CN105919706B - 一种颈椎牵引康复机器人及其旋转平台机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颈椎牵引康复机器人及其旋转平台机构，所述旋转平台包括平台板、固定底座和自润滑轴承，可调节座椅固定在平台板上，固定底座固定在支撑座上，自润滑轴承固定在固定底座上，平台板固定连接旋转轴，所述旋转轴穿过该自润滑轴承；本发明的机器人可以实现颈椎牵引角度、方向和牵引力大小的精准调控，对颈椎疾病患者可以进行全方位的康复治疗，大大缩短颈椎疾病的康复时间。

Description

一种颈椎牵引康复机器人及其旋转平台机构

【技术领域】

本发明涉及康复医疗机器人领域，尤其涉及一种颈椎牵引康复机器人及其旋转平台机构。

【背景技术】

颈椎是脊柱中活动度最大的地方，能够旋转，左右侧弯和前后屈伸。同时颈椎的椎间小关节面接近水平，所以容易出现关节脱位交锁。同时颈椎上连枕骨，下联胸椎，颈椎椎体后方是颈髓，上颈段为延髓，有生命中枢，损伤到神经，病情严重，可以危及生命。所以颈椎损伤的特点为：颈椎损伤容易发生，颈椎骨折约占全部脊柱骨折的30％，可直接危及患者生命或者是高位截瘫的可能性。颈椎在上方和颅骨及其结构相连，当头部和颈部的力量超过其保护结构所能分散的能力时，颈椎将受损伤，颈椎损伤中大约有40％的患者将有神经症状，大约10％的创伤性脊髓损伤的患者无明显脊椎损伤的X线证据，由于颈椎损伤危险性较大，也有较大的潜在危险性，所以正确评估和及早治疗颈椎损伤以及潜在的颈椎损伤非常重要。目前国内针对颈椎康复治疗的已有一些专利成果，而这些成果均有一定地局限性，如能够牵引的角度固定、模拟医师治疗过程能力不足、固定不够平稳、穿戴不够舒适等。

【发明内容】

本发明主要针对于颈椎损伤患者，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论进行机械设计，提出一种具有多自由度训练方向、多模态训练形式的颈椎牵引康复医疗机器人。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种颈椎牵引康复机器人，该机器人包括支撑座、支柱、牵引绳索、牵引头套、牵引角度调节装置、可调节座椅、牵引方向调节装置、柔和力控制装置、计算机控制与采集系统；

所述支撑座用于支撑整个机器人，所述支柱垂直固定在所述支撑座上；

所述牵引角度调节装置固定在所述支柱的顶端，并与所述支撑座平行；所述牵引角度调节装置包括水平设置的横杆、丝杆滑台、第二电机、拉线位移传感器；所述丝杆滑台固定在所述横杆的上方，并具有可在该丝杆滑台上滑动的滑块，所述第二电机用于拉动该滑块在丝杆滑台上滑动；所述滑块下方固定连接了一个滑轮；所述拉线位移传感器的钢绳连接于所述滑块，用于检测滑块的位移；

所述柔和力控制装置包括底座，以及在底座上固定的第一电机及减速器组件、联轴器、扭矩传感器组件和线轮组件，所述底座固定在所述支撑座上，第一电机通过减速器输出扭矩，联轴器一端连接所述减速器，另一端连接所述线轮组件，该线轮组件上缠绕着所述牵引绳索。所述扭矩传感器组件设置在联轴器和线轮组件之间，用于实时检测和反馈输出扭矩的大小；当第一电机工作时，其可带动线轮组件转动，从而拉动牵引绳索；

所述支柱上固定了两个滑轮，所述横杆下方固定了一个滑轮，在所述线轮组件上缠绕的牵引绳索依次穿过支柱上的两个滑轮，再穿过横杆上的滑轮，然后穿过滑块上的滑轮，最后连接到所述牵引头套；

所述牵引方向调节装置包括电动推杆、连杆、旋转轴、旋转平台，电动推杆带动连杆推动旋转轴进行旋转，旋转轴上固定角度传感器，旋转平台固定在旋转轴上，所述角度传感器用于检测所述旋转轴的旋转角度，因此可以实现旋转平台进行±70度旋转，所述可调节座椅固定安装在旋转平台上；

所述旋转平台包括平台板、固定底座和自润滑轴承，可调节座椅固定在平台板上，固定底座固定在支撑座上，自润滑轴承固定在固定底座上，平台板固定连接旋转轴，所述旋转轴穿过该自润滑轴承；

所述计算机控制与采集系统分别与上述两个电机以及拉线位移传感器、扭矩传感器组件、角度传感器相连接，可通过所述拉线位移传感器的检测结果计算牵引的角度，可通过角度传感器的检测结果计算旋转座椅的旋转角度，可根据医生设置的牵引角度控制所述第二电机，可根据医生设置的旋转角度控制所述电动推杆，可根据所述扭矩传感器组件反馈的信号，控制第一电机的输出扭矩，实现牵引力的柔和控制；可根据所述角度传感器的检测结果计算并控制旋转平台的旋转角度；可主动控制上述两个电机的工作，也可被动采集记录两个电机的工作过程，将采集到的过程信息存档到数据库文件中，之后能根据所述数据库文件控制电机工作，从而复现颈椎牵引过程。

