一种多姿态脊柱三维矫正机器人的制作方法

本发明涉及医疗机械设备领域，特别涉及一种三维物理方法矫正脊柱侧弯的多姿态脊柱三维矫正机器人。

背景技术：

脊柱侧凸是一种病理状态，它是一种脊柱的三维畸形，包括冠状位、矢状位和轴位上的序列异常。它在人群中的发病率约为1％-3％，其中青少年特发性脊柱侧凸发病率所占总比例最高，约为75％-80％。而且其中女性侧凸患者明显多于男性患者。由于脊柱侧凸直接影响了患者的外观、心肺功能，严重者可以导致瘫痪，大大降低了患者的生存质量。现有的治疗方法中，除了中医的保守疗法以外就是西医的手术治疗，而西医的手术治疗对轻度的脊柱侧弯没有办法，只能等到重度的时候才能做手术，手术昂贵的费用让很多患者家庭破裂，并且不仅患者要承受很大的痛苦，风险也很大，还伴有诸多的后遗症，术后给患者带来终身的遗憾，效果也不长久，所以急需一种非手术的方法去针对脊柱侧弯的治疗。

目前很多中医院只是单独采用支具固定，推拿，牵引，理疗等方法去干预病情，但是都无法阻止病情的恶化。而且支具固定等方法，在使用时佩戴和卸下不方便。支具对身体的压迫力不好控制，很难调节到最佳的压迫状态，同时一套矫正支具很难适应不同的脊柱病态个体，而且脊柱是一种三维畸形，很多矫正装置达不到三维矫正的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的难题和不足，研究设计了一种多姿态脊柱三维矫正机器人。可以同时多个部位和角度实施矫正，达到真正的因人而异去治病，同时该机器人还具有牵引和脊柱按摩的功能。

本发明的技术方案

一种多姿态三维脊柱矫正机器人，该机器人包括脊柱矫正系统1、椅背角度调节系统2、座椅角度调节系统3、腿部支撑装置角度调节系统4和基座机构5；所述基座机构包括一个整机底座板，所述座椅角度调节系统包括座椅底座和三个电动缸，座椅底座通过三个电动缸安装在基座机构的整机底座板上；所述脊柱矫正系统安装在椅背角度调节系统上，椅背角度调节系统安装在座椅角度调节系统的座椅底座的后端，所述腿部支撑装置角度调节系统安装在座椅角度调节系统的座椅底座的前端。

所述的脊柱矫正系统1包括由两个2-upu并联机构组合而成的第一矫正模块10和由一个2-upu机构构成的第二矫正模块11：所述第一矫正模块包括定平台a-1005、矫正动平台a-1011和矫正动平台b-1012，矢状面角度调节电机a1-1001和电动推杆a1-1003通过虎克铰a1-1002安装在定平台a的一端，电动推杆a1-1003的另一端通过虎克铰a2-1004安装在矫正动平台a-1011对应端的相对一侧的表面上，矫正动平台a-1011对应端的另一侧表面通过虎克铰a3-1014安装有矢状面角度调节电机a2-1013和电动推杆a2-1015，电动推杆a2-1015的另一端通过虎克铰a4-1016安装在矫正动平台b-1012对应端的相对一侧的表面上；定平台a-1005的中部通过虎克铰b1-1007安装有冠状面角度调节电机b1-1006和电动推杆b1-1008，电动推杆b1-1008的另一端通过虎克铰b2-1009安装在矫正动平台a-1011对应位置的相对一侧的表面上，矫正动平台a-1011对应位置的另一侧表面通过虎克铰b3-1018安装有冠状面角度调节电机b2-1017和电动推杆b2-1019，电动推杆b2-1019的另一端通过虎克铰b4-1020安装在矫正动平台b-1012对应位置的相对一侧的表面上；所述第二矫正模块包括定平台b-1105和矫正动平台c-1110，矢状面角度调节电机a3-1101和电动推杆a3-1103通过虎克铰a5-1102安装在矫正动平台c-1110的一端，电动推杆a3-1103的另一端通过虎克铰a6-1104安装在矫正动平台c-1110的对应端的相对一侧的表面上，定平台b-1105的中部内侧通过虎克铰b5-1107安装冠状面角度调节电机b3-1106和电动推杆b3-1108，电动推杆b3-1108的另一端通过虎克铰b6-1109安装在矫正动平台c-1110的对应位置的相对一侧的表面上。所述的第一矫正模块中的定平台a-1005、矫正动平台a-1011和矫正动平台b-1012，以及第二矫正模块中的定平台b-1105和矫正动平台c-1110为半圆形；所述的矢状面角度调节电机a1-1001和冠状面角度调节电机b1-1006的电机轴正交且经过半圆形圆心；所述矢状面角度调节电机a2-1013和冠状面角度调节电机b2-1017的电机轴正交且经过半圆形圆心；所述矢状面角度调节电机a3-1101和冠状面角度调节电机b3-1106的电机轴正交且经过半圆形圆心。

