CN102512309B - 康复操作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种康复操作系统,主要解决现有康复仪需要患者调整自身位姿,重症患者不便使用的问题。它包括卷桶(1)、导索块(2)、凸轮(3)、电机(6)、平台(9)、摄相机(10)和监控器(11);平台(9)上连接有多根钢索(7),每一根钢索绕过定滑轮(8)穿过导索块,连接到卷桶(1)上;摄相机(10)固定在墙壁上,获取平台(9)的多幅示教图像发送给监控器(11);监控器根据这些示教图像的位姿及系统的标定参数,算出对每一根钢索(7)的控制量,再发送给电机驱动卷桶带动钢索(7)收放,控制平台(9)的移动。本发明具有结构简单、重量轻、工作空间大,且能进行定量康复训练的优点,可用于重症骨折后对病人的康复治疗。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域,涉及康复设备,特别是一种康复操作系统,可用于重症骨折后对病人的康复治疗。
背景技术
不论是外伤性骨折,疲劳性骨折,还是病理性骨折,一旦骨折复位后,即开始进入康复治疗期。骨折手术后的康复治疗目的是为避免造成病人骨折处关节僵硬,软组织沾黏,肌力丧失,功能不良等后遗症。骨折固定术后1个月内,是康复治疗的关键时期,对肢体功能恢复有重要意义,错过这一时期,功能恢复效果将大打折扣。
自从20世纪70年代初,著名骨科医师Salter R B提出滑膜关节持续被动活动CPM理论后,对于骨关节术后的功能恢复起到了重要的作用。通过国内外学者的广泛临床应用,证实了CPM对于减少骨关节术后关节僵硬,恢复关节功能具有积极的意义。
目前的康复主要有电疗、磁疗和运动疗法三种方案:
电疗,是通过两组电极交叉作用于人体患处,交叉部产生动态生物电场,在生物电场的作用下沿骨轴方向产生内生电流,激活骨和软骨细胞,增加细胞的代谢,促成骨痂形成。
磁疗,是通过特制磁耦合器产生最合理的交变脉冲磁场,磁力线穿透患者骨折部位外的夹板、石膏及衣物,作用于皮下组织和骨骼,产生一系列磁场生物效应,形成内生电流,从而刺激骨细胞的趋化和增殖,促进骨折愈合。
运动疗法,主要由有专业经验的治疗师依据病人的情况订制个人化的治疗计划,运动可增加骨质的增生,减少沾黏,增加循环,降低水肿,增加肌力,对恢复功能多有帮助。但这一部分工作目前主要由人手工完成,也有采用治疗仪在治疗师指导下进行运动治疗。
目前已有的治疗仪主要分为两类:上肢关节康复仪和下肢关节康复仪。
上肢关节康复仪主要针对肩、肘关节进行康复,病人将胳膊放入康复设备上固定后,电机通过减速机构,驱动康复仪刚性支架,带动患者小臂绕肩或肘关节进行运动。
下肢关节康复仪主要针对髋、膝和踝关节进行康复,病人将要康复部位,即整个身体、腿或脚放入康复设备上固定后,用电机通过减速机构,驱动连杆机构形成的康复台转动,带动患处肢体进行运动。
上述已有康复仪,在康复操作前,病人需要将自己的患处,即上肢、整个身体或下肢移动并放入设备上,并与之固定后才能实现康复运动。但对于重症患者,或术后不方便移动的患者,则无法使用这种康复仪,只能由治疗师进行人工康复操作。通常对每一位患者,手术后第1~3天,要进行患肢及健肢主动/被动活动关节运动,医嘱为每次10下,每日至少4次。即每一位患者每天至少需要活动80下。手术后3天至出院,针对病人的情况修正治疗计划,还要适度增加活动次数。按此推算,每位治疗师每天不间断工作,也最多康复10位患者。由此可见人工康复治疗过程对治疗师来说工作单调、重复,劳动强度大;对患者来说每次康复运动量与治疗师体力有关,没有定量衡量标准。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足,提供一种康复操作系统,以减轻治疗师的劳动强度,使患者无须调整现有位姿,实现定量进行康复训练。
为实现上述目的,本发明的康复操作系统包括:平台、驱动导索机构、摄相机和监控器;驱动导索机构,包括凸轮、导索块、卷桶和电机;平台上连接有n根钢索,8≥n≥4,每一根钢索绕过定滑轮,穿过导索块,连接到卷桶上;凸轮推动导索块移动,带动钢索水平左右移动,反复换向,电机驱动卷桶旋转,带动钢索收放;摄相机固定在墙壁上,获取平台的k幅示教图像,100≥k≥10,并发送给监控器;监控器调用Matlab单目测距程序根据这些示教图像的位姿,以及对滑轮和平台的标定参数,算出对每一根钢索的控制量,再发送给电机,驱动卷桶带动钢索收放,控制平台的移动。
