按摩椅按压力度的控制方法

第３０卷第４期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）２０１１年８月、，０１．３０Ｎｏ．４ＪｏｕｍａｌｏｆＬｉａｏｎｉｎｇ１＇ｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ａｕｇ．２０１１

文章编号：１００８—０５６２（２０１１）０４．０５５９．０３ＤＯｌ：伽（Ｉ：２ｌ－１３７９／Ｎ．２０ｌ１０８２６．２１３１．０１２

按摩椅按压力度的控制方法

仇高贺１，华岗２，林静研１（１．温州出入境检验检疫局综合技术中心，浙江温州３２５０００：２．辽宁工程技术大学电予与信息工程系，辽宁葫芦岛１２５０００）摘要：为提升按摩椅按压力度可控性和适应性，把阻抗控制理论应用到按摩椅按压单元控制中，提出基于皮肤阻抗控制模型的按摩椅按压力度自适应算法，利用人体皮肤弹性阻抗控制方法来代替传统按摩椅开环按摩档位控制。实验结果证明该方法使按摩椅的按摩力度更具有可控性和人性化，为按摩椅推广应用提供有效控制方法。关键词：按摩椅；按压；皮肤弹性；阻抗控制；方法研究中图分类号：１１Ｐ２４２．２文献标志码：Ａ

Ｍｅｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎ仃ｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｓｓａｇｅｃｈａｉｒ

ＱＩＵＧａｏｈｅｌ，ＨＵＡＧａｎｇ。，ＬＩＮＪｉｎｇｙａｎｌ（１．’ｒｅｃｈｎｉｃａｌＣｅｎｔｅｒ’ＷｅｎｚｈｏｕＥｎｔｒｙ—ＥｘｉｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅＢｕｒｅａｕ，Ｗｅｎｚｈｏｕ３２５０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｎｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆ．ｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉⅡｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ７ｒｅｃｈｎｉｃａＩＵｎｉＶｅｒｓｉ劬ＨｕＩｕｄａｏ１２５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｋｉｌｌ呻ｅｄａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍ饥ｔｓｙｓｔｅｍｈａＬｓｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｃｏｎｎ．ｏｌｍａｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｔｈｉｓｓｎＪｄｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅ廿１ｅｃｏｎ仃０ｌｌａｂｉｌｉｔ），锄ｄａｃｈｉｅＶｅａｕＳｅ卜衔ｅｎｄｌｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ＴｈｅｉＩＩｌｐｅｄａｎｃｅｃｏｎｎ．ｏｌｔｈｅｏ哆ｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｍｅｍａｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎ仃ｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅａｌｇ嘶岫ｏｆｓｅｌｆ二ａｄｏｐｔｅｄｍｅｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｐｅｎｄｉｌｌｇｏｎｔ１１ｅｓｌ（ｉｎｉｍｐｅ出ｍｃｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｐｍｐ０Ｓｅｄｍ雒ｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎ仃ｏｌｍｅｔｈｏｄｒ印ｌａｃｅｓｔｈｅｎａｄｊｔｉｏｎａｌｏｐｅｎ－ｃｌｏｓｅｄｃｏｎ仃Ｄｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｃａｓｅ咖ｄｙｓｈｏｗｓｍａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｍｏｄｉｓｅｎａｂｌｅｍｅｍｅｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｂｅｅａｓｉｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａ１１ｄｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｄｉｆｆ－ｅｒ锄ｔｐｅｒｓｏｎｓ．１１１ｅｐｍｐｏｓｅｄｃｏｎ廿ｏｌｍ劬０ｄｗｉｌｌｅｎａｂｌｅｍａｓｓａｇｅｃｈａｉｒｔｏｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｐｏｐｕｌａｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｓｓａｇｅｃｈａｉｒ；ｍａｓｓａｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｓ虹ｎｅｌａｓｔｉｃｉ够；ｉｍｐｅｄａ血ｃｅｃｏｎｎ．０ｌ；ｍ武ｈｏｄｒｅｓｅａｒｃｈ

引言

中医认为恰当的按摩可以让人消除疲劳、增强体质。中医按摩疗法是通过人手获取患者的体表穴位，通过揉压等手法疏通经络，达到治疗疾病的非药物疗法。按摩师首先通过触诊来感受患者对按压力度的敏感程度，然后通过改变手法外形、着力部位、力度、速度和方向等来达到按摩效果ＩｌＪ，而传统的人工按摩成本越来越高，当代人们通过购买按摩椅来替代人工按摩，就促成按摩椅越来越畅销。

１问题提出

传统按摩椅按摩力度采用开环控制，即机器预先设置几个按摩力度的档位让客户选择，不同档位对应给予按摩单元电机的电压或电流强度不同，从而改变按摩力度。由于个体对同样按压力度皮肤敏感程度不同，不同用户采用不变的按压力度使得许多按摩椅使用者普遍感到按摩椅的按压力度缺少弹性与变化，按压力度过重也会造成按摩效果差甚至造成人体损伤。

