一种多维腰椎牵引康复机器人的制作方法

本发明涉及康复医疗机器人领域，尤其涉及一种多维腰椎牵引康复机器人。

背景技术：

腰肌劳损，又称功能性腰痛、慢性下腰损伤、腰臀肌筋膜炎等，实为腰部肌肉及其附着点筋膜或骨膜的慢性损伤性炎症，是腰痛的常见原因之一，主要症状是腰或腰骶部胀痛、酸痛，反复发作，疼痛可随气候变化或劳累程度而变化，如日间劳累加重，休息后可减轻时轻时重，为临床常见病，多发病，发病因素较多。其日积月累，可使肌纤维变性，甚而少量撕裂，形成瘢痕、纤维索条或粘连，遗留长期慢性腰背痛。目前，临床的主要治疗方法有药物治疗、牵引法、按摩法、物理法、微创疗法。牵引疗法的治疗是通过骨盆牵引来增加椎间隙之间的宽度从而为腰椎间盘的内压有所渐增，对减缓神经根的压迫和刺激有着很好的效果。不过这类疗法一定要在正规医生的指导下进行，否则很容易让病情加剧。然而，医师数量有限而患者较多时便不易使所有患者都得到及时的康复训练，此时如果借助医疗机械进行康复便有很大希望提高康复的效率和效果。随着医疗机械的不断发展，很多研究者利用机械学、力学、电磁学、机器人学等学科的研究成果，结合医学理论设计出新的康复训练方法。康复医疗机器人作为一种自动化康复医疗设备可以帮助患者进行科学而有效的康复训练来恢复其损伤部位的运动机能。目前国内针对腰椎康复治疗的已有一些专利成果，而这些成果均有一定地局限性，如能够运动的自由度较少、模拟医师治疗过程能力不足、固定不够平稳、穿戴不够舒适等。

技术实现要素：

本发明主要针对于腰椎扭伤患者、腰椎功能退化、腰椎损伤恢复、腰椎或腰部术后恢复，结合机器人学、人体运动学、人机工程学等理论进行机械设计，提出了一种多维腰椎牵引康复机器人，该机器人是基于腰椎牵引物理治疗理论研制的国际首款全姿态、多角度、精准柔和力控牵引的腰椎病康复治疗的机器人。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种多维腰椎牵引康复机器人，其特征在于，该机器人包括上床体、下床体、支撑组件、侧弯装置、俯仰装置、纵向拉伸装置、理疗组件、计算机控制与采集系统，其中

所述上床体和下床体分别用于固定患者的胸部和下身，所述支撑组件用于支撑所述机器人；

所述上床体底部固定在一个可转动轴的一端上，该可转动轴的另一端穿过轴套机构，所述侧弯装置包括一个缸，该缸的一端通过销轴机构固定在支撑组件上，另一端通过销轴机构连接到可转动轴的另一端，从而所述侧弯装置通过缸的伸缩带动上床体的侧弯运动；

所述轴套机构包括一根伸向下床体方向的轴，所述轴套在一个套筒内，并可在套筒内旋转，所述套筒铰接到支撑组件上；

所述翻转装置包括一个缸，该缸用于带动所述轴套机构的轴旋转，从而带动上床体的翻转运动；

所述俯仰装置包括一个缸，该缸用于带动套筒围绕其铰接点旋转，从而带动上床体的俯仰运动；

所述纵向拉伸装置包括一个缸，该缸用于拉动所述下床体在支撑组件的支撑杆上纵向滑动；

所述理疗组件包括上床体组件和下床体组件，用于实现对患者的理疗辅助治疗；

所述计算机控制与采集系统可主动控制上述四个缸的伸缩，也可被动采集记录四个缸的运动过程，将采集到的运动过程信息存档到数据库文件中，之后能根据所述数据库文件控制四个缸的伸缩，从而复现缸的运动过程。

优选的，每个缸上都安装了一个位移传感器，可以检测每个缸的伸缩量，计算机控制与采集系统根据所述位移传感器控制每个缸伸或缩的最大位移。

优选的，计算机控制与采集系统可根据侧弯装置、翻转装置、俯仰装置的3个缸的伸缩程度，计算患者腰椎在相应的三个方向的旋转角度a1、a2、a3；计算机控制与采集系统进行实时监控，并判断下述4个公式是否成立，即

a1<n1

a2<n2

a3<n3

(a1+a2+a3)<n4

其中，n1、n2、n3、n4都是事先设定的阈值，一旦发现上述4个公式有一个不成立，计算机控制系统立即重置整个机器人，将机器人恢复到初始的未牵引状态。

优选的，所述阈值由厂家设定默认值，并可由用户自行设定。

本发明的技术效果是：本发明的机器人可以实现四个自由度的运动，对腰椎疾病患者可以进行全方位的康复治疗，配合多种康复治疗程序，本发明可以大大缩短腰椎疾病的康复时间。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明侧弯装置示意图；

图3和图4是本发明翻转装置示意图；

图5和图6是本发明俯仰装置示意图；

图7是本发明纵向拉伸装置示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

参见附图1，本发明的多维腰椎牵引康复机器人在总体结构上包括上床体及其附件、下床体及其附件、支撑组件、侧弯装置、翻转装置、俯仰装置、纵向拉伸装置、理疗组件、计算机控制及采集系统。总体而言，患者通过上床体的附件(即一种穿戴式装置)将上身胸部固定在上床体上，同时通过下床体的附件(也是一种穿戴式装置)将患者下身固定在下床体上，支撑组件用于支撑整个机器人(包括上床体和下床体)。上床体连接了俯仰装置、侧弯装置和翻转装置，用于分别实现患者腰椎的俯仰牵引拉伸、侧弯牵引拉伸和翻转牵引拉伸；下床体连接纵向拉伸装置，用于实现患者腰椎的纵向牵引拉伸。理疗组件分为上床体组件和下床体组件，实现对患者背部的理疗辅助治疗。计算机控制与采集系统通过人机操作界面对侧弯装置、翻转装置、俯仰装置、纵向拉伸装置分别进行控制与运动采集。

