[发明专利]一种足部按摩机器人快速自动定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是医疗服务按摩机器人控制系统领域内的穴位自动查找、智能定位方法，特别是涉及一种足部按摩机器人快速自动定位方法。

背景技术

人的双足上有着与人体各脏腑器官相对应的反射区，只有选用合适的力度，按一定顺序采用不同的手法，按摩这些反射区，通过神经反射功能，调节其相对应的脏腑器官和肢体的功能，运行气血，濡养周身，抗御外邪，才能起到防病治病自我保健的功能。

按摩机器人的作用对象是人体软组织，中医按摩推拿手法以“持久、有力、均匀、柔和、深透”为特点。按摩技师根据患者的生理信息，给出按摩处方（按摩穴位和经络、手法组合、手法轨迹、力的方向、大小、频率和作用时间），将按摩机器人期望输入决策控制动作转换成机器人按摩执行机构的期望力和运动轨迹，由柔顺力控制器控制机器人运动，使机器人实现期望的按摩手法。

足部按摩机器人的按摩力度可以通过采集压力传感器的反馈信号来获得，机器人按摩穴位其中的技术难点是对于穴位坐标的寻找。目前，现有按摩机器人的穴位定位方法，往往采用人工示教-再现手段，结合机器人视觉技术、图像处理和目标跟踪等方法。这2类方法中前者需要专业按摩技师的操作，后1类方法运用视觉、识别技术则需要机器人系统配备图像采集、处理等硬件设备，需要大量的在线计算量控制调整输出命令。

发明内容

本发明的目的就是为克服上述现有技术存在的不足，而提供一种基于计算分析、模拟、在线学习调整的快速、准确的一种足部按摩机器人快速自动定位方法。  

采用技术方案是：

本发明的一种足部按摩机器人快速自动定位方法是通过采集不同的足底部形状的三维数据样本、运用多种数据分析模拟手段，离线建立足底部模型、穴位分布比例模型。针对不同的患者，集成多种计算、学习、分类子过程，运用在线学习方法的调整，精确定位足底穴位，形成个性化的足底部穴位准确定位模型，再反向映射成机器人的穴位自动定位坐标。

该方法包括以下步骤：1、根据足底部轮廓特征点，离线建立足底穴位经验模型；2、在线强化学习优化足底穴位定位。

所述的步骤1根据足底部轮廓特征点，离线建立足底部穴位数字虚拟模型是由以下步骤实现的：

（1）、采集大量的人足底部外轮廓三维曲面的离散点数据（从35 ~43号脚各10组）。

（2）、记录足部长度、宽度的最大最小、深度尺寸等特征点。

（3）、运用多项式、指数、最小二乘法等方法进行离散数据点的曲线拟合，按照特征点进行足部轮廓的粗分段，分段拟合数据的曲线，局部断点位置用插值方法使外轮廓曲线平滑、连续。得到人足底部外轮廓线的三维虚拟数字模型。

（4）、重复上述（2）、（3）步骤，通过数据分析计算所有采集的足底部轮廓数据，即可得到足底部轮廓曲面的经验模型。

（5）、依据足底部外轮廓模型可判断人足部骨骼尺寸，结合传统中医同身寸的理论，判断其关键穴位的位置，进而确定其他部位的穴位位置。

上述步骤在机器人系统中的具体实现过程：足部按摩机器人在执行按摩前，先让患者将足跟放在足跟固定卡位位置，找到人脚外形的最宽、最窄位置尺寸，之后，手动用绑带固定脚的最宽位置。通过基座动平台运动机器人可以测出人足底深度，已知人脚的型号长度，所以，按摩机器人能够得到患者足底部特征点，确定足底部的长度、宽度、深度位置，这些位置作为特征点。机器人根据特征点位置、尺寸，依据已经建立的人足底轮廓经验数字模型，构建足底部三维数字轮廓曲面，使机器人获取按摩对象的足底轮廓曲面数据。

人身体的穴位，其大小从2mm 到2cm 不等，穴位基本上在骨空中、肌肉凹陷处。在国标GB12346-90中提到，经穴定位的方法分三种：体表解剖标志定位法、骨度折量定位法、指寸定位法。三者在应用时相互结合，即以体表解剖标志为主，折量各部位的距离分寸，并用手指来比量，从而确定经穴位置。体表解剖标志定位法：根据人体表面具有一定特征的部位作为标志，而定取穴位的方法，分为固定标志法和活动标志法两种。骨度折量定位法以骨节为主要标志测量全身各部的长度和宽度，并依其比例折算尺寸作为定穴的标准方法。结合计算机数学、数字解剖学、应用解剖学等学科，利用计算机自动标识与三维重建技术，确定足部按摩机器人按摩经穴的分布定位。足底外轮廓经验模型通过计算机重现技术，表达人足底部的三维曲面特性，经穴分布规律特点用于确定机器人的按摩穴位位置坐标。

所述的步骤（2）在线强化学习优化足底穴位定位，包括以下过程：