變按摩的位置、頻率、力度。充分考慮按摩系統(tǒng)的控制要求，本文采用了“PC+運動控制卡”的控制方式，實現(xiàn)對三維直角坐標(biāo)移動平臺和叩擊按摩模塊的精準(zhǔn)控制。控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如上圖2所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

叩擊按摩系統(tǒng)的軟件功能要求實現(xiàn)叩擊按摩的自動化全過程。軟件系統(tǒng)的編程方式以采用模塊化形式，主要包括人機交互式界面、運動控制模塊、人機距離監(jiān)測模塊等，其中運動控制模塊可以實現(xiàn)手動操作和自動控制兩種工作模式。開發(fā)平臺選用虛擬儀器LabVIEW，其具有編程簡單、界面直觀等優(yōu)點。叩擊按摩系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件部分主要功能包括接收并響應(yīng)外部的操作指令、控制執(zhí)行機構(gòu)的運動、系統(tǒng)工作狀態(tài)的及時監(jiān)測、系統(tǒng)工作中所產(chǎn)生故障的診斷及解決、系統(tǒng)工作信息的反饋等。控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合叩擊類按摩手法在護(hù)理中的應(yīng)用以及按摩康復(fù)類設(shè)備的市場需求，設(shè)計了一種基于三自由度直角坐標(biāo)移動平臺的叩擊按摩系統(tǒng)，采用“PC+運動控制卡”的控制方式，基于LabVIEW軟件平臺對叩擊按摩過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制。通過按摩人體測試，驗證了系統(tǒng)控制方案的可行性。叩擊按摩系統(tǒng)的研制實現(xiàn)了叩擊按摩的機械化與自動化，與其他按摩康復(fù)類設(shè)備結(jié)合使用，可以將按摩護(hù)理人員從繁重的體力按摩工作中解放出來，具有較強的實用性和可推廣性。

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作者簡介：賈培奇（1990-），男，漢族，河北邯鄲人，碩士研究生，科員，助理工程師，研究方向：機械設(shè)計及理論。