机器人热敏灸理疗系统关键技术研究

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当前社会随着人们工作、生活节奏的加快,各类疾病出现年轻化的趋势,如痛风、肥胖症等,引起了人们对自身健康的关注。中医理疗对这些疾病具有很好的预防和治疗效果,但有经验的医师占比小是一个很现实的问题,很多医院和理疗店需要排长队等候,效率极其低下。传统的以人工服务为主的医疗模式逐渐显现出很多弊端,转型到智能医疗模式呼之欲出。艾灸理疗具有温经散寒、活血行气和防病保健的作用,但在理疗过程中却存在很多缺陷。鉴于这些不足,本课题基于6轴“不锐”协作机器人,结合机械结构设计、机器人学、数字图像处理和控制理论等研发出代替艾灸的机器人热敏灸系统。首先,系统地分析艾灸的要求,根据要求制定整体设计方案,并分析其有效性。针对机器人工具坐标系标定模型、相机标定模型和手眼标定模型分别进行分析。然后,针对机器人热敏灸运行过程中无法将热敏灸头部的光谱发射点正对人体腧穴的问题,提出一种腧穴定位方法,通过激光测距传感器和协作机器人运行相应的轨迹得到输入数据,用五点三次平滑滤波对数据平滑处理,通过线性回归理论求解出模型参数,并规划腧穴定位时机器人的姿态。就机器人热敏灸过程中人体移动产生的腧穴跟踪问题,提出一种腧穴跟踪的混合视觉控制策略。并针对传统跟踪算法跟踪腧穴过程中产生的跟踪效果差的问题,提出基于椭圆转动惯量改进的跟踪、卡尔曼滤波器和Camshift结合的腧穴跟踪算法,并设计了整体算法流程。最后,对机器人热敏灸系统的硬件进行介绍,对软件进行设计,并针对机器人腧穴跟踪中对网络通信实时性的要求,在软件中加入基于应用层的通信协议。为了实时监控热敏灸过程中机器人运行状态,在上位机中搭建机器人热敏灸整体系统的虚拟在线环境。验证所提出的腧穴定位、跟踪算法的正确性和整个系统设计的合理性。
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