CN112704623A - 一种牵伸驱动系统及牵伸固定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵伸驱动系统及其牵伸固定系统,所述牵伸驱动系统包括牵伸驱动装置，所述牵伸驱动装置包括舵机、法兰盘、缠线盘及拉簧，所述舵机具有一转轴，所述转轴和所述法兰盘固定连接，所述拉簧的一端和所述法兰盘连接，所述拉簧的另一端和所述缠线盘连接；本发明提供的牵伸驱动系统及其牵伸固定系统可以提供更稳定、更精确的牵引力，让使用者可以根据牵引力的大小以及牵引距离，对患者的病情有更好的掌握。

Description

一种牵伸驱动系统及牵伸固定系统

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，具体涉及一种牵伸驱动系统及牵伸固定系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，患有肢体运动障碍的患者将寻求更加完善的康复治疗方案，对康复治疗的需要也将越来越大，其中各种牵伸支具在肢体运动障碍的康复治疗中，也越来越重要。现在的牵伸支具驱动方式分为动态型和静态型两个大类，有各自的优缺点。动态牵伸支具是指用弹性材料制成并利用弹性材料的张力作用于患者肢体的支具,所述弹性材料可以为弹簧、橡皮筋等自身具有回弹性的部件。传统动态牵伸支具的最大不足是其弹性材料自身的张力难以被精确调控，即无法确定患者肢体组织能承受的张力大小，过大的张力可能导致患者肢体再次受伤，过小的张力则达不到预期的疗效。静态牵伸支具是指使用非弹性材料制成的、可调张力的矫形支具，所述非弹性材料为齿轮、链条、杠杆、金属或塑料关节、松紧螺旋扣等，但是其患者体验差。此外，可使用手动牵伸，但存在着人工机械操作费力和牵引效果差等问题，并且不能测量牵伸力以及位移，使用者只能根据经验来控制牵伸强度以及牵伸位移，患者体验差。

因此，有必要提供一种新型的牵伸驱动系统及牵伸固定系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种牵伸驱动系统及牵伸固定系统，以解决现有牵伸支具的张力难以被精确调控的问题。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种牵伸驱动系统,包括牵伸驱动装置，所述牵伸驱动装置包括舵机、法兰盘和缠线盘及拉簧，所述舵机具有一转轴，所述转轴和所述法兰盘固定连接，所述拉簧的一端和所述法兰盘连接，所述拉簧的另一端和所述缠线盘连接。

优选地，所述牵伸驱动装置还包括一轴承，所述轴承和所述缠线盘、舵机同轴设置，所述缠线盘固定在所述轴承的外侧，所述轴承固定在所述舵机的外侧。

优选地，所述牵伸驱动装置还包括磁片、PCB板和光栅编码器码盘，所述PCB板上集成有霍尔传感器、控制器、光栅编码器、第一通讯模块和电机驱动电路，所述磁片固定在所述法兰盘一端并与所述PCB板连接，所述光栅编码器码盘固定在所述缠线盘上并与所述PCB板连接；所述控制器通过所述霍尔传感器、光栅编码器所测得的所述缠线盘的转动圈数以及角度信息，进而计算得到牵引装置位移或/和牵引力信息。

优选地，所述牵伸驱动装置还包括外壳，所述光栅编码器码盘、轴承、缠线盘的内侧具有通孔，所述舵机的一端分别穿过所述光栅编码器码盘、轴承、缠线盘的内侧通孔后，固定在所述外壳中。

优选地，所述牵伸驱动装置还包括盖板，所述PCB板固定在所述盖板上，所述盖板与所述外壳的末端可拆卸连接。

优选地，所述外壳的顶端上具有固定孔，通过锁紧部件穿过所述固定孔将所述外壳与舵机进行固定。

优选地，所述外壳上设置有支撑部件，所述支撑部件上设置有定位孔。

优选地，所述外壳上设置有周向镂空的开槽，用于供缠绕在所述缠线盘上的牵引装置穿过。

优选地，所述拉簧的数量为至少3个，至少3个所述拉簧的两端分别沿着周向等间隔分布在所述法兰盘和所述缠线盘上。

优选地，还包括控制显示装置，所述控制显示装置为无线遥控器，所述无线遥控器具有第二通讯模块，所述无线遥控器通过所述第二通讯模块、第一通讯模块和所述控制器通讯，用于控制所述舵机的电机转动、显示牵引绳装置或/和牵引力。

