保健按摩椅方案开发
随着社会经济的发展、生活节奏的加快以及工作压力的增大，人们对健康越来越关注，由于家庭和办公室里个人电脑的普遍使用，导致肩部僵硬成为常见病。按摩椅作为一种可以消除人体疲劳的保健器械，得到广大消费者的喜爱，而且越来越普遍地进入寻常百姓家中。目前，在电动按摩椅市场上，进口、合资以及国产产品并存。相对而言，进口产品功能强大、按摩方式丰富、外观优美，但同时其价格也非常昂贵。而国内产品功能较简单，产品价格也相对低廉，但也需至少3000元以上。通过对国内外按摩椅的市场调研可知，现有产品结构复杂，成本较高，搬运装拆不方便，大多不具备腰部两侧按摩等。基于此创新设计并制造了一款功能多样的保健按摩椅，为按摩椅市场提供一款结构简单、功能多样、经济实惠的按摩椅，满足广大群众的保健按摩需求。
一、保健按摩椅性能分析
目前国外内市场上多功能按摩椅的主要产品及其性能分析如下。（1）图1为国内按摩椅产品，其性能分析为：两个产品为国内某制造商生产的某两款多功能按摩椅，具有背部和腿部按摩功能，背部按摩均是通过固定在按摩椅上的按摩头旋转运动实现的，一个电机驱动一个按摩头，按摩头只能自转不能移动，按摩范围小。总体可见两款产品功能单一，结构复杂，成本较高。（2）图2为国外按摩椅产品，其性能分析为：两个产品为国外某制造商生产的多功能按摩椅，不仅具有背部和腿部按摩功能，而且还设置了自动按摩程序，使用者可根据自己的需求选择相应的按摩程序。总体可见两款产品功能较齐全，结构复杂，保养维护较难，操作复杂，一般使用者无法很快熟练使用。
通过以上分析可知，现有产品特点如下：
（1）按摩头不能移动，一个电机驱动一个按摩头，按摩范围小、使用电机多；
（2）捶击式或转动式按摩方法可能会给使用者带来物理损伤；
（3）多数不具有对腰部的按摩，其他健身器材如跑步机依靠腰部震动带的颤动来实现腰部按摩；
（4）结构复杂，成本较高，搬运装拆不方便。
二、多功能按摩椅的设计理念
基于以上对市场的按摩椅调查研究，采用创新与优化设计完成了按摩椅的多个功能的实现，如主传动轴的创新设计，实现了一个电机控制背部和腰部的运动；使用动滑轮、定滑轮、钢缆绳以及限位开关实现背部滚动按摩；使用倾斜按摩盘实现腰部按摩。其创新设计思路如图1所示。
三、多功能按摩椅总体方案设计
3.1功能实现
该按摩椅具有背部、腰部和脚底按摩功能。本按摩椅通过控制直流电机驱动齿轮减速机，带动主动轴转动，主传动轴为两端方形结构，分两路控制工作部分。一路为链轮机构通过夹持装置可实现在主传动轴上的轴向移动，从而实现了腰部按摩盘的位置可调；通过形位配合，主传动轴转动，带动链轮机构的周向转动，以驱动按摩盘转动实现腰部按摩。另一路通过定滑轮、动滑轮、钢缆绳及限位开关带动背部按摩轮上下往复滚动，实现对背部的滚动按摩。本按摩椅还增加了可伸缩拖动的脚底滚子按摩，使用者可根据自己的需求选用。其传动原理如图2所示。
3.2传动系统控制原理的分析
控制电路主要由控制板和驱动板两部分来组成，通过两者的共同作用来实现传动系统的控制。控制板部分主要采用8501MCU控制电机正反转状态变换及速度调节等，通过其控制不同管导通而实现电机转向的变换，电机转速的调节则采用PWM脉冲方式，设计了三级变速。控制板的电路图如图3所示。驱动板部分采用H桥经典电机驱动电路，电机运动时驱动管会对角线导通。
3.3计算分析过程
根据背部按摩和腰部按摩的输出功率与传动机构的效率，计算电机最小输出功率，由输出功率选择合适电机由电机的功率和速度和输出端要求，计算实现背部按摩和腰部按摩分别所需传动比，然后设计传动机构。结合输出端的输出扭矩，校核按摩椅各部分强度。估取人体重量为150 kg，对背靠的压力取大值100 kg，查阅皮革的摩擦系数计算背部摩擦力，结合所设计得按摩滚轮直径，计算力矩和背部按摩输出功率。估取腰部按摩倾斜圆盘与腰部挤压产生的压力，然后根据塑料摩擦系数计算力矩和腰部按摩输出功率。查阅滑轮组、轴承、齿轮系、减速机构等的传动效率，分别计算出主轴提供给腰部按摩和背部按摩的功率，由此功率通过传动效率计算出电机的最小输出效率，查阅有关电机资料选择合适电机。根据电机的功率和速度和输出端要求，设计变速箱和齿轮系传动。结合输出端的输出扭矩，计算校核所选钢缆绳的应力、主传动轴、各级传动齿轮和链条等。根据该设计思路完成的产品三维效果图如图4所示。
小结
本按摩椅创新之处有以下几点：（1）产品按摩部分采用定滑轮、动滑轮、钢缆绳及限位开关组合实现按摩轮上下滚动按摩，避免对人体物理损伤。（2）对主传动轴进行了创新设计，在两端采用形位配合与夹持装置（实现传动链轮同步移动），可分别实现轴向滑动（调节两腰部按摩盘距离）与周向转动（将运动通过链轮机构传递到按摩盘），通过主传动轴的运动分流实现背部和腰部的运动协调控制。拓展软件模块开发，增加学习功能以实现和保存用户个性化自动按摩模式是本项目今后要深入研究的内容。
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