機械臂按摩牽引床電控系統的設計

王帥 王騰 張翠華

摘 要：機械臂按摩牽引床電控系統主要分為牽引治療控制系統和按摩機械臂控制系統等。牽引控制系統主要實現對病人的牽引治療，其核心是牽引力的控制與斜扳治療的控制。從治療功能上，牽引系統有動牽、靜牽、按摩和斜扳四個功能。牽引控制系統的執行器采用直流電機，反饋部分則由拉力傳感器、角度傳感器和位置傳感器構成；按摩機械臂控制系統主要由兩個二位電控模組、四個按摩電機和按摩力量采集傳感器組成。整個控制核心采用帶觸摸功能的嵌入式一體機，開發單片機-繼電器板實現電機的驅動。

關鍵詞：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，身體健康問題卻越來越多。腰椎間盤的發病率逐年增多，患病引起的身體不適嚴重影響正常生活。[1]基于多自由度機械臂的脊柱康復系統采用非手術治療的方法，根據傳統醫學的“整脊技術”結合中醫“推拿”、“按摩”的療法而設計。該系統采用單片機和 PC 控制，可對脊柱病患者的有關部位施以牽引，并輔以多由度機械臂整脊按摩或脊柱定式縱向按摩及紅外熱療，以達到治療和康復目的。

1 械臂按摩牽引床牽引床控制系統簡介

機械臂按摩牽引床牽引床控制系統應用于牽引按摩治療，主要由設備狀態采集傳感器、直流牽引電機及驅動單元、請教檢測單元、數據存儲單元、中央處理單元組成。

本系統的牽引按摩控制部分以嵌入式一體機為控制核心，開發的單片機電路和繼電器構成驅動單元，直流電機作為牽引按摩的執行單元，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。控制過程和算法采用VB.6.0編制。

機械臂按摩機構主要有4個帶壓力傳感器的按摩頭和兩組二維移動坐標架構成。兩個軸方向依靠電機和絲杠實現按摩位置的行走。治療者可以根據實際情況通過觸控一體機控制二維坐標來移動按摩頭移動到合適位置，并可以隨時控制每個按摩頭進行工作。按摩頭上的壓力傳感器，實時將按摩力度上傳至觸控一體機顯示。

牽引機構通過位置傳感器、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，將參數匯總，經過數據處理單元模 塊，傳送至中央處理器，當牽引裝置開始牽引治療時，出現超出處方的姿態時給予報警并自動分析原因，必要時復位，停止治療。

2 單片機信號采集-繼電器板的設計

單片機信號采集-繼電器板主要用于對各種壓力信號的采集放大、限位信號的監測以及各種電機的控制、加熱板的控制。具體的采集信號如表1。

3 上位機控制軟件的設計

上位機控制軟件的作用主要是對各個按摩電機、牽引電機以及各種信號進行編程控制，實現牽引、按摩、斜扳、熱療等功能。另外上位機軟件起到了人機交互的作用，并設置數據庫，對數據進行管理。

系統的各個子程序分別通過設置VB6.0中的Timer控件為循環體編寫，并有計時功能。操作人員通過按鈕控件，開啟或者關閉不同的Timer控件來實現各個牽引按摩程序。按摩機械臂的移動則通過按鈕控件的MouseDown和MouseUp函數實現按下移動，松開停止的功能。

參數設置部分，對輸入的參數進行識別，判斷為有效參數后才設定參數，例如牽引力設置必須為0N-999N的數值，其他的值進行提醒報錯。對操作按鈕進行連鎖設置，防止操作人員的誤操作。

數據庫管理部分，設置治療時間、患者姓名、性別、病歷號、以及各種治療參數，并有記錄查詢、快速設置歷史數據參數和生成報表的功能。

4 結論

系統按照本方案設計，通過設計系統的整體結構、單片機信號采集-繼電器板、以及上位機程序，能夠令牽引按摩床實現自動化移動按摩位置，實時監測按摩或牽引力度，自動完成程序設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于常規腰椎斜扳法，可在臨床推廣應用。[2]

參考文獻

[1]趙銳強.基于使用方式的牽引床設計研究[D].西南交通大學，2017.

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

作者簡介：

王帥（1987-），男，工程師，研究方向：自動控制類產品的開發。