水療放松背部按摩儀的設(shè)計(jì)

黃文禧，黃雨欣，弓偉

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣東廣州，510006）

隨著社會(huì)的節(jié)奏逐漸加快，人們工作時(shí)間的提升，上班族負(fù)荷過大，持續(xù)勞損，越來越多的年輕人產(chǎn)生一系列有關(guān)心理壓力、肌肉酸痛等問題，出現(xiàn)亞健康的狀況[1]。老年人普遍也存在著肩部、背部和腰部的疼痛問題，傳統(tǒng)的解決方法通常為藥物治療或者機(jī)械按摩，往往需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行治療，效果不夠明顯。

本設(shè)計(jì)旨在提供一種水壓背部穴位按摩儀器，通過智能控制系統(tǒng)進(jìn)行穴位定位，并使用水壓刺激和遠(yuǎn)紅外線刺激來刺激穴位和肌肉進(jìn)而達(dá)到放松人體的目的，對(duì)人們由于久坐、駝背、聳肩、姿勢(shì)不正、勞力等造成肌肉活動(dòng)過多或靜態(tài)姿勢(shì)下肌肉持久緊張，從而產(chǎn)生的肌肉勞損、肌肉無力、酸痛、局部壓痛、活動(dòng)范圍受限、勞動(dòng)能力下降，出現(xiàn)持續(xù)性疼痛、肌肉硬結(jié)、功能障礙等疾病起到緩解與治療作用。本文所設(shè)計(jì)的水療按摩儀所占空間較小，利用水壓對(duì)用戶背部多個(gè)穴位進(jìn)行刺激按摩，按摩力度可調(diào)節(jié)，并且配有紅外發(fā)射器，增強(qiáng)按摩效果，能夠有效緩解肩部、背部上的疲勞問題，放松身心。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，便于用戶在家中使用。

1 按摩儀外觀設(shè)計(jì)

■1.1 整體設(shè)計(jì)

產(chǎn)品使用以下模型作為按摩儀的整體設(shè)計(jì)，實(shí)用美觀，固定性強(qiáng)。產(chǎn)品的主體規(guī)格為36cm×25cm×57cm，外部結(jié)構(gòu)由掃描頭、五個(gè)體表標(biāo)志定位的卡槽、多個(gè)花灑噴頭、多個(gè)多孔噴頭、脊柱槽、水槽以及進(jìn)水口構(gòu)成。產(chǎn)品設(shè)置五個(gè)體表標(biāo)志定位的卡槽，以確定使用者的第七頸椎棘突、兩個(gè)肩峰以及兩個(gè)髂嵴的位置；使用掃描頭進(jìn)行掃描確定使用者的脊柱位置，將其脊柱位置固定在脊柱槽中；考慮到水的循環(huán)利用，本產(chǎn)品還設(shè)置了水槽，用以收集已使用的水體，并將其重新輸送回進(jìn)水口循環(huán)利用；為了適應(yīng)不同人群的體型差異，本產(chǎn)品增設(shè)了可升降的按摩儀底座，用戶可使用遙控器來調(diào)整按摩儀的高度，使其更貼合自身穴位所在[2]。

■1.2 噴頭設(shè)計(jì)

1.2.1 花灑噴頭

花灑噴頭由進(jìn)水口、活性炭物質(zhì)、過濾網(wǎng)和出水網(wǎng)構(gòu)成。水從進(jìn)水口進(jìn)入噴頭內(nèi)部，經(jīng)過活性炭物質(zhì)和過濾網(wǎng)到達(dá)出水網(wǎng)，由出水網(wǎng)將噴頭內(nèi)的水噴出。噴頭內(nèi)部的活性炭物質(zhì)是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成，具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán)，特異性吸附能力較強(qiáng)。利用活性炭的吸附作用能夠有效地吸附水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈化水體的目的。

圖1 按摩儀外觀

圖2 花灑噴頭

1.2.2 多孔噴頭

多孔噴頭內(nèi)有進(jìn)水口、濾網(wǎng)、活性炭物質(zhì)、噴水口，外有紅外發(fā)射器。水壓刺激目前已用于足部按摩儀中，其按摩效果明顯，并可調(diào)節(jié)溫度進(jìn)行冷熱水的刺激，增加按摩效果。紅外發(fā)射器由紅外發(fā)生器控制，用以發(fā)射遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外理療技術(shù)是利用遠(yuǎn)紅外線照射人體時(shí)，產(chǎn)生與體內(nèi)的細(xì)胞分子、水分子運(yùn)動(dòng)相同的頻率，引起共振效應(yīng)，皮下組織深層部位的溫度升高，使水分子活化處于高能狀態(tài)，同時(shí)活化蛋白質(zhì)等生物分子，增強(qiáng)生物細(xì)胞的組織再生能力。使用紅外線理療技術(shù)，能夠加速血液循環(huán)、增加新陳代謝、增加肌肉松弛，產(chǎn)生深入皮膚內(nèi)層的按摩效果，理療效果更佳[3]。

圖3 多孔噴頭

圖4 按摩儀第一部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按摩儀第一部分內(nèi)部由水泵、冷水箱、熱水箱、溫度感應(yīng)器、微型氣泵、多個(gè)閥門、花灑噴頭、多孔噴頭組成。水泵對(duì)水體進(jìn)行加壓，以方便抽取、輸送水體；冷、熱水箱的作用在于儲(chǔ)存水體。溫度感應(yīng)器感受從冷水箱或熱水箱輸進(jìn)的水的溫度，并反饋到冷、熱水箱中的半導(dǎo)體制冷片或半導(dǎo)體制熱片，對(duì)水體加熱或冷卻。微型氣泵一端連接空氣，另一端與水管相連，通過氣水混合加壓的方式使水體更迅速地到達(dá)閥門處；閥門連接著噴頭，利用閥門控制噴頭的出水程度。

