引 言

我國的中醫(yī)歷史悠久，對亞健康疾病患者的治療很有療效。各大商場和公共場所購進了大批的按摩椅，但是這些按摩椅手法單一，不能夠起到很好的治療作用。這就促使了人們對具有良好按摩性能的康復(fù)醫(yī)療機器人進行了大量的研究。結(jié)合計算機、機電傳動、自動控制等多種技術(shù)研究基于原始點按摩療法的按摩機器人，緩解了當前中醫(yī)按摩資源相對匱乏、人們?nèi)找骊P(guān)注的亞健康狀況及相關(guān)的疾病。

1 機械系統(tǒng)設(shè)計

按摩機器人有 3 個自由度，采用龍門式機械結(jié)構(gòu)，可進行 X，Y，Z 三個軸方向的步進運動控制 [1]。按摩機器人主要由 3 個步進電機和步進驅(qū)動器、傳感器、PLC 控制器、按摩頭、按摩臺、傳動絲杠、光杠等組成。機械結(jié)構(gòu)采用仿機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計保證了軸向運動的精確性，該機器人的機械結(jié)構(gòu)見圖 1。

2 控制系統(tǒng)工作原理

中醫(yī)按摩機器人通過攝像頭的反饋來手動調(diào)節(jié)實現(xiàn)對運動軸的控制，結(jié)合患者體型的不同，對照原始點按摩療法尋找穴位，控制按摩頭實現(xiàn)精確找點 ；還可以通過調(diào)節(jié)力度、溫度、振動大小等參數(shù)實現(xiàn)不同的治療方案，數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)通信 [2-5] 傳輸?shù)?PLC 中，并實時地顯示在觸摸屏上，從而實現(xiàn)按摩機器人 X，Y，Z 三軸的精確控制。圖 2 為按摩機器人的系統(tǒng)組成。

3 系統(tǒng)的硬件接線

PLC 選擇的是西門子 S7-200SMART 系列的 ST30。PLC是西門子標準的晶體管輸出的 CPU，集成 3 路高速脈沖輸出， 支持 100 kHz 的 PTO 輸出模式 [1]，控制所有的伺服驅(qū)動器。Q0.0，Q0.1，Q0.2 產(chǎn)生 3 軸的高速脈沖信號和方向控制信號。由于 PLC 輸出的電壓為 24 V，需要串聯(lián) 1 kΩ 電阻才能連接步進電機驅(qū)動器。系統(tǒng)的電氣連接圖如圖 3 所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)通過 PLC 產(chǎn)生的高低電平信號進行方向的控制，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。設(shè)定脈沖量實現(xiàn)速度的控制，可以采用手動控制模式，實現(xiàn)上下、左右、前后的點動，通過 X，Y，Z 三軸的限位傳感器進行限位。人機界面采用 MCGS 觸摸屏軟件 [6-7] 進行設(shè)計，實現(xiàn)了按摩器手法的切換、力度的調(diào)整、振動和加熱的設(shè)置、時間的顯示等功能?？刂葡到y(tǒng)的上位機主界面如圖 4 所示。

5 結(jié) 語

本文主要介紹中醫(yī)按摩機器人步進電機的控制部分，利用 PLC 控制步進電機進行工作，通過步進電機控制器實現(xiàn)精確控制 ；上位機軟件采用 MCGS 觸摸屏進行設(shè)計，簡單易操作。經(jīng)試驗驗證分析，中醫(yī)按摩機器人效果良好。