一種頸椎牽引康復機器人及其附屬理療組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頸椎牽引康復機器人及其附屬理療組件，所述附屬理療組件用于對患者進行理療，以及提供其他附屬輔助功能，包括視頻播放器、音樂播放器和加熱按摩裝置，視頻播放器和音樂播放器安裝在所述支柱上，加熱按摩裝置安裝在所述可調(diào)節(jié)座椅上。本發(fā)明的機器人可以實現(xiàn)頸椎牽引角度、方向和牽引力大小的精準調(diào)控，對頸椎疾病患者可以進行全方位的康復治療，大大縮短頸椎疾病的康復時間。
【專利說明】
一種頸椎牽弓I康復機器人及其附屬理療組件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及康復醫(yī)療機器人領域，尤其涉及一種頸椎牽引康復機器人及其附屬理療組件。
【【背景技術】】
[0002]頸椎是脊柱中活動度最大的地方，能夠旋轉(zhuǎn)，左右側彎和前后屈伸。同時頸椎的椎間小關節(jié)面接近水平，所以容易出現(xiàn)關節(jié)脫位交鎖。同時頸椎上連枕骨，下聯(lián)胸椎，頸椎椎體后方是頸髓，上頸段為延髓，有生命中樞，損傷到神經(jīng)，病情嚴重，可以危及生命。所以頸椎損傷的特點為:頸椎損傷容易發(fā)生，頸椎骨折約占全部脊柱骨折的30%，可直接危及患者生命或者是高位截癱的可能性。頸椎在上方和顱骨及其結構相連，當頭部和頸部的力量超過其保護結構所能分散的能力時，頸椎將受損傷，頸椎損傷中大約有40%的患者將有神經(jīng)癥狀，大約10%的創(chuàng)傷性脊髓損傷的患者無明顯脊椎損傷的X線證據(jù)，由于頸椎損傷危險性較大，也有較大的潛在危險性，所以正確評估和及早治療頸椎損傷以及潛在的頸椎損傷非常重要。目前國內(nèi)針對頸椎康復治療的已有一些專利成果，而這些成果均有一定地局限性，如能夠牽引的角度固定、模擬醫(yī)師治療過程能力不足、固定不夠平穩(wěn)、穿戴不夠舒適等。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明主要針對于頸椎損傷患者，結合機器人學、人體運動學、人機工程學等理論進行機械設計，提出一種具有多自由度訓練方向、多模態(tài)訓練形式的頸椎牽引康復醫(yī)療機器人。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明提出的技術方案如下:
[0005]—種頸椎牽引康復機器人，該機器人包括支撐座、支柱、牽引繩索、牽引頭套、牽引角度調(diào)節(jié)裝置、可調(diào)節(jié)座椅、牽引方向調(diào)節(jié)裝置、柔和力控制裝置、計算機控制與采集系統(tǒng)；
[0006]所述支撐座用于支撐整個機器人，所述支柱垂直固定在所述支撐座上；
[0007]所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置固定在所述支柱的頂端，并與所述支撐座平行;所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置包括水平設置的橫桿、絲桿滑臺、第三電機、拉線位移傳感器;所述絲桿滑臺固定在所述橫桿的上方，并具有可在該絲桿滑臺上滑動的滑塊，所述第三電機用于拉動該滑塊在絲桿滑臺上滑動;所述滑塊下方固定連接了一個滑輪;所述拉線位移傳感器的鋼繩連接于所述滑塊，用于檢測滑塊的位移；
[0008]所述柔和力控制裝置包括底座，以及在底座上固定的第一電機及減速器組件、第一聯(lián)軸器、扭矩傳感器組件和線輪組件，所述底座固定在所述支撐座上，第一電機通過減速器輸出扭矩，第一聯(lián)軸器一端連接所述減速器，另一端連接所述線輪組件，該線輪組件上纏繞著所述牽引繩索。所述扭矩傳感器組件設置在聯(lián)軸器和線輪組件之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小；當?shù)谝浑姍C工作時，其可帶動線輪組件轉(zhuǎn)動，從而拉動牽引繩索；
[0009]所述支柱上固定了兩個滑輪，所述橫桿下方固定了一個滑輪，在所述線輪組件上纏繞的牽引繩索依次穿過支柱上的兩個滑輪，再穿過橫桿上的滑輪，然后穿過滑塊上的滑輪，最后連接到所述牽引頭套；
[0010]所述牽引方向調(diào)節(jié)裝置包括第二電機及減速器組件、第二聯(lián)軸器、齒輪箱、自潤滑軸承和旋轉(zhuǎn)平臺，第二電機通過減速器輸出扭矩給所述第二聯(lián)軸器的一端，第二聯(lián)軸器的另一端連接齒輪箱;所述齒輪箱用于實現(xiàn)水平傳動向垂直傳動的換向，所述旋轉(zhuǎn)平臺通過該自潤滑軸承連接在齒輪箱上；當?shù)诙姍C工作時，可以帶動旋轉(zhuǎn)平臺實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，所述可調(diào)節(jié)座椅固定安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上；
