本发明涉及按摩，特别涉及一种基于双电极按摩头的按摩机器人及其按摩方法。
背景技术：
1、按摩被认为是一种促进肌肉放松和帮助预防职业病的有效手段，它作为一个非药物性治疗手段，受到大众的欢迎。然而按摩是一个费时费力且乏味的过程，随着康复医学和机器人技术的不断发展和进步，按摩康复机器人作为一种新兴的辅助康复工具正在逐渐受到重视。这类机器人能够有效的减少医护人员的工作负担，取代按摩治疗师完成按摩任务。
2、目前，物理按摩和电疗按摩是两个最为广泛应用的按摩康复方法。电疗具有广泛的治疗适应症，它已经被证实可以有效进行肌肉放松和进行肌肉的镇痛。
3、现有的按摩机器人多采用的是物理按摩，即通过特定的按摩手法对人体特定部位施加力进行按压。因此，在按摩过程中对机器人与人体的接触力的控制要求是很高的，它直接影响到按摩效果，按压力过小，康复效果不明显，按压力过大，会给用户带来不舒适的体验，甚至造成伤害。
4、现有的技术在按摩的场景中能够实现高精度的力控制的还很少。因为人体属于非结构性环境，在与机器人交互过程中存在的不确定性很大(例如人体呼吸带来的上下起伏)，给接触力的控制带来很大的难度。同时，对于高精度的力控制，需要更高精度、更低延迟的力传感器以及更高控制频率的机械臂，由此给系统带来更高的成本。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于双电极按摩头的按摩机器人及其按摩方法，以解决背景技术所提到的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、本发明提供了一种按摩方法，包括如下步骤：
4、s1、用户平趴在按摩床上，并通过工作面板选定按摩路线；
5、s2、按摩机器人通过深度相机拍摄背部图像，得到背部图像以及点云数据，依据背部图像并通过2d图像处理模块生成二维轨迹；
6、s3、依据二维轨迹和点云数据并通过3d图像处理模块生成六维轨迹向量；
7、s4、将六维轨迹向量传输给按摩机器人，按摩机器人依据六维轨迹向量并通过机械臂本体以及电极按摩头对用户背部进行按摩，按摩过程中，运动控制模块中的阻抗控制器通过自适应阻抗控制算法实时控制电极按摩头和用户背部的接触力，实现按摩运动动态平衡；
8、s5、设定时间后，用户背部按摩完成，按摩机器人关闭。
9、进一步地，所述s2具体包括如下步骤：
10、s21、按摩机器人通过深度相机拍摄背部图像，得到背部图像以及点云数据，并参照背部图像，将背部区域设置为1，非背部区域设置为0，从而得到2d图像矩阵；
11、s22、对2d图像矩阵进行横向统计和纵向统计，分别得到2d图像矩阵每行以及每列中值为1的背部像素点个数；
12、s23、依据横向统计和纵向统计结果确定背部模糊区域和手臂模糊区域；
13、s24、依据背部模糊区域和手臂模糊区域提取背部区域宽度w与手臂上下界；
14、s25、对背部模糊区域和手臂模糊区域进行细化提取，得到背部起始点以及背部精准区域；
15、s26、采用直线拟合法计算背部倾斜角度；
16、s27、2d图像处理模块根据背部区域宽度w、背部起始点和背部倾斜角度生成二维轨迹。
17、进一步地，所述s23包括如下步骤：
18、s231、计算横向统计结果中的最大值max(x)，并通过设定的第一系数确定第一阈值tx，第一阈值tx的计算公式具体如下：
19、tx＝0.5×max(x)
20、其中，0.5为设定的第一系数；
21、对于2d图像矩阵中的每一行，如果背部像素点个数大于第一阈值tx，则认为该行属于背部区域；
22、s232、计算纵向统计计结果中的最大值max(y)，并通过设定的第二系数确认第二阈值ty，第二阈值ty的计算公式具体如下：
23、ty＝0.8×max(y)
24、其中，0.8为设定的第二系数；
25、对于2d图像矩阵中的每一列，如果其背部像素点个数大于第二阈值ty，则认为该列可能包含手臂区域。
26、进一步地，所述s25具体包括如下步骤：
27、s251、通过背部模糊区域确定背部模糊的上下界，依据背部模糊的上下界得到背部模糊中线ymid，然后再根据背部模糊中线ymid以及手臂模糊区域确定手臂起始位置(xstart，ystart)，以手臂起始位置作为背部起始点；其中，ystart＝ymid；
28、s252、估算背部终点(xend，yend)，其中yend＝ystart，且xend＝xstart+1.2×w；
29、s253、在由(xstart，ystart)和(xend，yend)定义的矩形区域内，使用图像连通域检测算法来识别连通区域，得到多个连通区域；
30、s254、筛选出最大或符合特定形状特征的连通区域作为背部精准区域。
31、进一步地，所述s26具体包括如下步骤：
32、s261、对于背部精准区域内每个x坐标，计算对应y坐标上的上下界的中点坐标，计算过程具体如下：
33、
34、其中，ymid，i表示第i个背部像素点的y坐标的中点坐标；y(upper，i)表示第i个背部像素点的y坐标上界；y(lower，i)表示第i个背部像素点的y坐标下界；
35、s262、使用最小二乘法或其他线性回归方法，通过点集{(xi，ymid，i)}拟合一条直线，直线的方程可以表示为y＝mx+b，其中m表示斜率，即背部倾斜角度，b是截距；斜率m和截距b的计算公式具体如下：
