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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿人按摩機(jī)器人手臂
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 仿人按摩機(jī)器人手臂是國家863計(jì)劃項(xiàng)目（服務(wù)機(jī)器人）中的一個(gè)子課題。它是以傳統(tǒng)中醫(yī)按摩理論為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)器人定位精度高，按摩力量精確可控，動(dòng)作可準(zhǔn)確重復(fù)，不會(huì)產(chǎn)生疲勞等特點(diǎn)，來構(gòu)建中醫(yī)按摩機(jī)器人平臺(tái)。服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)可以有效的緩解醫(yī)務(wù)人員不足的現(xiàn)狀，提高老年人和殘疾人的生活質(zhì)量，同時(shí)其設(shè)計(jì)思想也可應(yīng)用在工程機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人以及各種需要代替人手臂的領(lǐng)域。
- 詳細(xì)介紹：
- 仿人按摩機(jī)器人手臂來源于國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）領(lǐng)域“中醫(yī)按摩機(jī)器人”項(xiàng)目的子課題“四自由度按摩機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)與開發(fā)”。隨著傳統(tǒng)機(jī)械學(xué)、傳感技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它新興技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了醫(yī)用領(lǐng)域設(shè)備的自動(dòng)化和機(jī)器人化。人們嘗試?yán)弥悄芑陌茨C(jī)器人來代替按摩專家，來解決專家少、患者多等問題。仿人按摩機(jī)器人手臂是整個(gè)按摩機(jī)器人的核心部分，直接決定仿人按摩機(jī)器人的按摩手是否準(zhǔn)確施加到有效位置、能否保證正確的按摩姿勢(shì)以及按摩力的大小、按摩效率等，是決定仿人按摩機(jī)器人性能的關(guān)鍵。通過對(duì)仿人按摩機(jī)器人手臂的輕量化、抗擾動(dòng)性能的研究也為工業(yè)機(jī)器人的輕量化的研究提供了一個(gè)參考；前端加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可應(yīng)用于軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、防爆機(jī)器人等領(lǐng)域。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：項(xiàng)目來源于國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）領(lǐng)域“中醫(yī)按摩機(jī)器人”項(xiàng)目的子課題“四自由度按摩機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)與開發(fā)”。目的是設(shè)計(jì)與研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位、穩(wěn)定傳動(dòng)、響應(yīng)快速、控制靈活、功能多樣、適用廣泛的仿人型機(jī)器人手臂?；舅悸罚夯谀K化設(shè)計(jì)理念并對(duì)手臂的關(guān)鍵部位進(jìn)行有限元分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真；采用串聯(lián)方式對(duì)各模塊進(jìn)行連接裝配；基于PC+PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡設(shè)計(jì)，開發(fā)仿人按摩機(jī)器人手臂控制系統(tǒng)。創(chuàng)新點(diǎn)：1、仿人按摩機(jī)器人手臂擬人化程度較高；2、在保證手臂剛度等技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，降低了手臂重量和長度，實(shí)現(xiàn)了小型化、輕量化；3、采用錐齒輪傳動(dòng)方式，增加了傳動(dòng)的可靠性；4、基于自適應(yīng)在線遺傳算法的PID自整定的優(yōu)點(diǎn)，利用VC++6.0開發(fā)了本手臂的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)手臂控制要求；5、用相對(duì)簡(jiǎn)單的四自由度設(shè)計(jì)取代了復(fù)雜、成本高、難控制的五自由度設(shè)計(jì)方案，并在各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中都超過了五自由度手臂。技術(shù)關(guān)鍵：1、手臂的擬人化設(shè)計(jì)；2、在小型化、輕量化的前提下滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)；3、控制系統(tǒng)的自行開發(fā)研究。主要技術(shù)指標(biāo)：仿人按摩機(jī)器人手臂要完成4自由度的動(dòng)作要求，分別是大臂完成1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，小臂完成1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，腕部完成1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)回轉(zhuǎn)自由度；按摩力量大于5kg；仿人按摩機(jī)器人手臂的定位精度小于2mm；按摩力量的誤差小于10%；機(jī)器人手臂按摩空間大于1000mm×400mm×300mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 設(shè)計(jì)開發(fā)的康復(fù)按摩機(jī)器人手臂可模仿人的手臂動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)手臂的旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、俯仰等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了按摩所需的手臂動(dòng)作，并滿足康復(fù)按摩所需的強(qiáng)度、剛度、和尺寸要求，解決了輕量化、擬人化等關(guān)鍵問題，填補(bǔ)了國內(nèi)按摩機(jī)器人領(lǐng)域的空白。并且其設(shè)計(jì)思想、方法能夠?yàn)槠渌I(lǐng)域的機(jī)器人研究提供參考，目前在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 10年10月，北京、天智航技術(shù)有限公司，通過（863計(jì)劃）領(lǐng)域“服務(wù)機(jī)器人”專題“康復(fù)按摩機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)與開發(fā)”的評(píng)審驗(yàn)收。