优选地，还包括控制显示装置，所述控制显示装置和所述牵伸驱动装置通过线缆连接，所述控制显示装置中设置通过所述线缆向所述牵伸驱动装置提供电能的电源。

优选地，所述控制显示装置的表面设置有显示屏和操作键，所述显示屏用于显示所述牵引绳装置或/和牵引力，所述操作键用于控制述舵机的电机转动速度或/和方向。

优选地，所述控制显示装置中设有存储器，所述存储器中预先存储有控制信息，所述控制信息包括牵引力阈值信息、舵机转动速度阈值信息、训练周期信息中的至少一者，所述控制器根据所述控制信息调整所述舵机转动的速度、方向、训练周期中的至少一者。

优选地，包括缠绕在所述缠线盘的外表面的牵引装置，所述牵引装置一端与所述缠线盘固定，另一端用于与目标对象固定。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种牵伸固定系统，包括上述的牵伸驱动系统以及用于将所述牵伸驱动系统的牵伸驱动装置与目标对象固定的固定装置。

优选地，所述固定装置包括捆绑带、护套、支架及套环中的至少一个。

优选地，所述支架上设有至少一个孔，用于供牵引装置穿过进而将所述牵伸驱动装置与目标对象相连接。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的牵伸驱动系统及牵伸固定系统通过拉簧的特殊设置来实时计算牵引绳的牵引力，并将该牵引力通过控制显示装置反馈给用户，同时可以反馈给控制器，实时调整舵机的转动速度和/或方向；舵机正转反转均可进行，从而调节拉簧的拉伸长度，确保牵引力的稳定，同时用户可以通过控制显示装置所显示的牵引力大小来感知患者的状况。因此，本发明提供的牵伸驱动系统及牵伸固定系统可以提供更稳定、更精确的牵引力，让使用者可以根据牵引力的大小以及牵引距离，对患者的病情有更好的掌握。

附图说明

图1a为本发明实施例中牵伸驱动装置的整体结构示意图；

图1b为本发明实施例中无线遥控器的平面结构示意图；

图2a为本发明实施例中牵伸驱动装置的爆炸结构示意图；

图2b本发明实施例中无线遥控器的立体结构示意图；

图3为本发明实施例中牵伸驱动装置中牵引绳的牵引力以及位移测量示意图；

图4为包括本发明实施例中牵伸驱动装置的牵伸固定系统在手指自动康复训练中的使用示意图。

图中：

1舵机 2法兰盘 3拉簧 4轴承

5缠线盘 6牵引绳 7磁片 8PCB板

9盖板 10外壳 11光栅编码器码盘 12无线遥控器

13转轴 101支撑部件 102顶端 103开槽

121显示屏 122操作键

100手指 200指套 300支架 301支架固定孔

500手臂 600护套 700捆绑带 1010定位孔

800牵伸驱动装置 1021固定孔

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

在以下描述中，为了提供本发明的透彻理解，阐述了很多具体的细节。然而，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下实践，这对本领域普通该技术人员来说将是显而易见的。因此，具体的细节阐述仅仅是示例性的，具体的细节可以由奔放的精神和范围而变化并且仍被认为是在本发明的精神和范围内。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

实施例1

请参见图1a、1b、2a和2b，本实施例提供的牵伸驱动系统包括牵伸驱动装置800和控制显示装置，牵伸驱动装置800包括舵机1、法兰盘2、拉簧3、轴承4、缠线盘5、牵引绳6、磁片7、PCB板8、盖板9、外壳10、光栅编码器码盘11。所述舵机1、法兰盘2、轴承4、缠线盘5、磁片7、PCB板8、盖板9、外壳10和光栅编码器码盘11呈同轴设置。所述轴承4、缠线盘5、光栅编码器码盘11的内侧具有通孔。所述控制显示装置为无线遥控器12，牵伸驱动装置800与控制显示装置之间进行无线通讯。