36、
37、其中，xi表示第i个背部像素点的x坐标，n表示背部像素点的总个数；
38、s263、循环s262多次，直至循环次数达到设定次数，然后选择最佳拟合结果，从而得到最终的背部倾斜角度。
39、进一步地，所述s27具体包括如下步骤：
40、s271、计算按摩机器人上的电极按摩头起点和终点的y轴坐标；
41、s272、计算因为背部倾斜角度而导致的每个电极按摩头的x轴偏移量δx，其中x轴偏移量δx的计算公式具体如下：
42、δx＝dmid·sin(θ)
43、其中，θ为背部倾斜角度；
44、s273、根据x轴偏移量δx计算电极按摩头起点和终点的x轴坐标，至此，得到电极按摩头起点和终点的二维坐标：
45、s274、对于每个电极按摩头，在电极按摩头起点和终点的二维坐标之间均匀选用n个中间点，并计算这些中间点的x轴坐标，并通过插值法计算中间点的y轴坐标，至此得到n个中间点的二维坐标；
46、s275、将电极按摩头起点、n个中间点以及电极按摩头终点进行依次连接，得到二维轨迹。
47、进一步地，所述s3具体包括如下步骤：
48、s31、获取深度相机的内参，并通过深度相机的内参将背部图像识别的背部像素点通过tf变换从像素坐标系转换至深度相机坐标系，得到按摩点在深度相机坐标系的三维坐标；
49、s32、在点云数据中查找按摩点半径r内的点云，并求取该点云的法向量，作为姿态的一个坐标，再利用按摩点的顺序，构成另一个方向上的姿态，最后利用前两个叉乘得到最后一个方向上的姿态，一共得到三个向量，且三个向量相互垂直，联合三个向量，获取按摩姿态；
50、s33、3d图像处理模块通过获取到的点云数据和s2中得到的二维轨迹进行点匹配得到三维点信息；
51、s34、最后根据s32中得到的按摩姿态再次进行点匹配得到机械臂本体运动所需的六维轨迹向量。
52、进一步地，所述s4具体包括如下步骤：
53、s41、将六维轨迹向量传输给按摩机器人，按摩机器人依据六维轨迹向量并通过机械臂本体以及电极按摩头对用户背部进行按摩，按摩过程中，力传感器模块实时将电极按摩头与用户背部的接触力信息传输给运动控制模块；
54、s42、运动控制模块中的阻抗控制器根据接触力信息以及接收到的机械臂运动信息计算轨迹更新量；
55、s43、机械臂本体通过轨迹更新量实施调整按摩轨迹，从而达到电极按摩头与用户背部的贴合且不产生安全范围外的接触力，实现按摩运动的平衡。
56、进一步地，所述s42中的轨迹更新量的计算公式如下：
57、
58、其中，md惯性参数；bd为阻尼参数；kd为刚度参数；为实际加速度；为期望加速度；为实际速度；为期望速度；x为实际位置；xd为期望位置；f为实际力；fd为期望力；t表示控制间隔时间。
59、本发明另一方面还提供了一种基于双电极按摩头的按摩机器人，使用以上按摩方法进行按摩，按摩机器人包括：
60、机器人控制箱，内置用于对按摩机器人进行控制的运动控制模块，运动控制模块包括阻抗控制器、与阻抗控制器电连接的机械臂运动控制器、与机械臂运动控制器电连接的机械臂本体；
61、电疗仪主机，布设在机器人控制箱上；
62、末端按摩装置，安装在机械臂本体上，包括壳体、安装在壳体上的深度相机、安装在壳体上的姿态调整机构、两个安装在姿态调整机构上的力传感器模块、以及两个分别与力传感器模块连接的电极按摩头，姿态调整机构用于调整电极按摩头的姿态，所述电极按摩头与电疗仪主机电连接。
63、本发明的有益效果：
64、1、本发明提供的按摩方法，通过运动控制模块实时调整电极按摩头的姿态，保证了电极按摩头与人体背部很好的接触，按摩治疗效果更佳。
65、2、本发明提供的基于双电极按摩头的按摩机器人，相较于物理按压式按摩控制难度小得多，同时，所需的控制精度要求低，设备成本低。
1.一种按摩方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的按摩方法，其特征在于，所述s2具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的按摩方法，其特征在于，所述s23包括如下步骤：
4.根据权利要求2所述的按摩方法，其特征在于，所述s25具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的按摩方法，其特征在于，所述s26具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的按摩方法，其特征在于，所述s27具体包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的按摩方法，其特征在于，所述s3具体包括如下步骤：
8.根据权利要求1所述的按摩方法，其特征在于，所述s4具体包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的按摩方法，其特征在于，所述s42中的轨迹更新量的计算公式如下：
10.一种基于双电极按摩头的按摩机器人，其特征在于，使用权利要求1至9任一项所述的按摩方法进行按摩，按摩机器人包括：