鑒定結(jié)果：受托方完成了所約定的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，同意驗(yàn)收。 11年5月，北京、天智航技術(shù)有限公司，通過（863計(jì)劃）領(lǐng)域“服務(wù)機(jī)器人”專題“四自由度按摩機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)與開發(fā)”評(píng)審驗(yàn)收。鑒定結(jié)果：受托方完成了技術(shù)合同所約定的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了按摩操作對(duì)手臂剛性和精度要求，解決了輕量化、擬人化等關(guān)鍵問題。設(shè)計(jì)開發(fā)的四自由度按摩機(jī)器人手臂可模仿人手臂動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)手臂旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)、俯仰等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了按摩所需手臂動(dòng)作，通過驗(yàn)收。 11年4月在校第四屆“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽中獲“一等獎(jiǎng)”。 11年6月在2011“挑戰(zhàn)杯”吉林省競(jìng)賽中獲“一等獎(jiǎng)”。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 生產(chǎn)合作方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明：系統(tǒng)上電后，通過操作界面對(duì)手臂進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確定系統(tǒng)無故障后，方可繼續(xù)操作。利用控制系統(tǒng)軟件，操作者可按照自己的控制需求輸入各關(guān)節(jié)的控制位置與角度，實(shí)現(xiàn)手臂的運(yùn)動(dòng)控制。操作者可以利用手持開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂的緊急制動(dòng)。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：仿人按摩機(jī)器人手臂是以傳統(tǒng)中醫(yī)按摩理論為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)器人定位精度高，按摩力量精確可控，動(dòng)作可準(zhǔn)確重復(fù)，不會(huì)產(chǎn)生疲勞等特點(diǎn)，來構(gòu)建中醫(yī)按摩機(jī)器人平臺(tái)。適用范圍：服務(wù)機(jī)器人、工程機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人以及各種需要代替人手臂的領(lǐng)域。市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益：2004年我國60歲以上老人是1.43億，根據(jù)專家預(yù)測(cè)到2037年達(dá)到4億。用于醫(yī)療按摩的消費(fèi)金額2004年為260億元，預(yù)計(jì)到2037將達(dá)到3千億元。這就說明仿人按摩機(jī)器人手臂的研制，不但能夠解決大量的人力物力且有著巨大的市場(chǎng)效益和發(fā)展空間。另外在國防、求援等多個(gè)領(lǐng)域也有著巨大發(fā)展空間。
同類課題研究水平概述
- 近年來，隨著傳統(tǒng)機(jī)械學(xué)、傳感技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它新興技術(shù)的迅速發(fā)展，給生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的服務(wù)機(jī)器人技術(shù)帶來了高速發(fā)展的契機(jī)，促進(jìn)了服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的設(shè)備自動(dòng)化和機(jī)器人化。人們嘗試?yán)弥悄芑陌茨C(jī)器人來代替按摩專家，對(duì)按摩機(jī)器人的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。國外:對(duì)按摩機(jī)器人研究較多的是日本。1996年，日本三洋電機(jī)公司率先實(shí)現(xiàn)了按摩手法捏法的動(dòng)作，該設(shè)計(jì)使“捏”的按摩機(jī)器人療法首次得到了實(shí)現(xiàn)。2006年日本豐橋科技大學(xué)提出了帶有力傳感器的四指按摩手。該系統(tǒng)通過事先采集按摩專家數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制按摩機(jī)器人模仿專家手法完成多種按摩動(dòng)作。2007年日本Tottori University提出了基于皮膚反彈力按摩椅。2007年，日本早稻田大學(xué)與朝日大學(xué)研制了針對(duì)面部按摩的機(jī)器人。2007年韓國建國大學(xué)還研究了用于背部按摩的機(jī)器人，該機(jī)器人和按摩椅合為一體，通過2個(gè)串聯(lián)的機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)對(duì)人體背部的按摩。2003年，日本的Toyohashi University of Technology和Gifu National College of Technology提出了帶有力傳感器的四指按摩手。該系統(tǒng)采用的是力矩位置混合控制，在2006年，他們又提出了基于皮膚模型的阻抗控制。國內(nèi)：2004年以來，江蘇大學(xué)馬履中、余順年等相繼提出一種能滿足按摩要求的基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)新型串并聯(lián)中醫(yī)按摩機(jī)器人機(jī)型和混合型五自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。通過綜合考慮國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，仿人按摩機(jī)器人手臂研究在實(shí)現(xiàn)多種按摩手法的機(jī)器人構(gòu)型研究方面以及針對(duì)指定按摩位置進(jìn)行識(shí)別和精確定位的功能的研究較少。本文研究的仿人按摩機(jī)器人手臂是基于中醫(yī)理論指導(dǎo)下，針對(duì)不同的患者找到相對(duì)應(yīng)的穴位，施加精確的按摩力。仿人按摩機(jī)器人手臂作為按摩機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分，一直是按摩機(jī)器人科學(xué)研究的主要問題。仿人按摩機(jī)器人手臂是仿照人的手臂結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，利用串聯(lián)機(jī)器人在靈活性和工作空間方面的優(yōu)勢(shì)，配合雙目視覺定位模塊提供的位置信息，將按摩終端和按摩手送達(dá)正確的按摩位置。擬人化、按摩位置、按摩精度、按摩力的大小以及手臂的剛度等性能使得對(duì)手臂的設(shè)計(jì)要求很高，按摩機(jī)器人手臂要在滿足強(qiáng)度、剛度和尺寸要求的前提下，結(jié)構(gòu)緊湊，更具親和性。