所述的椅背角度调节系统2包括椅背架-201、椅背架底架-207、两个电动推杆c-203和一个转动连接轴a-202，所述椅背架底架-207上端铰接安装在座椅底座的后端，转动连接轴a-202由椅背架底架-207下端穿过，转动连接轴a-202的两端分别与两个电动推杆c-203的一端连接，两个电动推杆c-203的另一端安装在座椅底座的背面两侧，椅背架-201安装在椅背架底架-207的上端；所述脊柱矫正系统(1)安装在椅背架-201上。所述的椅背架-201和椅背架底架-207可以制成分体式结构，也可以制成一个整体。

所述座椅角度调节系统3中的三个电动缸的上端分别通过转动支撑底座安装在座椅底座的背面，其中两个转动支撑底座安装在座椅底座的前端两侧，另一个转动支撑底座安装在座椅底座的后端，三个转动支撑底座呈等腰三角形分布，前端两个电动缸的下端垂直固定在基座机构的整机底座板上，另一个电动缸的下端安装在两个垂直电动缸的中分线上的整机底座板上。所述三个电动缸的下端可以安装在一条直线上。

所述腿部支撑装置角度调节系统4包括两块腿部支撑板、两个电动推杆和两个转动支撑环，所述两块腿部支撑板的上端分别铰接安装在座椅底座的前端，两个电动推杆的一端分别铰接安装在两块腿部支撑板的中部，两个电动推杆的另一端分别铰接安装在套装在座椅角度调节系统中的两个垂直电动缸上的转动支撑环上。

所述基座机构5的整机底座板的背面四角处还分别各安装有一个万向轮。

本发明的优点和有益效果：

1、该脊柱矫正机器人能够根据脊柱侧凸患者不同病态的特异性，调节各矫正动平台的位姿，使得矫正系统与侧凸病人最理想的配合，从而达到因人而异去治病的目的。

2、该脊柱矫正机器人采用了并联机构和并联机构的组合机构实现康复矫正，能够实现多点同时矫正。具有更好的连续性、安全性、稳定性，能够灵活实现不同位姿的变换。

3、该脊柱矫正机器人的矫正系统采用了电机和电动杆驱动的方式，能够很好地控制矫正时对脊柱的压迫力，还能根据矫正的康复情况动态改变力的大小，既有效又安全。

4、该脊柱矫正机器人同时还具有牵引和脊柱按摩的功能，能够缓解疲劳，防止脊柱疾病的发生。

5、该脊柱矫正机器人通过座椅和底座板之间的多个电动缸组成的并联机构，以及座椅与椅背和腿部支撑板之间的电动推杆机构，可以达到站姿、躺姿、立姿以及自定义角度多姿态的变换。