在一实施方式中，所述外壳10整体呈圆筒状，所述盖板9的形状、尺寸与所述外壳10的末端相匹配，并且所述外壳10的末端和盖板9可拆卸连接，形成有可容纳缠线盘5等部件的内部空间；所述舵机1的一端分别穿过光栅编码器码盘11、轴承4和缠线盘5的内侧通孔后固定在外壳10中，优选地，外壳10的顶端102上具有固定孔1021，舵机1通过锁紧部件，例如4个螺丝穿过固定孔1021固定在外壳10中；缠线盘5固定在轴承4的外侧/外圈上，轴承4的内侧/内圈固定在舵机1外侧；舵机1具有一转轴13，法兰盘2固定在舵机1的转轴13上；法兰盘2与缠线盘5通过拉簧3连接，即拉簧3的一端与法兰盘2连接，另一端与缠线盘5连接(如图3所示)，缠线盘5外侧缠绕有牵引装置如牵引绳6；拉簧3的数量优选为3个，3个拉簧3的两端沿着周向等间隔分布在法兰盘2和缠线盘5上，当然根据具体牵引力需求，所述拉簧进一步优选为至少3个；优选地，外壳10上设置有周向镂空的开槽103，缠线盘5缠绕的牵引绳6位于开槽103处，牵引绳6的端部可以从开槽103处伸出后与目标对象，例如待康复肌体连接。在一实施方式中，与开槽103同一周向上的外壳10上设置有支撑部件101，所述支撑部件101上设有定位孔1010，支撑部件101用于与人体例如手臂固定，可稳定/固定整个牵伸驱动装置，当然，支撑部件101也可以设置在外壳10的其它位置，只要起到稳定/固定整个牵伸驱动装置作用都可以，本发明对此不做限制。

在本实施例中，所述PCB板8上集成有霍尔传感器、光栅编码器、第一通讯模块、控制器以及电机驱动电路。所述磁片7固定在法兰盘2的一端，且与PCB板8上的霍尔传感器电连接。光栅编码器码盘11固定至缠线盘5上且与PCB板8上的光栅编码器电连接,优选地，所述光栅编码器为绝对式编码器。舵机1与PCB板8上的电机驱动电路电连接，优选地，所述舵机为直流减速电机；PCB板8通过例如螺丝固定在盖板9上，所述控制器根据所测得的牵引力大小控制舵机1的电机转动速度和转动方向；无线遥控器12具有第二通讯模块，无线遥控器12通过第二通讯模块与PCB板8进行通讯；无线遥控器12的表面设置有显示屏121和操作键122，显示屏121上可显示牵引绳6的位移以及牵引力大小。通过操控操作键122可控制舵机1的电机转动方向及速度，例如控制电机一个转动方向为释放牵引绳6，而控制电机另一个转动方向为收紧牵引绳6，操作键122可以为按钮。所述第一通讯模块及第二通讯模块为无线通讯模块，以实现牵伸驱动装置800与无线遥控器12的无线通讯。所述牵引绳6包括不同材质的牵引装置，例如钢丝、柔性线缆。

通过以上所述的连接与布置方式，可以实现牵伸驱动装置更加紧凑的构造，并且测量数据更加精确。

所述牵伸驱动系统工作原理为：通过无线遥控器12控制舵机1的正反方向的转动和/或转动速度。舵机1转动过程中，其转轴13通过法兰盘2的承接将旋转扭矩输送到3个拉簧3上，之后拉簧3发生弹性形变，弹性形变的3个拉簧3对缠线盘5施加弹力/牵引力，使得缠线盘5受力后转动，缠线盘5转动从而带动牵引绳6缠绕到缠线盘5上以带动牵引绳6进行牵伸工作。所述牵引绳6的一端固定或者可拆卸地连接至所述缠线盘5，另一端用于与目标对象，例如人体的肢体部分连接。通过所述拉簧3的设置，能够提供双向牵引力跟踪，进而可以实现对牵伸驱动装置更加精确的调控。

图3所示为牵伸驱动装置运动过程中法兰盘2、拉簧3以及缠线盘5的工作示意图，以表明牵引绳的牵引力以及位移测量工作原理：在舵机1转动过程中，法兰盘2上磁片7磁极会一直变换，在PCB板8上的霍尔传感器通过磁极变换测得舵机1转动圈数以及角度；缠线盘5转动的时候，PCB板8上的光栅编码器也通过光栅编码盘11测得缠线盘5的转动圈数以及角度。假设缠线盘5的外周长为L，则通过公式L*(转数+角度/360)可以计算出牵引绳6的位移；其中r为法兰盘2外径，R为缠线盘5内径，α为法兰盘2与缠线盘5转动角度差，转动角度差α可通过霍尔传感器以及光栅编码器测量的角度计算得出，此时拉簧3的长度W为

拉簧3的形变量△W＝W-R-r，从而拉簧拉力为△W*弹性系数，由此可计算出牵引绳的牵引力为△W*弹性系数*cos(r﹡sinα/W)。在其它实施中，可增加另外的光栅编码器及光栅编码盘来代替所述霍尔传感器以测量所述舵机1的转动圈数以及角度。