所述平台的上平面固定有标志点和球铰,钢索通过球铰与平台连接,通过标志点对示教图像进行定位;平台的下平面开有导向槽,槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件,该部件用于固定患者需要康复的肢体,它包括导向螺钉、固定带支架、螺母、固定衬和固定带;导向螺钉内嵌入导向槽;固定带支架上设有通孔,导向螺钉穿过该通孔与螺母连接;固定衬的上平面与螺母接触,下平面直接连接患者要固定的肢体;固定带的一端连接在固定带支架上,另一端穿过固定衬的外端扣,调整好患者需要康复肢体的松紧后,折回粘紧。
所述驱动导索机构,包括支架、电机、减速器、凸轮、导索块和卷桶;电机通过减速器的一路输出轴E,驱动卷桶旋转,带动钢索收放;电机通过减速器的第二路输出轴F,带动凸轮旋转,凸轮推动导索块移动,带动钢索水平左右移动,反复换向。
所述凸轮是一个圆柱凸轮,圆柱面上开有曲线凹槽。
所述导索块,包括滑块、轴、推杆和滚子;推杆固定在滑块上,其末端与滚子连接;滚子在凸轮的曲线凹槽内移动;轴固定在支架上,滑块与轴连接,沿轴水平移动;滑块上开有通孔,钢索穿过该通孔,上端连接球铰,下端连接卷桶。
本发明具有如下优点:
1)本发明在电机的驱动下,借助于n根钢索对平台进行运动控制,使患者需要康复的肢体按一定的轨迹与姿态移动,即通过n根钢索协调收放控制患者需要康复肢体实现指定轨迹的康复运动,与刚性的康复仪相比,具有结构简单、重量轻、工作空间大的特点,可以适应重症患者,或术后不方便移动的患者使用。
2)本发明通过导索块与卷桶的运动合成,带动钢索在卷桶上水平缠绕一层后,自动换向进行下一层的缠绕,保证平台位姿控制过程中对每一根钢索长度的有序收放。
3)本发明能根据治疗师制定的康复治疗方案和给出的示教位姿,控制平台进行定量康复训练,改变了人工康复中工作单调、重复,劳动强度大的缺点,代替了治疗师的重复劳动。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图;
图2为本发明驱动导索机构的结构示意图;
图3为本发明的导索块结构示意图;
图4为本发明的上平面结构示意图;
图5为本发明的下平面结构示意图;
图6为图5的B-B向视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1,本发明是一种康复操作系统,包括钢索7、定滑轮8、平台9、摄相机10、监控器11和驱动导索机构20;其中:
驱动导索机构20的结构如图2所示,其中图2(a)是驱动导索机构的主视图,图2(b)是它的A-A向剖视图,它包括支架5、电机6、减速器4、凸轮3、导索块2和卷桶1;凸轮3是一个圆柱凸轮,圆柱面上开有曲线凹槽29;电机6通过减速器4的一路输出轴E,驱动卷桶1旋转,带动钢索7收放;电机6通过减速器4的第二路输出轴F,带动凸轮3旋转,凸轮3推动导索块2移动,带动钢索7水平左右移动,反复换向;该导索块2的结构如图3所示,它包括滑块24、轴25、推杆26和滚子27,推杆26固定在滑块24上,其末端与滚子27连接;滚子27在凸轮的曲线凹槽29内移动;轴25固定在支架5上,滑块24与轴25连接,沿轴水平移动;滑块24上开有通孔28,钢索7穿过该通孔,上端连接球铰19,下端连接卷桶1;
平台9的上平面结构如图4所示,其上固定有标志点18和球铰19,钢索7通过球铰19与平台9连接,通过标志点18对示教图像进行定位;平台9的下平面结构如图5所示,平台9的下平面开有导向槽21,槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件22,该部件用于固定患者需要康复的肢体;该导向固定部件22的结构如图6所示,它包括导向螺钉15、固定带支架16、螺母17、固定衬13和固定带14,导向螺钉15内嵌入导向槽21内,固定带支架16上设有通孔23,导向螺钉15穿过该通孔与螺母17连接,固定衬13的上平面与螺母17接触,下平面直接连接患者要固定的肢体,固定带14的一端连接在固定带支架16上,另一端穿过固定衬13的外端扣,调整好患者需要康复肢体的松紧后,折回粘紧;
定滑轮8,其数量由钢索决定,与钢索根数相同,设为6个,但不限于6个,按工作空间的设计要求,固定在房间的墙壁上,或者固定在长方体框架12上,或固定在其它框架上;
钢索7,其数量与完全控制末端位姿的自由度个数有关,因为对索牵引并联机构,完全控制末端位姿的n个自由度至少需要n+1根钢索来实现,在图1所示的实施方案中,要控制x,y,z轴平动及绕x,y轴转动共五个自由度,因此采用六根钢索7来控制,但不局限于六根钢索数量,每条钢索的一端固定在平台9上的球铰19上,另一端绕过对应的定滑轮8,穿过导索块2中滑块24上的通孔28,连接到卷桶1上;
摄相机10,按工作空间的设计要求,固定在房间的墙壁上,或者固定在长方体框架12上,或固定在其它框架上。摄相机10获取平台9的k幅示教图像,并发送给监控器11,100≥k≥10;
监控器11,调用Matlab单目测距程序,并根据这些示教图像的位姿,以及对滑轮和平台的标定参数,算出对每一根钢索的控制量,再发送给电机6,驱动卷桶1带动钢索7收放,控制平台9的移动。