按摩力度控制方案

为此国内外专家尝试使用不同方法解决这个难题，有人通过按摩单元和人体接触距离来控制按摩力度，而人体是具有弹性的，该方法在实际测试中效果不佳，另外一些专家利崩设备发射共振波来测量皮肤传导时间获得皮肤弹性【２】，从而控制按压力度，但是这样设备复杂而且按摩椅要外敷包皮，探头无法外露，从而影响测量的精度，这个方法在实际按摩椅设计中也无法应用。实验证明在一定范围内皮肤的阻抗特性同穴位点受力成函数关系【３ｑＪ，固本文提出一种基于人体皮肤阻抗控制方法来控制按摩椅的按压力度。该方法的概念见图ｌ，（ａ）首先将皮肤阻抗传感器加入按摩单元（ｂ）然后估计皮肤的弹性阻抗托，按压力Ｒｄ根据皮肤阻抗估计

收稿日期：２０１１．０５．１８网络出版时间：２０１１－８—２６２１：３ｌ：２４网络出版地址：ｈ卸：，＾ｗｎＭｃｌｌｌ【ｉ．ｎ州ｋｃｍ州ｅｔａｉ比１．１３７９．Ｎ．２０１１０８２６．２１３１．０１２．ｈｎＩｌｌ基金项目：浙江省ＥＩ然科学摹金资助项目（２００８ｃ２１１６３）

作者简介：仇高贺（１９７６－），男，江苏徐州人，博｝研究生，工程师。主要从事机械设计及理论、电器产品检测方向的研究。本文编校：焦丽

万方数据５６０辽宁工程技术大学学报【自然科学版）第３０卷

值ｔ－来动态调整（ｃ）最后通过改变弹簧弹性系数畅来调整按压力。按摩单元及按摩滚轮实物如图２。

ｍ鳓

（ａ）图１Ｆｉ９１（ｂ）（ｃ）按摩椅按摩力度控制概念图ｃ∞ｃｅｐｔｏｆ也ｃｐｒｏｐｏ刚ｍｅ吐ｌ棚式中，石是控制输入，由于按摩椅采用柔性滚轮初始按压力＾为零。理想的按摩椅阻抗函数为

鸩托＋Ｄ０（兑一奶）＋髟（屯一妇）＝Ｅ，（２）

这里肘产＾毛，控制输，、靠函数表达式

矗＝一见（屯一岛）一髟（屯一为）…

＋Ｄ。ｉ。＋Ｋ。ｘＨ＋瓦

局是按摩单元的实际位置，可以由式（２）求出，肠从公式（４）导出

足。：幺二生盘墨二堡！墨二墨！，（４）屯一劫碾实际旌加的按摩力，人体反作用Ｆｈ可由公

式（５）求出Ｅ＝一Ｄ＾毛一吒（毛一ｔ），（５）五是人体反作用力ｎ为零的位置，由此可以求出皮肤弹力评估系数重．，ｉ曼２嚣翌ｉ，毫：尘盟。开啦螂甜“８哗Ⅲ’“６一—■乏一。

３模型的描述及分析３２计算方法

３．１数学模型建立

阻抗控制通过调整机器人的阻抗参数使力和位置满足某种理想的动态关系，它将力控制和位置控制纳于一个框架之内。在阻抗控制中，期望动力学方程常用二阶动力学、也就是质量一弹簧一阻尼系统表示”Ｊ，具体是通过设定阻抗函数，由力、速度、位置的误差来实现该函数降…。按摩椅和使用者的受力模型如图３，丘表示按摩椅的位置。＾毛ｐ。甄分别表示惯性矩，倾斜力矩和按摩椅的弹性力矩。岛和Ｄ＾分别代表按摩椅使用者的皮肤弹性系数和人体倾斜系数。局和仍是控制阻抗。按摩椅的动力学模型数学描述公式

Ｍ艺＋见五十屯屯＝Ｚ＋Ｅ，（１）吲

怔＿＿叫＊玉刊且＿三嘭

图３按摩单元和使用者控制模型Ｆ１９３ｃｏｎｔａｃ＋ｍｏｄｅｌｂ曲ｖｅｅｎｍ∞ｓａｇｅｕｎｉｔ卸ｄＩｌｓｅｒ计算流程见图４。（６）

（１）设定初始的按摩压力，０。（２）ＦＩｌｄ确定弹力阻抗系数‰肠由式（４）求出。（３）假定的人体皮肤弹性系数由式（６）求出。（４）实际的按压力由求出的皮肤弹力评估系

数矗来确定，并将其存入按压力专家数据库中。

图４按摩力度控制流程图

Ｆｊｇ．４ｎｏｗｃｈａｎｏｆｔｌｌｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍ蚴ｇｅ

ｓ缸Ⅲｅ斟

万方数据第４期仇高贺，等：按摩椅按压力度的控制方法５６ｌ

４实验

４．１实验条件

实验条件见表ｌ。

表ｌ实验条件１’ａｂ．１ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ项口实验条件实验周期，ｓ样品『日】隔，ｓ按摩单元初始位置，ｍ９００．０１０．０４实际施加按压力肘由公式（７）求出

