一種頸椎牽引康復機器人及其滑輪的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種頸椎牽引康復機器人及其滑輪，該滑輪包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述支柱、橫桿或滑塊上。本發明的機器人可以實現頸椎牽引角度、方向和牽引力大小的精準調控，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康復機器人及其滑輪
【技術領域】
[0001]本發明涉及康復醫療機器人領域，尤其涉及一種頸椎牽引康復機器人及其滑輪。【【背景技術】】
[0002]頸椎是脊柱中活動度最大的地方，能夠旋轉，左右側彎和前后屈伸。同時頸椎的椎間小關節面接近水平，所以容易出現關節脫位交鎖。同時頸椎上連枕骨，下聯胸椎，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，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%的患者將有神經癥狀，大約10%的創傷性脊髓損傷的患者無明顯脊椎損傷的X線證據，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、模擬醫師治療過程能力不足、固定不夠平穩、穿戴不夠舒適等。
【
【發明內容】
】
[0003]本發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、多模態訓練形式的頸椎牽引康復醫療機器人。
[0004]為了達到上述目的，本發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、牽引角度調節裝置、可調節座椅、牽引方向調節裝置、柔和力控制裝置、計算機控制與采集系統；
[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]所述牽引角度調節裝置固定在所述支柱的頂端，并與所述支撐座平行;所述牽引角度調節裝置包括水平設置的橫桿、絲桿滑臺、第二電機、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，所述第二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、聯軸器、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，聯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；當第一電機工作時，其可帶動線輪組件轉動，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]所述四個滑輪結構相同，包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述支柱、橫桿或滑塊上；
[0011]所述牽引方向調節裝置包括電動推桿、連桿、旋轉軸、旋轉平臺，電動推桿帶動連桿推動旋轉軸進行旋轉，旋轉軸上固定角度傳感器，旋轉平臺固定在旋轉軸上，所述角度傳感器用于檢測所述旋轉軸的旋轉角度，因此可以實現旋轉平臺進行±70度旋轉，所述可調節座椅固定安裝在旋轉平臺上；
[0012]所述計算機控制與采集系統分別與上述兩個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件、角度傳感器相連接，可通過所述拉線位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可通過角度傳感器的檢測結果計算旋轉座椅的旋轉角度，可根據醫生設置的牽引角度控制所述第二電機，可根據醫生設置的旋轉角度控制所述電動推桿，可根據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，實現牽引力的柔和控制;可主動控制上述兩個電機的工作，也可被動采集記錄兩個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數據庫文件中，之后能根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現頸椎牽引過程。
[0013]優選的，所述絲桿滑臺的有效行程為800mm。
[0014]優選的，所述牽引角度調節裝置允許的牽引角度為-15度到+45度。
[0015]本發明的技術效果是:本發明的機器人可以實現頸椎牽引角度、方向和牽引力大小的精準調控，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明的進一步理解，構成本申請的一部分，但并不構成對本發明的不當限定，在附圖中:
[0017]圖1和圖2是本發明的總體結構示意圖；
[0018]圖3是本發明機器人的牽引角度調節裝置示意圖；
[0019]圖4是本發明機器人的柔和力控制裝置示意圖；
[0020]圖5是本發明機器人的牽引繩索和牽引頭套安裝示意圖；
[0021 ]圖6是本發明機器人的牽引方向調節裝置示意圖；
[0022 ]圖7和圖8是本發明所使用的滑輪結構圖。
【【具體實施方式】】
[0023]下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，其中的示意性實施例以及說明僅用來解釋本發明，但并不作為對本發明的不當限定。
[0024]參見附圖1-2，本發明的頸椎牽引康復機器人在總體結構上包括支撐座、支柱、牽引繩索、牽引頭套(圖中未標出)、牽引角度調節裝置、可調節座椅、牽引方向調節裝置、柔和力控制裝置、計算機控制與采集系統。
[0025]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節裝置，該牽引角度調節裝置與支撐座平行。
[0026]參見附圖3，其示出了本發明機器人的牽引角度調節裝置，該牽引角度調節裝置包括橫桿、絲桿滑臺、第二電機、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800mm，滑塊可在該絲桿滑臺上滑動，所述第二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通過滑塊的位移就可以計算出牽引的角度。優選的，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-15度到+45度為宜。
[0027]參見附圖4，其示出了本發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、聯軸器、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，所述聯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。當第一電機工作時，其可帶動線輪組件轉動，從而拉動牽引繩索，實現對頸椎的牽引。計算機控制與采集系統可以根據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，實現牽引力的柔和控制。
