专利名称：康复操作系统的制作方法
技术领域：
本发明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Mlter 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
本发明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，本发明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η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彡k彡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。本发明具有如下优点1)本发明在电机的驱动下，借助于η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η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)本发明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)本发明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。
图1为本发明的总体结构示意图；图2为本发明驱动导索机构的结构示意图；图3为本发明的导索块结构示意图4为本发明的上平面结构示意图；图5为本发明的下平面结构示意图；图6为图5的B-B向视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。参照图1，本发明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四；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， 它包括滑块对、轴25、推杆沈和滚子27，推杆沈固定在滑块M上，其末端与滚子27连接； 滚子27在凸轮的曲线凹槽四内移动；轴25固定在支架5上，滑块M与轴25连接，沿轴水平移动；滑块M上开有通孔观，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η个自由度至少需要η+1根钢索来实现，在图1所示的实施方案中，要控制X，1，ζ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M上的通孔观，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 彡 k 彡 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，本发明所述的减速器4设有两路输出轴E和轴F，两轴的转速比为 nE nF = η绕0. 5，ηΕ表示轴E的转速，nF表示轴F的转速，η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。本发明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。
权利要求
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η根钢索(7)，8彡η彡4，每一根钢索(7)绕过定滑轮(8)，穿过导索块( ，连接到卷桶(1)上；凸轮C3)推动导索块( 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彡k彡10，并发送给监控器(11)；监控器(11)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(7)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。
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(2 ，导向螺钉(15)穿过该通孔与螺母(17)连接； 固定衬(1 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(1 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)通过减速器的第二路输出轴F，带动凸轮C3)旋转，凸轮C3)推动导索块( 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09)。
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O)，包括滑块04)、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09)内移动；轴05)固定在支架(5)上，滑块04)与轴05)连接，沿轴水平移动；滑块04)上开有通孔( )，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nE nF = n绕O· 5，ηΕ表由E的转速，nF表由F的转速，η绕表示钢索(7)在卷桶(1)上缠绕一层的圈数。
全文摘要
本发明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)、凸轮(3)、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。本发明具有结构简单、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。
文档编号A61H1/02GK102512309SQ20121001092
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月14日 优先权日2012年1月14日
发明者华晨, 杜敬利, 段学超, 段清娟, 殷磊, 马娟 申请人:西安电子科技大学