一種肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人及其牽引角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人及其牽引角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，該機(jī)器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機(jī)構(gòu)、牽引繩索、牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、柔和力控制機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)界面，所述牽引角度調(diào)整機(jī)構(gòu)包括拉線位移傳感器。本發(fā)明的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)牽引角度和牽引力大小的精準(zhǔn)調(diào)控，對(duì)患者可以進(jìn)行全方位的康復(fù)治療，大大縮短肘膝關(guān)節(jié)疾病的康復(fù)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】
一種肘膝關(guān)節(jié)牽弓I康復(fù)機(jī)器人及其牽弓I角度調(diào)整機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種肘膝關(guān)節(jié)牽弓I康復(fù)機(jī)器人及其牽引角度調(diào)整機(jī)構(gòu)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]膝關(guān)節(jié)功能障礙是膝關(guān)節(jié)及其周圍骨折手術(shù)及內(nèi)、外固定后常見的并發(fā)癥。由于長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)、肢體活動(dòng)減少，可致伸膝裝置因血液及淋巴回流障礙造成組織水腫、纖維滲出、纖維沉積到組織間隙內(nèi)，并導(dǎo)致周圍肌肉纖維化、攣縮及粘連，髕上囊粘連以至完全消失，使股四頭肌及其肌腱與股骨之間的滑動(dòng)消失，因而關(guān)節(jié)活動(dòng)受限。肘關(guān)節(jié)外傷后，由于內(nèi)和(外)固定長(zhǎng)期制動(dòng)的影響，主要后遺癥為關(guān)節(jié)組織粘連和瘢痕攣縮導(dǎo)致的功能障礙。臨床表現(xiàn)為肘關(guān)節(jié)主動(dòng)活動(dòng)和被動(dòng)活動(dòng)范圍受限，嚴(yán)重者波及肩關(guān)節(jié)及腕關(guān)節(jié)。
[0003]肘關(guān)節(jié)外傷后，由于內(nèi)和(外)固定長(zhǎng)期制動(dòng)的影響，主要后遺癥為關(guān)節(jié)組織粘連和瘢痕攣縮導(dǎo)致的功能障礙。臨床表現(xiàn)為肘關(guān)節(jié)主動(dòng)活動(dòng)和被動(dòng)活動(dòng)范圍受限，嚴(yán)重者波及肩關(guān)節(jié)及腕關(guān)節(jié)
[0004]關(guān)節(jié)松動(dòng)術(shù):由治療師進(jìn)行被動(dòng)的肘關(guān)節(jié)屈伸、旋轉(zhuǎn)功能訓(xùn)練。需要在護(hù)理人員監(jiān)督指導(dǎo)下做肘關(guān)節(jié)屈伸、旋轉(zhuǎn)功能訓(xùn)練的病人。
[0005]目前，臨床的主要治療方法有藥物治療、牽引法、按摩法、物理法。牽引療法的治療是由治療師進(jìn)行被動(dòng)的肘關(guān)節(jié)屈伸、旋轉(zhuǎn)功能訓(xùn)練。需要在護(hù)理人員監(jiān)督指導(dǎo)下做肘關(guān)節(jié)屈伸、旋轉(zhuǎn)功能訓(xùn)練的病人。不過(guò)這類療法一定要在正規(guī)醫(yī)生的指導(dǎo)下進(jìn)行，否則很容易讓病情加劇。然而，醫(yī)師數(shù)量有限而患者較多時(shí)便不易使所有患者都得到及時(shí)的康復(fù)訓(xùn)練，此時(shí)如果借助醫(yī)療機(jī)械進(jìn)行康復(fù)便有很大希望提高康復(fù)的效率和效果。隨著醫(yī)療機(jī)械的不斷發(fā)展，很多研究者利用機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)器人學(xué)等學(xué)科的研究成果，結(jié)合醫(yī)學(xué)理論設(shè)計(jì)出新的康復(fù)訓(xùn)練方法?？祻?fù)醫(yī)療機(jī)器人作為一種自動(dòng)化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備可以幫助患者進(jìn)行科學(xué)而有效的康復(fù)訓(xùn)練來(lái)恢復(fù)其損傷部位的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)腰椎康復(fù)治療的已有一些專利成果，而這些成果均有一定地局限性，如能夠運(yùn)動(dòng)的自由度較少、模擬醫(yī)師治療過(guò)程能力不足、固定不夠平穩(wěn)、穿戴不夠舒適等。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明主要針對(duì)關(guān)節(jié)功能障礙患者/老年人關(guān)節(jié)退化患者/關(guān)節(jié)損傷/脛鍵斷裂/術(shù)后恢復(fù)/偏癱等，結(jié)合機(jī)器人學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等理論進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，多關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人可滿足不同程度肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)病患的牽引需求，還可以使醫(yī)生/康復(fù)師對(duì)關(guān)節(jié)疾病物理牽引治療方法和治療處方的標(biāo)準(zhǔn)化。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