参照图2,本发明所述的减速器4设有两路输出轴E和轴F,两轴的转速比为:nE∶nF=n绕∶0.5,nE表示轴E的转速,nF表示轴F的转速,n绕表示钢索7在卷桶1上缠绕一层的圈数。
对安装好的康复系统,初次使用时要先进行标定。对图1所示的实施案例,需要标定的位置有:六个定滑轮7的位置,摄相机10位置,平台9的初始零位以及摄相机10与初始零位的距离。将标定的参数输入到监控器11中,产生整个系统的全局坐标系。
本发明的具体操作方式如下:
步骤一:示教轨迹
1)打开监控器11,摄相机10;
2)根据患者的康复部位,调整导向固定部件22的位置,即拧松螺母17,调整导向块螺钉15和固定带支架16的位置,然后再拧紧螺母17;
3)根据患者的康复部位,选出对应的固定衬13,连接患者要固定的肢体,用固定带14穿过固定衬13的外端扣,调整好患者需要康复肢体的松紧后,折回粘紧;
4)治疗师开始对患者实施一次康复运动,摄相机10获取平台9的示教图像,并发送给监控器11,示教结束。
步骤二:康复治疗
1)监控器11显示示教轨迹,治疗师确认后,给出按示教轨迹治疗一次所用的时间及治疗重复次数,存储治疗方案,开始治疗;
2)治疗结束后,由护理人员解开患者的固定带14,去掉固定衬13,将系统复位后,关闭系统。
如果系统中存储有患者的治疗方案,则再次治疗时只须调出原来的程序,对患者的初始位置进行校对,即可实施康复治疗。
Claims (7)
1.一种康复操作系统,其特征在于:包括平台(9)、驱动导索机构(20)、摄相机(10)和监控器(11);驱动导索机构(20),包括凸轮(3)、导索块(2)、卷桶(1)和电机(6);平台(9)上连接有n根钢索(7),8≥n≥4,每一根钢索(7)绕过定滑轮(8),穿过导索块(2),连接到卷桶(1)上;凸轮(3)推动导索块(2)移动,带动钢索(7)水平左右移动,反复换向,电机(6)驱动卷桶(1)旋转,带动钢索(7)收放;摄相机(10)固定在墙壁上,获取平台(9)的k幅示教图像,100≥k≥10,并发送给监控器(11);监控器(11)调用Matlab单目测距程序根据这些示教图像的位姿,以及对滑轮和平台的标定参数,算出对每一根钢索(7)的控制量,再发送给电机(6),驱动卷桶(1)带动钢索(7)收放,控制平台(9)的移动。
2.根据权利要求1所述的康复操作系统,其特征在于:平台(9)的上平面固定有标志点(18)和球铰(19),钢索(7)通过球铰(19)与平台(9)连接,通过标志点(18)对示教图像进行定位;平台(9)的下平面开有导向槽(21),槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件(22),该部件用于固定患者需要康复的肢体。
3.根据权利要求2所述的康复操作系统,其特征在于:导向固定部件(22),包括导向螺钉(15)、固定带支架(16)、螺母(17)、固定衬(13)和固定带(14);导向螺钉(15)内嵌入导向槽(21);固定带支架(16)上设有通孔(23),导向螺钉(15)穿过该通孔与螺母(17)连接;固定衬(13)的上平面与螺母(17)接触,下平面直接连接患者要固定的肢体;固定带(14)的一端连接在固定带支架(16)上,另一端穿过固定衬(13)的外端扣,调整好患者需要康复肢体的松紧后,折回粘紧。
4.根据权利要求1所述的康复操作系统,其特征在于:驱动导索机构(20),包括支架(5)、电机(6)、减速器(4)、凸轮(3)、导索块(2)和卷桶(1);电机(6)通过减速器(4)的一路输出轴E,驱动卷桶(1)旋转,带动钢索(7)收放;电机(6)通过减速器(4)的第二路输出轴F,带动凸轮(3)旋转,凸轮(3)推动导索块(2)移动,带动钢索(7)水平左右移动,反复换向。
5.根据权利要求1所述的康复操作系统,其特征在于:凸轮(3)是一个圆柱凸轮,圆柱面上开有曲线凹槽(29)。
6.根据权利要求1所述的康复操作系统,其特征在于:导索块(2),包括滑块(24)、轴(25)、推杆(26)和滚子(27);推杆(26)固定在滑块(24)上,其末端与滚子(27)连接;滚子(27)在凸轮的曲线凹槽(29)内移动;轴(25)固定在支架(5)上,滑块(24)与轴(25)连接,沿轴水平移动;滑块(24)上开有通孔(28),钢索(7)穿过该通孔,上端连接球铰(19),下端连接卷桶(1)。
7.根据权利要求4所述的康复操作系统,其特征在于:减速器(4)设有两路输出轴E和轴F,两轴的转速比为:nE∶nF=n绕∶0.5,nE表示轴E的转速,nF表示轴F的转速,n绕表示钢索(7)在卷桶(1)上缠绕一层的圈数。
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