[0028]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，在牽引角度調節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節裝置的滑塊上的滑輪，最后連接到所述牽引頭套。
[0029]參見附圖7-8，其示出了本發明所使用的滑輪結構圖，本發明所使用的4個滑輪都是相同的結構，包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊。所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，從而可防止牽引繩索纏繞;所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊是滑輪與支柱/橫桿/滑塊的連接體。
[0030]參見附圖6，其示出了本發明機器人的牽引方向調節裝置，所述牽引方向調節裝置也安裝在所述支撐座上。該牽引方向調節裝置包括電動推桿、連桿、旋轉軸、角度傳感器、旋轉平臺。所述電動推桿用于帶動連桿推動旋轉軸進行旋轉，所述旋轉平臺固定在旋轉軸上，所述旋轉軸上連接角度傳感器，所述可調節座椅固定安裝在旋轉平臺上。基于上述結構，當電動推桿工作時可以帶動旋轉平臺進行±70度旋轉，當旋轉平臺旋轉時，可調節座椅也跟著旋轉，從而實現牽引方向的變化。所述角度傳感器可檢測旋轉軸旋轉的角度，計算機控制與采集系統通過該角度傳感器檢測的角度就可以獲知所述可調節座椅的旋轉角度和方向。所述計算機控制與采集系統分別與上述兩個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件、角度傳感器相連接，一方面可以主動控制兩個電機的運動，另一方面可以采集所述兩個電機的運動數據和三個傳感器的檢測數據，將采集到的數據存檔到數據庫文件中，之后能夠根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現頸椎牽引過程。
[0031]兩個電機由計算機控制與采集系統通過人機操作界面進行控制，可以完成對兩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(即先由醫師主動控制，對固定在本發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記錄每個電機的工作過程)、對采集的信息進行主動復現控制(即復現所記錄的每個電機的運動過程以模擬醫師的治療過程)。
[0032]本發明的工作過程如下:
[0033]使用本發明的康復機器人時，患者先坐在可調節座椅上，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，醫生可設置牽引角度，計算機控制與采集系統通過調整牽引角度調節裝置上的滑塊位置，實現牽引角度的調整，然后醫生可設置旋轉平臺的旋轉角度，計算機控制與采集系統基于該旋轉角度控制電動推桿，以調整牽引方向調節裝置的旋轉平臺，通過旋轉平臺轉動座椅，實現不同牽引方向的調整，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根據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，實現牽引力的柔和控制。計算機控制與采集系統還可以采集每個電機的工作過程并存儲到數據庫文件中，將整個過程采集并存儲完畢后，根據存儲的信息對每個電機進行主動加載，復現每個電機的輸出，實現對醫生治療過程的模擬。通過調節電機的加載頻率可以調節牽引過程中電機輸出的快慢。再次使用時，可以直接根據已存儲的文件直接進行康復治療。
[0034]以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發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，均包括于本發明專利申請范圍內。
【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、牽引角度調節裝置、可調節座椅、牽引方向調節裝置、柔和力控制裝置、計算機控制與采集系統； 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； 所述牽引角度調節裝置固定在所述支柱的頂端，并與所述支撐座平行;所述牽引角度調節裝置包括水平設置的橫桿、絲桿滑臺、第二電機、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，所述第二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、聯軸器、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，聯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；當第一電機工作時，其可帶動線輪組件轉動，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； 所述四個滑輪結構相同，包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述支柱、橫桿或滑塊上； 所述牽引方向調節裝置包括電動推桿、連桿、旋轉軸、角度傳感器、旋轉平臺，電動推桿可帶動連桿推動旋轉軸進行旋轉，旋轉軸連接角度傳感器，所述角度傳感器用于檢測所述旋轉軸的旋轉角度，旋轉平臺固定在旋轉軸上，所述可調節座椅固定安裝在旋轉平臺上；所述計算機控制與采集系統分別與上述兩個電機以及拉線位移傳感器、扭矩傳感器組件、角度傳感器組件相連接，可通過所述拉線位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可通過所述角度傳感器的檢測結果計算旋轉座椅的旋轉角度，可根據醫生設置的牽引角度控制所述第二電機，可根據醫生設置的旋轉角度控制所述電動推桿，可根據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，實現牽引力的柔和控制;可主動控制上述兩個電機的工作，也可被動采集記錄兩個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數據庫文件中，之后能根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現頸椎牽引過程。2.根據權利要求1任意一項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800mm。3.根據權利要求1-2所述的頸椎牽引康復機器人，其特征在于，所述牽引角度調節裝置允許的牽引角度為-15度到+45度。
【文檔編號】B25J11/00GK105919705SQ201610364223
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】李想
【申請人】哈爾濱天愈康復醫療機器人有限公司