全自动头部按摩、头部清洗装置的制作方法

本发明属于一种人体保健、护理器械，特别涉及一种全自动头部按摩、头部清洗装置。

背景技术：

在现实生活中按摩椅对身体部位的按摩较为全面，但是对头部的按摩方式较为单一。另一方面市场上的浴盆不具备自动为人体提供清洗的功能，头部清洗器械也不具备全自动清洗头发头皮功能，使用不方便。本装置在按摩方面，根据传感器检测受力情况，控制施力做到力度可控的头部按摩动作。本装置在清洗清洗头发头皮方面，模仿人工洗头方式，全自动控制喷水、喷洗发液，并且全方位自动按摩、揉洗，实现全自动清洗头发头皮的功能。

技术实现要素：

本设计在结构上包括机架部分，机械臂，自动化控制中心部分，附属设施部分共四大部分；附属设施包括洗发乳添加装置，温水保障输出装置；自动化控制中心部分包括电源，信号处理电路，中央处理器，驱动电路；自动化控制中心部分的信号处理电路通过数据传输线与机械小臂的测力传感器连接；自动化控制中心部分的驱动电路通过导线与机械臂的各伺服电机，直线驱动装置及附属设施的用电设备连接。具体结构如下。

机架部分包括机架、颈部支撑。

机械臂包括机械大臂，机械小臂，伺服电机一，伺服电机二；机械大臂是一个有1个旋转轴自由度的总体呈曲线形，且曲线结构部分部分设置有曲线轨道和轮齿的构件；机械大臂通过轴承铰接在机架上的，通过伺服电机一控制的；机械小臂包括小臂上臂，小臂下臂，直线驱动装置，测力传感器构成；小臂上臂与小臂上臂通过直线移动副连接；小臂上臂与小臂下臂的相对位置由直线驱动装置的长度和测力传感器的变形量共同确定；机械小臂上臂通过轨道滑块与机械大臂的曲线结构轨道配合；机械小臂上臂上固定安装伺服电机二；伺服电机二端部安装有小齿轮；伺服电机二端部安装的小齿轮与大臂曲线结构部分的轮齿啮合；伺服电机二带动小齿轮转动，实现机械小臂沿机械大臂曲线结构上的轨道运动。

直线驱动装置为伺服电机驱动的齿轮齿条机构，伺服电机驱动的普通丝杠螺母机构，伺服电机驱动的滚珠丝杠螺母机构，伺服电机驱动的链传动直线拉拽机构，直线伺服电机，液压直线驱动机构等直线驱动装置的任意一种。

测力传感器根据受力和外形安装方式区可选用有s型、悬臂型、轮辐式、板环式、膜盒式、桥式、柱筒式等几种样式；按转换方法可选用光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等。

按照测力传感器的选用情况不同，小臂上臂小臂下臂的相对位置确定情况如下。

当测力传感器的变形量可以忽略时，自动化控制中心控制直线驱动装置，即可控制小臂上臂，小臂下臂的相对位置，即可控制机械小臂的整体长度。

当测力传感器的变形量不宜忽略时，自动化控制中心控制直线驱动装置，自动化控制中心通过机械小臂轴向受力大小和测力传感器的弹性模量计算出测力传感器的变形量，通过直线驱动装置驱动长度和测力传感器的变形量共同确定小臂上臂，小臂下臂的相对位置，即可控制机械小臂的整体长度。

因为通过测力传感器的受力大小和测力传感器的弹性模量计算测力传感器的变形率是工程常用方法，普通工程人员均应能够计算，所以，说明书以下部分以测力传感器的变形量可以忽略的情况进行说明。

机械小臂端部设置有按摩头。

按摩头内部设置喷嘴。

附属设施包括洗发乳添加装置，温水保障输出装置。

洗发乳添加装置包括洗发乳储存罐，洗发乳添加泵。

温水保障输出装置按照外围供水情况的不同，分两种方案。当外围供水设施为凉水管和热水管时，温水保障输出装置选择方案一；方案一包括电动自动控温混水阀。当外围供水设施为凉水管时，温水保障输出装置选择方案二；方案二包括自动控温热水器和水量电动控制阀。