主要原理如下：利用水泵將水槽中的水抽出并輸送回進(jìn)水口或接通外界水管直接接入進(jìn)水口，由進(jìn)水口的水管將水輸送至雙層結(jié)構(gòu)水箱中，利用半導(dǎo)體制冷片或半導(dǎo)體制熱片對(duì)水進(jìn)行冷卻或加熱，達(dá)到一定溫度后，通過微型氣泵以及多個(gè)閥門將水通入各個(gè)閥門連接的花灑噴頭和多孔噴頭中進(jìn)行噴射，而一部分水將通過水管暫時(shí)儲(chǔ)存在肩部隔層中，開啟馬達(dá)使馬達(dá)周圍的水產(chǎn)生振動(dòng)，從而對(duì)肩部肌肉起到輕度按摩的作用。

按摩儀第二部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)由馬達(dá)、隔層、步進(jìn)電機(jī)、穴位控制器、電池及紅外發(fā)生器組成。馬達(dá)的作用在于產(chǎn)生振動(dòng)；隔層的作用在于將主要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與次要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分隔開；穴位控制器的作用在于確定穴位所在；紅外發(fā)生器與紅外發(fā)射器共同組成紅外光閥。使用原理如下：本按摩儀在體表標(biāo)志2、3處內(nèi)部放置馬達(dá)，馬達(dá)通過電線與電池相連。使用者使用按摩儀的過程中，一部分水體將通過水管儲(chǔ)存在肩部的隔層中，馬達(dá)利用電能產(chǎn)生振動(dòng)并作用于水體，從而對(duì)使用者的肩部起輕微按摩的作用[4]。

圖5 按摩儀馬達(dá)

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主控系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為核心。AT89C52是一個(gè)低電壓、高性能CMOS的8位單片機(jī)，它具有8K可編程可反復(fù)擦寫Flash存儲(chǔ)器，256bytes的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，2個(gè)雙向I/O口，時(shí)鐘頻率為0～24 MHz。芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)。選擇AT89C52單片機(jī)作為主控核心器件，是實(shí)現(xiàn)水壓按摩儀的一種靈活性高且價(jià)格適宜的技術(shù)方案[5]。

圖6 按摩儀第二部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AT89C52根據(jù)控制邏輯要求發(fā)出PWM脈寬調(diào)制信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)，利用傳感器進(jìn)行穴位定位以及水壓按摩、按摩儀高度升降等操作；控制屏則與LCD顯示器相連，用戶可以在控制屏上進(jìn)行一系列功能的操控。

AT89C52單片機(jī)的VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0口用于控制LCD顯示模塊，在使用的時(shí)候需加上拉電阻。74LS373是一個(gè)具有三態(tài)輸出功能的地址鎖存器，可以進(jìn)行八位并行地址鎖存。P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的八位雙向I/O 口，AD574的十二位數(shù)據(jù)接口通過74LS373連接至P1的八個(gè)輸入口[6]。P2.0-P2.3分別與AD574的CS、A0、R/C引腳相連。P3口主要用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)傳輸，L298N為常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊[7]；模擬電路還包括了時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。

4 討論

水療按摩儀可以很好滿足年輕人放松身心、緩解壓力的需求，老年人無需前往醫(yī)院，在家便可輕松地利用按摩儀按壓肩部、背部等位置，通過水療按壓穴位緩解肌肉酸痛效果更加明顯。按摩儀操作簡(jiǎn)單，使用便捷，適用于多層面的人群。

本設(shè)計(jì)為了適應(yīng)不同人群的體型，產(chǎn)品專門設(shè)置了底座用于調(diào)節(jié)按摩儀的高度。此外，為了增強(qiáng)穴位的刺激效果，利用水壓和紅外線同時(shí)進(jìn)行刺激，水壓刺激的作用效果僅作用在皮膚表淺位置，而紅外線則能使刺激效果深入皮膚?？紤]到水的循環(huán)利用，本產(chǎn)品還另外增設(shè)了水槽和水泵將水送回進(jìn)水口中去以再次利用。對(duì)于長時(shí)間久坐的患者，去醫(yī)院治療疾病，排隊(duì)治療，需要耗費(fèi)較多時(shí)間，據(jù)調(diào)查，由于現(xiàn)代人工作繁忙，生活壓力大，近幾年頸椎病，肌肉勞損的群體已經(jīng)從老年人群體過渡到了長時(shí)間伏案工作的年輕人群體，甚至是青年群體，而這兩類群體去醫(yī)院會(huì)大大耗費(fèi)時(shí)間，因此疾病也是反反復(fù)復(fù)未能緩解。為了解決此問題，本設(shè)計(jì)提出了一種具有智能化定位與多部位，多按摩效果的穴位按摩功能的按摩儀，能夠改善患者有關(guān)肌肉勞損的癥狀，并輔助治療一些與某些穴位有關(guān)的疾病，例如感冒、咳嗽、頭痛、心悸、失眠、月經(jīng)不調(diào)、腹脹、腹瀉、嘔吐等。