機(jī)械臂按摩牽引床電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王帥 王騰 張翠華

摘 要：機(jī)械臂按摩牽引床電控系統(tǒng)主要分為牽引治療控制系統(tǒng)和按摩機(jī)械臂控制系統(tǒng)等。牽引控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的牽引治療，其核心是牽引力的控制與斜扳治療的控制。從治療功能上，牽引系統(tǒng)有動(dòng)牽、靜牽、按摩和斜扳四個(gè)功能。牽引控制系統(tǒng)的執(zhí)行器采用直流電機(jī)，反饋部分則由拉力傳感器、角度傳感器和位置傳感器構(gòu)成；按摩機(jī)械臂控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)二位電控模組、四個(gè)按摩電機(jī)和按摩力量采集傳感器組成。整個(gè)控制核心采用帶觸摸功能的嵌入式一體機(jī)，開(kāi)發(fā)單片機(jī)-繼電器板實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：牽引力；傳感器；二位電控模組；牽引床

引言

生活水平提高的同時(shí)，身體健康問(wèn)題卻越來(lái)越多。腰椎間盤(pán)的發(fā)病率逐年增多，患病引起的身體不適嚴(yán)重影響正常生活。[1]基于多自由度機(jī)械臂的脊柱康復(fù)系統(tǒng)采用非手術(shù)治療的方法，根據(jù)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的“整脊技術(shù)”結(jié)合中醫(yī)“推拿”、“按摩”的療法而設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)和 PC 控制，可對(duì)脊柱病患者的有關(guān)部位施以牽引，并輔以多由度機(jī)械臂整脊按摩或脊柱定式縱向按摩及紅外熱療，以達(dá)到治療和康復(fù)目的。

1 械臂按摩牽引床牽引床控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

機(jī)械臂按摩牽引床牽引床控制系統(tǒng)應(yīng)用于牽引按摩治療，主要由設(shè)備狀態(tài)采集傳感器、直流牽引電機(jī)及驅(qū)動(dòng)單元、請(qǐng)教檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、中央處理單元組成。

本系統(tǒng)的牽引按摩控制部分以嵌入式一體機(jī)為控制核心，開(kāi)發(fā)的單片機(jī)電路和繼電器構(gòu)成驅(qū)動(dòng)單元，直流電機(jī)作為牽引按摩的執(zhí)行單元，壓力傳感器、拉力傳感器、角度傳感器和位置傳感器作為反饋單元。控制過(guò)程和算法采用VB.6.0編制。

機(jī)械臂按摩機(jī)構(gòu)主要有4個(gè)帶壓力傳感器的按摩頭和兩組二維移動(dòng)坐標(biāo)架構(gòu)成。兩個(gè)軸方向依靠電機(jī)和絲杠實(shí)現(xiàn)按摩位置的行走。治療者可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)觸控一體機(jī)控制二維坐標(biāo)來(lái)移動(dòng)按摩頭移動(dòng)到合適位置，并可以隨時(shí)控制每個(gè)按摩頭進(jìn)行工作。按摩頭上的壓力傳感器，實(shí)時(shí)將按摩力度上傳至觸控一體機(jī)顯示。

牽引機(jī)構(gòu)通過(guò)位置傳感器、角度傳感器、拉力傳感器以及起輔助功能的位移傳感器采集牽引裝置的姿態(tài)，將參數(shù)匯總，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元模 塊，傳送至中央處理器，當(dāng)牽引裝置開(kāi)始牽引治療時(shí)，出現(xiàn)超出處方的姿態(tài)時(shí)給予報(bào)警并自動(dòng)分析原因，必要時(shí)復(fù)位，停止治療。

2 單片機(jī)信號(hào)采集-繼電器板的設(shè)計(jì)

單片機(jī)信號(hào)采集-繼電器板主要用于對(duì)各種壓力信號(hào)的采集放大、限位信號(hào)的監(jiān)測(cè)以及各種電機(jī)的控制、加熱板的控制。具體的采集信號(hào)如表1。

3 上位機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制軟件的作用主要是對(duì)各個(gè)按摩電機(jī)、牽引電機(jī)以及各種信號(hào)進(jìn)行編程控制，實(shí)現(xiàn)牽引、按摩、斜扳、熱療等功能。另外上位機(jī)軟件起到了人機(jī)交互的作用，并設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

系統(tǒng)的各個(gè)子程序分別通過(guò)設(shè)置VB6.0中的Timer控件為循環(huán)體編寫(xiě)，并有計(jì)時(shí)功能。操作人員通過(guò)按鈕控件，開(kāi)啟或者關(guān)閉不同的Timer控件來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)牽引按摩程序。按摩機(jī)械臂的移動(dòng)則通過(guò)按鈕控件的MouseDown和MouseUp函數(shù)實(shí)現(xiàn)按下移動(dòng)，松開(kāi)停止的功能。

參數(shù)設(shè)置部分，對(duì)輸入的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，判斷為有效參數(shù)后才設(shè)定參數(shù)，例如牽引力設(shè)置必須為0N-999N的數(shù)值，其他的值進(jìn)行提醒報(bào)錯(cuò)。對(duì)操作按鈕進(jìn)行連鎖設(shè)置，防止操作人員的誤操作。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分，設(shè)置治療時(shí)間、患者姓名、性別、病歷號(hào)、以及各種治療參數(shù)，并有記錄查詢(xún)、快速設(shè)置歷史數(shù)據(jù)參數(shù)和生成報(bào)表的功能。

4 結(jié)論

系統(tǒng)按照本方案設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、單片機(jī)信號(hào)采集-繼電器板、以及上位機(jī)程序，能夠令牽引按摩床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化移動(dòng)按摩位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)按摩或牽引力度，自動(dòng)完成程序設(shè)定的牽引按摩治療程序。電腦三維牽引下腰椎斜扳法療效優(yōu)于常規(guī)腰椎斜扳法，可在臨床推廣應(yīng)用。[2]

參考文獻(xiàn)

[1]趙銳強(qiáng).基于使用方式的牽引床設(shè)計(jì)研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[2]李勇強(qiáng)，張俊，侯宇，李霞，孫玲.牽引下腰椎斜扳手法治療腰椎間盤(pán)突出癥的臨床觀察[J].黑龍江中醫(yī)藥，2016，45（04）：10-11.

作者簡(jiǎn)介：

王帥（1987-），男，工程師，研究方向：自動(dòng)控制類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。