[0011]所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述三個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件相連接，可通過所述拉線位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可根據(jù)醫(yī)生設置的牽引角度控制所述第三電機，可根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號，控制第一電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制;可主動控制上述三個電機的工作，也可被動采集記錄三個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)頸椎牽引過程。
[0012]進一步地，該機器人還包括附屬理療組件，用于對患者進行理療，以及提供其他附屬輔助功能，包括視頻播放器、音樂播放器和加熱按摩裝置，視頻播放器和音樂播放器安裝在所述支柱上，加熱按摩裝置安裝在所述可調(diào)節(jié)座椅上。
[0013]優(yōu)選的，所述絲桿滑臺的有效行程為1000mm。
[0014]優(yōu)選的，所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置允許的牽引角度為O到60度。
[0015]本發(fā)明的技術效果是:本發(fā)明的機器人可以實現(xiàn)頸椎牽引角度、方向和牽引力大小的精準調(diào)控，對頸椎疾病患者可以進行全方位的康復治療，大大縮短頸椎疾病的康復時間。
【【附圖說明】】
[0016]此處所說明的附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，但并不構成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中:
[0017]圖1和圖2是本發(fā)明的總體結構示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明機器人的牽引角度調(diào)節(jié)裝置示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明機器人的柔和力控制裝置示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明機器人的牽引繩索和牽引頭套安裝示意圖；
[0021 ]圖6是本發(fā)明機器人的牽引方向調(diào)節(jié)裝置示意圖；
【【具體實施方式】】
[0022]下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，其中的示意性實施例以及說明僅用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的不當限定。
[0023]參見附圖1-2，本發(fā)明的頸椎牽引康復機器人在總體結構上包括支撐座、支柱、牽弓丨繩索、牽引頭套、牽引角度調(diào)節(jié)裝置、可調(diào)節(jié)座椅、牽引方向調(diào)節(jié)裝置、柔和力控制裝置、附屬理療組件、計算機控制與采集系統(tǒng)。
[0024]所述支撐座呈長條形，是整個機器人的底座，用于支撐整個機器人。所述支柱垂直固定在支撐座上，在支柱的頂端，固定連接著水平設置的牽引角度調(diào)節(jié)裝置，該牽引角度調(diào)節(jié)裝置與支撐座平行。
[0025]參見附圖3，其示出了本發(fā)明機器人的牽引角度調(diào)節(jié)裝置，該牽引角度調(diào)節(jié)裝置包括橫桿、絲桿滑臺、第三電機、拉線位移傳感器，所述橫桿水平設置，在所述橫桿上方固定了所述絲桿滑臺，該絲桿滑臺的有效行程為1000mm，滑塊可在該絲桿滑臺上滑動，所述第三電機可以拉動該滑塊在絲桿滑臺上滑動。所述滑塊下方固定了一個滑輪，用于穿過牽引繩索。所述拉線位移傳感器的鋼繩連接于所述滑塊，用于測量滑塊的位移，計算機控制與采集系統(tǒng)通過滑塊的位移就可以計算出牽引的角度。優(yōu)選的，牽引的角度(即牽引繩索對頸椎牽引力與垂直方向的夾角)應該為O到60度為宜。
