中医按摩机器人的机构仿真及优化

论文摘要

随着老龄化步伐的加快,中老年人的健康以及中老年人的护理渐渐成为社会、家庭关注的焦点。中医按摩在日常医疗保健中起到了举足轻重的作用。目前,中医按摩是由有经验的按摩师人工进行。现在,虽然市场上出现了很多按摩器械,在一定程度上丰富、扩大了按摩保健治疗的范畴,但是由于机械力度难以掌握,振动频率不易控制,大多按摩器械还不能达到高水平按摩师的效果。鉴于此,开发研制一台智能化、标准化的按摩机器人,推广、发扬中医按摩,变得迫在眉睫、尤为重要。中医按摩机器人为了适应患者的身高、体型的不同,需要提供足够的运动空间和灵活性。同时,为了满足按摩操作的手法要求,还需要具有足够的精度。本课题采用虚拟样机技术针对由按摩升降平台、按摩手、机械臂组成的按摩机器人的部分机构进行仿真研究。论文主要内容包括：首先,对中医按摩手法中的掌击手法、掌揉手法、捏手法、滚手法做了运动学特征分析,得到中医按摩手法的运动输出矩阵和频率。在此基础上,在三维建模软件PRO/E中创建了按摩机器人的本体。其次,对ADAMS仿真软件做了简单介绍。将三维模型导入ADAMS中,对掌击机构进行了运动学仿真。得到了末端的运动规律,验证了机构的可实现性。按照设计尺寸,在ADAMS中创建了经过简化的掌揉机构模型,进行仿真分析。联合MATLAB软件获得了掌揉动作的驱动函数表达式,并在ADAMS中得到验证。最后,建立了经过简化的捏机构的运动学方程,并在ADAMS中创建了捏机构的简化模型。完成了运动学仿真,验证了机构的可实现性、正确性。利用“主要目标法”对捏机构进行了优化设计,并得到了满足捏手法要求的合理机构参数。最后,创建了一个自定义对话框,可以方便的改变驱动速度、传感器值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与研究的目的和意义
• 1.2 国内外医疗器械发展概况
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 机械系统运动学和动力学仿真发展概况
• 1.3.1 国外应用现状
• 1.3.2 国内应用现状
• 1.4 研究内容
• 第2章 ADAMS软件介绍
• 2.1 ADAMS简介
• 2.2 ADAMS仿真分析流程
• 2.3 ADAMS软件的计算方法
• 2.3.1 广义坐标的选择
• 2.3.2 动力学方程的建立
• 2.3.3 运动学分析
• 2.3.4 仿真分析综述
• 2.4 逐步二次规划优化方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 按摩手法分析及PRO/E建模
• 3.1 按摩手法分析
• 3.1.1 掌击手法分析
• 3.1.2 掌揉手法分析
• 3.1.3 捏手法分析
• 3.1.4 滚手法分析
• 3.2 方案的选择
• 3.3 基于PRO/E的零件建模及虚拟装配
• 3.4 本章小结
• 第4章 按摩手法仿真分析
• 4.1 掌击手法的运动仿真
• 4.1.1 虚拟样机的建模
• 4.1.2 运动仿真分析
• 4.2 掌揉手法建模与仿真
• 4.2.1 虚拟样机的建立
• 4.2.2 驱动函数的获得
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 捏机构的仿真及优化
• 5.1 捏机构运动学模型
• 5.1.1 捏机构位置约束方程
• 5.1.2 捏机构速度约束方程
• 5.1.3 捏机构加速度约束方程
• 5.2 捏机构虚拟模型的建立
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 添加约束和驱动
• 5.3 捏机构的测量
• 5.3.1 测量函数的建立
• 5.3.2 传感器的建立
• 5.3.3 运动仿真
• 5.4 优化设计
• 5.4.1 设计变量的创建
• 5.4.2 DY目标的优化
• 5.4.3 FUNCTION DX的优化
• 5.4.4 优化结果
• 5.5 自动设计过程
• 5.5.1 建立设计变量
• 5.5.2 自定义对话框的建立
• 5.5.3 定义驱动速度及传感器值
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 后记
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况