一种预防脊柱微变形的按摩椅的制作方法

本发明涉及按摩椅，尤其涉及一种预防脊柱微变形的按摩椅。

背景技术：

脊柱侧弯是一种发病率较高的脊柱畸形，包括冠状位、矢状位和轴位上的序列异常引起的脊柱侧凸。引起脊柱侧弯的原因有多种，包括结构性脊柱侧弯（如特发性、先天性和神经肌肉性等）和非结构性脊柱侧弯（如姿势性侧弯和癔症性侧弯等）。脊柱侧弯对呼吸系统、内脏器官功能和躯干形态等有较大的影响。脊柱侧弯的治疗分为手术治疗和非手术治疗。由于脊柱侧弯病因复杂，其治疗手段需要从侧弯特点、患者年龄和骨龄发育等方面考虑。三维矫形技术和椎弓根螺钉固定技术是较为普遍的手术治疗手段，但其安全性仍然存在许多争议。非手术治疗即保守治疗方法，常见的有悬吊运动、矫形体操治疗、支具和理疗等。为了获取脊柱侧弯特点，对脊柱侧弯的力学特性方面展开了机理研究。B Zhang，DM Sun，JM Xie 等人利用有限元分析软件通过施加载荷来模拟脊柱侧弯，分析了当Cobb角保持不变时横向力对脊柱侧弯和骨盆倾斜的影响。汪学松等人利用有限元软件建立了脊柱侧弯三维有限元模型，模拟了脊柱侧弯的特性。杨永宏等人建立了脊柱侧弯三维有限元模型，计算了脊柱的活动度、椎间盘、椎体等部位的应力分布，分析了退变性脊柱侧弯的力学特点。魏建新建立了半椎体切除后的脊柱侧弯有限元模型，分析了横向连接装置对脊柱后路的生物力学影响。为了对脊柱侧弯进行矫正和康复，孙守林和朱林剑设计了一款针对脊柱侧弯的牵拉式矫形器，在腰部和双肩之间用多节状承力架连接，多节状承力架受压时会引起脊柱向凸侧弯曲从而进行矫形。徐子茵针对老年人设计了一台脊柱康复床，康复床的起背功能对脊柱进行摇摆和旋转，增强脊柱各关节的活动力和灵活性。张鸿筑发明了一种治疗胸椎压缩性骨折和纠正脊椎侧弯的装置，用牵引缸推动推力板对患者的脊椎侧弯进行牵拉治疗。任海龙和王吉兴发明了一种脊柱侧弯矫正器，弧形导向柱可以产生恢复成线形的弹力，进而施加给脊柱矫正力，帮助处于发育期的青少年进行脊柱矫正。梁汉基发明了一种脊椎康复牵引机构，采用螺母螺杆装置作为运动变换实现拉力输出，实现脊椎牵引矫正。上述现有的对脊柱侧弯的矫形设备主要是以按压或槌打等物理方式进行理疗，对脊柱侧弯矫正的作用有限，且这些理疗设备的长期效果尚不清楚。脊柱侧弯是一项危害较大的常见病，目前尚无理疗装置对脊柱侧弯起到预防的效果。目前市面上按摩椅的按摩机构大多由滑轮结构组成，对脊柱的施力方式一般都是轴向或径向，这些结构的运动轨迹并不能很好地预防或纠正脊柱的微变形。

专利号为ZL02123544.9的中国发明专利公开了一种由按摩者自身驱动的头、背、脚按摩器。按摩者坐在按摩座椅上，脊背、后脑勺靠在各个滚轮上，手、脚(脱鞋蹬踏按摩脚轮)交替驱动其身后的四构件杆机构、带动其上的复合杠杆机构和脊背滚轮组，对按摩者脊背上下滚动按摩；带动由弹性力推动的、杠杆机构组成的浮动颈椎滚轮组对按摩者颈椎、后脑勺两侧的穴位进行柔性按摩；每个脊背滚轮可水平移动调整，颈椎滚轮组与脊背滚轮组可分别上下移动调整，绳索也可手动快速调整长度。但该发明仍是以按压的物理方式进行理疗，对预防脊柱微变形的作用有限，因此不能实现预防脊柱微变形的技术效果，亟待改进。