附图说明

图1为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的脊柱矫正系统整体机构示意图；

图3为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的脊柱矫正系统第一矫正模块的机构示意图；

图4为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的脊柱矫正系统第二矫正模块的结构示意图；

图5为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的姿态调节系统的整体机构示意图；

图6为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的座椅角度调节系统的结构示意图。

图7为本发明多姿态脊柱三维矫正机器人一种实施例的座椅底部的结构示意图。

图中：1、脊柱矫正系统；10、第一矫正模块(两个2-upu组合机构)；11、第二矫正模块(2-upu并联机构)；1001、矢状面角度调节电机a1；1002、虎克铰a1；1003、电动推杆a1；1004、虎克铰a2；1005、定平台a；1006、冠状面角度调节电机b1；1007、虎克铰b1；1008、电动推杆b1；1009、虎克铰b2；1010螺栓；1011、矫正动平台a；1012、矫正动平台b；1013、矢状面角度调节电机a2；1014、虎克铰a3；1015、电动推杆a2；1016、虎克铰a4；1017、冠状面角度调节电机b2；1018、虎克铰b3；1019、电动推杆b2；1020、虎克铰b4；1101、矢状面角度调节电机a3；1102、虎克铰a5；1103、电动推杆a3；1104、虎克铰a6；1105、定平台b；1106、冠状面角度调节电机b3；1107、虎克铰b5；1108、电动推杆b3；1109、虎克铰b6；1110、矫正动平台c。

2、椅背角度调节系统；201、椅背架；202、转动连接轴a；203、电动推杆c；204、转动支撑座a；205、转动支撑轴a；206、转动轴销a；207椅背架底架。

3、座椅角度调节系统；301、座椅底座；302、电动缸b；303、转动支撑座c；304、转动支撑座d；305、电动缸a；306、转动支撑座b；307、转动轴销c；308、紧固螺栓；309、转动轴销b；310、扶手；311、转动轴销d。

4、腿部支撑装置角度调节系统；401、腿部支撑板；402、电动推杆d；403、转动连接轴b；404、转动支撑环；405、转动支撑轴b；406、转动轴销e。

5、基座机构；501、整机底座板；502、万向轮。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

如图1所示多姿态脊柱三维矫正机器人(简称脊柱矫正机器人)，包括脊柱矫正系统1、椅背角度调节系统2、座椅角度调节系统3、腿部支撑装置角度调节系统4和基座机构5；所述脊柱矫正系统1安装在椅背角度调节系统2上；所述椅背角度调节系统2和腿部支撑装置角度调节系统4安装在座椅角度调节系统3上；所述座椅角度调节系统3安装在基座机构5上。

所述脊柱矫正系统1(参见图2-4)包括第一矫正模块10和第二矫正模块11：所述第一矫正模块(参见图3)是由两个2-upu并联机构组合而成的混联机构，包括定平台a-1005、矫正动平台a-1011和矫正动平台b-1012，矢状面角度调节电机a1-1001和电动推杆a1-1003通过虎克铰a1-1002安装在定平台a的一端，电动推杆a1-1003的另一端通过虎克铰a2-1004安装在矫正动平台a-1011对应端的相对一侧的表面上，矫正动平台a-1011对应端的另一侧表面通过虎克铰a3-1014安装有矢状面角度调节电机a2-1013和电动推杆a2-1015，电动推杆a2-1015的另一端通过虎克铰a4-1016安装在矫正动平台b-1012对应端的相对一侧的表面上；定平台a-1005的中部通过虎克铰b1-1007安装有冠状面角度调节电机b1-1006和电动推杆b1-1008，电动推杆b1-1008的另一端通过虎克铰b2-1009安装在矫正动平台a-1011对应位置的相对一侧的表面上，矫正动平台a-1011对应位置的另一侧表面通过虎克铰b3-1018安装有冠状面角度调节电机b2-1017和电动推杆b2-1019，电动推杆b2-1019的另一端通过虎克铰b4-1020安装在矫正动平台b-1012对应位置的相对一侧的表面上；所述第二矫正模块(参见图4)包括定平台b-1105和矫正动平台c-1110，矢状面角度调节电机a3-1101和电动推杆a3-1103通过虎克铰a5-1102安装在矫正动平台c-1110的一端，电动推杆a3-1103的另一端通过虎克铰a6-1104安装在矫正动平台c-1110的对应端的相对一侧的表面上，定平台b-1105的中部内侧通过虎克铰b5-1107安装冠状面角度调节电机b3-1106和电动推杆b3-1108，电动推杆b3-1108的另一端通过虎克铰b6-1109安装在矫正动平台c-1110的对应位置的相对一侧的表面上。所述的第一矫正模块中的定平台a-1005、矫正动平台a-1011和矫正动平台b-1012，以及第二矫正模块中的定平台b-1105和矫正动平台c-1110为半圆形；所述的矢状面角度调节电机a1-1001和冠状面角度调节电机b1-1006的电机轴正交且经过半圆形圆心；所述矢状面角度调节电机a2-1013和冠状面角度调节电机b2-1017的电机轴正交且经过半圆形圆心；所述矢状面角度调节电机a3-1101和冠状面角度调节电机b3-1106的电机轴正交且经过半圆形圆心。