[0008]—種肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人，該機(jī)器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機(jī)構(gòu)、牽引繩索、牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、柔和力控制機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)；
[0009]所述支撐組件用于支撐所述機(jī)器人的各個(gè)部件；
[0010]所述床主體用于支撐和固定患者，所述固定帶快卸機(jī)構(gòu)設(shè)置在床主體上，并以床主體的軸線作對(duì)稱分布，用于快速連接和卸除固定帶;所述床主體的下方具有一個(gè)缸，通過(guò)缸的伸縮可以調(diào)節(jié)床主體的高度；
[0011]所述牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺(tái)、控制電機(jī)和位移傳感器;所述絲桿滑臺(tái)垂直固定在支撐組件上，絲桿滑臺(tái)上的滑塊可沿著垂直方向上下滑動(dòng);所述控制電機(jī)用于拉動(dòng)該滑塊在絲桿滑臺(tái)上滑動(dòng);所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個(gè)滑輪，用于穿過(guò)牽引繩索;所述位移傳感器可以測(cè)量滑塊在絲桿滑臺(tái)上的位移。
[0012]所述位移傳感器是一個(gè)拉線位移傳感器，該拉線位移傳感器的鋼絲繩連接于所述滑塊，可以測(cè)量滑塊在絲桿滑臺(tái)上的位移；
[0013]所述柔和力控制機(jī)構(gòu)包括牽引電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機(jī)與該減速器連接，通過(guò)減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動(dòng)件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設(shè)置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋輸出扭矩的大小；
[0014]所述牽引繩索從柔和力控制機(jī)構(gòu)的線輪拉出，穿過(guò)牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的所述滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上；
[0015]所述計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機(jī)、牽引電機(jī)以及上述位移傳感器、扭矩傳感器、缸相連接，可通過(guò)所述位移傳感器的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算牽引的角度，可根據(jù)設(shè)置的牽引角度控制所述控制電機(jī)拉動(dòng)滑塊，可根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號(hào)，控制牽引電機(jī)的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)牽引力的柔和控制;可控制所述缸的伸縮;可主動(dòng)控制上述兩個(gè)電機(jī)的工作，也可被動(dòng)采集記錄兩個(gè)電機(jī)的工作過(guò)程，將采集到的過(guò)程信息存檔到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫(kù)文件控制電機(jī)工作，從而復(fù)現(xiàn)牽引過(guò)程。
[0016]進(jìn)一步地，該機(jī)器人還包括人機(jī)互動(dòng)界面，所述計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)通過(guò)該人機(jī)互動(dòng)界面進(jìn)行操作。
[0017]優(yōu)選的，在所述床主體上設(shè)置了2-10個(gè)固定帶快卸機(jī)構(gòu)。
[0018]進(jìn)一步地，所述支撐組件包括支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和柔和力控制機(jī)構(gòu)的組件部分。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)牽引角度和牽引力大小的精準(zhǔn)調(diào)控，對(duì)患者可以進(jìn)行全方位的康復(fù)治療，大大縮短肘膝關(guān)節(jié)疾病的康復(fù)時(shí)間。
【【附圖說(shuō)明】】
[0020]此處所說(shuō)明的附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0021 ]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的柔和力控制機(jī)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0024]下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其中的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明僅用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0025]參見附圖1，本發(fā)明的肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人在總體結(jié)構(gòu)上包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機(jī)構(gòu)、牽引繩索、牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、柔和力控制機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)界面。
[0026]所述支撐組件用于支撐本發(fā)明機(jī)器人的各個(gè)部件，包括位于床主體下方支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和柔和力控制機(jī)構(gòu)的組件部分。
