一種肘膝關節(jié)牽引康復機器人及其繩索防纏繞結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肘膝關節(jié)牽引康復機器人及其繩索防纏繞結構，該結構包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述滑塊上。本發(fā)明的機器人可以實現(xiàn)肘關節(jié)和膝關節(jié)牽引角度和牽引力大小的精準調控，對患者可以進行全方位的康復治療，大大縮短肘膝關節(jié)疾病的康復時間。
【專利說明】
一種肘膝關節(jié)牽引康復機器人及其繩索防纏繞結構
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及康復醫(yī)療機器人領域，尤其涉及一種肘膝關節(jié)牽弓I康復機器人及其繩索防纏繞結構。
【【背景技術】】
[0002]膝關節(jié)功能障礙是膝關節(jié)及其周圍骨折手術及內、外固定后常見的并發(fā)癥。由于長時間制動、肢體活動減少，可致伸膝裝置因血液及淋巴回流障礙造成組織水腫、纖維滲出、纖維沉積到組織間隙內，并導致周圍肌肉纖維化、攣縮及粘連，髕上囊粘連以至完全消失，使股四頭肌及其肌腱與股骨之間的滑動消失，因而關節(jié)活動受限。肘關節(jié)外傷后，由于內和(外)固定長期制動的影響，主要后遺癥為關節(jié)組織粘連和瘢痕攣縮導致的功能障礙。臨床表現(xiàn)為肘關節(jié)主動活動和被動活動范圍受限，嚴重者波及肩關節(jié)及腕關節(jié)。
[0003]肘關節(jié)外傷后，由于內和(外)固定長期制動的影響，主要后遺癥為關節(jié)組織粘連和瘢痕攣縮導致的功能障礙。臨床表現(xiàn)為肘關節(jié)主動活動和被動活動范圍受限，嚴重者波及肩關節(jié)及腕關節(jié)
[0004]關節(jié)松動術:由治療師進行被動的肘關節(jié)屈伸、旋轉功能訓練。需要在護理人員監(jiān)督指導下做肘關節(jié)屈伸、旋轉功能訓練的病人。
[0005]目前，臨床的主要治療方法有藥物治療、牽引法、按摩法、物理法。牽引療法的治療是由治療師進行被動的肘關節(jié)屈伸、旋轉功能訓練。需要在護理人員監(jiān)督指導下做肘關節(jié)屈伸、旋轉功能訓練的病人。不過這類療法一定要在正規(guī)醫(yī)生的指導下進行，否則很容易讓病情加劇。然而，醫(yī)師數(shù)量有限而患者較多時便不易使所有患者都得到及時的康復訓練，此時如果借助醫(yī)療機械進行康復便有很大希望提高康復的效率和效果。隨著醫(yī)療機械的不斷發(fā)展，很多研究者利用機械學、力學、電磁學、機器人學等學科的研究成果，結合醫(yī)學理論設計出新的康復訓練方法?？祻歪t(yī)療機器人作為一種自動化康復醫(yī)療設備可以幫助患者進行科學而有效的康復訓練來恢復其損傷部位的運動機能。目前國內針對腰椎康復治療的已有一些專利成果，而這些成果均有一定地局限性，如能夠運動的自由度較少、模擬醫(yī)師治療過程能力不足、固定不夠平穩(wěn)、穿戴不夠舒適等。
【
【發(fā)明內容】
】
[0006]本發(fā)明主要針對關節(jié)功能障礙患者/老年人關節(jié)退化患者/關節(jié)損傷/脛鍵斷裂/術后恢復/偏癱等，結合機器人學、人體運動學、人機工程學等理論進行機械設計，多關節(jié)牽引康復機器人可滿足不同程度肘關節(jié)和膝關節(jié)病患的牽引需求，還可以使醫(yī)生/康復師對關節(jié)疾病物理牽引治療方法和治療處方的標準化。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明提出的技術方案如下:
[0008]—種肘膝關節(jié)牽引康復機器人，該機器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機構、牽引繩索、牽引角度調節(jié)機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統(tǒng)；
[0009]所述支撐組件用于支撐所述機器人的各個部件；
[0010]所述床主體用于支撐和固定患者，所述固定帶快卸機構設置在床主體上，并以床主體的軸線作對稱分布，用于快速連接和卸除固定帶;所述床主體的下方具有一個缸，通過缸的伸縮可以調節(jié)床主體的高度；
[0011]所述牽引角度調節(jié)機構用于調節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺、控制電機和位移傳感器;所述絲桿滑臺垂直固定在支撐組件上，絲桿滑臺上的滑塊可沿著垂直方向上下滑動;所述控制電機用于拉動該滑塊在絲桿滑臺上滑動;所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個滑輪，用于穿過牽引繩索;所述位移傳感器可以測量滑塊在絲桿滑臺上的位移;
[0012]所述柔和力控制機構包括牽引電機、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機與該減速器連接，通過減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小；
[0013]所述牽引繩索從柔和力控制機構的線輪拉出，穿過牽引角度調節(jié)機構的所述滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上；
[0014]所述滑輪包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述滑塊上；
