CN114668626B - 一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于康复医疗设备技术领域，具体涉及一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，包括定平台、与所述定平台连接的动平台、安装在动平台上的腰椎支撑组件以及对称设置在所述腰椎支撑组件两侧的两支撑气囊；所述脊柱支撑组件包括：多个并列设置的波纹管气囊。本发明通过控制并列设置的多个波纹管气囊中压力的大小，实现位于腰椎位置的腰椎支撑组件的不同曲度的调节，以适应不同患者，使腰椎支撑组件能够完全贴合的支撑患者的腰椎部分，保证康复训练过程中的舒适性。3‑PRS并联机构驱动能够使动平台带动人体的背部整体上下移动、前后俯仰和左右摇摆运动。

Description

一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人
技术领域
本发明属于康复医疗设备技术领域，具体涉及一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人。
背景技术
腰椎间盘突出、产后保护、腰肌劳损和腰椎病等是目前很常见的骨科疾病。康复装置是腰部康复的一种常规方法，合理而可靠的牵引可以缓解腰部的疼痛，有助于减小或消除腰椎对椎动脉的压迫，促进血液循环，有助于改进和协调已被损坏的腰椎的内外平衡，使腰椎逐渐恢复为健康的状态。对于腰部损伤严重的患者可以通过康复装置带动腰部前后俯仰、左右摆动以及上下移动使患者缓慢康复，但是由于人体背部的复杂性，腰椎部分比较凹陷，常规的硬质的康复装置表面很难与人体的背部完美贴合，并且刚性的康复装置容易给患者产生抵触心里，舒适性差，不愿意长时间配合治疗。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的康复装置表现难与人体背部完美贴合、舒适性差的缺陷，提供一种安全舒适的位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：包括定平台、与所述定平台连接的动平台、安装在动平台上的腰椎支撑组件以及对称设置在所述腰椎支撑组件两侧的两支撑气囊；所述脊柱支撑组件包括：多个并列设置的波纹管气囊。
进一步地，所述腰椎支撑组件还包括：固定在所述波纹管气囊上的安装架和安装在所述安装架与所述动平台之间的反射式光栅。
进一步地，所述动平台通过设置在定平台上的3-PRS并联机构驱动，所述3-PRS并联机构的每个分支机构包括：滚珠丝杠驱动组、连接在滚珠丝杠驱动组的输出端的连接板、设置在所述连接板上的转轴支架、转动连接在所述转轴支架上的转动副以及与所述转动副连接的球副；所述球副与所述动平台固定连接。
进一步地，所述转动副为一U型架转动连接在所述转轴支架上；所述球副为一圆筒的端部设置万向球，所述圆筒与所述U型架固定连接，所述万向球上设置有螺纹孔，所述万向球与所述动平台通过螺栓固定连接。
进一步地，所述转轴支架上转动连接有承重滑轮，所述承重滑轮在所述定平台上表面滚动。
进一步地，所述连接板上设置有立柱；所述定平台上设置有与所述滚珠丝杠驱动副的直线运动方向平行的轨道；所述立柱滑动连接在所述轨道内。
进一步地，3个分支机构的球副在平面上形成等腰三角形。
进一步地，所述轨道的端部具有用来检测所述立柱位移的位移传感器。
进一步地，所述支撑气囊的四个角与所述动平台之间具有垫片，通过螺栓穿过所述支撑气囊、垫片与所述动平台连接。
更进一步地，所述支撑气囊和所述波纹管气囊的外部还设置有软体硅胶层。
本发明的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人的有益效果是：
1、通过控制并列设置的多个波纹管气囊中压力的大小，实现位于腰椎位置的腰椎支撑组件的不同曲度的调节，以适应不同患者，使腰椎支撑组件能够完全贴合的支撑患者的腰椎部分，保证康复训练过程中的舒适性。
2、3-PRS并联机构驱动能够使动平台带动人体的背部整体上下移动、前后俯仰和左右摇摆运动，通过在支撑气囊和动平台之间设置垫片，使得支撑气囊与动平台与一定的间隙，方便容纳被充气后的支撑气囊，另一方面减小支撑气囊的四个角与动平台接触产生的异响。
3、人体的背部与软体硅胶接触，进一步提升了患者康复训练时的舒适性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的整体外观图；
图2是本发明实施例的爆炸图；
图3是本发明实施例内部结构图；
图4是本发明实施例的3-PRS并联机构图；
图5是本发明实施例的分支机构立体图；
图6是本发明实施例的分支机构部分结构图；
图7是本发明实施例的动平台上结构图；
图8是本发明实施例的腰椎支撑组件结构图。
图中:1、定平台，2、动平台，3、腰椎支撑组件，30、波纹管气囊，31、安装架，32、反射式光栅，4、支撑气囊，5、滚珠丝杠驱动组，6、连接板，7、转轴支架，8、U型架，9、圆筒，10、万向球，11、承重滑轮，12、立柱，13、轨道，14、位移传感器，15、垫片，16、软体硅胶层，17、外壳，19、第一分支机构，20、第二分支机构，21、第三分支机构。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图8所示的本发明的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人的具体实施例，包括定平台1、与定平台1连接的动平台2、安装在动平台2上的腰椎支撑组件3以及对称设置在腰椎支撑组件3两侧的两支撑气囊4。其中定平台1外具有壳体，壳体的上表面微软体硅胶层16。
