CN105030476B - 一种脊椎病康复治疗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于脊柱病康复治疗的新型主动机器人，该机器人包括上(1)中(2)下(3)三层矫正环、驱动器(4)、控制器和对应的能源装置。其中上层和下层矫正环采用刚性连接，其相对位置保持不变。中层和下层矫正环采用驱动器进行连接，可以通过控制调整中、下层矫正环相对位置。本产品结构简洁，治疗效果优秀，且佩戴更为舒适，不会妨碍佩戴者日常活动。

Description

一种脊椎病康复治疗机器人

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，具体为涉及一种用于脊椎病康复治疗的机器人，主要用于脊椎侧凸疾病、脊椎运动损伤、脊椎术后等康复和辅助治疗，并可以检测脊椎健康状态。

背景技术

脊椎是人身体的支柱，承受着头颅、躯干的重量，不正确的坐姿、过度劳累等都能造成脊椎产生病变。常见的脊椎疾病包括脊椎侧凸、脊椎运动损伤等。

脊椎侧凸是指脊柱发生横向异常弯曲。现有研究表明，脊椎侧凸不仅导致患者外观畸形，还严重危及人体的消化系统、内分泌系统、肌肉系统、骨骼组织和神经系统，使人产生疼痛，严重时甚至累及脊髓，导致人体机能丧失，出现完全性或不完全性瘫痪。特别是对于青少年骨骼发育时期，如未接受治疗，病情有严重恶化趋势。

脊椎运动损伤通常由运动过量或过于劳累引起，常常由于病情较为缓和、没有突发性症状而未得到足够的重视。但如果病情继续恶化却未得到治疗，往往会转化为关节坏死等更为严重的脊椎疾病，对患者生活造成巨大影响。

目前脊椎病治疗主要有手术疗法和非手术疗法两种。其中手术疗法风险较大，对于特发性脊椎侧凸青少年患者主要采用非手术疗法。近年来，非手术疗法主要应用脊椎矫形器，且研究表明脊椎矫形器能够有效阻止青少年特发性脊柱弯曲等疾病进一步恶化，避免手术治疗。但此类固定矫形器顺应性差，限制患者肌肉发育，妨碍患者正常生活。为改善顺应性，近期提出了采用柔性带方式实现矫形的SpineCor矫形概念，增强了患者佩戴舒适性，改善了患者身体机能灵活性，但降低了矫形效果。

综合国内外研究现状及医疗应用表明，现有脊柱病康复治疗矫形器均为被动形式，矫正力无法良好控制；制作及佩戴需根据临床医师或技师的经验；没有考虑患者姿势的改变对支具所产生矫形力的影响，导致矫形器治疗效果有限。而主动矫形器(动态矫形器)尚未有学者研究涉及。

发明内容

为了克服现有脊椎康复治疗矫形器矫形力无法控制、顺应性差等不足,本发明提供一种新型动态矫形器—脊椎病康复治疗机器人，通过智能化机器人控制方式实现脊椎矫形力控制，有效阻止脊椎运动损伤的进一步恶化，并实现青少年特发性脊椎侧凸的康复治疗。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种脊椎病康复治疗机器人，其结构框架包括上层矫正环1、中层矫正环2、下层矫正环3三层椭圆形矫正环。上层矫正环固定在佩戴者胸部，中层矫正环固定在佩戴者腰部，而下层矫正环固定在佩戴者胯部。其中上、下两层为固定连接，中、下两层通过6个驱动器4进行连接。

本发明中，上、中、下三层矫正环的内衬中带有力传感器装置，可实时采集佩戴者和机器人的相对作用力，通过不断调整位置来保证实用舒适性。同时机器人自身的微型计算机也通过传感器不断实时检测佩戴者脊椎状态，建立患者的数据库，方便进行进一步治疗。

本发明相比同类型其他产品，能根据患者的不同病情，通过产品自身控制采用不同的控制算法对佩戴者进行治疗，进一步提升了治疗效果。且中、下层矫正环之间采用驱动器进行连接，不会对佩戴者日常运动产生阻碍，极大提升了用户体验。