专利号为ZL201120276322.0的中国实用新型专利公开了一种可从头部按摩至大腿部并可模拟零重力状态的按摩椅，设有座架、坐靠部，扶手，坐靠部电动推杆、行走式按摩机芯和控制电路；坐靠部包括靠背部和坐位部，坐靠部设有壳体和导轨架，导轨架设于壳体中，导轨架的长度及形状与人体坐姿时从头部至大腿部的自然曲线形状相似，导轨架与座架转动连接；坐靠部电动推杆底端与座架连接，坐靠部电动推杆输出端与导轨架底部铰接；行走式按摩机芯设于靠背架的壳体内，行走式按摩机芯的行走轮与导轨架的导轨滚动配合；控制电路设于座架上。可实现从头部到大腿部的按摩和零重力按摩的最佳效果。结构简单，连接件少，可减少制作及装配误差，工作可靠，操作方便。但该发明仍是以按压的物理方式进行理疗，对预防脊柱微变形的作用有限，不能实现预防脊柱微变形的技术效果，亟待改进。

专利号为ZL201210309532.4的中国发明专利公开了一种按摩椅机芯按摩结构，包括机芯骨架和机芯，机芯骨架内设置凹槽，机芯设置于凹槽内，机芯表面左右两边分别铰接有按摩臂，按摩臂包括与机芯表面铰接的支撑臂、固定设置于支撑臂两端的铁质的按摩球罩和搭接于按摩球罩上的按摩球，按摩球罩表面向内凹陷有半球形凹槽，半球形凹槽与按摩球表面配合，按摩球内设置有强磁体，按摩球通过强磁体与按摩球罩的半球形凹槽表面吸附连接。本发明通过按摩球的结构设置可以实现任意不同角度方向的随意滚动，保证按摩的舒适性，提升了按摩的效果。但由于该发明的按摩球进行随意滚动，因而其实质上仍是以按压的物理方式进行理疗，对预防脊柱微变形的作用有限，不能实现预防脊柱微变形的技术效果，亟待改进。

专利号为ZL201210469981.5的中国发明专利公开了一种液压式健身按摩椅，包括椅座支架、椅背支架、蹬踏板、主动大链轮、液压泵、液压马达、齿轮箱、背部按摩盘，所述椅座支架的底架上设有连接蹬踏板的主动大链轮，主动大链轮通过链条连接带有单向超越离合器的从动链轮，从动链轮连接液压泵，液压泵通过油管连接设在靠背后的齿轮箱内的液压马达，液压马达带动1个以上齿轮通过齿轮轴连接靠背上的背部按摩盘，背部按摩盘上设有若干按摩轮；所述蹬踏板上设有按摩轮。该发明在实现室内健身的同时可以对身体的疲劳部位进行按摩，以达到一举两得的效果；具有节能环保，操作简单，无需电力驱动，成本低廉，占地面积小，易于移动等优点。其中，该发明对背部的按摩是通过液压马达22转动带动齿轮24运动，带动设置在背部中部的一组背部按摩盘5旋转转动，实现对背部按摩。显然，其对预防脊柱微变形的作用有限，不能实现预防脊柱微变形的技术效果，亟待改进。

技术实现要素：

为了解决上述现有按摩椅存在的技术缺陷，本发明以脊柱侧弯的生物力学特性为依据，从脊柱静态受力的分析中得出了轴向牵引和横向拉伸的联合载荷对脊柱侧弯有着最佳矫正效果这一结论，并针对预防脊柱微变形的成人人群，提供了一种具有预防脊柱微变形功能的按摩椅，具体的技术方案如下：

一种预防脊柱微变形的按摩椅，包括靠背，所述靠背上固设有安装底座，在所述安装底座的中轴线两侧并对应于人体脊柱周围两侧的上下位置各对称设置有两组转轮机构，所述两组转轮机构包括第一转轮机构、第二转轮机构、第三转轮机构和第四转轮机构。

