CN112107405A - 一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，涉及人机交互康复辅具领域，包括主动驱动电机模块、固定支撑模块和活动关节组件，所述主动驱动电机模块与所述固定支撑模块相连接，所述主动驱动电机模块包括左肩推杆电机、右肩推杆电机、颈胸椎左前侧推杆电机、颈胸椎左后侧推杆电机、颈胸椎右前侧推杆电机、颈胸椎右后侧推杆电机，所述主动驱动电机模块与所述活动关节组件共同组合成的六连杆动力驱动结构。通过本发明的实施，实现颈椎的被动牵引、前屈后伸、侧屈和水平旋转四个自由度的康复运动，进行颈部的牵引训练以及实现颈部肌肉的定向抗阻训练，提升颈部肌力，增强颈椎的稳定性，改善与矫正颈椎的生物力学平衡。

Description

一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼
技术领域
本发明涉及人机交互康复辅具领域，尤其涉及一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼。
背景技术
颈部是人体几何特性和运动特性最为复杂，以及最易受到伤害的部分之一。随着来随着人们生活习惯及工作方式的改变，颈椎疾病发病率的逐年增高。同时，伴随着并联机构、控制技术以及人机交互等的不断研究与发展，颈椎外骨骼逐渐成为康复领域的研究热点。
现存的颈椎康复外骨骼大多是支撑固定或牵引的单一康复训练，有两种形式，其一是与颈椎硬性接触，但颈椎容易因硬性支撑无法进行适应性调节而损伤；颈椎的支撑点会存在无法紧密贴合或而产生支撑不到位；对颈椎的稳定和纵向张力缺乏足够张力等问题都会影响颈椎的保护与治疗。另外一个是充气型，但其存在对颈椎的支撑疗效无法精确控制，且康复功能较少的问题。
随着人机交互技术与康复医学的发展，本领域的技术人员为了改善现存的颈椎训练器，致力于开发一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其兼具颈椎增强与康复训练功能，可实现在全关节活动范围内的颈部牵引运动训练，通过对颈部肌肉进行定向的抗阻训练和多方向的肌力训练，来增强颈椎的稳定性。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何实现颈椎增强与康复训练功能，增强颈椎的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，包括主动驱动电机模块、固定支撑模块和活动关节组件，所述主动驱动电机模块与所述固定支撑模块相连接，所述主动驱动电机模块包括左肩推杆电机、右肩推杆电机、颈胸椎左前侧推杆电机、颈胸椎左后侧推杆电机、颈胸椎右前侧推杆电机、颈胸椎右后侧推杆电机，所述主动驱动电机模块与所述活动关节组件共同组合成的六连杆动力驱动结构。
进一步地，所述固定支撑模块包括下颌支撑组件、枕骨支撑组件、后侧颈椎支撑件、颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片。
进一步地，所述活动关节组件包括万向关节和球形关节转动铰链。
进一步地，所述颈胸椎左前侧推杆电机、颈胸椎左后侧推杆电机、颈胸椎右前侧推杆电机、颈胸椎右后侧推杆电机的上端分别通过所述万向关节与所述下颌支撑组件或枕骨支撑组件进行螺纹连接，下端分别通过所述球形关节转动铰链与颈胸椎前侧支撑片或所述颈胸椎后侧支撑片进行螺纹连接；所述左肩推杆电机、右肩推杆电机的上端分别通过所述万向关节与所述下颌支撑组件进行螺纹连接，下端分别通过所述万向关节与所述颈胸椎后侧支撑片进行螺纹连接。
进一步地，所述枕骨支撑组件和所述后侧颈椎支撑件通过螺纹连接，当进行颈椎前屈后伸、侧屈以及水平旋转康复运动时，将所述后侧颈椎支撑件拆除，并在所述枕骨支撑组件的中间位置放置角度传感器。
进一步地，还具有压力传感器，所述压力传感器通过螺纹连接件与推杆电机相连接，所述螺纹连接件的另一端与所述万向关节连接。
进一步地，所述万向关节通过轴套与固定支撑模块相连接；所述球形关节转动铰链通过轴套与所述颈胸椎前侧支撑片或所述颈胸椎后侧支撑片相连接。
进一步地，所述颈胸椎前侧支撑片通过前侧支条连接腰椎前侧支撑片，所述颈胸椎后侧支撑片通过后侧支条连接腰椎后侧支撑片；所述前侧支条和所述后侧支条在高度方向上长度可调节。
进一步地，所述下颌支撑组件、枕骨支撑组件通过颈托连接带和第一魔术贴连接；所述颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片通过肩部连接带和第二魔术贴连接。
进一步地，所述颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片的腋下位置还设有支条，所述支条的长度可以调节，所述支条由固定带和第三魔术贴组成；所述腰椎前侧支撑片和所述腰椎后侧支撑片通过腰椎连接带和第四魔术贴连接。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：