综上所述附属设施用电设备共包括洗发乳添加泵，电动自动控温混水阀，自动控温热水器，水量电动控制阀。

附图及附图说明按照方案二中的情况进行说明。

洗发乳添加泵出口，温水保障输出装置的温水输出管与按摩头喷嘴，三者之间通过水管连接三通及输水软管联通。

其中洗发乳添加泵靠近按摩头喷嘴。

自动化控制中心部分包括电源，信号处理电路，中央处理器，驱动电路。

自动化控制中心部分的信号处理电路通过数据传输线与机械小臂的测力传感器连接。

自动化控制中心部分的驱动电路通过导线与机械臂的各伺服电机，直线驱动装置及附属设施用电设备连接。

洗发乳添加装置包括洗发乳储存罐，洗发乳添加泵。

温水保障输出装置按照外围供水情况的不同，分两种方案。当外围供水设施为凉水管和热水管时，温水保障输出装置选择方案一；方案一包括电动自动控温混水阀。当外围供水设施为凉水管时，温水保障输出装置选择方案二；方案二包括自动控温热水器和水量电动控制阀。

综上所述附属设施用电设备共包括洗发乳添加泵，电动自动控温混水阀，自动控温热水器，水量电动控制阀。

附图及附图说明按照方案二中的情况进行说明。

洗发乳添加泵出口，温水保障输出装置的温水输出管与按摩头喷嘴，三者之间通过水管连接三通及输水软管联通。

其中洗发乳添加泵靠近按摩头喷嘴。

自动化控制中心部分包括电源，信号处理电路，中央处理器，驱动电路。

自动化控制中心部分的信号处理电路通过数据传输线与机械小臂的测力传感器连接。

自动化控制中心部分的驱动电路通过导线与机械臂的各伺服电机，直线驱动装置及附属设施用电设备连接。

电源部分为控制中心其他元件、部分供电，并通过向驱动电路供电保障驱动电路控制各伺服电机及附属设施各用电设备。

信号处理电路接收测力传感器的信号，将信号处理后传输至中央处理器。

中央处理器为单片机、plc、或其他可输入输出信号的可编程控制计算机中的任一一种。

中央处理器可接收信号处理电路处理后的信号及驱动电路的反馈信号。

中央处理器可输出伺服电机驱动控制信号，及附属设施中洗发乳添加、停止控制信号，水温控制，水量控制信号。

自动化控制中心的驱动电路按照中央处理器的指令信号驱动各伺服电机，直线驱动装置及附属设施用电设备，并将伺服电机及附属设施用电设备的信号反馈至中央处理器。

附图说明

附图1为本设计机械臂结构位置示意简图；

附图2为本设计机械臂机构运动简图；

附图3为自动化控制中心部分与其他部分电路连接示意图；

附图4为直线驱动装置调节时，在经线1所在平面内对模型进行修正的参数标识示意图；

附图5为举例说明使用者仰躺在本设计使用机位时，俯视机械小臂位置示意图；

附图6为举例说明使用者仰躺在本设计使用机位时，侧视机械小臂位置示意图。

其中1为伺服电机一，2为机械大臂，3为机械小臂，4为机械小臂的按摩头，5为颈部支撑，6为机架，7为测力传感器，8为伺服电机二，9为机械小臂上臂，10为直线驱动装置，11为机械大臂曲线轨道；12为机械大臂曲线结构轮齿，13为小臂下臂，14为按摩头内部设置的喷嘴，15为自动化控制中心部分，16为自动控温热水器，17为水量电动控制阀，18为洗发乳储存罐，19为洗发乳添加泵，20为水管连接三通，21为输水软管，22为使用者身体模示意型，23为使用者头部示意模型，24为机械小臂在初始位置纬线1，25为机械小臂在虚拟位置纬线2，26为机械小臂在虚拟位置纬线3，27为机械小臂在虚拟位置纬线4，28为机械小臂在虚拟位置纬线5；29为机械小臂在初始经线1，30为机械小臂在虚拟位置经线2，31为机械小臂在虚拟位置经线3，32为机械小臂在虚拟位置经线4，33为机械小臂在虚拟位置经线5，34为机械小臂在虚拟位置经线6。