结合图3、图7和图8，脊柱支撑组件包括：多个并列设置的波纹管气囊30、固定在波纹管气囊30上的安装架31和安装在安装架31与动平台2之间的反射式光栅32。本实施例中具有五个纵向排列的波纹管气囊30，反射式光栅32上下滑动连接在安装架31上，用来测量波纹管气囊30因充入气压的变化引起的位移量，即测量出每个波纹管气囊30的延展程度。通过控制五个波纹管气囊30中气压的大小能够调节整列波纹管气囊30的曲率，以适应不同的患者的脊椎，对脊椎做完全贴合的支撑。
波纹管气囊30两侧的支撑气囊4能够很好支撑人体脊椎两侧的背部。支撑气囊4的四个角与动平台2之间具有垫片15，通过螺栓穿过支撑气囊4、垫片15与动平台2连接。通过在支撑气囊4和动平台2之间设置垫片15，使得支撑气囊4与动平台2与一定的间隙，方便容纳被充气后的支撑气囊4，另一方面减小支撑气囊4的四个角与动平台2接触产生的异响。
为了保证患者训练时的舒适性，支撑气囊4和波纹管气囊30的外部还设置有软体硅胶层16，软体硅胶层16连接在外壳17上部的缺口处。
参见图2、3、5和6，动平台2通过设置在定平台1上的3-PRS并联机构驱动，3-PRS并联机构的每个分支机构包括：滚珠丝杠驱动组5、连接在滚珠丝杠驱动组5的输出端的连接板6、设置在连接板6上的转轴支架7、转动连接在转轴支架7上的转动副以及与转动副连接的球副；球副与动平台2固定连接。转动副为一U型架8转动连接在转轴支架7上；球副为一圆筒9的端部设置万向球10，圆筒9与U型架8固定连接，万向球10上设置有螺纹孔，万向球10与动平台2通过螺栓固定连接。转轴支架7上转动连接有承重滑轮11，承重滑轮11在定平台1上表面滚动。连接板6上设置有立柱12；定平台1上设置有与滚珠丝杠驱动副的直线运动方向平行的轨道13；立柱12滑动连接在轨道13内。轨道13的端部具有用来检测立柱12位移的位移传感器14。
本实施例中，3个分支机构的球副在平面上形成等腰三角形，其中第一分支机构19的球副的中心位于两支撑气囊4的中间位置；第二分支机构20和第三分支机构21分别对称设置在支撑气囊4的下侧，且第二分支机构20和第三分支机构21的球副朝向定平台1的左右两侧，第一分支机构19的球副朝向定平台1的前侧。
本发明的工作原理为：通过三个滚珠丝杠驱动组5同时运动可以将动平台2平稳的上下移动，通过第二分支机构20和第三分支机构21的协调运动可以实现带动人体的腰部左右摆动；通过第二分支机构20和第三分支机构21同步起升，且第一分支机构19反向起升运动实现带动人体腰部的俯仰运动。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：包括定平台（1）、与所述定平台（1）连接的动平台（2）、安装在动平台（2）上的腰椎支撑组件（3）以及对称设置在所述腰椎支撑组件（3）两侧的两支撑气囊（4）；所述腰椎支撑组件（3）包括：多个并列设置的波纹管气囊（30）；所述动平台（2）通过设置在定平台（1）上的3-PRS并联机构驱动，所述3-PRS并联机构的每个分支机构包括：滚珠丝杠驱动组（5）、连接在滚珠丝杠驱动组（5）的输出端的连接板（6）、设置在所述连接板（6）上的转轴支架（7）、转动连接在所述转轴支架（7）上的转动副以及与所述转动副连接的球副；所述球副与所述动平台（2）固定连接；所述转动副为一U型架（8）转动连接在所述转轴支架（7）上；所述球副为一圆筒（9）的端部设置万向球（10），所述圆筒（9）与所述U型架（8）固定连接，所述万向球（10）上设置有螺纹孔，所述万向球（10）与所述动平台（2）通过螺栓固定连接；3个分支机构的球副在平面上形成等腰三角形，其中第一分支机构（19）的球副的中心位于两支撑气囊4的中间位置；第二分支机构（20）和第三分支机构（21）分别对称设置在支撑气囊（4）的下侧，且第二分支机构（20）和第三分支机构（21）的球副朝向定平台（1）的左右两侧，第一分支机构（19）的球副朝向定平台（1）的前侧。
2.根据权利要求1所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述腰椎支撑组件（3）还包括：固定在所述波纹管气囊（30）上的安装架（31）和安装在所述安装架（31）与所述动平台（2）之间的反射式光栅（32）。
3.根据权利要求2所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述转轴支架（7）上转动连接有承重滑轮（11），所述承重滑轮（11）在定平台（1）上表面滚动。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述连接板（6）上设置有立柱（12）；所述定平台（1）上设置有与滚珠丝杠驱动副的直线运动方向平行的轨道（13）；所述立柱（12）滑动连接在所述轨道（13）内。
5.根据权利要求4所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述轨道（13）的端部具有用来检测所述立柱（12）位移的位移传感器（14）。
6.根据权利要求1所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述支撑气囊（4）的四个角与所述动平台（2）之间具有垫片（15），通过螺栓穿过所述支撑气囊（4）、垫片（15）与所述动平台（2）连接。
7.根据权利要求1所述的一种位姿可调的刚柔耦合腰部康复机器人，其特征在于：所述支撑气囊（4）和所述波纹管气囊（30）的外部还设置有软体硅胶层（16）。
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