所述控制器通过霍尔传感器和/或光栅编码器所测得的缠线盘5的转动圈数以及角度信息，进而计算得到牵引绳的位移及牵引力信息，以此通过利用拉簧3的特殊设置来实时计算牵引绳的位移及牵引力，并将牵引绳6的位移和/或牵引力信息经第一通讯模块反馈至无线遥控器12，无线遥控器12上的显示屏121将此位移和/或牵引力信息显示给用户，所述控制器还可以利用计算出的牵引力来实时调整舵机1的转动速度和/或方向。用户通过此位移和/或牵引力信息能够判断患者的状况并且可以根据实际需求，通过操作无线遥控器12上的按钮经第二通讯模块将指令发送至控制器，控制器根据所接收到的指令控制舵机的转动方向和/或速度，进而调整施加在用户上的牵引力大小，实现控制器的被动控制模式。此外，所述控制器根据预设的控制信息，例如预先存储在存储器中的牵引力阈值信息、舵机转动速度信息、训练周期信息，进而自动调整舵机1转动的速度、方向、训练周期中的至少一者，实现控制器的自动控制模式。所述存储器选择性的设置在所述PCB板或者所述无线遥控器12内。用户在使用时，可通过操作无线遥控器12选择不同控制模式，例如如上所述的被动控制模式或者自动控制模式。舵机1正转反转均可进行，从而调节拉簧3的拉伸长度，确保牵引力的稳定，保持输出恒定的牵引力。

图4为包括本发明的实施例提供的牵伸驱动装置800的牵伸固定系统用于进行手指自动康复训练的示意图。请参见图4，所述牵伸固定系统包括如上所述的牵伸驱动系统以及用于将所述牵伸驱动装置800与目标对象/患者固定的固定装置，所述固定装置包括捆绑带700、护套600、支架300及套环200。使用时，用捆绑带700将护套600捆绑在目标对象，例如手臂500上，护套600与支架300连接，将数个本实施例提供的牵伸驱动装置800分别固定于手臂500一侧，支架固定孔301与牵伸驱动装置800的支撑部件101上的定位孔1010对应，以便将牵伸驱动装置800固定，牵伸驱动装置800上的牵引绳6穿过支架上的孔即支架固定孔301与套在手指100关节处的指套/套环200连接；通过无线遥控器12的控制，可周期性拉伸放松牵引绳6来带动手指100进行活动，从而实现手指100自动康复训练，并且用户可以通过遥控器选择性的对相应的手指采用对应模式的训练，例如控制其中一根牵引绳6对对应手指100进行训练，或者同时控制多个牵引绳6对多个相应手指100进行训练。

以上所述的实施例中，将牵伸驱动系统应用于手指的康复训练，但是本发明的牵伸固定系统不仅限于此，例如将所述的牵伸驱动装置与手臂固定连接，以对肘部进行康复训练。

实施例2

与实施例1不同的是本实施例中的控制显示装置与牵伸驱动装置之间通过线缆连接进行有线通讯，而且将用于向所述牵伸驱动装置提供电能的电源转移至控制显示装置中，这样控制显示装置可以利用线缆向牵伸驱动装置提供电能，以此可以进一步减轻牵伸驱动装置自身的重量，而在第一个实施例中，用于向牵伸驱动装置提供电能的电源设置在牵伸驱动装置内。牵伸驱动装置、控制显示装置的其它结构与实施例1相同，牵伸驱动系统、牵伸固定系统的工作原理、工作过程与实施例1相同，本实施例不再赘述；此方式可以明显减小施加在患者上的牵伸驱动装置的重量，利于牵伸驱动装置的灵活操作。

本发明提供的牵伸驱动系统至少具有以下优点：1.智能动态牵伸，使患者在康复训练中有更好的体验2.解决了动态牵伸支具的张力难以被精确调控的问题；3.将手动驱动改为电机驱动，提供稳定的牵引力，可根据需要提供恒定的牵引力，并进行自动训练；4.可测量牵引力的大小以及位移，让用户可以根据牵引力的大小以及牵引距离，对患者情况有更好的掌握；5.提供结构更加紧凑的牵伸驱动装置。