具体实施方式

按照发明内容制造选用个零部件。按如下方式安装各部分。按附图所示，机架6上固定安装有伺服电机一1，伺服电机一的输出轴联接机械大臂2；机械大臂2为工程材料制作的机械大臂曲线轨道11和机械大臂曲线结构轮齿12两个重要零件组成的部件；机械大臂2通过轴承铰接在机架6上的，通过伺服电机一1控制；机械小臂3包括小臂上臂9小臂下臂13；小臂上臂9与小臂上臂13通过直线移动副连接；机械小臂上臂9与机械小臂下臂13的相对位置由直线驱动装置10的长度和测力传感器7的变形量共同确定；机械小臂上臂9通过轨道滑块机构与机械大臂2的曲线结构轨道11配合；机械小臂上臂上9固定安装伺服电机二8；伺服电机二8端部安装有小齿轮；伺服电机二8端部安装的小齿轮与机械大臂2的曲线结构轮齿12啮合；伺服电机二8带动小齿轮转动，实现机械小臂3沿机械大臂2曲线结构轨道11运动。

举例以机械大臂横向安装，机架及使用者按照附图5所示方位安装使用为例，按照以下方式设计调试自动化控制中心部分，实现使用时自动化控制中心部分控制机械臂结合测力传感器数据先对使用者头部形状进行探测，建立并修正模型，然后控制机械臂对使用者头部进行按摩，控制附属设施各部分像向使用者头部喷水，喷洗发乳，按揉等工作，从而实现对使用者头部进行清洗和按摩。为便于叙述和建模，以下说明以机械大臂的曲线形为圆弧形为例说明工作洗头程序和按摩程序。

一，洗头程序。

（一），建立模型。

为简化运行程序描述，在机械小臂伸长至最长状态时，以伺服电机一不动，伺服电机二驱动机械小臂在机械大臂的曲线结构部分的轨道上运动时按摩头经过的轨迹为经线，以伺服电机二不动，伺服电机一带动机械大臂绕铰接轴承轴线运动时，按摩头经过的轨迹为纬线，建立理想球面模型。

（二），修正模型

2.1直线驱动装置伸长，使小臂上臂和小臂下臂距离伸长至最长时，记机械小臂的长度为a，此时理想球状模型的半径为s。

2.2使用者躺下时头颈部放在颈部支撑上时，对使用者头部形状进行探测，确定与使用者头部形状相关的空间位置点。

2.2.1按照附图5所示，使用者仰躺在本设计使用机位，以附图5中按摩头在伺服电机一的控制下位于使用者头部最高处，即经线1时，分别控制伺服电机二，使机械小臂和按摩头分别位于附图4所示的纬线1，纬线2，纬线3，纬线4，纬线5，共五处位置，并且在五处位置分别停留并控制直线驱动装置使按摩头接触使用者头部，（为消除按摩头受重力及有害摩擦的误差影响），检测按摩头受到稳定接触力为500牛时，小臂长度分别为,a11，a12，a13，a14，a15。

2.2.2，通过2.2.1步骤，按摩头在经线1所在平面内与纬线1，纬线2，纬线3，纬线4，纬线5相交处为找到距离球心的距离分别s11，s12，s13，s14,s15的五个点。