[0026]參見附圖4，其示出了本發(fā)明機器人的柔和力控制裝置，所述柔和力控制裝置具有一個底座，該底座固定在所述支撐座上，在底座上固定了第一電機及減速器組件、第一聯(lián)軸器、扭矩傳感器組件和線輪組件，第一電機與該減速器連接，通過減速器輸出扭矩，所述第一聯(lián)軸器一端用傳動件連接減速器，另一端輸出連接到線輪組件，該線輪組件上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器組件設置在聯(lián)軸器和線輪組件之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小。當?shù)谝浑姍C工作時，其可帶動線輪組件轉(zhuǎn)動，從而拉動牽引繩索，實現(xiàn)對頸椎的牽引。計算機控制與采集系統(tǒng)可以根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號，控制第一電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制。
[0027]參見附圖5，其示出了牽引繩索和牽引頭套的安裝設置。在所述支柱上固定了兩個滑輪，在牽引角度調(diào)節(jié)裝置的橫桿上還固定了一個滑輪。在上述線輪組件上纏繞的牽引繩索依次穿過支柱上的兩個滑輪，再穿過橫桿上的滑輪，然后穿過牽引角度調(diào)節(jié)裝置的滑塊上的滑輪，最后連接到所述牽引頭套。
[0028]參見附圖6，其示出了本發(fā)明機器人的牽引方向調(diào)節(jié)裝置，該牽引方向調(diào)節(jié)裝置也安裝在所述支撐座上。該牽引方向調(diào)節(jié)裝置包括第二電機及減速器組件、第二聯(lián)軸器、齒輪箱、自潤滑軸承和旋轉(zhuǎn)平臺。第二電機通過減速器輸出扭矩，所述第二聯(lián)軸器一端連接減速器，另一端連接齒輪箱，可消除部分軸向力;所述齒輪箱用于實現(xiàn)水平傳動向垂直傳動的換向；所述旋轉(zhuǎn)平臺通過該自潤滑軸承連接在齒輪箱上，該軸承可承受徑向力，以保證齒輪箱不受軸向力?；谏鲜鼋Y構，當?shù)诙姍C工作時，可以帶動旋轉(zhuǎn)平臺實現(xiàn)全方位的360度旋轉(zhuǎn)。所述可調(diào)節(jié)座椅固定安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上，因此當旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)時，可調(diào)節(jié)座椅也跟著旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)牽引方向的變化。
[0029]所述附屬理療組件用于對患者進行其他理療功能，以及一些其他附屬輔助功能，可包括視頻播放器、音樂播放器和加熱按摩裝置，視頻播放器和音樂播放器可以安裝在支柱上，加熱按摩裝置可安裝在所述可調(diào)節(jié)座椅上。
[0030]所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述三個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件相連接，一方面可以主動控制三個電機的運動，另一方面可以采集所述三個電機的運動數(shù)據(jù)和兩個傳感器的檢測數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能夠根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)頸椎牽引過程。
[0031]三個電機由計算機控制與采集系統(tǒng)通過人機操作界面進行控制，可以完成對三個電機的主動加載控制(即直接控制電機的運動來牽引患者頸椎)、被動加載信息采集(即先由醫(yī)師主動控制，對固定在本發(fā)明機器人上的患者頸椎進行牽引時，計算機控制與采集系統(tǒng)記錄每個電機的工作過程)、對采集的信息進行主動復現(xiàn)控制(即復現(xiàn)所記錄的每個電機的運動過程以模擬醫(yī)師的治療過程)。
[0032]本發(fā)明的工作過程如下:
[0033]使用本發(fā)明的康復機器人時，患者先坐在可調(diào)節(jié)座椅上，用座椅上的固定帶將患者上身和腰部固定，然后用牽引頭套將患者的下頌和枕部固定，通過計算機控制與采集系統(tǒng)，醫(yī)生可設置牽引角度，計算機控制與采集系統(tǒng)通過調(diào)整牽引角度調(diào)節(jié)裝置上的滑塊位置，實現(xiàn)牽引角度的調(diào)整，然后醫(yī)生可調(diào)整牽引方向調(diào)節(jié)裝置的旋轉(zhuǎn)平臺，通過旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動座椅，實現(xiàn)不同牽引方向的調(diào)整，最后操作柔和力控制裝置，對頸椎進行牽引，其中計算機控制與采集系統(tǒng)根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號，控制第一電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制。