特殊人群手部自動按摩保健設備規劃設計探索

張藝源，張祖紅

（1.南京市金陵中學高二（6），江蘇 南京 210000；2.南京工程高等職業學校，江蘇 南京 210000）

特殊人群手部自動按摩保健設備規劃設計探索

張藝源1，張祖紅2

（1.南京市金陵中學高二（6），江蘇 南京 210000；2.南京工程高等職業學校，江蘇 南京 210000）

各種統計數據表明，中國已經進入老齡化社會。各級政府部門相繼出臺了一系列措施，保障了“老有所依，老有所養”?？梢钥隙ǎ先说囊率匙⌒小⑨t療保健應該是養老保障的關鍵所在。隨著養老服務需求的提升和服務人員的減少，智能化設備進入養老行業是大勢所趨。主要介紹了一款基于處理器控制的“穴位關節按摩設備”的研發設計和制造注意事項。

特殊人群；手部自動按摩；保健設備；規劃設計

1 系統設計來源

中醫是中華民族的瑰寶。根據相關中醫文獻記載，經常按摩、擠壓手部關節和穴位，舒筋活血，清心明目，舒脈通絡，對健康很有好處。有些特殊群體，因為年齡、身體狀況、疾病等原因不能自我按摩穴位，這就需要他人提供服務。社區老人較多，工作人員的工作量較大，甚至有些服務可能都做不到，筆者分析了這些動作過程，開發設計了一款自動擠壓按摩裝置，能自動完成手部穴位、關節的保健動作，尤其適合一些特殊人群使用。該裝置可以提高社區養老機構、特殊服務機構的工作效率，減少工作人員數量，甚至可以替代人工工作。

2 設計功能規劃

運用機械部件、控制和驅動電路、傳感器和系統軟件，制造一臺能夠自動對手指的穴位、關節進行適度按摩的機電裝置。考慮到設備的服務人群特殊、操作對象專業背景、設備工作時限和使用環境等因素，裝置設計規劃功能如下：可以對手指、手掌進行擠壓、揉、扎、滾、搓、捏等操作；可以對局部區域、關節、穴位進行擠壓、扎、滾、揉等操作；可以對穴位進行電位刺激；可以自動粗定位穴位、關節；防漏電觸電；機械擠壓力量限位；可以記憶使用動作過程，下次使用可以一鍵調用執行，按認可的方式服務；具備數據傳輸端口，記錄設備使用操作的大數據，供科研、設備更新使用；具備顯示功能、友好的人機界面等。

3 系統結構說明

功能的實現，取決于系統的結構。根據預期設計的功能，設備主要由以下部分組成，現作如下說明。

機械部件，在控制信號和驅動電路的作用下工作，實現、完成各種按摩擠壓功能；驅動電路，主要由大功率管和步進電機組成，在控制信號的引導下控制機械部件動作；處理器檢測電路，檢測各傳感器輸出信號變化情況，供算法軟件判別使用；處理器控制電路，把控制要求傳送給驅動電路等；傳感器，主要完成檢測功能，比如位置、力量大小、速度快慢、靜電大小、漏電、發熱、風扇、聲音大小等；人機界面部分，主要由按鍵和顯示器件組成，可以完成信息和指令輸入，也可以顯示設備運行動作信息、個人信息、時間、故障代碼等；保護電路部分，主要設計了壓力超限保護、高壓漏電保護、設備過傾斜保護等；存儲部分，主要是為了收集大數據，供設備改進升級使用。設置以上結構屬于基本設置，在成品、使用過程中，還可以根據需要增加結構，使得系統更完善、運行更可靠、使用更便捷。

4 控制系統框圖

控制系統框圖如圖1所示。

圖1 控制系統框圖

5 控制過程設計

本設備主要是基于單片機設計制作的，單片機是整機工作、數據處理和功能控制的“大腦”，在程序設計時要保證邏輯功能準確，響應速度與機械部件匹配，能根據要求啟動機械部件完成任務。

設備供電，自啟動，完成各傳感器、驅動部件檢測，有錯會報警顯示代碼，提示維修；若啟動正常，則等待按鍵指令輸入，可以單獨選擇穴位擠壓、擠扎等動作，可以單獨選擇關節擠壓、揉、滾、搓等動作，也可以按自己以往使用過的習慣模式執行動作等；設備有數據收集功能，經通訊端口上傳到PC機，本地也可以存儲部分過程數據供運行使用。

總之，電路設計部分包含傳感器及其信號檢測、電平轉換電路、過流過壓保護電路、功率放大和電機驅動電路等。調試時，要注意電平兼容、頻率匹配，更要與編制的控制軟件相配合，才能實現功能。具體原理圖，因篇幅有限，不再呈現。

6 機械部件設計

應該說機械部件是整個設備系統最核心、最費時、最難做的，也是設備具有創新功能的基礎。

對手指、手掌進行擠壓、揉、扎、滾、搓等操作功能的實現，最終需要機械部件來完成。下面進行實現方式的描述。

擠壓動作的實現。主要采用一定大小（這個大小尺寸理論上越小越好）的球形體按一定軌跡運動疊加成曲面或者平面立體的方式。揉動作的實現。主要選好合適材料，適度增加摩擦力，黏壓住皮膚，帶動肌肉甚至部分肌體在關節允許的范圍活動。扎動作的實現。包含適度的擠壓力和合適材質尺寸的錐形體，在系統控制軟件和驅動電機的作用下，可以模擬一定頻次、一定強度的針扎動作。滾動作的實現。一定壓力下的滾動作，帶給人時緊時松的壓迫感。在圓柱體上橫向開槽，尺寸適度即可。圓柱體在電機的帶動下，循環來回轉動，就可以實現功能。搓功能的實現。搓其實和揉差不多，只是摩擦力適度小些，電機帶動特殊軸產生來回雙向運動而已。還可以設置一些組合動作，這里就不再表述。總之，這些模擬人的動作功能的實現，需要精心設計機械構件，可以直接單獨設計，也可以組合設計，甚至可以結合運動疊加設計。機械部件最好能重復使用，完成多種功能，這樣設備裝置整體結構尺寸小，質量輕，使用維護便捷。另外，機械功能的實現，還可以結合軟件和適當移位協調組合產生，這需要去不斷調試、改進，精度是個很重要的指標。

7 結束語

該裝置具備較強的實用價值，值得大家去創新、去鉆研，用更合理、更簡便、更好的算法去設計、制造該系統。筆者做了些探索，完成了產品試制，但還有好多不完善之處，我們會精益求精，不斷改進，也期望讀者多提建議。

［1］丁鎮生.電子電路設計與應用手冊［M］.北京：電子工業出版社，2013.

［2］張祖紅，劉清平.鉆機數控操作系統的規劃與設計研究［J］.產業與科技論壇，2012（15）.

［3］王兆安，劉進軍.電力電子技術［M］.北京：機械工業

出版社，2013.

TH122

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.20.136

2095－6835（2017）20－0136－02

〔編輯：劉曉芳〕