2.2.3，参照步骤2.2.1和步骤2.2.2，通过机械小臂的探测，在经线2平面内找到s21，s22，s23，s24，s25五个点。

2.2.4，参照步骤2.2.1和步骤2.2.2，通过机械小臂的探测，在经线3平面内找到s31，s32，s33，s34，s35五个点。

2.2.5，参照步骤2.2.1和步骤2.2.2，通过机械小臂的探测，在经线4平面内找到s41，s42，s43，s44，s45五个点。

2.2.6，参照步骤2.2.1和步骤2.2.2，通过机械小臂的探测，在经线5平面内找到s51，s52，s53，s54，s55五个点。

2.2.7，参照步骤2.2.1和步骤2.2.2，通过机械小臂的探测，在经线6平面内找到s61，s62，s63，s64，s65五个点。

2．3，按照步骤2.2所述的在六个经线平面内确定的空间的30个点的位置，确定使用者头部的基本形状，形成修正后的球状模型，并依照此模型开展以下工作。

（三），按修正后的球状模型进行搓揉。

3.1，按照人工搓揉的定义，当机械小臂处于伸长状态，按摩头对使用头部施力时，控制伺服电机二往复转动，带动按摩头在使用者头部往复摩擦的动作实现“搓揉”。

3.2，通过步骤（二）的修正后的步骤（一）所述的以使用者两耳耳廓上部为两极建立的球状模型视为使用者的实际头部形状。控制伺服电机一，伺服电机二，使按摩头在修正了各处半径的球状模型上进行如下步骤的搓揉。

3.2.1，控制伺服电机一使按摩头在经线1平面上，控制伺服电机二使按摩头接触模型球面，控制伺服电机三使按摩头依次在纬线1至纬线2之间，纬线2至纬线3之间，纬线3至纬线4之间，纬线4至纬线5之间，往复运动，实现经线1为中心线，按摩头宽度的模型球面的搓揉。

3.2.2按照步骤3.2.2的方式，依次控制伺服电机一使按摩头在经线2平面上，经线3平面上，经线4平面上，经线5平面上经线6平面上，控制伺服电机二使按摩头接触模型球面，控制伺服电机三使按摩头依次在纬线1至纬线2之间，纬线2至纬线3之间，纬线3至纬线4之间，纬线4至纬线5之间，往复运动，依次实现经线2，经线3，经线4，经线5，经线6为中心线，按摩头宽度的模型球面的搓揉。

（四）,通过附属设施从按摩头喷嘴处喷水，同时控制伺服电机一，伺服电机二，按步骤（三）使按摩头搓揉头部各处，即浸湿头部各处。

（五），通过附属设施从按摩头喷嘴处挤出洗发乳，同时控制伺服电机一，伺服电机二，按步骤（三）使按摩头搓揉头部各处，即使洗发乳涂抹至头部各处。

（六），重复步骤（三）多次，使头部搓揉均匀，洗发乳搓揉到位。

（七），控制通过附属设施从按摩头喷嘴处喷水，同时控制伺服电机一，伺服电机二，按步骤（三）使按摩头搓揉头部各处，即对头部各处进行冲洗。

（八），重复步骤（七）使使用者头部冲洗干净。

二，按摩程序。

（一），建立模型。此步骤与洗头程序的建立模型流程相同。

（二），修正模型。此步骤与洗头程序的修正模型流程相同。

（三），按修正后的球状模型进行按揉。

1，按照人工按揉的定义，通过控制直线驱动装置控制机械小臂伸长然后缩短，按摩头对使用者头部施力然后撤回的动作实现“按揉”。

2，按照人工搓揉的定义，当机械小臂处于伸长状态，按摩头对使用头部施力时，控制伺服电机二往复转动，带动按摩头在使用者头部往复摩擦的动作实现“搓揉”。

2，通过步骤（二）的修正，使步骤（一）所述的以使用者两耳耳廓上部为两极建立的球状模型视为使用者的实际头部形状。

3，参考中医图谱，确定头部按摩的重要穴位，控制伺服电机一，伺服电机二，使按摩头处在重要穴位所在的位置。

4，在按摩头处在重要穴位所在的位置时，实时根据测力传感器的测力信号，控制直线驱动装置使机械小臂反复伸缩，使按摩头对使用者头部反复定量施力，实现按按揉。

5，在步骤3的基础上，即按摩头处在重要穴位所在的位置时，实时根据测力传感器的测力信号，控制直线驱动装置使机械小臂伸长，保持按摩头对使用者头部定量施力，此时再控制伺服电机一，伺服电机二进行往复转动，使按摩头中心在直径为1cm的范围晃动，实现实现对使用者头部的搓揉。

6，重复步骤3，步骤4，步骤5对不同的穴位进行按揉和搓揉，实现头部各重要穴位的按摩。