1.通过直线推杆电机获得动力，分别实现颈椎的多功能牵引与抗阻训练。实现在全关节范围内的颈部牵引训练，进而有效增强颈部肌力。
2.通过推杆电机与万向关节、球形关节转动铰链的相互配合，可以实现颈部肌肉的定向抗阻训练，增强颈椎的稳定性。
3.通过角度传感器与压力传感器对颈部康复训练进行实时控制与评估。
4.本新型穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼具有一定的柔顺性，因此具备较理想的人机耦合特性，适应颈椎的多功能康复疗效，对使用者的颈椎健康具有促进作用。
5.结构轻便，易于装配与加工。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的动力外骨骼竖直牵引康复运动的结构示意图；
图2是本发明的动力外骨骼侧屈康复运动的结构示意图；
图3是本发明的动力外骨骼水平旋转康复运动的结构示意图；
图4是本发明的动力外骨骼前屈康复运动的结构示意图；
图5是本发明的肩部推杆电机结构示意图；
图6是本发明的颈胸椎推杆电机的结构示意图；
图7是本发明的动力外骨骼的魔术贴支撑装置的结构示意图；
其中：1-主动驱动电机模块；2-固定支撑模块；3-活动关节组件；4-支条；11-颈胸椎左前侧推杆电机；12-左肩推杆电机；13-颈胸椎左后侧推杆电机；14-颈胸椎右前侧推杆电机；15-右肩推杆电机；16-颈胸椎右后侧推杆电机；21-下颌支撑组件；22-枕骨支撑组件；23-后侧颈椎支撑件；24-颈胸椎后侧支撑片；25-后侧支条；26-腰椎后侧支撑片；27-颈胸椎前侧支撑片；28-前侧支条；29-腰椎前侧支撑片；31-第一螺纹连接件；32-万向关节；33-第二螺纹连接件；34-轴套；35-球形关节转动铰链；36-螺纹孔；121-压力传感器；122-第一U型连接件；123-肩部推杆电机外壳；142-第二U型连接件；143-颈胸椎推杆电机外壳；411-颈托连接带；412-第一魔术贴；421-肩部连接带；422-第二魔术贴；431-固定带；432-第三魔术贴；441-腰椎连接带；442-第四魔术贴。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1至图4所示，一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，包括：主动驱动电机模块1、固定支撑模块2和活动关节组件，主动驱动电机模块1与固定支撑模块2相连接，主动驱动电机模块1包括左肩推杆电机12、右肩推杆电机15、颈胸椎左前侧推杆电机11、颈胸椎左后侧推杆电机13、颈胸椎右前侧推杆电机14、颈胸椎右后侧推杆电机16，主动驱动电机模块1与活动关节组件3共同组合成的六连杆结构。固定支撑模块2，包括下颌支撑组件21、枕骨支撑组件22、后侧颈椎支撑件23、颈胸椎前侧支撑片27、颈胸椎后侧支撑片24。活动关节组件3包括万向关节32和球形关节转动铰链35。
如图5至图6所示，颈胸椎左前侧推杆电机11、颈胸椎左后侧推杆电机13、颈胸椎右前侧推杆电机14、颈胸椎右后侧推杆电机16的上端分别通过万向关节32与下颌支撑组件21或枕骨支撑组件22进行螺纹连接，下端分别通过球形关节转动铰链35与颈胸椎前侧支撑片27或颈胸椎后侧支撑片24进行螺纹连接；左肩推杆电机12、右肩推杆电机15的上端分别通过万向关节32与下颌支撑组件21进行螺纹连接，下端分别通过万向关节32与颈胸椎后侧支撑片24进行螺纹连接。
主动驱动电机模块1中，左肩推杆电机12、右肩推杆电机15外设有肩部推杆电机外壳123，颈胸椎左前侧推杆电机11、颈胸椎左后侧推杆电机13、颈胸椎右前侧推杆电机14、颈胸椎右后侧推杆电机16外设有颈胸椎推杆电机外壳143，还具有压力传感器121，压力传感器121通过第二螺纹连接件33与推杆电机相连接，第一螺纹连接件与万向关节32连接。压力传感器121同时可对推杆电机的推程进行实时控制，以及所测力矩进行康复评估；推杆电机不同推程的协调配合运动，实现颈椎的被动牵引、前屈后伸、侧屈以及水平旋转四种形式的康复运动。
固定支撑模块2的枕骨支撑组件22和后侧颈椎支撑件23通过螺纹连接，当进行颈椎前屈后伸、侧屈以及水平旋转康复运动时，将后侧颈椎支撑件23拆除，并在枕骨支撑组件22的中间位置放置角度传感器221；角度传感器221可以准确测量颈椎的康复运动角度；颈胸椎前侧支撑片27、颈胸椎后侧支撑片24的肩部设有肩部连接带421和第二魔术贴422，通过设计成不同型号来实现个性化的适配。
如图7所示，颈胸椎前侧支撑片27通过前侧支条28连接腰椎前侧支撑片29，颈胸椎后侧支撑片24通过后侧支条25连接腰椎后侧支撑片26，前侧支条28和后侧支条25在高度方向上长度可调节。下颌支撑组件21、枕骨支撑组件22之间设有颈托连接带411连接，腰椎前侧支撑片29和腰椎后侧支撑片26之间设有腰椎连接带441，颈托连接带411、腰椎连接带441的长度可以调节，下颌和胸椎下缘还设有第一魔术贴412和第四魔术贴442。颈胸椎前侧支撑片27、颈胸椎后侧支撑片24的腋下位置还设有支条4，支条4由固定带431和第三魔术贴432组成，支条4的长度也可以调节。