所述第一矫正模块10通过定平台a-1005上的螺栓-1010固定在椅背角度调节系统2的椅背架201上；所述第二矫正模块11通过定平台b-1105上的螺栓固定在椅背角度调节系统2的椅背架201上。

所述椅背角度调节系统2(参见图5-7)包括椅背架-201、两个电动推杆c-203、一个转动连接轴a-202、两个转动支撑座a-204、一个转动支撑轴a-205、两个转动轴销a-206；所述两个转动支撑座a-204通过螺栓与座椅底座301连接(参见图6)；所述两个电动推杆c-203的一端分别通过转动轴销a-206与转动支撑座a-204连接(参见图6)，另一端分别与穿过椅背架底架-207下端的转动连接轴a-202的一端连接；所述两个电动推杆c-203的结构和连接方式完全相同，且对称安装在座椅底座-301背面的两侧(参见图6)，转动连接轴a-202的两端分别与两个电动推杆c-203的末端连接；所述椅背架底架-207的上端又通过转动支撑轴a-205与座椅底座-301连接；所述椅背架-201的下端通过螺栓与椅背架底架-207固定。

所述座椅角度调节系统3(参见图5-7)包括两个电动缸a-305、一个电动缸b-302、座椅底座301、两个转动支撑底座b-306、一个转动支撑底座c-303、一个转动支撑底座d-304、一个转动轴销d-311、两个转动轴销b-309、一个转动轴销c-307、多个紧固螺栓308；所述两个电动缸a-305的下端即固定端，以及转动支撑底座c-303通过紧固螺栓-308固定连接在基座机构的整机底座板-501上，转动支撑底座c-303置于两个电动缸a-305的固定端之间；所述的两个转动支撑底座b-306和一个转动支撑底座d-304以等腰三角形的形式通过螺栓固定在座椅底座301的背面上(参见图7)；所述两个相同的电动缸a-305的固定端(即下端)分别通过螺栓固定在基座机构的整机底座板-501上，另一端(即上端)分别通过转动轴销b-309与转动支撑底座b-306相连；所述电动缸b-302的下端通过转动轴销c-307与转动支撑底座c-303连接，上端通过转动轴销d-311与转动支撑座d-304相连。

所述腿部支撑装置角度调节系统4(参见图6-7)包括两块腿部支撑板401、两个电动推杆d-402、转动支撑轴b-405、两个转动连接轴b-403、两个转动轴销e-406、两个转动支撑环-404；所述两个相同的转动支撑环-404通过紧固螺栓对称安装在两个电动缸a-305上；所述两块腿部支撑板-401的上端分别通过转动支撑轴b-405与座椅底座301的前端连接；所述两个相同的电动推杆d-402的一端分别通过转动连接轴b-403与腿部支撑板-401的中间部位相连，另一端分别通过转动轴销d-406与转动支撑环-404连接。

