[发明专利]一种脊柱康复机器人

摘要

本发明涉及一种脊柱康复机器人，所述机器人包括床体、颈椎角度调节装置、腰椎角度调节装置、手臂角度调节装置、头部角度调节装置、控制机箱，所述控制机箱包括柔和牵引装置和计算机控制与采集系统。本发明的机器人可以实现颈腰椎牵引角度、牵引力大小的精准调控，对脊柱疾病患者可进行有效的康复治疗，极大地缩短脊柱疾病的康复时间。

主权项

1.一种脊柱康复机器人，其特征在于，该机器人包括床体、颈椎角度调节装置、腰椎角度调节装置、手臂角度调节装置、头部角度调节装置、控制机箱，其中：所述床体包括床头组件、床身组件和连接支架，所述床头组件位于床体的床头，用于支撑所述控制机箱，头组件和床身组件之间通过所述连接支架互相连接，所述床身组件用于支撑上述四个角度调节装置；所述控制机箱包括柔和牵引装置和计算机控制与采集系统；所述柔和牵引装置包括底座，以及在底座上固定的第一电机、减速器、拉压力传感器组件和线轮组件；所述底座固定在控制机箱内，第一电机与减速器的一端连接，并通过所述减速器输出扭矩，减速器的另一端连接所述线轮组件，该线轮组件上缠绕着牵引绳索，所述牵引绳索用于牵引颈椎和腰椎，所述拉压力传感器连接所述牵引绳索，用于实时检测和反馈输出扭矩的大小；计算机控制与采集系统可根据所述拉压力传感器反馈的信号，获取牵引绳索的牵引力，并通控制第一电机的输出来控制牵引力；所述颈椎角度调节装置包括第一电动推杆、第一床板和牵引支架，所述第一床板设置在床身组件上方，第一床板的一端铰接在所述床身组件上，所述牵引支架位于床板上方，牵引支架的一端铰接在控制机箱上，另一端铰接在所述第一床板上；所述第一电动推杆设置在床板下方，其一端铰接在床身组件上，另一端铰接在所述床板下方；计算机控制与采集系统可以控制第一电动推杆，并通过第一电动推杆的位移计算出颈椎牵引角度，所述颈椎牵引角度是牵引支架与垂直方向的夹角；所述腰椎角度调节装置包括第二床板和第二电动推杆，所述第二床板设置在床身组件上方，其一端铰接在所述床身组件上，所述第二电动推杆设置在床板下方，其一端铰接在床身组件上，另一端铰接在所述第二床板下方；所述头部角度调节装置包括第三床板和单控气弹簧，所述第三床板设置在床身组件上方，其靠近床头的一端铰接在所述床身组件上，所述单控气弹簧一端铰接在床身组件上，另一端铰接在所述第三床板上，可用于推拉第三床板；所述手臂角度调节装置包括第四床板和双控气弹簧，所述第四床板围绕于所述第三床板，其靠近床头的一端铰接在所述床身组件上，所述双控气弹簧的一端都铰接在床身组件上，另一端铰接在所述第四床板上，可用于推拉所述第四床板；所述计算机控制与采集装置可控制所述第一电机、第一电动推杆、第二电动推杆、单控气弹簧、双控气弹簧的运动，并采集它们的运动数据，将采集到的数据存档到数据库文件中，之后能够根据所述数据库文件复现各个部件的运动过程；所述牵引支架上具有滑板，用于固定患者头部，所述滑板可沿着所述牵引支架滑动，在患者需要牵引颈椎时，将所述牵引绳索连接在所述滑板上端，由医生通过计算机控制与采集系统设定颈椎牵引角度B和颈椎基础牵引力F，所述计算机控制与采集系统基于下述步骤进行颈椎牵引：(1)计算机控制与采集系统在保持初始颈椎牵引角度A的情况下，在时间T₁内控制牵引力从0均匀增加到牵引力F_A，其中F_A＝4Fsin²(A/3)T₁是预先设定的时间值；(2)计算机控制与采集系统控制第一电动推杆推动床板运动，从而带动牵引支架运动，直至到达设定的颈椎牵引角度B，在这个过程中，颈椎牵引角度以预定义的角速度均匀增加，并且当颈椎牵引角度为C时，计算机控制与采集系统控制牵引力为F_C，其中F_C＝4Fsin²(C/3)；当患者要进行腰椎牵引时，其仰卧于所述机器人上，并且头部朝向床尾，使用绑带将其腰部固定在第二床板上，腰部两侧的绑带上分别有一个牵引带，将牵引绳索与所述牵引带连接，医生通过计算机控制与采集系统设定腰椎牵引角度D和腰椎基础牵引力K，所述计算机控制与采集系统基于下述步骤进行颈椎牵引：(1)在初始情况下，第二床板处于水平状态，计算机控制与采集系统在保持初始腰椎牵引角度的情况下，在时间T₂内控制牵引力从0均匀增加到K，其中T₂是预先设定的时间值；(2)计算机控制与采集系统控制第二电动推杆推动第二床板运动，直至到达设定的腰椎牵引角度D，在这个过程中，腰椎牵引角度是以预定义的角速度均匀增加，并且当腰椎牵引角度为E时，计算机控制与采集系统控制牵引力为F_E，其中F_E＝Kcos²(E/3)。