以上所述的实施例中以实现智能动态牵伸。在其它实施例中，如本领域技术人员可理解的，利用如图3中所示的拉簧3的设置方式实现手动牵伸，此时将电机驱动力替换为手动驱动力，并且也无需设置PCB板以及其上的控制器、光栅编码器、霍尔传感器及与其对应的感应装置。至少3个拉簧3可实现双向牵伸，相较于现有的手动牵伸装置，能够提供稳定、精确的牵引力。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (17)

1.一种牵伸驱动系统,其特征在于，包括牵伸驱动装置，所述牵伸驱动装置包括舵机、法兰盘、缠线盘及拉簧，所述舵机具有一转轴，所述转轴和所述法兰盘固定连接，所述拉簧的一端和所述法兰盘连接，所述拉簧的另一端和所述缠线盘连接。

2.根据权利要求1所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述牵伸驱动装置还包括一轴承，所述轴承和所述缠线盘、舵机同轴设置，所述缠线盘固定在所述轴承的外侧，所述轴承固定在所述舵机的外侧。

3.根据权利要求2所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述牵伸驱动装置还包括磁片、PCB板和光栅编码器码盘，所述PCB板上集成有霍尔传感器、控制器、光栅编码器、第一通讯模块和电机驱动电路，所述磁片固定在所述法兰盘一端并与所述PCB板连接，所述光栅编码器码盘固定在所述缠线盘上并与所述PCB板连接；所述控制器通过所述霍尔传感器、光栅编码器所测得的所述缠线盘的转动圈数以及角度信息，进而计算得到牵引装置位移或/和牵引力信息。

4.根据权利要求3所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述牵伸驱动装置还包括外壳，所述光栅编码器码盘、轴承、缠线盘的内侧具有通孔，所述舵机的一端分别穿过所述光栅编码器码盘、轴承、缠线盘的内侧通孔后，固定在所述外壳中。

5.根据权利要求4所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述牵伸驱动装置还包括盖板，所述PCB板固定在所述盖板上，所述盖板与所述外壳的末端可拆卸连接。

6.根据权利要求4所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述外壳的顶端上具有固定孔，通过锁紧部件穿过所述固定孔将所述外壳与舵机进行固定。

7.根据权利要求4所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述外壳上设置有支撑部件，所述支撑部件上设置有定位孔。

8.根据权利要求4所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述外壳上设置有周向镂空的开槽，用于供缠绕在所述缠线盘上的牵引装置穿过。

9.根据权利要求1所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述拉簧的数量为至少3个，至少3个所述拉簧的两端分别沿着周向等间隔分布在所述法兰盘和所述缠线盘上。

10.根据权利要求3所述的牵伸驱动系统，其特征在于，还包括控制显示装置，所述控制显示装置为无线遥控器，所述无线遥控器具有第二通讯模块，所述无线遥控器通过所述第二通讯模块、第一通讯模块和所述控制器通讯，用于控制所述舵机的电机转动、显示牵引装置位移或/和牵引力。

11.根据权利要求3所述的牵伸驱动系统，其特征在于，还包括控制显示装置，所述控制显示装置与所述牵伸驱动装置通过线缆连接，所述控制显示装置中设置有通过所述线缆向所述牵伸驱动装置提供电能的电源。

12.根据权利要求10或11所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述控制显示装置的表面设置有显示屏和操作键，所述显示屏用于显示所述牵引装置位移或/和牵引力，所述操作键用于控制述舵机的电机转动速度或/和方向。

13.根据权利要求10或11所述的牵伸驱动系统，其特征在于，所述控制显示装置中设有存储器，所述存储器中预先存储有控制信息，所述控制信息包括牵引力阈值信息、舵机转动速度阈值信息、训练周期信息中的至少一者，所述控制器根据所述控制信息调整所述舵机转动的速度、方向、训练周期中的至少一者。

14.根据权利要求1-11任一项所述的牵伸驱动系统，其特征在于，包括缠绕在所述缠线盘的外表面的牵引装置，所述牵引装置一端与所述缠线盘固定，另一端用于与目标对象固定。

15.一种牵伸固定系统，其特征在于，所述牵伸固定系统包括如权利要求1-14任一项所述的牵伸驱动系统以及用于将所述牵伸驱动系统的牵伸驱动装置与目标对象固定的固定装置。

16.根据权利要求15所述的牵伸固定系统，其特征在于，所述固定装置包括捆绑带、护套、支架及套环中的至少一个。

17.根据权利要求16所述的牵伸固定系统，其特征在于，所述支架上设有至少一个孔，用于供牵引装置穿过进而将所述牵伸驱动装置与目标对象相连接。

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