优选的是，所述安装底座沿中轴线两侧的上下位置各对称开有两组安装孔，分别是第一转轮机构安装孔、第二转轮机构安装孔、第三转轮机构安装孔和第四转轮机构安装孔。

在上述任一方案中优选的是，所述转轮机构包括转轮机构旋转支架，所述转轮机构旋转支架一端与电机相连接，另一端设有三爪式支架，所述三爪式支架上装有三个滚珠支座，所述滚珠支座开有凹形槽，所述凹形槽内装有滚珠转轴，所述滚珠转轴上套装有滚珠。

在上述任一方案中优选的是，包括扶手。

在上述任一方案中优选的是，所述安装底座与靠背顶部之间装有升降机构，使所述安装底座可以实现上下位置的移动调整。

在上述任一方案中优选的是，所述升降机构采用液压式结构。

在上述任一方案中优选的是，所述升降机构采用升缩式结构。

在上述任一方案中优选的是，所述升降机构采用套筒式结构。

在上述任一方案中优选的是，所述升降机构采用升缩臂式结构。

在上述任一方案中优选的是，所述升降机构采用折臂式结构。

在上述任一方案中优选的是，所述转轮机构安装孔在水平方向上开有导向槽孔。

在上述任一方案中优选的是，所述靠背下部设有椅背角度调节装置。

在上述任一方案中优选的是，所述椅背角度调节装置采用曲柄连杆机构。

在上述任一方案中优选的是，包括座椅高度调节装置。

在上述任一方案中优选的是，所述座椅高度调节装置采用手动调节机构。

在上述任一方案中优选的是，所述座椅高度调节装置采用电动调节机构。

在上述任一方案中优选的是，所述座椅高度调节装置采用气动调节机构。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过在对应于人体脊柱周围两侧的上下位置各对称设置的两组转轮机构所产生的轴向牵引和横向拉伸的联合载荷，实现预防脊柱微变形的技术效果；同时，所述转轮机构不仅提供横向力和纵向力，还能间接增加牵引力，以增加人体在进行预防脊柱微变形按摩过程中的舒适感。

附图说明

图1为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的一优选实施例的立体图；

图2为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例的主视图；

图3为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例的右视图；

图4为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例中的转轮机构组件安装底座的立体图；

图5为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图4所示实施例中的转轮机构组件安装底座的主视图；

图6为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图4所示实施例中的转轮机构组件安装底座的俯视图；

图7为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图4所示实施例中的转轮机构组件安装底座的仰视图；

图8为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例中的转轮机构的立体图；

图9为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例中的转轮机构的主视图；

图10为按照本发明的预防脊柱微变形的按摩椅的图1所示实施例中的转轮机构的右视图；

图11为按照本发明的坐姿正脊按摩椅的图1所示实施例中的四个转轮机构的转动方向示意图；

图12为脊柱承受轴向力时的受力分析示意图；

图13为脊柱承受横向力时的受力分析示意图；

图14为脊柱承受轴向和横向复合力时的受力分析示意图；

图15为现有的设置有滑轮机构的按摩椅立体图。

附图标记说明：

1靠背；2扶手；3第一转轮机构；4第二转轮机构；5第三转轮机构；6第四转轮机构；8安装底座；9第一转轮机构安装孔；10第二转轮机构安装孔；11第三转轮机构安装孔；12第四转轮机构安装孔；13转轮机构旋转支架；14滚珠支座；15滚珠转轴；16滚珠；21滑轮机构。