[0015]所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機、牽引電機以及上述位移傳感器、扭矩傳感器、缸相連接，可通過所述位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可根據(jù)設置的牽引角度控制所述控制電機拉動滑塊，可根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號，控制牽引電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制;可控制所述缸的伸縮;可主動控制上述兩個電機的工作，也可被動采集記錄兩個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)牽引過程。
[0016]進一步地，該機器人還包括人機互動界面，所述計算機控制與采集系統(tǒng)通過該人機互動界面進行操作。
[0017]優(yōu)選的，在所述床主體上設置了2-10個固定帶快卸機構。
[0018]進一步地，所述支撐組件包括支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調節(jié)機構和柔和力控制機構的組件部分。
[0019]本發(fā)明的技術效果是:本發(fā)明的機器人可以實現(xiàn)肘關節(jié)和膝關節(jié)牽引角度和牽引力大小的精準調控，對患者可以進行全方位的康復治療，大大縮短肘膝關節(jié)疾病的康復時間。
【【附圖說明】】
[0020]此處所說明的附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，但并不構成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中:
[0021 ]圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的牽引角度調節(jié)機構示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的柔和力控制機構示意圖；
[0024]圖4和圖5是本發(fā)明滑輪的繩索防纏繞結構示意圖；
[0025]圖6是去除了滑輪殼體的滑輪結構示意圖。
【【具體實施方式】】
[0026]下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，其中的示意性實施例以及說明僅用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的不當限定。
[0027]參見附圖1，本發(fā)明的肘膝關節(jié)牽引康復機器人在總體結構上包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機構、牽引繩索、牽引角度調節(jié)機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統(tǒng)、人機互動界面。
[0028]所述支撐組件用于支撐本發(fā)明機器人的各個部件，包括位于床主體下方支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調節(jié)機構和柔和力控制機構的組件部分。
[0029]所述床主體用于支撐和固定患者，在所述床主體上設置了2-10個固定帶快卸機構，所述固定帶快卸機構以床主體的軸線作對稱分布，用于快速連接和卸除固定帶。當患者的大腿或大臂放置于床主體上時，用固定帶固定住大腿或大臂，固定帶的兩端分別連接在一個固定帶快卸機構上。
[0030]在床主體的下方具有一個缸，通過缸的伸縮可以調節(jié)床主體的高度，以適應不同患者的高度需求。計算機控制與采集系統(tǒng)可以控制該缸的伸縮。
[0031]參見附圖2，其示出了本發(fā)明的牽引角度調節(jié)機構。所述牽引角度調節(jié)機構用于調節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺、控制電機、位移傳感器。所述絲桿滑臺垂直固定在支撐組件上，使得絲桿滑臺的滑塊可沿著垂直方向上下滑動;所述控制電機用于拉動該滑塊在絲桿滑臺上上下滑動;所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個滑輪，用于穿過牽引繩索;所述位移傳感器可以測量滑塊在絲桿滑臺上的位移，計算控制與采集系統(tǒng)通過滑塊的位移可計算出牽引繩索的牽引角度，或者根據(jù)設定的牽引角度計算出滑塊的位移，然后控制所述控制電機拉動滑塊到相應的位置。
[0032]參見附圖4-6，其示出了本發(fā)明所使用的滑輪的繩索防纏繞結構圖，其包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊。所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，從而可防止牽引繩索纏繞;所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊是滑輪與滑塊的連接體。
[0033]參見附圖3，其示出了本發(fā)明的柔和力控制機構，所述柔和力控制機構包括牽引電機、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機與該減速器連接，通過減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小。當牽引電機工作時，其可帶動線輪轉動，從而拉動牽引繩索，實現(xiàn)對肘膝關節(jié)的牽引。計算機控制與采集系統(tǒng)可以根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號，控制牽引電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制。
[0034]所述牽引繩索從柔和力控制機構的線輪拉出，穿過牽引角度調節(jié)機構的滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上。
