一种智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统的制作方法

本发明涉及一种智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统，属于医疗康复设备领域。

背景技术：

脊柱作为人体的主要支撑构件，主要功能是保护脊髓，并将头部和躯干重力及运动载荷传递给骨盆。其由24个活动的脊椎骨及固定的骶尾骨组成，从第2，3颈椎之间一直到第5腰椎及第1骶骨之间均有椎间盘，周围还有很多大小不一、长短不等的韧带和肌肉等软组织结构较复杂。脊柱中活动的锥体互相形成关节，可在三个平面上活动，其稳定性由韧带、椎间盘、肌肉共同协同来维持，从而保证机体头、躯干和骨盆间充分的生理活动。

脊柱是一个力学结构，要发挥其正常的力学功能，保持其具有最优的力学功能，必须保持脊柱处在最优的力学环境状态下工作，当最优的力学环境遭到破坏，就会产生脊柱疾病，此时必须对脊柱力学环境进行调整，以修复力学环境变化带来的各种脊柱疾病。

现有的主要方法是康复临床上常用的脊柱牵引疗法，在成一定角度牵引时，牵引力可以分解为沿脊柱轴向的牵引力和沿法向的剪切力，其中起主要治疗作用的是沿脊柱轴向的牵引力，因此在调整牵引角度来增加对某一节段椎间盘的轴向牵引力时，要避免对其他的椎间盘产生过大的剪切力，从而防止腰椎损伤。目前的疗法在调整牵引角度时，完全依靠医师的经验，没有统一的标准，往往难以取得理想的治疗效果。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统，实现脊椎多角度的安全牵引。作为非手术治疗方法，能够减轻了患者的疼痛感，且其具有自动化程度高的特点，大大减轻了医师的工作负担，同时具有安全性高，适用人群广等特点。

为了达到上述目标，本发明的技术方案是：

一种智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统，包括基座、颈部支撑机构、胸部支撑机构、腹部支撑机构和腰部牵引机构；所述颈部支撑机构、胸部支撑机构、腹部支撑机构均固定在基座上并间隔分布，所述腰部牵引机构下端与基座的底板固连，其包括腰部座、腰部前后滑动部件、腰部旋转部件、腰部上下转动部件和腰部左右转动部件。

所述腰部座包括腰部床垫和床垫滑轨连接板，所述腰部前后滑动部件包括两个滑轨和导轨旋转部件连接板；所述腰部床垫通过床垫滑轨连接板安装在滑轨上，所述滑轨固定在导轨旋转部件连接板两侧，其中，每个滑轨上设有两个滑块和两个止动块，所述滑块和床垫滑轨连接板连接，使得腰部床垫能够沿滑轨前后滑动，所述止动块限制腰部床垫的运动行程；所述腰部旋转部件包括旋转装置，旋转推杆电机和旋转推杆电机座；所述的旋转装置与导轨旋转部件连接板下端固定，其包括一个翻转旋转中心轴，所述的翻转旋转中心轴两端套有带座轴承和翻转固定座，其中翻转固定座固定在导轨旋转部件连接板的下端，带座轴承固定在水平轴的上端；所述旋转推杆电机的上端固定在导轨旋转部件连接板的一侧，下端固定在旋转推杆电机座上；所述的旋转推杆电机座固定在水平轴的侧面，当旋转推杆电机的推杆伸长或缩短时，带动导轨旋转部件连接板以及腰部床垫绕垂直轴旋转；所述腰部上下转动部件包括水平轴，上下转动铰接头，铰接头转轴连接座，上下转动推杆电机，上下转动推杆电机座；所述的水平轴一端装有上下转动铰接头，上下转动铰接头与铰接头转轴连接座连接，铰接头转轴连接座的下端嵌套在左右转动转轴上，所述上下转动推杆电机的上端固定在水平轴上，下端固定在上下转动推杆电机座上，上下转动推杆电机座嵌套在左右转动转轴上，当上下推杆电机的推杆伸长或缩短时，带动水平轴以及腰部床垫绕冠状轴上下转动；所述腰部左右转动部件包括左右转动转轴，焊件支架，涡轮蜗杆减速器，减速器底座，法兰，左右转动步进电机；所述左右转动转轴通过带座轴承固定在焊件支架上，焊件支架固定在基座上，起到支撑左右转动转轴的作用，所述左右转动步进电机与蜗轮蜗杆减速器通过法兰连接，涡轮蜗杆减速器与左右转动转轴连接，并通过减速器底座固定在基座上，当左右转动步进电机启动时，经过蜗轮蜗杆减速器的传动实现大扭矩、低速度的转动输出，通过左右转动转轴带动水平轴以及腰部床垫绕矢状轴左右转动。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