具体实施方式

本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。

如图1-11所示，一种预防脊柱微变形的按摩椅，包括靠背1，靠背1上固设有安装底座8，在安装底座8的中轴线两侧并对应于人体脊柱周围两侧的上下位置各对称设置有两组转轮机构，所述两组转轮机构包括第一转轮机构3、第二转轮机构4、第三转轮机构5和第四转轮机构6。安装底座8沿中轴线两侧的上下位置各对称开有两组安装孔，分别是第一转轮机构安装孔9、第二转轮机构安装孔10、第三转轮机构安装孔11和第四转轮机构安装孔12。所述转轮机构包括转轮机构旋转支架13，转轮机构旋转支架13一端与电机相连接，另一端设有三爪式支架，所述三爪式支架上装有三个滚珠支座14，滚珠支座14开有凹形槽，所述凹形槽内装有滚珠转轴15，滚珠转轴15上套装有滚珠16。包括扶手2。安装底座8与靠背1顶部之间装有升降机构，使安装底座8可以实现上下位置的移动调整，所述升降机构可以采用液压式结构、升缩式结构、套筒式结构、升缩臂式结构、折臂式结构中的任意一种。所述转轮机构安装孔在水平方向上开有导向槽孔。靠背1下部设有椅背角度调节装置，所述椅背角度调节装置采用曲柄连杆机构。包括座椅高度调节装置，所述座椅高度调节装置可以采用手动调节机构、电动调节机构和气动调节机构中的任意一种。

本发明从脊柱侧弯矫正的受力分析出发，在将脊柱简化为二维模型的基础上，对脊柱侧弯矫正中的轴向载荷、横向载荷和二者的复合载荷静力学特征进行对比，并以此为依据提供了一种预防脊柱微变形的按摩椅，一方面，通过对所述转动机构的力学分析，获得了预防脊柱微变形按摩椅对脊柱施力的生物力学特性；另一方面，采用ANSYS软件对所述预防脊柱微变形按摩椅的功效进行了模拟演示，通过改变所述转动机构所提供的横向载荷和纵向载荷的大小，进一步分析了所述转轮机构对脊柱微变的影响。

本发明的工作原理：如图11所示，沿安装底座8的中轴线两侧并对应于人体脊柱周围两侧的上下位置各对称设置的两组转轮机构，每个所述转轮机构的三爪式支架上均布三个滚珠16，在所述电机驱动下，滚珠16进行一定频率的圆周旋转，并作用在后背上进行滚动，后背受到的切向力传到脊柱上，从而实现牵引和拉伸脊柱的功能。四个所述转轮机构的转动方向具体为：第一转轮机构3由脊柱外侧向脊柱内侧转动，第二转轮机构4的转动方向与第一转轮机构3的转动方向正好相反，第三转轮机构5由脊柱内侧向脊柱外侧转动，第四转轮机构6的转动方向与第三转轮机构5的转动方向正好相反。尽管四个转轮机构的转动方向不同，但是它们在人体背部施加的转动摩擦力和转矩的数值大小相同。转轮机构不仅提供了横向力，还提供了纵向力，从而间接增加了牵引力，在小范围内适当调节牵引重量即可实现增强人体舒适感的技术效果。

关于脊柱侧弯矫正的受力分析具体如下：

脊柱侧弯的力学定义为脊椎骨之间或之内不正常的变形（过多的弯曲或过大的转动）。在脊柱侧弯的矫形中，轴向力和横向力有较多的应用。轴向力常应用在骨骼肌的牵引、Milwaukee架和Harrington系统等。横向力常应用在Milwaukee架和Risser桌。为了比较脊柱侧弯矫正中的轴向力、横向力和二者的复合力的静力学行为，将脊柱简化为二维模型。

假设仅有轴向力施加在脊柱上，如图12所示。轴向力作用在脊柱节段的两点A和B，A点的轴向力向上而B点的轴向力向下。A和B点的轴向力对脊柱有牵拉变直的效应。值得注意的是，实际中采用的牵拉机制作用在各个椎间盘上。C点为扭转中心，在同一个额状面上运动。AC和BC段模拟了脊柱侧弯Cobb角的畸形。定义轴向力形成的矫正力矩（即折弯力矩）为作用力F乘以顶椎到作用力的垂直距离。对于仅有轴向力施加在脊柱上的情况，矫正力矩Ma为：

