CN104983545B - 一种可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可穿戴式颈椎康复治疗智能矫形器，包括头套、肩套和三条基于串联机构的串联臂。头套舒适戴在头上，肩套舒适穿在肩上胸前。三条串联臂分布在左肩、右肩和胸前。每条串联臂具有5个转动副，实现跟随头部的3个自由度的转动。承担大脑部分或全部重量，减少颈椎的负重，同时不局限大脑的运动。可依据医生指令，实现颈椎的康复治疗。

Description

一种可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人,属于康复医疗机器人领域。

背景技术

在现在高节奏、高效率、高压力的社会,人们经常以同一姿势伏案工作,久坐不动。由于缺乏运动，颈椎病发病率逐年增加。颈椎病是由于颈椎间盘和颈椎退行性变导致颈脊神经、颈髓、椎动脉和交感神经受到刺激或压迫而出现的一系列临床症状和体征。康复治疗方法分为非手术治疗和手术治疗。一般治疗颈椎病都采用非手术治疗，只有在非手术治疗无效果时才采用手术治疗。非手术治疗指药物治疗、理疗、推拿治疗、牵引治疗等。牵引治疗常作为神经根型、颈型和交感型颈椎病的首选疗法，加上药物治疗的辅助，适应面广，疗效显著。但单纯牵引需要患者卧床，严重影响患者生活质量。颈部矫形器，采用颈托将头部提高使其重力通过颈托传导到肩部，以便减少颈部受到的压力，减少二次损伤及加快恢复。但目前市场上的颈部矫形器具有一定的局限性，如无法调节高度、头部不能转动、不具备辅助头部转动的功能、穿戴不舒适等。

发明内容

本发明旨在提供一种可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人,它可以解决目前市场上的矫形器无法调节高度、头部不能转动、不具备辅助头部转动的功能、和穿戴不舒适的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：基于并联机构的可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人的机械结构包括头套、串联臂、肩套。可以实现的效果有：根据患者颈椎高度调整串联臂的高度、舒适穿戴(头套戴在头上、肩套穿在肩上胸前)、头部能实现三个自由度的转动、电机驱动下辅助头部转动。

具体来说其结构特点如下。

头套由额套、颌套和后套通过带连接而组成，套和带的材质柔软且富有弹性，可舒适地戴在头上。串联臂上端与头套用螺钉连接一起，下端与肩套用螺钉固连。肩套通过带穿在肩上胸前。三条串联臂分别在左肩、右肩和胸前。

每条串联臂具有5个转动副，由上连接板、下连接板、连接杆、连接筒、安装板、连杆和电机组成。下连接板与第一连杆之间的转动副连接电机。

根据每个患者颈椎的高度，设定串联臂抬起头部的高度。然后可关闭电机的控制，头部可实现3个自由度的转动。当患者无法自主转动头部时，通过控制3个电机转动，在3条串联臂协同作用下，辅助头部转动。电机的转动由计算机系统通过人机操作界面进行控制，可以完成对电机的转动的主动加载控制(直接控制电机的转动来使患者转动)、被动加载信息采集(医师对患者头部进行转动时，计算机记录每个电机的转动过程)、对采集的信息进行主动复现控制(复现所记录的每个电机的转动过程以模拟医师的治疗过程)。

附图说明

图1：本发明的结构示意图。

图2：本发明头套的结构示意图。

图3：本发明肩套的结构示意图。

图4：本发明串联臂的结构示意图。

图5：本发明的使用示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明包括基于由额套、颌套、后套和带组成的头套，额套、颌套与后套通过带连接，戴在头上；基于上连接板、下连接板、连接杆、连接筒、安装板、连杆和电机组成的串联臂，上连接板通过螺钉固定在头套，下连接板通过螺钉固定在肩套上，上连接板与第一连杆、第一连杆与第二连杆、第二连杆与第一连接筒、第二连接筒与连接杆以转动副连接，电机固定在下连接板上，电机轴通过安装板与第四连杆连接，第一连接筒与第三连杆、第三连杆与第二连接筒、连接杆与第四连杆都通过一对螺栓螺母连接。肩套通过带穿在肩上胸前。

本发明的工作原理如下：

使用本发明时将头套戴上，肩套穿上，医生根据患者的颈椎情况，调整串联臂伸长高度，即将头部抬高的高度，实现颈部矫形。当患者能自主转动头部时，电机则可以不工作，头套跟随头部转动，从而带动串联臂伸缩或转动，上连接板与第一连杆、第一连杆与第二连杆、第二连杆与第一连接筒、第二连接筒与连接杆均相互转动，肩套不动。

当患者无法自己转动头部时，医生根据康复疗程转动患者头部，3个电机将保持随动状态。通过计算机采集并存储每个电机的转动过程。将整个过程采集完毕之后，将采集到的信息存档到文件中，从而可以根据采集到的信息对三个电机进行主动控制，复现头套的转动过程，从而辅助头部转动，实现对医师康复医疗过程的模拟。再次使用时，可以直接根据已存档的文件直接进行康复医疗。

Claims (1)

1.一种可穿戴式三自由度颈椎康复治疗机器人，其特征在于：该机器人包括头套、肩套和三条串联臂，其中

头套戴在头上，头套包括额套、颌套和后套，额套、颌套和后套通过带相互连接，上述套和带的材质柔软且富有弹性；

每条串联臂包括上连接板、下连接板、连接杆、第一连接筒、第二连接筒、安装板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和电机，上连接板通过螺钉固定在头套上，上连接板与第一连杆、第一连杆与第二连杆、第二连杆与第一连接筒、第二连接筒与连接杆之间都通过转动副连接，第一连接筒与第三连杆、第三连杆与第二连接筒、连接杆与第四连杆之间都通过一对螺栓螺母连接；电机固定在下连接板上，电机轴通过安装板与第四连杆连接；下连接板通过螺钉固定在肩套上；所述三条串联臂的上连接板分别连接颌套中部和后套的左右两侧；

肩套通过带穿在肩上胸前，三条串联臂分别在左肩、右肩和胸前；

该机器人可以实现跟随头部的3个自由度的转动，并且承担头部的部分或全部重量，减少颈椎的负重，同时不限制头部运动；

可根据患者颈椎高度调整串联臂的高度；

该机器人可在电机驱动下辅助头部转动；

当患者能自主转动头部时，电机不工作，头套跟随头部转动，从而带动串联臂伸缩或转动，上连接板与第一连杆、第一连杆与第二连杆、第二连杆与第一连接筒、第二连接筒与连接杆均相互转动，肩套不动；

其中电机的转动由计算机系统通过人机操作界面进行控制，可以直接控制电机的转动来使患者头部转动；

医生根据康复疗程转动患者头部，三个电机将保持随动状态；通过计算机采集并存储每个电机的转动过程，将整个过程采集完毕之后，将采集到的信息存档到文件中，从而计算机可以根据采集到的信息对三个电机进行主动控制，复现头套的转动过程；

再次使用该机器人时，所述计算机根据已存档的文件控制三个电机转动，进行康复医疗。