CN202620118U - 一种康复操作系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种康复操作系统，主要解决现有康复仪需要患者调整自身位姿，重症患者不便使用的问题。它包括卷桶(1)、导索块(2)、电机(6)、平台(9)、摄相机(10)和监控器(11)；平台(9)上连接有多根钢索(7)，每一根钢索绕过定滑轮(8)穿过导索块，连接到卷桶(1)上；摄相机(10)固定在墙壁上，获取平台(9)的多幅示教图像发送给监控器(11)；监控器根据这些示教图像的位姿及系统的标定参数，算出对每一根钢索(7)的控制量，再发送给电机驱动卷桶带动钢索(7)收放，控制平台(9)的移动。本实用新型具有结构简单、重量轻、工作空间大，且能进行定量康复训练的优点，可用于重症骨折后对病人的康复治疗。

Description

一种康复操作系统

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，涉及康复设备，特别是一种康复操作系统，可用于重症骨折后对病人的康复治疗。

背景技术

不论是外伤性骨折，疲劳性骨折，还是病理性骨折，一旦骨折复位后，即开始进入康复治疗期。骨折手术后的康复治疗目的是为避免造成病人骨折处关节僵硬，软组织沾黏，肌力丧失，功能不良等后遗症。骨折固定术后1个月内，是康复治疗的关键时期，对肢体功能恢复有重要意义，错过这一时期，功能恢复效果将大打折扣。

自从20世纪70年代初，著名骨科医师Salter R B提出滑膜关节持续被动活动CPM理论后，对于骨关节术后的功能恢复起到了重要的作用。通过国内外学者的广泛临床应用，证实了CPM对于减少骨关节术后关节僵硬，恢复关节功能具有积极的意义。

目前的康复主要有电疗、磁疗和运动疗法三种方案：

电疗，是通过两组电极交叉作用于人体患处，交叉部产生动态生物电场，在生物电场的作用下沿骨轴方向产生内生电流，激活骨和软骨细胞，增加细胞的代谢，促成骨痂形成。

磁疗，是通过特制磁耦合器产生最合理的交变脉冲磁场，磁力线穿透患者骨折部位外的夹板、石膏及衣物，作用于皮下组织和骨骼，产生一系列磁场生物效应，形成内生电流，从而刺激骨细胞的趋化和增殖，促进骨折愈合。

运动疗法，主要由有专业经验的治疗师依据病人的情况订制个人化的治疗计划，运动可增加骨质的增生，减少沾黏，增加循环，降低水肿，增加肌力，对恢复功能多有帮助。但这一部分工作目前主要由人手工完成，也有采用治疗仪在治疗师指导下进行运动治疗。

目前已有的治疗仪主要分为两类：上肢关节康复仪和下肢关节康复仪。

上肢关节康复仪主要针对肩、肘关节进行康复，病人将胳膊放入康复设备上固定后，电机通过减速机构，驱动康复仪刚性支架，带动患者小臂绕肩或肘关节进行运动。

下肢关节康复仪主要针对髋、膝和踝关节进行康复，病人将要康复部位，即整个身体、腿或脚放入康复设备上固定后，用电机通过减速机构，驱动连杆机构形成的康复台转动，带动患处肢体进行运动。

上述已有康复仪，在康复操作前，病人需要将自己的患处，即上肢、整个身体或下肢移动并放入设备上，并与之固定后才能实现康复运动。但对于重症患者，或术后不方便移动的患者，则无法使用这种康复仪，只能由治疗师进行人工康复操作。通常对每一位患者，手术后第1～3天，要进行患肢及健肢主动/被动活动关节运动，医嘱为每次10下，每日至少4次。即每一位患者每天至少需要活动80下。手术后3天至出院，针对病人的情况修正治疗计划，还要适度增加活动次数。按此推算，每位治疗师每天不间断工作，也最多康复10位患者。由此可见人工康复治疗过程对治疗师来说工作单调、重复，劳动强度大；对患者来说每次康复运动量与治疗师体力有关，没有定量衡量标准。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种康复操作系统，以减轻治疗师的劳动强度，使患者无须调整现有位姿，实现定量进行康复训练。

为实现上述目的，本实用新型的康复操作系统包括：平台、驱动导索机构、摄相机和监控器；驱动导索机构，包括凸轮、导索块、卷桶和电机；平台上连接有n根钢索，8≥n≥4，每一根钢索绕过定滑轮，穿过导索块，连接到卷桶上；凸轮推动导索块移动，带动钢索水平左右移动，反复换向，电机驱动卷桶旋转，带动钢索收放；摄相机固定在墙壁上，获取平台的k幅示教图像，100≥k≥10，并发送给监控器；监控器调用Matlab单目测距程序根据这些示教图像的位姿，以及对滑轮和平台的标定参数，算出对每一根钢索的控制量，再发送给电机，驱动卷桶带动钢索收放，控制平台的移动。