附图说明

图1：脊椎病康复治疗机器人的正面视图。

图2：脊椎病康复治疗机器人的侧面视图。

图中：1.上层矫正环，2.中层矫正环，3.下层矫正环，4.驱动器，5.矫正环固定装置，6.驱动器铰点

具体实施方式

参考图1、图2，本发明专利具体实施方式采用如下技术方案：

一种新型主动式脊椎病康复治疗机器人，其中包括上层矫正环1、中层矫正环2、下层矫正环3、驱动器4、控制器以及能源装置等。中层与下层矫正环通过驱动器4相连，上层1与下层3矫正环通过刚性模块5相连。本发明中的上、中、下三层矫正环均可通过搭扣打开和固定，其圆环半径可根据佩戴者进行调整，并分别固定在佩戴者的胸部、腰部、胯部。矫正环的内圈具有内衬，使佩戴者感觉更加舒适。在内衬中具有力传感器，能够测量佩戴者与机器人的相对作用力。能源装置用于给该机器人提供电力。

本发明中，上、下两层椭圆矫正环可以采用多种刚性连接方式，相对位置不变，但并不仅局限于采用刚性金属条固定方式。

其中中层矫正环2和下层矫正环3通过六个驱动器进行连接，其驱动器可为电动、液压、气动等多种驱动方式。六个驱动器采用力矩控制，对佩戴者持续施加矫正力矩。该机器人整体成动态结构而非固定结构，即在佩戴者进行运动的同时，控制器控制驱动器相应地进行伸缩，保证上、中、下三层矫正环不阻碍佩戴者进行运动。在保证治疗效果的前提下，极大提升了产品的舒适性与方便性。

本发明中，驱动器的摆放方式位置采用类似stewart并联机构的摆放形式，每两个驱动器一组，其铰点相对靠近。其在下层矫正环的六个铰点分为三组，成等边三角形均匀分布在椭圆环上。在中层矫正环上六个驱动器的铰点同样分成三组成等边三角形分布，但三角形顶点与下矫正环的三角形顶点均匀间隔分布。

本发明专利中的驱动器4由设备自身的微型计算机(控制器)所控制，控制器根据矫正环内侧的力传感器的反馈值对矫正机器人的位姿进行调整，保证佩戴者能够顺利进行日常活动。

与该领域同类型产品相比，本发明专利具有如下优势：1.根据佩戴者不同病情对矫正力度进行自动调节，更具有针对性；2.本产品可以通过调整驱动器，调整矫正器姿态，保证佩戴者能够方便进行各项日常活动，更为方便灵活；3.本产品采用主动驱动器进行矫正，效果更为理想；4.可以胜任脊椎侧凸、脊椎运动损伤、脊椎术后保护等多种治疗任务，用途更为广泛；5.本产品配有完整的控制系统和测量系统，能够完整记录患者佩戴情况和脊柱的各项参数，为使用者建立自己的数据库系统。

Claims (4)

1.一种脊椎病康复治疗机器人，其特征在于：该机器人包括上层矫正环、中层矫正环、下层矫正环、驱动器、控制器以及能源装置，其中

三层矫正环在使用时套在佩戴者的胸部、腰部和胯部，矫正环内侧具有内衬和力传感器，所述力传感器可实时采集佩戴者和矫形环之间的相对作用力，下层矫正环与中层矫正环通过6个驱动器连接，使得下层矫正环和中层矫正环之间可以相对运动，上层矫正环和下层矫正环之间采用刚性模块连接，其相对位置保持不变；

所述驱动器可以伸缩，采用力矩控制，通过矫正环对佩戴者持续施加矫正力矩；

所述控制器可控制所述驱动器的伸缩，并可根据患者的不同病情，采用不同的控制算法，根据所述力传感器的反馈值对该机器人整体位姿进行调整，并实时记录佩戴者脊椎状态，存储于患者数据库中；

能源装置用于给该机器人提供电力；

其中该机器人成动态结构而非固定结构，佩戴者进行运动时，控制器控制驱动器进行相应的伸缩，以使矫正环不阻碍佩戴者的正常活动。

2.根据权利要求1所述的脊椎病康复治疗机器人，其中驱动器采用电动驱动、液压驱动或者气动驱动。

3.根据权利要求1所述的脊椎病康复治疗机器人，其特征是：每层矫正环均采用搭扣进行固定，其圆环半径可根据佩戴者进行调整。

4.根据权利要求1所述的脊椎病康复治疗机器人，其中所述刚性模块是一个刚性金属条。