[0035]所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機、牽引電機以及位移傳感器、扭矩傳感器相連接，一方面可以主動控制兩個電機的運動，以設置牽引角度和牽引力；另一方面可以采集所述兩個電機的運動數(shù)據(jù)和兩個傳感器的檢測數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能夠根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)肘膝關節(jié)牽引過程。
[0036]兩個電機由計算機控制與采集系統(tǒng)通過人機互動界面進行控制，可以完成對兩個電機的主動加載控制(即直接控制電機的運動來牽引患者)、被動加載信息采集(即先由醫(yī)師主動控制，對固定在本發(fā)明機器人上的患者進行牽引時，計算機控制與采集系統(tǒng)記錄每個電機的工作過程)、對采集的信息進行主動復現(xiàn)控制(即復現(xiàn)所記錄的每個電機的運動過程以模擬醫(yī)師的治療過程)。
[0037]本發(fā)明的工作過程如下:
[0038]使用本發(fā)明的康復機器人時，患者先躺臥在本發(fā)明的床主體上，位置調整合適之后，先將患者大腿或大臂用固定帶固定在床主體上，然后將牽引繩索固定連接到患者的小腿或小臂，通過計算機控制與采集系統(tǒng)，醫(yī)生可調節(jié)床主體的高度，還可設置牽引角度，計算機控制與采集系統(tǒng)通過調整牽引角度調節(jié)裝置上的滑塊位置，實現(xiàn)牽引角度的調整，然后醫(yī)生可通過計算機控制與采集系統(tǒng)操作柔和力控制裝置，對頸椎進行牽引，其中計算機控制與采集系統(tǒng)根據(jù)所述扭矩傳感器組件反饋的信號，控制所述牽引電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制。計算機控制與采集系統(tǒng)還可以采集每個電機的工作過程并存儲到數(shù)據(jù)庫文件中，將整個過程采集并存儲完畢后，根據(jù)存儲的信息對每個電機進行主動加載，復現(xiàn)每個電機的輸出，實現(xiàn)對醫(yī)生治療過程的模擬。通過調節(jié)電機的加載頻率可以調節(jié)牽引過程中電機輸出的快慢。再次使用時，可以直接根據(jù)已存儲的文件直接進行康復治療。
[0039]以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內。
【主權項】
1.一種肘膝關節(jié)牽引康復機器人，其特征在于，該機器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機構、牽引繩索、牽引角度調節(jié)機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統(tǒng)； 所述支撐組件用于支撐所述機器人的各個部件； 所述床主體用于支撐和固定患者，所述固定帶快卸機構設置在床主體上，并以床主體的軸線作對稱分布，用于快速連接和卸除固定帶;所述床主體的下方具有一個缸，通過缸的伸縮可以調節(jié)床主體的高度； 所述牽引角度調節(jié)機構用于調節(jié)牽引繩索的牽引角度，其包括絲桿滑臺、控制電機和位移傳感器;所述絲桿滑臺垂直固定在支撐組件上，絲桿滑臺上的滑塊可沿著垂直方向上下滑動;所述控制電機用于拉動該滑塊在絲桿滑臺上滑動;所述滑塊朝向床主體的一端固定了一個滑輪，用于穿過牽引繩索;所述位移傳感器可以測量滑塊在絲桿滑臺上的位移；所述柔和力控制機構包括牽引電機、減速器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器和線輪;所述牽引電機與該減速器連接，通過減速器輸出扭矩，所述聯(lián)軸器一端用傳動件連接減速器，另一端輸出連接到線輪，該線輪上纏繞著牽引繩索。所述扭矩傳感器設置在聯(lián)軸器和線輪之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大??； 所述牽引繩索從柔和力控制機構的線輪拉出，穿過牽引角度調節(jié)機構的所述滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上； 所述滑輪包括滑輪本體、滑輪殼體、滑輪支撐片和滑輪墊塊，所述滑輪殼體將滑輪本體包裝起來，滑輪本體可在該滑輪殼體內轉動，滑輪殼體上留有可穿過牽引繩索的孔，所述滑輪支撐片用于連接滑輪本體和滑輪墊塊，所述滑輪殼體也連接在所述滑輪支撐片上，所述滑輪墊塊固定連接在所述滑塊上； 所述計算機控制與采集系統(tǒng)分別與上述控制電機、牽引電機以及上述位移傳感器、扭矩傳感器、缸相連接，可通過所述位移傳感器的檢測結果計算牽引的角度，可根據(jù)設置的牽引角度控制所述控制電機拉動滑塊，可根據(jù)所述扭矩傳感器反饋的信號，控制牽引電機的輸出扭矩，實現(xiàn)牽引力的柔和控制；可控制所述缸的伸縮;可主動控制上述兩個電機的工作，也可被動采集記錄兩個電機的工作過程，將采集到的過程信息存檔到數(shù)據(jù)庫文件中，之后能根據(jù)所述數(shù)據(jù)庫文件控制電機工作，從而復現(xiàn)牽引過程。2.根據(jù)權利要求1所述的肘膝關節(jié)牽引康復機器人，其特征在于，該機器人還包括人機互動界面，所述計算機控制與采集系統(tǒng)通過該人機互動界面進行操作。3.根據(jù)權利要求1-2任意一項所述的肘膝關節(jié)牽引康復機器人，其特征在于，在所述床主體上設置了 2-10個固定帶快卸機構。4.根據(jù)權利要求1-3任意一項所述的肘膝關節(jié)牽引康復機器人，其特征在于，所述支撐組件包括支撐床主體的組件部分，還包括支撐牽引角度調節(jié)機構和柔和力控制機構的組件部分。
【文檔編號】A61H1/02GK105853148SQ201610368668
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】趙勁松, 姜峰, 李想
【申請人】哈爾濱天愈康復醫(yī)療機器人有限公司