所述基座机构5(参见图5)包括基座机构的整机底座板-501和四个万向轮-502：所述万向轮-502分别通过连接座安装在整机底座板-501背面的四角；所述基座机构的整机底座板-501上分别通过紧固螺栓与两个电动缸a-305和转动支撑底座c-303连接。

本发明多姿态三维脊柱矫正机器人的工作原理和工作流程是；

该脊柱矫正机器人可以实现矢状轴方向、冠状轴方向、垂直轴方向三个方向的三维矫形，可以达到站姿、躺姿、立姿以及自定义角度多姿态的变换。

患者进行康复矫正时，首先根据患者自身的情况和需要通过电动缸a-305和电动缸b-302调整座椅底座-301到水平角度，通过电动推杆c-203和电动推杆d-402使椅背架-201和腿部支撑板-401调整到合适的角度。患者将臀部放在座椅底座-301上，双腿放在腿部支撑板-401上，然后根据患者的脊柱侧凸情况和特异性，调节第一矫正模块-10和第二矫正模块-11中电动推杆a1-1003、电动推杆b1-1008、电动推杆a2-1015、电动推杆b2-1019、电动推杆a3-1103、电动推杆b3-1108使矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012以及矫正动平台c-1105到达患者所需矫正力的施力点所在的平面，调节矢状面角度调节电机a1-1001、冠状面角度调节电机b1-1006、矢状面角度调节电a2-1013、冠状面角度调节电机b2-1017、矢状面角度调节电机a3-1101、冠状面角度调节电机b3-1106使矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012、矫正动平台c-1105在横截面(人体在垂直状态下为水平面)内运动，达到与患者上身理想贴合。再通过松紧带将患者上身固定在脊柱矫正系统1上，最后通过控制矢状面角度调节电机a1-1001、冠状面角度调节电机b1-1006、矢状面角度调节电a2-1013、冠状面角度调节电机b2-1017、矢状面角度调节电机a3-1101、冠状面角度调节电机b3-1106，经矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012、矫正动平台c-1105对患者最佳矫正施力点施加矫正压迫力。鉴于脊柱压迫矫正每次治疗需要一定的时间，长期保持一种姿态病人会有一种抵触感，在矫正治疗时可以分别通过电动推杆c-203、电动推杆d-402以及电动缸a-305和电动缸b-302调节不同的姿态。

对人体进行按摩和牵引时，通过电动缸a-305电动缸b-302调整座椅底座301到水平角度，通过电动推杆c-203和电动推杆d-402使椅背架201和腿部支撑板401调整到合适的角度。将臀部放在座椅底座301上，双腿放在腿部支撑板401上，然后根据自身的需要和舒适性，调节第一矫正模块10和第二矫正模块11中电动推杆a1-1003、电动推杆b1-1008、电动推杆a2-1015、电动推杆b2-1019、电动推杆a3-1103、电动推杆b3-1108使矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012以及矫正动平台c-1105到达人体所需按摩点所在的平面，调节矢状面角度调节电机a1-1001、冠状面角度调节电机b1-1006、矢状面角度调节电a2-1013、冠状面角度调节电机b2-1017、矢状面角度调节电机a3-1101、冠状面角度调节电机b3-1106使矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012、矫正动平台c-1105与患者上身理想贴合，给予矢状面角度调节矢状面角度调节电机a1-1001、冠状面角度调节电机b1-1006、矢状面角度调节电a2-1013、冠状面角度调节电机b2-1017、矢状面角度调节电机a3-1101、冠状面角度调节电机b3-1106一定频率正反变换的信号，经矫正动平台a-1011、矫正动平台b-1012、矫正动平台c-1105对人体进行反复运动的按摩动作。还可以给予电动推杆a1-1003、电动推杆b1-1008、电动推杆a2-1015、电动推杆b2-1019、电动推杆a3-1103、电动推杆b3-1108一定频率正反变换的信号，在脊柱垂直方向进行牵引按摩的动作。

本发明未叙述及之处适用于现有技术。