（1）牵引模块有三个自由度，可实现患者绕冠状轴上下转动牵引，绕垂直轴的旋转牵引，绕矢状轴的左右转动牵引的功能。

（2）实现双中心重合，即患者腰部脊柱中心与脊椎康复机器人的旋转中心双中心相重合，避免了患者的脊柱承受剪切力，更符合腰椎间盘突出等脊柱疾病的治疗机理。

附图说明

图1为本发明的智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统的总体示意图。

图2为本发明的腰部牵引机构的结构示意图。

图3为本发明的腰部牵引机构的右视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种智能脊椎康复机器人的腰部运动机械系统，包括基座1、颈部支撑机构2、胸部支撑机构3、腹部支撑机构4和腰部牵引机构5；所述颈部支撑机构2、胸部支撑机构3、腹部支撑机构4均固定在基座1上并间隔分布，所述腰部牵引机构5下端与基座1的底板固连，其包括腰部座、腰部前后滑动部件、腰部旋转部件、腰部上下转动部件和腰部左右转动部件。

如图2和图3所示，所述腰部座包括腰部床垫6和床垫滑轨连接板7，所述腰部前后滑动部件包括两个滑轨8和导轨旋转部件连接板9；所述腰部床垫6通过床垫滑轨连接板7安装在滑轨8上，所述滑轨8固定在导轨旋转部件连接板9两侧，其中，每个滑轨8上设有两个滑块和两个止动块，所述滑块和床垫滑轨连接板7连接，使得腰部床垫6能够沿滑轨8前后滑动，所述止动块限制腰部床垫6的运动行程；所述腰部旋转部件包括旋转装置10，旋转推杆电机12和旋转推杆电机座13；所述的旋转装置10与导轨旋转部件连接板9下端固定，其包括一个翻转旋转中心轴，所述的翻转旋转中心轴两端套有带座轴承和翻转固定座，其中翻转固定座固定在导轨旋转部件连接板9的下端，带座轴承固定在水平轴11的上端；所述旋转推杆电机12的上端固定在导轨旋转部件连接板9的一侧，下端固定在旋转推杆电机座13上；所述的旋转推杆电机座13固定在水平轴11的侧面，当旋转推杆电机12的推杆伸长或缩短时，带动导轨旋转部件连接板9以及腰部床垫6绕垂直轴旋转；所述腰部上下转动部件包括水平轴11，上下转动铰接头14，铰接头转轴连接座15，上下转动推杆电机17，上下转动推杆电机座18；所述的水平轴11一端装有上下转动铰接头14，上下转动铰接头14与铰接头转轴连接座15连接，铰接头转轴连接座15的下端嵌套在左右转动转轴16上，所述上下转动推杆电机17的上端固定在水平轴11上，下端固定在上下转动推杆电机座18上，上下转动推杆电机座18嵌套在左右转动转轴16上，当上下推杆电机17的推杆伸长或缩短时，带动水平轴11以及腰部床垫6绕冠状轴上下转动；所述腰部左右转动部件包括左右转动转轴16，焊件支架19，涡轮蜗杆减速器20，减速器底座21，法兰22，左右转动步进电机23；所述左右转动转轴16通过带座轴承固定在焊件支架19上，焊件支架19固定在基座1上，起到支撑左右转动转轴16的作用，所述左右转动步进电机23与蜗轮蜗杆减速器20通过法兰22连接，涡轮蜗杆减速器20与左右转动转轴16连接，并通过减速器底座21固定在基座1上，当左右转动步进电机23启动时，经过蜗轮蜗杆减速器20的传动实现大扭矩、低速度的转动输出，通过左右转动转轴16带动水平轴11以及腰部床垫6绕矢状轴左右转动。

本发明的工作原理如下：

患者躺在本发明系统上，根据患者腰椎实际情况，调整腰部床垫6的位置，实现脊椎康复机器人的旋转中心与患者脊柱中心相重合，确定好位置后，将患者的腰部通过腰带固定。当对患者的腰椎进行牵引治疗时，当旋转推杆电机12的推杆伸长或收缩时，旋转装置10的翻转旋转中心轴会左右转动一定角度，带动整个腰部座绕翻转旋转中心轴旋转，实现患者腰锥绕垂直轴旋转运动，当改变牵引方式时，旋转推杆电机12位于初始位置，腰部座水平。当上下推杆电机17的推杆伸长或收缩时，水平轴11绕上下转动铰接头14上下摆动，同时带动水平轴11上的腰部座和腰部旋转部件上下转动，实现患者腰椎绕冠状轴上下转动，改变牵引方式时，上下推杆电机17位于初始位置，腰部座水平。当左右转动部件电机23启动时，通过与蜗轮蜗杆减速器20的连接，实现左右转动转轴16大扭矩、低速度转动，同时带动整个腰部座、腰部前后滑动部件、腰部旋转部件、腰部上下转动部件左右转动，从而实现患者腰椎绕矢状轴左右转动，改变牵引方式时，左右转动步进电机23停止运作，腰部座水平。

通过上述操作，即实现对患者腰椎的多角度牵引运动。