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双臂按摩机器人的中医按摩手法提取和复现研究

1. 课题的来源及意义

1.1 课题来源

1.1.1 项目背景

• 课题源于浦东新区“国家中医药发展综合改革试验区”建设项目，旨在通过科技手段推动中医按摩的现代化发展。
• 项目名称为基于人体穴位定位和中医策略的智能双臂按摩机器人，项目编号PDZY-2023-1101。

1.1.2 研究背景

• 随着慢性疼痛患者数量的增加，对按摩治疗的需求也日益增长，按摩被广泛认可为一种安全有效的非药物治疗方法。
• 长期的手动按摩给按摩医师带来了沉重的负担，按摩机器人作为一种新型产品，可以辅助或取代按摩医师的工作。

1.2 研究意义

1.2.1 按摩治疗作用的研究现状

• 按摩疗法在伤科、内科、妇科、儿科、五官科以及保健美容方面都有应用，尤其是对慢性病和功能性疾病疗效较好。
• 多种研究证实了按摩疗法在治疗慢性疲劳综合征、腰痛、儿童抽动障碍、产后尿潴留、卒中偏瘫、退行性膝关节炎、肩周炎和小儿面瘫等方面的疗效。

1.2.2 按摩手法运动学和动力学的研究现状

• 运动学和动力学数据对于按摩机器人的设计和运行至关重要，为机器人提供数据依据。
• 多种研究从不同角度对按摩手法的运动学和动力学特征进行了分析，为机器人设计提供了参考。

1.2.3 按摩机器人的研究现状

• 国外研究主要集中在仿人多手指按摩机器人和捶背按摩机器人，以及具备高级力传感器的推拿按摩机器人。
• 国内研究主要集中在中医伤科医用推拿机器人和多种手法的仿生按摩机器人。

2. 简述该领域目前的国内外研究现状

2.1 按摩治疗作用的研究现状

2.1 按摩治疗作用的研究现状

• 按摩疗法在多种疾病治疗中具有显著效果，包括慢性疲劳综合征、腰痛、儿童抽动障碍、产后尿潴留、卒中偏瘫、退行性膝关节炎、肩周炎和小儿面瘫等。
• 多种研究证实了按摩疗法的疗效，为按摩机器人的研究和应用提供了理论基础。

2.2 按摩手法运动学和动力学的研究现状

2.2 按摩手法运动学和动力学的研究现状

• 按摩手法的运动学和动力学数据对于按摩机器人的设计和运行至关重要。
• 多种研究从不同角度对按摩手法的运动学和动力学特征进行了分析，为机器人设计提供了参考。

2.3 按摩机器人的研究现状

2.3 按摩机器人的研究现状

• 国外研究主要集中在仿人多手指按摩机器人和捶背按摩机器人，以及具备高级力传感器的推拿按摩机器人。
• 国内研究主要集中在中医伤科医用推拿机器人和多种手法的仿生按摩机器人。

3. 课题所要研究的目标及内容

3.1 研究目标

3.1 研究目标

• 采集用于常见病种的各种按摩手法时间；
• 采集按摩医师多种传统按摩手法数据；
• 实现双臂按摩机器人手法复现，验证按摩机器人手法与医师手法的误差。

3.2 研究内容

3.2 研究内容

• 选取腰椎间盘突出、慢性腰肌劳损、肌筋膜炎作为常见病种，按摩医师根据疾病诊疗规范进行按摩治疗，采集每种疾病中各种不同手法的治疗时间。
• 按摩手法运动和动力学分析：通过动作捕捉系统和按摩手法测定仪，对手法坐标进行定位，然后进行运动学和动力学数据采集。
• 将获得的参数输入双臂按摩机器人，按照按摩机器人设定的程序进行动作复现。
• 同时测量按摩机器人按摩手法的运动学与动力学数据，并与按摩医师的手法数据进行比对，验证两者的误差是否小于5%，按摩力度分布和平缓程度是否基本相同，特征频率是否基本一致。

4. 课题的研究方法、实施方案及可行性分析

4.1 研究方法

4.1 研究方法

• 研究对象选择：上海浦东公利医院推拿科门诊就诊的颈肩腰腿痛患者，根据诊断标准选取腰椎间盘突出、慢性腰肌劳损、肌筋膜炎的患者。
• 实验设备：OptiTrack运动捕捉系统、按摩手法测定仪、双臂按摩机器人等。
• 手法运动学数据采集：通过动作捕捉系统和按摩手法测定仪，对手法坐标进行定位，然后进行运动学和动力学数据采集。
• 手法动力学数据采集：通过按摩手法测定仪采集医师手法的数据，利用Python软件对数据进行分析绘图。

4.2 实施方案

4.2 实施方案

• 实验步骤：采集常见疾病的不同按摩手法治疗时间、按摩手法数据的采集、按摩手法在机器人上的实现和手法验证。
• 实验设备：双臂按摩机器人、人体组织假体、软体假人、按摩手法测定仪等。
• 按摩操作流程：按照流程图进行按摩机器人手法复现操作，直到其能够稳定运行。

4.3 可行性分析

4.3 可行性分析

• 研究主题的可行性：研究主题来源于基于人体穴位定位和中医策略的智能双臂按摩机器人的任务需求，对于按摩手法的数据提取和验证是重要的一环。
• 研究方法和实验设备的可行性：实验分为两个大部分，第一部分实验的设备要求较低、实验受试者较易寻找获得，第二部分实验是在一期工程上继续开展二期研究，具有一定的实验经验和方法参考。
• 研究人员的可行性：本次研究课题具有完善的科研团队，能够有效帮助完成按摩手法的数据提取和分析，并进行验证。

5. 研究进度及时间安排

• 2023年09月-2024年04月：文献阅读
• 2024年05月-2024年06月：课题主题的确定和实验方案设计
• 2024年07月-2024年10月：实验的实现和数据的采集
• 2024年11月-2024年12月：数据处理和分析
• 2025年01月-2025年10月：论文书写

6. 参考文献

• 高山.(2015). 中医推拿调治亚健康状态探析. 中国中医药现代远程教育
• (2021). Massage Robotics Exhibiting at the 2022 CES Convention. M2 Presswire
• Lifeng Dang,Dang Lifeng & Shi Qin. (2020). Research on Chinese Traditional Medical Massage Robotic Products Usability Design Process. Journal of Physics: Conference Series (2), 022014-.
• Jingnan Li, Feng Piao, Qiaoqiao Zeng, Huixin Yan, Yunpeng Bi, Shaobo Zhang & Bailin Song. (2024). The effect of massage on patients with chronic fatigue syndrome: A systematic review and meta-analysis.. Medicine (18), e37973-e37973.
• Papoli Amirmohammad Faal, Hosseini Seyed Mohammad & Mirkarimpour Seyed Hossein. (2024). Effects of different treatments on pain, functional disability, position sense and range of motion in elite bodybuilders with chronic low back pain. Science (2), 2024-2024.