本实施例的使用步骤如下：
推杆电机构成并联的六杆动力驱动机构，通过六杆同时且相同推程实现颈椎的被动牵引运动；六杆动力驱动机构通过颈胸椎左前侧推杆电机11和颈胸椎左后侧推杆电机13、左肩推杆电机12的推程/回程与颈胸椎右前侧推杆电机14和颈胸椎右后侧推杆电机16、右肩推杆电机15的回程/推程相互配合实现颈椎的侧屈抗阻训练；六杆动力驱动机构通过颈胸椎左前侧推杆电机11和颈胸椎右前侧推杆电机14、左肩推杆电机12和右肩推杆电机15的回程/推程与颈胸椎左后侧推杆电机13和颈胸椎右后侧推杆电机16推程/回程相互配合实现颈椎的前屈/后伸抗阻训练；六杆动力驱动机构通过颈胸椎左前侧推杆电机11和颈胸椎右前侧推杆电机14与颈胸椎左后侧推杆电机13和颈胸椎右后侧推杆电机16进程不变，通过左肩推杆电机12和右肩推杆电机15的回程/推程实现颈椎的水平旋转抗阻训练。
与现有技术相比，本发明的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，兼顾颈椎增强与康复训练，通过并联的六杆动力驱动机构可以实现颈椎的被动牵引、前屈后伸、侧屈和水平旋转四个自由度的康复运动，进行颈部的牵引训练以及实现颈部肌肉的定向抗阻训练，提升颈部肌力、增强颈椎的稳定性、改善与矫正颈椎的生物力学平衡。通过抗阻训练来强化颈椎的主动肌力，对促进颈椎健康，提高颈椎病高发人群的作业能力具有重大意义。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，包括主动驱动电机模块、固定支撑模块和活动关节组件，所述主动驱动电机模块与所述固定支撑模块相连接，所述主动驱动电机模块包括左肩推杆电机、右肩推杆电机、颈胸椎左前侧推杆电机、颈胸椎左后侧推杆电机、颈胸椎右前侧推杆电机、颈胸椎右后侧推杆电机，所述主动驱动电机模块与所述活动关节组件共同组合成的六连杆动力驱动结构。
2.如权利要求1所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述固定支撑模块包括下颌支撑组件、枕骨支撑组件、后侧颈椎支撑件、颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片。
3.如权利要求2所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述活动关节组件包括万向关节和球形关节转动铰链。
4.如权利要求3所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述颈胸椎左前侧推杆电机、颈胸椎左后侧推杆电机、颈胸椎右前侧推杆电机、颈胸椎右后侧推杆电机的上端分别通过所述万向关节与所述下颌支撑组件或枕骨支撑组件进行螺纹连接，下端分别通过所述球形关节转动铰链与颈胸椎前侧支撑片或所述颈胸椎后侧支撑片进行螺纹连接；所述左肩推杆电机、右肩推杆电机的上端分别通过所述万向关节与所述下颌支撑组件进行螺纹连接，下端分别通过所述万向关节与所述颈胸椎后侧支撑片进行螺纹连接。
5.如权利要求3所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述枕骨支撑组件和所述后侧颈椎支撑件通过螺纹连接，当进行颈椎前屈后伸、侧屈以及水平旋转康复运动时，将所述后侧颈椎支撑件拆除，并在所述枕骨支撑组件的中间位置放置角度传感器。
6.如权利要求4所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，还具有压力传感器，所述压力传感器通过螺纹连接件与推杆电机相连接，所述螺纹连接件的另一端与所述万向关节连接。
7.如权利要求6所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述万向关节通过轴套与固定支撑模块相连接；所述球形关节转动铰链通过轴套与所述颈胸椎前侧支撑片或所述颈胸椎后侧支撑片相连接。
8.如权利要求7所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述颈胸椎前侧支撑片通过前侧支条连接腰椎前侧支撑片，所述颈胸椎后侧支撑片通过后侧支条连接腰椎后侧支撑片；所述前侧支条和所述后侧支条在高度方向上长度可调节。
9.如权利要求8所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述下颌支撑组件、枕骨支撑组件通过颈托连接带和第一魔术贴连接；所述颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片通过肩部连接带和第二魔术贴连接。
10.如权利要求8所述的穿戴式多功能颈椎康复动力外骨骼，其特征在于，所述颈胸椎前侧支撑片、颈胸椎后侧支撑片的腋下位置还设有支条，所述支条的长度可以调节，所述支条由固定带和第三魔术贴组成；所述腰椎前侧支撑片和所述腰椎后侧支撑片通过腰椎连接带和第四魔术贴连接。
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