Роботный массаж

Хотя в настоящее время ещё нет промышленности, выпускающей медицинские манипуляционные роботы различного назначения, намечаются следующие тенденции:

• разработка универсальных медицинских роботов,

• разработка универсальных медицинских роботов на основе серийно выпускаемых промышленных роботов с добавлением силовых модулей и биотехнического управления,

• разработка специализированных медицинских роботов.

Если следовать бионическому подходу в проектировании роботов для восстановительной медицины, то, в первую очередь, следует стараться воспроизвести тактику врача и движения его рук при выполнении процедур. С другой стороны, робот может выполнять ряд новых приёмов, несвойственных человеку. В восстановительной медицине манипуляционные роботы применяются для манипуляций на мягких тканях и суставах.

Руки массажиста и мануального терапевта не могут работать долго, с большими усилиями, повторять движения точно, дозированно. Именно по этим причинам робот обладает преимуществами, которые могут быть реализованы при проектировании.

Необходимые усилия и скорости, в первую очередь, программно устанавливает и при необходимости изменяет врач, пользуясь опытом предыдущих сеансов с данным пациентом. Врач может пользоваться «советами» диагностической системы робота. На некоторых этапах отлаженных процедур врач может полностью доверять роботу, переключая его в автоматический режим работы. В автоматическом режиме робот поддерживает те усилия и скорости, которые рекомендует диагностический блок, анализирующий психофизиологическое состояние пациента. Поэтому необходимо предусмотреть измерители следующих величин психофизиологического состояния пациента: частоту сердечных сокращений, артериальное давление, мышечный тонус, электрокожное сопротивление, электропроводимость в области биологически активных точек и др. Для поддержания заданных усилий и скоростей необходимо позиционно-силовое управление, например, с применением силового обучения. Для реализации этого метода позиционно-силового управления необходим силовой модуль и соответствующее программное обеспечение. Чтобы реализовать биотехническое управление, необходимы измерители параметров психофизиологического состояния и блок управления в аппаратном или программном исполнении. Параметрами, в которых в наибольшей степени проявляется действие механотерапии, как показали исследования, являются электрокожное сопротивление и мышечный тонус.

Система безопасности робота, помимо ручного экстренного отключения системы по сигналу врача или пациента, должна обеспечивать безопасный отвод и отключение приводов робота по сигналу силового датчика в случае превышения порогового максимального усилия взаимодействия и по сигналам измерителей психофизиологического состояния в случае превышения предельных значений.

Многоприводной робот может выполнять массаж на нескольких участках тела и перемещать конечности вокруг нескольких осей. Но эта универсальность дорого обходится. Значительно меньшей стоимостью, но меньшими возможностями, будут обладать роботы с малым количеством суставов, особенно одноприводные роботы. Они смогут обслуживать лишь отдельные участки и только определённые конечности вокруг одной оси. Остальные установочные движения выполняет пациент, перемещая новый участок тела в рабочую зону робота.

Несмотря на свою ограниченность, как автоматические приборы они будут более эффективны, чем распространённые аппаратные средства механизации. Эффективность таких роботов будет особенно повышена при использовании в них диагностических средств, позиционно-силового управления, биотехнического управления, нестандартных датчиков и двигателей.

На рис. 1а двурукий робот выполняет косметический точечный массаж лица, синхронно прижимая инструменты с двух сторон.

а) б) в)

Рис. 1. Специализированные роботы для массажа а) лица; б) головы; в) стоп

На рис. 1б робот релаксирует пациента, прижимая к поверхности головы упругий инструмент «мурашку» [1-6], на рис. 1в робот выполняет точечный рефлекторный массаж стоп пациента.

а) б)

Рис. 2. Роботы для а) массажа груди; б,в) шлейф-массажа; г) массажа спины

На рис. 2а двурукий робот синхронно двумя руками массирует грудь пациента, на рис. 2б робот выполняет приём поглаживания задней поверхности тела. Аналогичный робот для шлейф-массажа рассматривается в [7]. На рис. 2в робот-маятник выполняет приём выжимания длинных мышц спины. Необходимые усилия на тело пациента создаёт вес инструмента. Массажное кресло как простейший робот (рис. 2г) выполняет придавливающие приёмы.

а) б)

Рис. 3. Одно- и двух- приводные роботы для механотерапии

Двухприводной робот (рис. 3а) выполняет приёмы поглаживания и выжимания на поверхности спины пациента. На рис. 3б робот выполняет пассивные со стороны пациента движения руки пациента, например, с целью разработки контрактур.

Некоторые из приведенных выше проектов роботов в настоящее время уже реализованы, другие находятся на стадии конструкторской разработки. Кроме рассмотренных выше, существует множество других возможных вариантов роботов для механотерапии и массажа, отличающихся по сложности и количеству степеней подвижности, начиная от специализированных одноприводных до многоприводных.

Список литературы

1. Массажный манипулятор, М.Ю. Рачков, патент РФ на полезную модель № 105587, приоритет от 12.01.2011, выдача от 15.03.2011.

2. Массажный робот, В.Ф. Головин, М.Ю. Рачков, патент РФ на полезную модель № 105585, приоритет от 12.01.2011, выдача от 16.03.2011.

3. Адаптивный медицинский манипулятор, М.Ю. Рачков, В.Ф. Головин, патент РФ на полезную модель № 105586, приоритет от 12.01.2011, выдача от 16.03.2011.

4. Биоуправляемый робот, М.В. Архипов, В.В. Журавлев, В.Ф. Головин, М.Ю. Рачков, патент РФ на полезную модель № 105588, приоритет от 12.01.2011, выдача от 16.03.2011.

5. Роботы для массажной физиотерапии, Рачков М.Ю., Головин В.Ф., 4-я Всероссийская мультиконференция по проблемам управления // Материалы 4-й Всероссийской мультиконференции. Т.2. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011, с. 250-253.

6. Автоматический массажный манипулятор, В.Ф. Головин, М.Ю. Рачков, М.В. Архипов, В.В. Журавлев, Патент РФ на полезную модель № 109407, приоритет 17.05.2011.

7. Мансуров О.И., Мансуров И.Я. Способ аппаратного поверхностного массажа и реализующий этот способ робот для шлейф-массажа. Рос.патент №2005130736/14 от 05.10.2005.