所述平台的上平面固定有标志点和球铰，钢索通过球铰与平台连接，通过标志点对示教图像进行定位；平台的下平面开有导向槽，槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件，该部件用于固定患者需要康复的肢体，它包括导向螺钉、固定带支架、螺母、固定衬和固定带；导向螺钉内嵌入导向槽；固定带支架上设有通孔，导向螺钉穿过该通孔与螺母连接；固定衬的上平面与螺母接触，下平面直接连接患者要固定的肢体；固定带的一端连接在固定带支架上，另一端穿过固定衬的外端扣，调整好患者需要康复肢体的松紧后，折回粘紧。

所述驱动导索机构，包括支架、电机、减速器、凸轮、导索块和卷桶；电机通过减速器的一路输出轴E，驱动卷桶旋转，带动钢索收放；电机通过减速器的第二路输出轴F，带动凸轮旋转，凸轮推动导索块移动，带动钢索水平左右移动，反复换向。

所述凸轮是一个圆柱凸轮，圆柱面上开有曲线凹槽。

所述导索块，包括滑块、轴、推杆和滚子；推杆固定在滑块上，其末端与滚子连接；滚子在凸轮的曲线凹槽内移动；轴固定在支架上，滑块与轴连接，沿轴水平移动；滑块上开有通孔，钢索穿过该通孔，上端连接球铰，下端连接卷桶。

本实用新型具有如下优点：

1)本实用新型在电机的驱动下，借助于n根钢索对平台进行运动控制，使患者需要康复的肢体按一定的轨迹与姿态移动，即通过n根钢索协调收放控制患者需要康复肢体实现指定轨迹的康复运动，与刚性的康复仪相比，具有结构简单、重量轻、工作空间大的特点，可以适应重症患者，或术后不方便移动的患者使用。

2)本实用新型通过导索块与卷桶的运动合成，带动钢索在卷桶上水平缠绕一层后，自动换向进行下一层的缠绕，保证平台位姿控制过程中对每一根钢索长度的有序收放。

3)本实用新型能根据治疗师制定的康复治疗方案和给出的示教位姿，控制平台进行定量康复训练，改变了人工康复中工作单调、重复，劳动强度大的缺点，代替了治疗师的重复劳动。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型驱动导索机构的结构示意图；

图3为本实用新型的导索块结构示意图；

图4为本实用新型的上平面结构示意图；

图5为本实用新型的下平面结构示意图；

图6为图5的B-B向视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，本实用新型是一种康复操作系统，包括钢索7、定滑轮8、平台9、摄相机10、监控器11和驱动导索机构20；其中：

驱动导索机构20的结构如图2所示，其中图2(a)是驱动导索机构的主视图，图2(b)是它的A-A向剖视图，它包括支架5、电机6、减速器4、凸轮3、导索块2和卷桶1；凸轮3是一个圆柱凸轮，圆柱面上开有曲线凹槽29；电机6通过减速器4的一路输出轴E，驱动卷桶1旋转，带动钢索7收放；电机6通过减速器4的第二路输出轴F，带动凸轮3旋转，凸轮3推动导索块2移动，带动钢索7水平左右移动，反复换向；该导索块2的结构如图3所示，它包括滑块24、轴25、推杆26和滚子27，推杆26固定在滑块24上，其末端与滚子27连接；滚子27在凸轮的曲线凹槽29内移动；轴25固定在支架5上，滑块24与轴25连接，沿轴水平移动；滑块24上开有通孔28，钢索7穿过该通孔，上端连接球铰19，下端连接卷桶1；

平台9的上平面结构如图4所示，其上固定有标志点18和球铰19，钢索7通过球铰19与平台9连接，通过标志点18对示教图像进行定位；平台9的下平面结构如图5所示，平台9的下平面开有导向槽21，槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件22，该部件用于固定患者需要康复的肢体；该导向固定部件22的结构如图6所示，它包括导向螺钉15、固定带支架16、螺母17、固定衬13和固定带14，导向螺钉15内嵌入导向槽21内，固定带支架16上设有通孔23，导向螺钉15穿过该通孔与螺母17连接，固定衬13的上平面与螺母17接触，下平面直接连接患者要固定的肢体，固定带14的一端连接在固定带支架16上，另一端穿过固定衬13的外端扣，调整好患者需要康复肢体的松紧后，折回粘紧；

定滑轮8，其数量由钢索决定，与钢索根数相同，设为6个，但不限于6个，按工作空间的设计要求，固定在房间的墙壁上，或者固定在长方体框架12上，或固定在其它框架上；

钢索7，其数量与完全控制末端位姿的自由度个数有关，因为对索牵引并联机构，完全控制末端位姿的n个自由度至少需要n+1根钢索来实现，在图1所示的实施方案中，要控制x，y，z轴平动及绕x，y轴转动共五个自由度，因此采用六根钢索7来控制，但不局限于六根钢索数量，每条钢索的一端固定在平台9上的球铰19上，另一端绕过对应的定滑轮8，穿过导索块2中滑块24上的通孔28，连接到卷桶1上；

摄相机10，按工作空间的设计要求，固定在房间的墙壁上，或者固定在长方体框架12上，或固定在其它框架上。摄相机10获取平台9的k幅示教图像，并发送给监控器11，100≥k≥10；