参见附图2，所述上床体的底部固定在一个可转动轴上，该可转动轴一端连接上床体，另一端穿过一个轴套机构，所述轴套机构固定在支撑组件上。所述侧弯装置包括一个缸，其安装在上床体的下方，缸的缸筒一端通过销轴机构固定在支撑组件上，活塞杆一端通过销轴机构连接到可转动轴的下方，当侧弯装置的缸伸缩时，其通过销轴机构给可转动轴施加偏心力，使得可转动轴旋转，从而带动上床体的旋转(即上床体侧弯运动)。

附图3和附图4示出的是本发明的翻转装置以及轴套机构，从附图4可以看出，该轴套机构除了穿过上述可转动轴的立方体，该立方体还向下床体方向固定连接了一根轴，该轴是套在一个套筒内，并可在套筒内旋转，所述套筒铰接到支撑组件上。所述翻转装置包括一个缸，缸的缸筒一端通过销轴机构固定在支撑组件上，活塞杆一端通过销轴机构连接到轴套机构的轴上，因此当翻转装置的缸伸缩时，其通过销轴机构给上述轴施加偏心力，从而使得上述轴旋转，带动轴套机构的立方体旋转，由于上床体固定连接到可转动轴，可转动轴又穿过该立方体，因此该立方体的旋转将带动上床体的翻转运动。

附图5和附图6示出的是本发明的俯仰装置，所述俯仰装置包括一个缸和一个连接件，所述连接件固定连接到轴套机构的套筒上，所述俯仰装置的缸的缸筒一端通过销轴机构连接到支撑组件上，活塞杆一端通过销轴机构连接到所述连接件上。当俯仰装置的缸伸缩时，其将带动套筒，由于套筒是铰接到支撑组件上，因此套筒将以铰接点为中心旋转，从而使得整个轴套机构旋转，最终带动上床体的俯仰运动。

附图7示出的是本发明的纵向拉伸装置，所述纵向拉伸装置包括一个缸，该缸的缸筒一端通过销轴机构固定在支撑组件上，活塞杆一端通过销轴机构连接到下床体上，而下床体是通过滑动轴承连接安装在支撑组件的支撑杆上。因此，当纵向拉伸装置的缸伸缩时，将拉动下床体在支撑杆上滑动，以进行纵向运动。

本发明的理疗组件分为上床体组件和下床体组件，分别设置在上床体和下床体的表面，理疗组件具有加热功能，可以在患者进行腰椎牵引时，对患者的背部等身体位置进行加热理疗。

此外，本发明的机器人还包括视频播放器和音乐播放器，可以在患者进行康复治疗时，播放视频和音乐，以帮助患者放松。

所述计算机控制与采集系统一方面可以用于主动控制本发明机器人中四个缸的伸缩，另一方面也可以通过相应的传感器被动采集记录四个缸的运动过程，将采集到的运动过程信息存档到数据库文件中，之后能够根据所述数据库文件控制缸的伸缩，从而复现缸的运动过程。

四个缸的伸缩由计算机控制与采集系统通过人机操作界面进行控制，可以完成对缸的伸缩的主动加载控制(即直接控制缸的运动来牵引患者腰椎)、被动加载信息采集(即先由医师对固定在本发明机器人上的患者腰椎进行转动时，计算机记录每个缸的运动过程)、对采集的信息进行主动复现控制(即复现所记录的每个缸的运动过程以模拟医师的治疗过程)。

本发明的工作过程如下：

使用本发明的康复机器人时，患者需躺卧在康复床上，位置调整合适之后，先将患者胸部固定在上床体上，腰部和下身固定在下床体上，由医师根据腰椎康复医疗过程转动患者，康复机器人的4个缸保持随动状态，并通过计算机采集并存储每个缸的运动过程。将整个过程采集完毕之后，根据采集到的信息对4个缸进行主动加载，复现康复机器人的转动过程，实现对医师康复医疗过程的模拟。通过调节缸的加载频率可以调节医疗过中转动速度的快慢。再次使用时，可以直接根据已存档的文件直接进行康复医疗。

但是，为了安全起见，防止用户的过度牵引，在每个缸上都安装了一个位移传感器，可以检测每个缸的伸缩量，计算机控制与采集系统据此可以控制每个缸伸或缩的最大位移，从而可以控制腰椎牵引的幅度。进一步的，计算机控制与采集系统可以根据侧弯装置、翻转装置、俯仰装置的3个缸的伸缩程度，计算出患者腰椎在相应的三个方向的旋转角度，设为a1、a2、a3；为了保证安全性，计算机控制系统需要保证下述4个公式共同成立，即

a1<n1

a2<n2

a3<n3

(a1+a2+a3)<n4

其中，n1、n2、n3、n4都是事先设定的阈值，该阈值可以由厂家设定默认值，也可以由用户自行设定。计算机控制系统进行实时监控，一旦发现上述4个公式有一个不成立，则立即重置整个机器人，将机器人恢复到初始的未牵引状态。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。