优选的，所述丝杆滑台的有效行程为800mm。

优选的，所述牵引角度调节装置允许的牵引角度为-15度到+45度。

本发明的技术效果是：本发明的机器人可以实现颈椎牵引角度、方向和牵引力大小的精准调控，对颈椎疾病患者可以进行全方位的康复治疗，大大缩短颈椎疾病的康复时间。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1和图2是本发明的总体结构示意图；

图3是本发明机器人的牵引角度调节装置示意图；

图4是本发明机器人的柔和力控制装置示意图；

图5是本发明机器人的牵引绳索和牵引头套安装示意图；

图6是本发明机器人的牵引方向调节装置示意图；

图7是本发明机器人的旋转平台机构示意图；

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

参见附图1-2，本发明的颈椎牵引康复机器人在总体结构上包括支撑座、支柱、牵引绳索、牵引头套(图中未标出)、牵引角度调节装置、可调节座椅、牵引方向调节装置、柔和力控制装置、计算机控制与采集系统。

所述支撑座呈长条形，是整个机器人的底座，用于支撑整个机器人。所述支柱垂直固定在支撑座上，在支柱的顶端，固定连接着水平设置的牵引角度调节装置，该牵引角度调节装置与支撑座平行。

参见附图3，其示出了本发明机器人的牵引角度调节装置，该牵引角度调节装置包括横杆、丝杆滑台、第二电机、拉线位移传感器，所述横杆水平设置，在所述横杆上方固定了所述丝杆滑台，该丝杆滑台的有效行程为800mm，滑块可在该丝杆滑台上滑动，所述第二电机可以拉动该滑块在丝杆滑台上滑动。所述滑块下方固定了一个滑轮，用于穿过牵引绳索。所述拉线位移传感器的钢绳连接于所述滑块，用于测量滑块的位移，计算机控制与采集系统通过滑块的位移就可以计算出牵引的角度。优选的，牵引的角度(即牵引绳索对颈椎牵引力与垂直方向的夹角)应该为-15度到+45度为宜。

参见附图4，其示出了本发明机器人的柔和力控制装置，所述柔和力控制装置具有一个底座，该底座固定在所述支撑座上，在底座上固定了第一电机及减速器组件、联轴器、扭矩传感器组件和线轮组件，第一电机与该减速器连接，通过减速器输出扭矩，所述联轴器一端用传动件连接减速器，另一端输出连接到线轮组件，该线轮组件上缠绕着牵引绳索。所述扭矩传感器组件设置在联轴器和线轮组件之间，用于实时检测和反馈输出扭矩的大小。当第一电机工作时，其可带动线轮组件转动，从而拉动牵引绳索，实现对颈椎的牵引。计算机控制与采集系统可以根据所述扭矩传感器组件反馈的信号，控制第一电机的输出扭矩，实现牵引力的柔和控制。

参见附图5，其示出了牵引绳索和牵引头套的安装设置。在所述支柱上固定了两个滑轮，在牵引角度调节装置的横杆上还固定了一个滑轮。在上述线轮组件上缠绕的牵引绳索依次穿过支柱上的两个滑轮，再穿过横杆上的滑轮，然后穿过牵引角度调节装置的滑块上的滑轮，最后连接到所述牵引头套。

参见附图6，其示出了本发明机器人的牵引方向调节装置，所述牵引方向调节装置也安装在所述支撑座上。该牵引方向调节装置包括电动推杆、连杆、旋转轴、角度传感器、旋转平台。所述电动推杆用于带动连杆推动旋转轴进行旋转，所述旋转平台固定在旋转轴上，所述旋转轴上连接角度传感器，所述可调节座椅固定安装在旋转平台上。基于上述结构，当电动推杆工作时可以带动旋转平台进行±70度旋转，当旋转平台旋转时，可调节座椅也跟着旋转，从而实现牵引方向的变化。所述角度传感器可检测旋转轴旋转的角度，计算机控制与采集系统通过该角度传感器检测的角度就可以获知所述可调节座椅的旋转角度和方向。所述旋转平台包括平台板、固定底座和自润滑轴承，可调节座椅固定在平台板上，固定底座固定在支撑座上，自润滑轴承固定在固定底座上，平台板固定连接旋转轴，所述旋转轴穿过该自润滑轴承。

所述计算机控制与采集系统分别与上述两个电机以及拉线位移传感器、扭矩传感器组件、角度传感器相连接，一方面可以主动控制两个电机的运动，另一方面可以采集所述两个电机的运动数据和三个传感器的检测数据，将采集到的数据存档到数据库文件中，之后能够根据所述数据库文件控制电机工作，从而复现颈椎牵引过程。

