一種肘膝關節牽引康復機器人及其固定帶快卸機構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種肘膝關節牽引康復機器人及其固定帶快卸機構，該固定帶快卸機構包括固定帶安裝座，該固定帶安裝座與固定帶鉤子相配合來快速連接固定帶；該固定帶鉤子一端呈“口”型，用于穿過固定帶，另一端為一根橫桿；所述固定帶安裝座可以插入該橫桿并卡住該橫桿。本發明的機器人可以實現肘關節和膝關節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，大大縮短肘膝關節疾病的康復時間。
【專利說明】
一種肘膝關節牽引康復機器人及其固定帶快卸機構
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及康復醫療機器人領域，尤其涉及一種肘膝關節牽弓I康復機器人及其固定帶快卸機構。
【【背景技術】】
[0002]膝關節功能障礙是膝關節及其周圍骨折手術及內、外固定后常見的并發癥。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，因而關節活動受限。肘關節外傷后，由于內和(外)固定長期制動的影響，主要后遺癥為關節組織粘連和瘢痕攣縮導致的功能障礙。臨床表現為肘關節主動活動和被動活動范圍受限，嚴重者波及肩關節及腕關節。
[0003]肘關節外傷后，由于內和(外)固定長期制動的影響，主要后遺癥為關節組織粘連和瘢痕攣縮導致的功能障礙。臨床表現為肘關節主動活動和被動活動范圍受限，嚴重者波及肩關節及腕關節
[0004]關節松動術:由治療師進行被動的肘關節屈伸、旋轉功能訓練。需要在護理人員監督指導下做肘關節屈伸、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屈伸、旋轉功能訓練。需要在護理人員監督指導下做肘關節屈伸、旋轉功能訓練的病人。不過這類療法一定要在正規醫生的指導下進行，否則很容易讓病情加劇。然而，醫師數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。隨著醫療機械的不斷發展，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，結合醫學理論設計出新的康復訓練方法。康復醫療機器人作為一種自動化康復醫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、模擬醫師治療過程能力不足、固定不夠平穩、穿戴不夠舒適等。
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【發明內容】
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[0006]本發明主要針對關節功能障礙患者/老年人關節退化患者/關節損傷/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，多關節牽引康復機器人可滿足不同程度肘關節和膝關節病患的牽引需求，還可以使醫生/康復師對關節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，本發明提出的技術方案如下:
[0008]—種肘膝關節牽引康復機器人，該機器人包括支撐組件、床主體、固定帶快卸機構、牽引繩索、牽引角度調節機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統；
[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床主體的高度；
[0011]該固定帶快卸機構包括固定帶安裝座，該固定帶安裝座與固定帶鉤子相配合來快速連接固定帶;該固定帶鉤子一端呈“口”型，用于穿過固定帶，另一端為一根橫桿;所述固定帶安裝座可以插入該橫桿并卡住該橫桿；
[0012]所述牽引角度調節機構用于調節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;
[0013]所述柔和力控制機構包括牽引電機、減速器、聯軸器、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軸器和線輪之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小；
[0014]所述牽引繩索從柔和力控制機構的線輪拉出，穿過牽引角度調節機構的所述滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上；
[0015]所述計算機控制與采集系統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，可根據設置的牽引角度控制所述控制電機拉動滑塊，可根據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據庫文件中，之后能根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現牽引過程。
[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通過該人機互動界面進行操作。
[0017]優選的，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機構和柔和力控制機構的組件部分。
[0019]本發明的技術效果是:本發明的機器人可以實現肘關節和膝關節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明的進一步理解，構成本申請的一部分，但并不構成對本發明的不當限定，在附圖中:
[0021 ]圖1是本發明的總體結構示意圖；
[0022]圖2是本發明的牽引角度調節機構示意圖；
[0023]圖3是本發明的柔和力控制機構示意圖；
[0024]圖4是本發明的固定帶快卸機構示意圖；
[0025]圖5是固定帶快卸機構的固定帶安裝座示意圖；
[0026]圖6是固定帶鉤子示意圖。
【【具體實施方式】】
[0027]下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，其中的示意性實施例以及說明僅用來解釋本發明，但并不作為對本發明的不當限定。