监控器11，调用Matlab单目测距程序，并根据这些示教图像的位姿，以及对滑轮和平台的标定参数，算出对每一根钢索的控制量，再发送给电机6，驱动卷桶1带动钢索7收放，控制平台9的移动。

参照图2，本实用新型所述的减速器4设有两路输出轴E和轴F，两轴的转速比为：n_E∶n_F＝n_绕∶0.5，n_E表示轴E的转速，n_F表示轴F的转速，n_绕表示钢索7在卷桶1上缠绕一层的圈数。

对安装好的康复系统，初次使用时要先进行标定。对图1所示的实施案例，需要标定的位置有：六个定滑轮7的位置，摄相机10位置，平台9的初始零位以及摄相机10与初始零位的距离。将标定的参数输入到监控器11中，产生整个系统的全局坐标系。

本实用新型的具体操作方式如下：

步骤一：示教轨迹

1)打开监控器11，摄相机10；

2)根据患者的康复部位，调整导向固定部件22的位置，即拧松螺母17，调整导向块螺钉15和固定带支架16的位置，然后再拧紧螺母17；

3)根据患者的康复部位，选出对应的固定衬13，连接患者要固定的肢体，用固定带14穿过固定衬13的外端扣，调整好患者需要康复肢体的松紧后，折回粘紧；

4)治疗师开始对患者实施一次康复运动，摄相机10获取平台9的示教图像，并发送给监控器11，示教结束。

步骤二：康复治疗

1)监控器11显示示教轨迹，治疗师确认后，给出按示教轨迹治疗一次所用的时间及治疗重复次数，存储治疗方案，开始治疗；

2)治疗结束后，由护理人员解开患者的固定带14，去掉固定衬13，将系统复位后，关闭系统。

如果系统中存储有患者的治疗方案，则再次治疗时只须调出原来的程序，对患者的初始位置进行校对，即可实施康复治疗。

Claims (7)

1.一种康复操作系统，其特征在于：包括平台（9）、驱动导索机构（20）、摄相机（10）和监控器（11）；驱动导索机构（20），包括凸轮（3）、导索块（2）、卷桶（1）和电机（6）；平台（9）上连接有n根钢索（7），8≥n≥4，每一根钢索（7）绕过定滑轮（8），穿过导索块（2），连接到卷桶（1）上；凸轮（3）推动导索块（2）移动，带动钢索（7）水平左右移动，反复换向，电机（6）驱动卷桶（1）旋转，带动钢索（7）收放；摄相机（10）固定在墙壁上，获取平台（9）的k幅示教图像，100≥k≥10，并发送给监控器（11）；监控器（11）通过电机（6）驱动卷桶（1），带动钢索（7）收放，控制平台（9）的移动。

2.根据权利要求1所述的康复操作系统，其特征在于：平台（9）的上平面固定有标志点（18）和球铰（19），钢索（7）通过球铰（19）与平台（9）连接，通过标志点（18）对示教图像进行定位；平台（9）的下平面开有导向槽（21），槽内嵌入可沿导向槽移动的导向固定部件（22），该部件用于固定患者需要康复的肢体。

3.根据权利要求2所述的康复操作系统，其特征在于：导向固定部件（22），包括导向螺钉（15）、固定带支架（16）、螺母（17）、固定衬（13）和固定带（14）；导向螺钉（15）内嵌入导向槽（21）；固定带支架（16）上设有通孔（23），导向螺钉（15）穿过该通孔与螺母（17）连接；固定衬（13）的上平面与螺母（17）接触，下平面直接连接患者要固定的肢体；固定带（14）的一端连接在固定带支架（16）上，另一端穿过固定衬（13）的外端扣，调整好患者需要康复肢体的松紧后，折回粘紧。

4.根据权利要求1所述的康复操作系统，其特征在于：驱动导索机构（20）,包括支架（5）、电机（6）、减速器（4）、凸轮（3）、导索块（2）和卷桶（1）；电机（6）通过减速器（4）的一路输出轴E，驱动卷桶（1）旋转，带动钢索（7）收放；电机（6）通过减速器（4）的第二路输出轴F，带动凸轮（3）旋转，凸轮（3）推动导索块（2）移动，带动钢索（7）水平左右移动，反复换向。

5.根据权利要求1所述的康复操作系统，其特征在于：凸轮（3）是一个圆柱凸轮，圆柱面上开有曲线凹槽（29）。

6.根据权利要求1所述的康复操作系统，其特征在于：导索块（2），包括滑块（24）、轴（25）、推杆（26）和滚子（27）；推杆（26）固定在滑块（24）上，其末 端与滚子（27）连接；滚子（27）在凸轮的曲线凹槽（29）内移动；轴（25）固定在支架（5）上，滑块（24）与轴（25）连接，沿轴水平移动；滑块（24）上开有通孔（28），钢索（7）穿过该通孔，上端连接球铰（19），下端连接卷桶（1）。

7.根据权利要求4所述的康复操作系统，其特征在于：减速器（4）设有两路输出轴E和轴F，两轴的转速比为：n_E：n_F=n_绕：0.5，n_E表示轴E的转速，n_F表示轴F的转速，n_绕表示钢索（7）在卷桶（1）上缠绕一层的圈数。 

Images