两个电机由计算机控制与采集系统通过人机操作界面进行控制，可以完成对两个电机的主动加载控制(即直接控制电机的运动来牵引患者颈椎)、被动加载信息采集(即先由医师主动控制，对固定在本发明机器人上的患者颈椎进行牵引时，计算机控制与采集系统记录每个电机的工作过程)、对采集的信息进行主动复现控制(即复现所记录的每个电机的运动过程以模拟医师的治疗过程)。

本发明的工作过程如下：

使用本发明的康复机器人时，患者先坐在可调节座椅上，用座椅上的固定带将患者上身和腰部固定，然后用牵引头套将患者的下颌和枕部固定，通过计算机控制与采集系统，医生可设置牵引角度，计算机控制与采集系统通过调整牵引角度调节装置上的滑块位置，实现牵引角度的调整，然后医生可设置旋转平台的旋转角度，计算机控制与采集系统基于该旋转角度控制电动推杆，以调整牵引方向调节装置的旋转平台，通过旋转平台转动座椅，实现不同牵引方向的调整，最后操作柔和力控制装置，对颈椎进行牵引，其中计算机控制与采集系统根据所述扭矩传感器组件反馈的信号，控制第一电机的输出扭矩，实现牵引力的柔和控制。计算机控制与采集系统还可以采集每个电机的工作过程并存储到数据库文件中，将整个过程采集并存储完毕后，根据存储的信息对每个电机进行主动加载，复现每个电机的输出，实现对医生治疗过程的模拟。通过调节电机的加载频率可以调节牵引过程中电机输出的快慢。再次使用时，可以直接根据已存储的文件直接进行康复治疗。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (3)

1.一种颈椎牵引康复机器人，其特征在于，该机器人包括支撑座、支柱、牵引绳索、牵引头套、牵引角度调节装置、可调节座椅、牵引方向调节装置、柔和力控制装置、计算机控制与采集系统；

所述支撑座用于支撑整个机器人，所述支柱垂直固定在所述支撑座上；

所述牵引角度调节装置固定在所述支柱的顶端，并与所述支撑座平行；所述牵引角度调节装置包括水平设置的横杆、丝杆滑台、第二电机、拉线位移传感器；所述丝杆滑台固定在所述横杆的上方，并具有可在该丝杆滑台上滑动的滑块，所述第二电机用于拉动该滑块在丝杆滑台上滑动；所述滑块下方固定连接了一个滑轮；所述拉线位移传感器的钢绳连接于所述滑块，用于检测滑块的位移；

所述柔和力控制装置包括底座，以及在底座上固定的第一电机及减速器组件、联轴器、扭矩传感器组件和线轮组件，所述底座固定在所述支撑座上，第一电机通过减速器输出扭矩，联轴器一端连接所述减速器，另一端连接所述线轮组件，该线轮组件上缠绕着所述牵引绳索，所述扭矩传感器组件设置在联轴器和线轮组件之间，用于实时检测和反馈输出扭矩的大小；当第一电机工作时，其可带动线轮组件转动，从而拉动牵引绳索；

所述支柱上固定了两个滑轮，所述横杆下方固定了一个滑轮，在所述线轮组件上缠绕的牵引绳索依次穿过支柱上的两个滑轮，再穿过横杆上的滑轮，然后穿过滑块上的滑轮，最后连接到所述牵引头套；

所述牵引方向调节装置包括电动推杆、连杆、旋转轴、角度传感器、旋转平台，电动推杆可带动连杆推动旋转轴进行旋转，旋转轴连接角度传感器，所述角度传感器用于检测所述旋转轴的旋转角度，

所述旋转平台包括平台板、固定底座和自润滑轴承，可调节座椅固定在平台板上，固定底座固定在支撑座上，自润滑轴承固定在固定底座上，平台板固定连接旋转轴，所述旋转轴穿过该自润滑轴承；

所述计算机控制与采集系统分别与上述两个电机以及拉线位移传感器、扭矩传感器组件、角度传感器相连接，可通过所述拉线位移传感器的检测结果计算牵引的角度，可根据医生设置的牵引角度控制所述第二电机，可根据医生设置的旋转角度控制所述电动推杆，可根据所述扭矩传感器组件反馈的信号，控制第一电机的输出扭矩，实现牵引力的柔和控制；可根据所述角度传感器的检测结果计算并控制旋转平台的旋转角度；可主动控制上述两个电机的工作，也可被动采集记录两个电机的工作过程和三个传感器的检测数据，将采集到的过程信息存档到数据库文件中，之后能根据所述数据库文件控制电机工作，从而复现颈椎牵引过程。

2.根据权利要求1所述的颈椎牵引康复机器人，其特征在于，所述丝杆滑台的有效行程为800mm。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的颈椎牵引康复机器人，其特征在于，所述牵引角度调节装置允许的牵引角度为-15度到+45度。