計算機控制與采集系統(tǒng)還可以采集每個電機的工作過程并存儲到數(shù)據(jù)庫文件中，將整個過程采集并存儲完畢后，根據(jù)存儲的信息對每個電機進行主動加載，復現(xiàn)每個電機的輸出，實現(xiàn)對醫(yī)生治療過程的模擬。通過調(diào)節(jié)電機的加載頻率可以調(diào)節(jié)牽引過程中電機輸出的快慢。再次使用時，可以直接根據(jù)已存儲的文件直接進行康復治療。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種頸椎牽引康復機器人，其特征在于，該機器人包括支撐座、支柱、牽引繩索、牽引頭套、牽引角度調(diào)節(jié)裝置、可調(diào)節(jié)座椅、牽引方向調(diào)節(jié)裝置、柔和力控制裝置、計算機控制與采集系統(tǒng)、附屬理療組件； 所述支撐座用于支撐整個機器人，所述支柱垂直固定在所述支撐座上； 所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置固定在所述支柱的頂端，并與所述支撐座平行;所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置包括水平設置的橫桿、絲桿滑臺、第三電機、拉線位移傳感器;所述絲桿滑臺固定在所述橫桿的上方，并具有可在該絲桿滑臺上滑動的滑塊，所述第三電機用于拉動該滑塊在絲桿滑臺上滑動;所述滑塊下方固定連接了一個滑輪;所述拉線位移傳感器的鋼繩連接于所述滑塊，用于檢測滑塊的位移； 所述柔和力控制裝置包括底座，以及在底座上固定的第一電機及減速器組件、第一聯(lián)軸器、扭矩傳感器組件和線輪組件，所述底座固定在所述支撐座上，第一電機通過減速器輸出扭矩，第一聯(lián)軸器一端連接所述減速器，另一端連接所述線輪組件，該線輪組件上纏繞著所述牽引繩索。所述扭矩傳感器組件設置在聯(lián)軸器和線輪組件之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大??；當?shù)谝浑姍C工作時，其可帶動線輪組件轉(zhuǎn)動，從而拉動牽引繩索； 所述支柱上固定了兩個滑輪，所述橫桿下方固定了一個滑輪，在所述線輪組件上纏繞的牽引繩索依次穿過支柱上的兩個滑輪，再穿過橫桿上的滑輪，然后穿過滑塊上的滑輪，最后連接到所述牽引頭套； 所述牽引方向調(diào)節(jié)裝置包括第二電機及減速器組件、第二聯(lián)軸器、齒輪箱、自潤滑軸承和旋轉(zhuǎn)平臺，第二電機通過減速器輸出扭矩給所述第二聯(lián)軸器的一端，第二聯(lián)軸器的另一端連接齒輪箱;所述齒輪箱用于實現(xiàn)水平傳動向垂直傳動的換向，所述旋轉(zhuǎn)平臺通過該自潤滑軸承連接在齒輪箱上；當?shù)诙姍C工作時，可以帶動旋轉(zhuǎn)平臺實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，所述可調(diào)節(jié)座椅固定安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上； 所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述三個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件相連接，可通過所述拉線位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可根據(jù)醫(yī)生設置的牽引角度控制所述第三電機，可根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號，控制第一電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制；可主動控制上述三個電機的工作，也可被動采集記錄三個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)頸椎牽引過程； 所述附屬理療組件用于對患者進行理療，以及提供其他附屬輔助功能，包括視頻播放器、音樂播放器和加熱按摩裝置，視頻播放器和音樂播放器安裝在所述支柱上，加熱按摩裝置安裝在所述可調(diào)節(jié)座椅上。2.根據(jù)權利要求1所述的頸椎牽引康復機器人，其特征在于，所述絲桿滑臺的有效行程為100mmο3.根據(jù)權利要求1-2所述的頸椎牽引康復機器人，其特征在于，所述牽引角度調(diào)節(jié)裝置允許的牽引角度為O到60度。
【文檔編號】A61H1/02GK105853149SQ201610369061
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李想
【申請人】哈爾濱天愈康復醫(yī)療機器人有限公司