确定实际施加按压力数值由建立按摩专家数据库Ｆ萨Ｋ幂ｈ０１）式中，巧是实际弹性系数和按压力度转换系数，膨初始值取０．０２５ｍ，其由实验初始条件设定。按摩椅按压力调整系统如图５，实验条件：（１）按摩单元控制输入疋由式（３）求出，控制信号输入通过Ｄ／Ａ转换模块后传给控制电机。（２）人体反作用力初始值Ｒ由式（５）求出，实际死由压力传感器获得，通过Ａ／Ｄ转换器传感控制ＣＰＵ。（３）按摩单元的位移、速度、加速度由公式ｌ求出，背部按摩电机的脉冲信号经过脉冲处理器传动控制ＣＰＵ，从而获得按摩单元的位置。（４）用户皮肤弹力系数霞。由式（６）估出。

ＦＯｒｃｅＳｅｆ喀Ｏｒ盘ｃＰＵ敲ｌ一

一熙：、，Ｉｉ。ｕｔ—Ｅ！！：：ｌ“…翘‘山“

翔·Ｆｏｒｃｅ

｝也生厨－划窿篱害釜粪；茹封

图５按摩椅按压力控制框架图

Ｆｉｇ．５ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｌｌｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ

实际按压力凡Ｊ由按摩数据库获得，这里用式（７）简单代替数据库ＤＢ，从而简化计算。阻抗系数杨由公式４更新，用户皮肤弹性系数％初始值为４００Ｎ／ｍ，按摩单元初始位置为０．０４ｍ；设定按摩按压力开始阶段上升平滑。

４．２实验结果

实验表明实际的按压力凡旌艮随皮肤弹力评估霞。变化而变化，例如当詹。为４００Ｎ／ｍ时，％为ｌｏＮ，

因而可以推Ｈ｛按摩单元的按压力可以从使用者的皮肤弹性物理条件获取，相比传统按照按摩椅按摩单元和身体接触距离来控制按压力的方法来讲，本方法不会对使用者产生过度按压的不适。

５结论

本文提出一种新的控制按摩椅按压力度的方法，首先用户的皮肤弹性系数缸由按摩椅按摩单元位移、速度估出，而实际按压力由阻抗控制系数霞。来决定。实验选取不同年龄段的使用者进行对比测试，实际与传统按摩椅按摩效果来看，其按摩效果要相对较好，按摩力度适中，更具灵活性。参考文献：

…罗淑萍．王宗武，等．点穴按摩医疗思想和手法探讨田．２００９，２５（２）：３昏３ｚ【２】蔺度强，朱顺鹏，等．皮肤共振传导时问的测晕及其意义【Ｊ】．中国皮肤性病学杂志２０１０，８（３）：７２３．７２４【３】杨华兀，夏锦杉，顾训杰，等．经穴皮肤电阻抗动态参数测定系统及其应用【Ｊ】．北京牛物Ｉ廷学工程。１９９７。１６（１）：４ｌ＿４３．【４】蔡少川，张志勇等．人体穴位伏安特性测试仪的设计与实现【Ｊ】．计算机测量与拧制．２００６，１４（９）：１２７８一１２８０【５】刘阔，林剑峰，等．阻抗控制在挖掘机器人中的应用与研究【Ｊ】ｃＡＤ／ｃＡＭ与制造业信息化．２０１０，ｌｌ（５）：４８－４９．【６】ＳｃｕｌＪｕｌｌｇ’Ｔ．ｃ．Ｈｓｉａ且．ＧＢｏｎｉｔ乙Ｆｏｆ∞１ｈｃｋｉｎｇｌｍｐｅｄ锄凹ＣｏｎｎＤＩ矗）ｒＲＤｂｏｔＭ锄ｉＤｕｌａｔ０鸭ｗｉｔＩｌＵｎｋｎｏｗｎＥｎＶｉｒｏｎｍ饥ｔＴｈｅ０ⅨＳｉｍｕｌ“ｏｍ柚ｄＥｘｐ耐ｍｅｎｔ川．ｈ¨肌１ａｌｉｏ衄ｌＪｏ哪谢ｏｆＲｏｂｏｔｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ．２０们，２０（９）：７６５—７７４．【７】罗翔，颜景平．冗余度机器人的非接触阻抗控制【Ｊ】．制造业自动化，２００３，２５（９）：１９—２２．【８】李＿超，李炜．在未知环境下面向位控机器人的力，位混合控制【Ｊ】．煤炭学撒．２００７，３２（６）：６５７—６６１．【９】文忠。钱晋武。等．基于阻抗控制的步行康复训练机器人的轨迹自适应【ＪＪ．机器人，２０ｌｌ，３３（１）：１４２一１５０【１０】ＨＤｇａｎＮ．ＩｌＴｌｐｅｄ如ｃｅｃｏｎ呐ｌ：ＡｔＩａｐｐ慨曲ｔ０ｍａｎｉｐｕｌ面０ｆＩＩⅡｍ【Ｊ】Ｊｄ帅ａｌｏｆｌ）ｙ哪ｉｃＳｙｓｔｅｒｎｓ，Ｍｅ雒啪锄即ｔ锄ｄ