Ma = FLsin(β) （1）

其中，AC段和BC段的长度为L，轴向力的大小为F，AC与AB段形成的夹角为β。

假设仅有横向力施加在脊柱上，如图13所示。横向力F作用在C点，在A和B两点上产生0.5F的作用力使之平衡。A和B点的横向力对脊柱有挤推变直的效应。定义横向力形成的矫正力矩（即折弯力矩）为作用力F乘以顶椎到端椎的垂直距离。C点处形成矫正力矩，其作用在不同的椎间盘上形成矫正作用。对于仅有横向力施加在脊柱上的情况，矫正力矩Ma为：

Ma = 0.5FLcos(β) （2）

由以上分析可见，侧弯的严重程度越大，顶椎到作用力的垂直距离就越长，且顶椎到端椎的垂直距离越短，即轴向力形成的矫正力矩随着畸形程度的加重而增加，而横向力形成的矫正力矩随着畸形程度的加重而减少。可见在脊柱侧弯的矫正过程中，轴向力和横向力发挥了不同的作用。侧弯严重的情况下轴向力发挥的作用较大，而侧弯较轻的情况下横向力发挥的作用更显著。若轴向力和横向力同时作用在脊柱上，矫正效果应该最佳。

假设轴向力和横向力共同施加在脊柱上，如图14所示。对于同时有轴向力和横向力施加在脊柱上的情况，矫正力矩Ma为：

Ma = FLsin(β) + 0.5FLcos(β) （3）

由以上对脊柱侧弯恢复时受力进行分析可知，无论脊柱变形程度多大，轴向牵引与横向挤推的组合受力方式对于脊住微变有着最佳的矫正效果。

本发明的受力分析及试验数据：

为了比较所述转轮机构提供的横向载荷和纵向载荷对预防脊柱微变形的影响，在ANSYS中将转动机构提供的横向载荷和纵向载荷均设定为静态力。

转动机构提供的横向载荷和纵向载荷的改变对脊柱微变的影响。其中，当横向载荷为0 N、纵向载荷为5 N时脊柱总变形量随脊柱轴向长度的分布特点为：脊柱总变形量在脊柱侧弯处达到最大值，最大总变形量随着脊柱侧弯最大处向上或向下距离的加大而逐渐下降。转动机构提供的纵向载荷对脊柱上部产生的变形高于对脊柱下部产生的变形。当横向载荷为5 N、纵向载荷为0N时脊柱总变形量随脊柱轴向长度的分布特点为：脊柱总变形量在脊柱变形处达到峰值，这接近于转轮机构仅提供5 N纵向载荷时对脊柱产生的最大总变形量。可见，转轮机构提供的横向载荷对脊柱上部产生的总变形较高，而横向载荷对脊柱下部产生的总变形较低。

改变转轮机构提供的复合载荷时对脊柱微变的影响。转轮机构复合载荷分别设定为5 N、10 N和15 N。当复合载荷为5 N时脊柱总变形量随脊柱轴向长度的分布特点为：脊柱总变形量的最大值出现在脊柱变形最大处。当复合载荷为10 N时脊柱总变形量随脊柱轴向长度的分布特点为：脊柱总变形量的最大值仍出现在脊柱侧弯最严重的部位。当复合载荷为15 N时脊柱总变形量随脊柱轴向长度的分布特点为：脊柱总变形量的最大值位于脊柱变形最大的位置。可见，随着转轮机构复合载荷从5 N变化到10 N，脊柱总变形量的增加幅度达到约70%。而转轮机构复合载荷从10 N加大到15 N时，脊柱总变形量的增加幅度约为60%。显然，转轮机构复合载荷对脊柱上部产生的变形高于对脊柱下部产生的变形。

综合以上转轮机构复合力对脊柱微变的影响分析，转轮机构提供的轴向和横向载荷可以弥补牵引载荷不足，改善了患者在康复保健过程中的舒适性。

通过上述对本发明涉及的预防脊柱微变形按摩椅进行的力学分析，说明本发明能够实现正脊的理论依据和试验数据具有一致性。

如图15所示为现有技术中设置有滑轮机构的按摩椅，该技术方案对脊柱的施力方式一般都是单独采用轴向力或单独采用径向力进行，因此，这些结构的运动轨迹并不能很好地预防脊柱的微变形，不能实现预防脊柱微变形的功能。