基于视觉的中医按摩机器人穴位定位与跟踪系统(5)

公里，最快移动速度是５．２公里／ｄ，时。

美国研制的ＧＳＲ侦察机器人是由ＭＩｌ４装甲人员输送车改装的，上面装有１５台微处理器、卫星导航接收机、声学临近传感器、激光测距机、磁罗盘和一台高分辨率的摄像机等。摄像机装在一个由计算机控制的平台上。如果没有外部导航，该车可以自主地跟踪其它车辆越过障碍物。

英国最新研制的ＳｕｐｅｒＭ排爆机器人的摄像机可以在距地面６５毫米工作。ＳｕｐｅｒＭ机器人采用橡胶履带，最大速度为５５米／分，它有一整套的无线电控制系统及各种设备，其中包括一部彩色电视摄像机、一支猎枪和两个爆炸物排除装置。该车由两组耐用的１２伏电池驱动，并装有一个电动制动系统，使其在通过陡坡时能准确地动作。

日本本田公司研发的双脚步行机器人“阿西莫”成为世界上真正会跑的机器人，它的跑步时速达６公里／小时，步行时速２．５公里／小时。此外啊西莫”还能将预先存储的地图信息和传感器获得信息结合起来，从而自行纠正误差，在行走时避开障碍物。

国内对视觉机器人研究起步较晚，大多数研究尚处于某个单项研究阶段，但陆续也取得了一定的成果。

ＣＡＳＩＡ－Ｉ是由中国科学院自动化所自行设计和研制的全方位移动式视觉导航机器人。该机器人基本结构包括传感器、控制器和运动结构，传感器由位于底层的１６个红外

‘‘－曲传感器、机器人中间两成的１６个超声传感器和１６个红外传感器，以及位于机器人项部

的视觉传感器组成。ＣＡＳＩＡ－Ｉ在多传感器信息融合的基础上完成对周围环境的感知。

另外还有香港城市大学研制的自动导航车和服务机器人，中国科学院沈阳自动化所研制的自动导引车辆系统（ＡＧＶ）和“灵蜥一Ｂ”反恐防爆机器人。山东建筑大学鲁守银教授等人研制的中医按摩机器人样机２０１０．８．１２已经通过国家８６３计划先进制造和自动化技术领域机器人技术主题专家组的考核。２０１０．１２．２６该项目通过了省科技厅组织的科技成果鉴定，并获得了国际领先水平的鉴定结论。如图１．１所示，中医按摩机器人主要由视觉模块、能够实现中医按摩手法的按摩机构、多姿态按摩调节

山东建筑大学硕士学位论文

平台、按摩机器人本体机构、基于人体穴位、生理指标参数和中医按摩知

专家系统、多模态人机交互控制模块、安全保障模块等主要部分组成。该

多种空间按摩运动手法，可以替代中医按摩师对病人进行按摩治疗，可以

医疗保健资源约束、社会人口结构老龄化问题日趋严重的问题【们。

图１．１第一期中医按摩机器人样机

２０１１年８月鲁守银教授等人完成了国家８６３项目第二期中医按摩机

制，如图１．２所示。该机器人由一个机械臂完成按摩服务。相对于第一期中医按摩机器人，不仅大大降低了设计成本，为以后的市场化和产品化打下了基础，其稳定性和智能化水平也有了较大的提高。该机器人是单臂结构，机械手在其工作空间可以实现对人体背部穴位５种按摩手法的按摩。

圈１．２第二期中医按摩机器人样机

１．３视觉伺服系统的类型

最早出现的基于视觉机器人系统，采用的是静态ｌｏｏｋ－ａｒａｌ－ｍｏｖｅ方式ｆ９ｌ，即先由视觉系统采集图像并进行相应处理，然后通过计算估计目标的位置来控制机器人运动。在摄像机获取图像前机器人本体必须完全停止运动，这种操作精度直接与视觉传感器、机械手及控制器的性能有关，这使得机器人很难跟踪运动的物体，无法对快速变化的环境做出反应。到８０年代，计算机和图像处理硬件技术得到发展，使得视觉信息可以连续的反。■，产

山东建筑大学硕士学位论文

，于是机器人出现了基于视觉伺服（ｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏ）的控制形式。这种方式可以克服模型（包括机器人、环境）存在的不确定性，提高视觉系统的定位和跟踪精度。由于视觉伺服控制在灵活性和精度方面都明显优于基于传统传感器的机器人控制，而且能够对机器人标定误差具有较强的鲁棒性。以上的优点决定了机器人视觉伺服在较短的时间里成为机器人研究领域中的热点之一，并在工业生产、海洋探测、医疗服务等众多领域得到成功应用。视觉伺服的概念最早是由ｈｉｌｌ和ｐａｒｋ提出，常见于机器人研究领域；它是利用一些光学装置捕捉图像，将图像作为反馈信息，形成机器人的闭环反馈控制。

目前，机器人视觉伺服控制系统主要有以下几种分类方式：

ｒｙｅ．ｔａ－Ｉｋｍｓｄ

曰

旬目标

图１．３手眼系统示意图

ｌ、根据摄像机和机器人的相对位置，分为Ｅｙｅ．ｉｎ－Ｈａｎｄ系统和Ｅｙｅ－ｔｏ－Ｈａｎｄ系统【９１。前者摄像机安装在机器人手部末端（Ｅｎｄ－Ｅｆｆｅｃｔｏｒ），在机器人工作过程中，随机器人一起运动。后者摄像机安装在机器人本体外的固定位置，在机器人工作过程中不随机器人一起运动。如图１．３所示。

理论上，Ｅｙｅ．ｉｎ－ｈａｎｄ手眼系统能够实现对机器人精度的控制，但是机器人实际运行过程中，手眼系统对系统的标定误差和机器人运动学误差敏感。Ｅｙｅ．ｔｏ．ｈａｎｄ系统对运动学误差不敏感，但是控制精度不如Ｅｙｅ－ｉｎ－ｈａｎｄ手眼系统。

２、根据机器人视觉系统中摄像机的数目，视觉系统可分为单目视觉系统，双目视觉系统和多目视觉系统等。

单目视觉系统得到的是二维信息，图像中物体的深度信息需要其他方法获得。双目视觉控制系统可以获得图像中日标的深度信息。多目视觉控制系统可以获得目标不同角度的图像，信息更加丰富。但随着视觉系统摄像机数目的增多，系统的稳定性就越难以保障。

３、根据测量方式的不同，即是否为自然测量，视觉系统可以分为被动视觉和主动视觉两大类。被动视觉就是指自然测量，如双目视觉。主动视觉又可以分为结构光主动视觉和变参数主动视觉测量。

伺

基

系

１．４．１研究意义

随着机器人研究领域的飞速发展，机器人已在各种工业、农业、商业及国防等领域获得越来越普遍的应用。机器人逐渐成为人类新型的生产工具，在提高生产效率、解决复杂的工作环境和减轻劳动强度方面，具有很大的优越性。医疗康复机器人作为一种新型的、智能化的医疗康复设备，在护理、治疗和救护方面都表现出了很大的优越性【ｌ¨。

目前，世界上很多国家已经进入老龄化社会，据世界卫生组织统计，在经过５０年，全世界６０岁以上的老龄人口将翻一番；而我国第六次全国人口普查数据显示，我国６０岁以上人口占总人口的１３．６％，同２０００年统计数据相比上升了２．９３个百分点。养老任务进一步加剧，另外疾病、自然灾害和交通事故等也照成了大量的残疾人，他们同样需要大量的护理、医疗及康复服务。

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