[0027]所述床主體用于支撐和固定患者，在所述床主體上設(shè)置了2-10個(gè)固定帶快卸機(jī)構(gòu)，所述固定帶快卸機(jī)構(gòu)以床主體的軸線作對(duì)稱分布，用于快速連接和卸除固定帶。當(dāng)患者的大腿或大臂放置于床主體上時(shí)，用固定帶固定住大腿或大臂，固定帶的兩端分別連接在一個(gè)固定帶快卸機(jī)構(gòu)上。
[0028]在床主體的下方具有一個(gè)缸，通過(guò)缸的伸縮可以調(diào)節(jié)床主體的高度，以適應(yīng)不同患者的高度需求。計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)可以控制該缸的伸縮。
[0029]參見附圖2，其示出了本發(fā)明的牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺(tái)、控制電機(jī)、位移傳感器。所述絲桿滑臺(tái)垂直固定在支撐組件上，使得絲桿滑臺(tái)的滑塊可沿著垂直方向上下滑動(dòng);所述控制電機(jī)用于拉動(dòng)該滑塊在絲桿滑臺(tái)上上下滑動(dòng);所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個(gè)滑輪，用于穿過(guò)牽引繩索;所述位移傳感器可以測(cè)量滑塊在絲桿滑臺(tái)上的位移，計(jì)算控制與采集系統(tǒng)通過(guò)滑塊的位移可計(jì)算出牽引繩索的牽引角度，或者根據(jù)設(shè)定的牽引角度計(jì)算出滑塊的位移，然后控制所述控制電機(jī)拉動(dòng)滑塊到相應(yīng)的位置。優(yōu)選的，所述位移傳感器是一個(gè)拉線位移傳感器，該拉線位移傳感器的鋼絲繩連接于所述滑塊，通過(guò)滑塊拉動(dòng)鋼絲繩的長(zhǎng)短測(cè)量滑塊位移。
[0030]參見附圖3，其示出了本發(fā)明的柔和力控制機(jī)構(gòu)，所述柔和力控制機(jī)構(gòu)包括牽引電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機(jī)與該減速器連接，通過(guò)減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動(dòng)件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設(shè)置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋輸出扭矩的大小。當(dāng)牽引電機(jī)工作時(shí)，其可帶動(dòng)線輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而拉動(dòng)牽引繩索，實(shí)現(xiàn)對(duì)肘膝關(guān)節(jié)的牽引。計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)可以根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號(hào)，控制牽引電機(jī)的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)牽引力的柔和控制。
[0031]所述牽引繩索從柔和力控制機(jī)構(gòu)的線輪拉出，穿過(guò)牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上。
[0032]所述計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機(jī)、牽引電機(jī)以及位移傳感器、扭矩傳感器相連接，一方面可以主動(dòng)控制兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以設(shè)置牽引角度和牽引力；另一方面可以采集所述兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和兩個(gè)傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)存檔到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，之后能夠根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫(kù)文件控制電機(jī)工作，從而復(fù)現(xiàn)肘膝關(guān)節(jié)牽引過(guò)程。
[0033]兩個(gè)電機(jī)由計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)互動(dòng)界面進(jìn)行控制，可以完成對(duì)兩個(gè)電機(jī)的主動(dòng)加載控制(即直接控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)牽引患者)、被動(dòng)加載信息采集(即先由醫(yī)師主動(dòng)控制，對(duì)固定在本發(fā)明機(jī)器人上的患者進(jìn)行牽引時(shí)，計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)記錄每個(gè)電機(jī)的工作過(guò)程)、對(duì)采集的信息進(jìn)行主動(dòng)復(fù)現(xiàn)控制(即復(fù)現(xiàn)所記錄的每個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以模擬醫(yī)師的治療過(guò)程)。