[0028]參見附圖1，本發明的肘膝關節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、牽引角度調節機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統、人機互動界面。
[0029]所述支撐組件用于支撐本發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機構和柔和力控制機構的組件部分。
[0030]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。
[0031]參見附圖4-6，其示出了本發明的固定帶快卸機構，該固定帶快卸機構包括固定帶安裝座，該固定帶安裝座與固定帶鉤子相配合來固定連接固定帶。附圖6示出了固定帶鉤子的結構，該固定帶鉤子一端呈“口”型，用于穿過固定帶，另一端為一根橫桿。附圖5所示的固定帶安裝座可以插入該橫桿并卡住該橫桿。
[0032]在床主體的下方具有一個缸，通過缸的伸縮可以調節床主體的高度，以適應不同患者的高度需求。計算機控制與采集系統可以控制該缸的伸縮。
[0033]參見附圖2，其示出了本發明的牽引角度調節機構。所述牽引角度調節機構用于調節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通過滑塊的位移可計算出牽引繩索的牽引角度，或者根據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。
[0034]參見附圖3，其示出了本發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，實現對肘膝關節的牽引。計算機控制與采集系統可以根據所述扭矩傳感器反饋的信號，控制牽引電機的輸出扭矩，實現牽引力的柔和控制。
[0035]所述牽引繩索從柔和力控制機構的線輪拉出，穿過牽引角度調節機構的滑塊上的滑輪，再固定在患者的小腿或小臂上。
[0036]所述計算機控制與采集系統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據和兩個傳感器的檢測數據，將采集到的數據存檔到數據庫文件中，之后能夠根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現肘膝關節牽引過程。
[0037]兩個電機由計算機控制與采集系統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(即先由醫師主動控制，對固定在本發明機器人上的患者進行牽引時，計算機控制與采集系統記錄每個電機的工作過程)、對采集的信息進行主動復現控制(即復現所記錄的每個電機的運動過程以模擬醫師的治療過程)。
[0038]本發明的工作過程如下:
[0039]使用本發明的康復機器人時，患者先躺臥在本發明的床主體上，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，醫生可調節床主體的高度，還可設置牽引角度，計算機控制與采集系統通過調整牽引角度調節裝置上的滑塊位置，實現牽引角度的調整，然后醫生可通過計算機控制與采集系統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根據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，實現牽引力的柔和控制。計算機控制與采集系統還可以采集每個電機的工作過程并存儲到數據庫文件中，將整個過程采集并存儲完畢后，根據存儲的信息對每個電機進行主動加載，復現每個電機的輸出，實現對醫生治療過程的模擬。通過調節電機的加載頻率可以調節牽引過程中電機輸出的快慢。再次使用時，可以直接根據已存儲的文件直接進行康復治療。
[0040]以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發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，均包括于本發明專利申請范圍內。
【主權項】
1.一種肘膝關節牽引康復機器人，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、牽引角度調節機構、柔和力控制機構、計算機控制與采集系統； 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床主體的高度； 該固定帶快卸機構包括固定帶安裝座，該固定帶安裝座與固定帶鉤子相配合來快速連接固定帶;該固定帶鉤子一端呈“口”型，用于穿過固定帶，另一端為一根橫桿;所述固定帶安裝座可以插入該橫桿并卡住該橫桿； 所述牽引角度調節機構用于調節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軸器和線輪之間，用于實時檢測和反饋輸出扭矩的大小； 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； 所述計算機控制與采集系統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，可根據設置的牽引角度控制所述控制電機拉動滑塊，可根據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據庫文件中，之后能根據所述數據庫文件控制電機工作，從而復現牽引過程。2.根據權利要求1所述的肘膝關節牽引康復機器人，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通過該人機互動界面進行操作。3.根據權利要求1-2任意一項所述的肘膝關節牽引康復機器人，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.根據權利要求1-3任意一項所述的肘膝關節牽引康復機器人，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機構和柔和力控制機構的組件部分。
【文檔編號】A61F5/042GK105877895SQ201610364763
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】趙勁松, 姜峰, 李想
【申請人】哈爾濱天愈康復醫療機器人有限公司