机械臂按摩牵引床电控系统的设计

王帅 王腾 张翠华

摘 要：机械臂按摩牵引床电控系统主要分为牵引治疗控制系统和按摩机械臂控制系统等。牵引控制系统主要实现对病人的牵引治疗，其核心是牵引力的控制与斜扳治疗的控制。从治疗功能上，牵引系统有动牵、静牵、按摩和斜扳四个功能。牵引控制系统的执行器采用直流电机，反馈部分则由拉力传感器、角度传感器和位置传感器构成；按摩机械臂控制系统主要由两个二位电控模组、四个按摩电机和按摩力量采集传感器组成。整个控制核心采用带触摸功能的嵌入式一体机，开发单片机-继电器板实现电机的驱动。

关键词：牵引力；传感器；二位电控模组；牵引床

引言

生活水平提高的同时，身体健康问题却越来越多。腰椎间盘的发病率逐年增多，患病引起的身体不适严重影响正常生活。[1]基于多自由度机械臂的脊柱康复系统采用非手术治疗的方法，根据传统医学的“整脊技术”结合中医“推拿”、“按摩”的疗法而设计。该系统采用单片机和 PC 控制，可对脊柱病患者的有关部位施以牵引，并辅以多由度机械臂整脊按摩或脊柱定式纵向按摩及红外热疗，以达到治疗和康复目的。

1 械臂按摩牵引床牵引床控制系统简介

机械臂按摩牵引床牵引床控制系统应用于牵引按摩治疗，主要由设备状态采集传感器、直流牵引电机及驱动单元、请教检测单元、数据存储单元、中央处理单元组成。

本系统的牵引按摩控制部分以嵌入式一体机为控制核心，开发的单片机电路和继电器构成驱动单元，直流电机作为牵引按摩的执行单元，压力傳感器、拉力传感器、角度传感器和位置传感器作为反馈单元。控制过程和算法采用VB.6.0编制。

机械臂按摩机构主要有4个带压力传感器的按摩头和两组二维移动坐标架构成。两个轴方向依靠电机和丝杠实现按摩位置的行走。治疗者可以根据实际情况通过触控一体机控制二维坐标来移动按摩头移动到合适位置，并可以随时控制每个按摩头进行工作。按摩头上的压力传感器，实时将按摩力度上传至触控一体机显示。

牵引机构通过位置传感器、角度传感器、拉力传感器以及起辅助功能的位移传感器采集牵引装置的姿态，将参数汇总，经过数据处理单元模 块，传送至中央处理器，当牵引装置开始牵引治疗时，出现超出处方的姿态时给予报警并自动分析原因，必要时复位，停止治疗。

2 单片机信号采集-继电器板的设计

单片机信号采集-继电器板主要用于对各种压力信号的采集放大、限位信号的监测以及各种电机的控制、加热板的控制。具体的采集信号如表1。

3 上位机控制软件的设计

上位机控制软件的作用主要是对各个按摩电机、牵引电机以及各种信号进行编程控制，实现牵引、按摩、斜扳、热疗等功能。另外上位机软件起到了人机交互的作用，并设置数据库，对数据进行管理。

系统的各个子程序分别通过设置VB6.0中的Timer控件为循环体编写，并有计时功能。操作人员通过按钮控件，开启或者关闭不同的Timer控件来实现各个牵引按摩程序。按摩机械臂的移动则通过按钮控件的MouseDown和MouseUp函数实现按下移动，松开停止的功能。

参数设置部分，对输入的参数进行识别，判断为有效参数后才设定参数，例如牵引力设置必须为0N-999N的数值，其他的值进行提醒报错。对操作按钮进行连锁设置，防止操作人员的误操作。

数据库管理部分，设置治疗时间、患者姓名、性别、病历号、以及各种治疗参数，并有记录查询、快速设置历史数据参数和生成报表的功能。

4 结论

系统按照本方案设计，通过设计系统的整体结构、单片机信号采集-继电器板、以及上位机程序，能够令牵引按摩床实现自动化移动按摩位置，实时监测按摩或牵引力度，自动完成程序设定的牵引按摩治疗程序。电脑三维牵引下腰椎斜扳法疗效优于常规腰椎斜扳法，可在临床推广应用。[2]

参考文献

[1]赵锐强.基于使用方式的牵引床设计研究[D].西南交通大学，2017.

[2]李勇强，张俊，侯宇，李霞，孙玲.牵引下腰椎斜扳手法治疗腰椎间盘突出症的临床观察[J].黑龙江中医药，2016，45（04）：10-11.

作者简介：

王帅（1987-），男，工程师，研究方向：自动控制类产品的开发。