[0034]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0035]使用本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人時(shí)，患者先躺臥在本發(fā)明的床主體上，位置調(diào)整合適之后，先將患者大腿或大臂用固定帶固定在床主體上，然后將牽引繩索固定連接到患者的小腿或小臂，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)，醫(yī)生可調(diào)節(jié)床主體的高度，還可設(shè)置牽引角度，計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整牽引角度調(diào)節(jié)裝置上的滑塊位置，實(shí)現(xiàn)牽引角度的調(diào)整，然后醫(yī)生可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)操作柔和力控制裝置，對(duì)頸椎進(jìn)行牽引，其中計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號(hào)，控制所述牽引電機(jī)的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)牽引力的柔和控制。計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)還可以采集每個(gè)電機(jī)的工作過(guò)程并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，將整個(gè)過(guò)程采集并存儲(chǔ)完畢后，根據(jù)存儲(chǔ)的信息對(duì)每個(gè)電機(jī)進(jìn)行主動(dòng)加載，復(fù)現(xiàn)每個(gè)電機(jī)的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)生治療過(guò)程的模擬。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的加載頻率可以調(diào)節(jié)牽引過(guò)程中電機(jī)輸出的快慢。再次使用時(shí)，可以直接根據(jù)已存儲(chǔ)的文件直接進(jìn)行康復(fù)治療。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，故凡依本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，該機(jī)器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機(jī)構(gòu)、牽引繩索、牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、柔和力控制機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)； 所述支撐組件用于支撐所述機(jī)器人的各個(gè)部件； 所述床主體用于支撐和固定患者，所述固定帶快卸機(jī)構(gòu)設(shè)置在床主體上，并以床主體的軸線作對(duì)稱分布，用于快速連接和卸除固定帶;所述床主體的下方具有一個(gè)缸，通過(guò)缸的伸縮可以調(diào)節(jié)床主體的高度； 所述牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺(tái)、控制電機(jī)和位移傳感器;所述絲桿滑臺(tái)垂直固定在支撐組件上，絲桿滑臺(tái)上的滑塊可沿著垂直方向上下滑動(dòng);所述控制電機(jī)用于拉動(dòng)該滑塊在絲桿滑臺(tái)上滑動(dòng);所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個(gè)滑輪，用于穿過(guò)牽引繩索； 所述位移傳感器是一個(gè)拉線位移傳感器，該拉線位移傳感器的鋼絲繩連接于所述滑塊，可以測(cè)量滑塊在絲桿滑臺(tái)上的位移； 所述柔和力控制機(jī)構(gòu)包括牽引電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機(jī)與該減速器連接，通過(guò)減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動(dòng)件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設(shè)置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋輸出扭矩的大?。?所述牽引繩索從柔和力控制機(jī)構(gòu)的線輪拉出，穿過(guò)牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的所述滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上； 所述計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機(jī)、牽引電機(jī)以及上述位移傳感器、扭矩傳感器、缸相連接，可通過(guò)所述位移傳感器的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算牽引的角度，可根據(jù)設(shè)置的牽引角度控制所述控制電機(jī)拉動(dòng)滑塊，可根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號(hào)，控制牽引電機(jī)的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)牽引力的柔和控制；可控制所述缸的伸縮;可主動(dòng)控制上述兩個(gè)電機(jī)的工作，也可被動(dòng)采集記錄兩個(gè)電機(jī)的工作過(guò)程，將采集到的過(guò)程信息存檔到數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫(kù)文件控制電機(jī)工作，從而復(fù)現(xiàn)牽引過(guò)程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，該機(jī)器人還包括人機(jī)互動(dòng)界面，所述計(jì)算機(jī)控制與采集系統(tǒng)通過(guò)該人機(jī)互動(dòng)界面進(jìn)行操作。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，在所述床主體上設(shè)置了 2-10個(gè)固定帶快卸機(jī)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的肘膝關(guān)節(jié)牽引康復(fù)機(jī)器人，其特征在于，所述支撐組件包括支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和柔和力控制機(jī)構(gòu)的組件部分。
【文檔編號(hào)】A61H1/02GK106074071SQ201610368617
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】姜峰, 趙勁松, 李想
【申請(qǐng)人】哈爾濱天愈康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人有限公司