坐位脊椎康復機器人及其控制方法與流程
2023-04-26 06:58:11 1
本發明涉及康復設備領域，具體涉及一種坐位脊椎康復機器人及其控制方法。
背景技術：
當前市場上的脊椎康復機器人定位於脊柱功能恢復和測試，腰背痛等退行性疾病，按運動功能分為「前屈」、「後伸」、「旋轉」。按結構，有依照各個功能獨立為一個設備的，也有集合幾個功能一起為一個設備的，但這些設備都是通過座椅的動作完成坐位訓練，對頸椎的康復效果不好。
綜上所述，現有技術中存在以下問題：現有的脊椎康復機器人對頸椎的康復效果不好。
技術實現要素：
本發明提供一種坐位脊椎康復機器人及其控制方法，以解決現有的脊椎康復機器人對頸椎的康復效果不好的問題。
為此，本發明提出一種坐位脊椎康復機器人，所述坐位脊椎康復機器人包括：
底座；
座椅，設置在所述底座上；
踏板即腿部固定裝置，設置在所述底座上並位於所述座椅的前方；
胸部及背部夾持裝置，位於所述座椅的上方並與所述座椅相分隔，並且所述胸部及背部夾持裝置通過第一轉軸鉸接在所述底座上，所述第一轉軸位於水平方向；
第一傳動裝置，連接所述第一轉軸；
第一驅動裝置，連接所述第一傳動裝置。
進一步地，所述坐位脊椎康復機器人還包括：第一導軌連接板，設置在所述底座上並連接所述第一轉軸；所述第一傳動裝置包括：第一環形導軌、第一同步帶輪和第一同步帶，其中，第一環形導軌固定連接在所述第一導軌連接板的外緣；第一同步帶輪設置在所述底 座上；第一同步帶連接在所述第一環形導軌與所述第一同步帶輪之間。
進一步地，所述第一驅動裝置為第一電機，所述第一電機連接所述第一同步帶輪並設置在所述底座上。
進一步地，所述底座包括：底板和側向設置在底板上的側板，所述第一轉軸設置在所述側板上。
進一步地，所述座椅能升降的設置在所述底座上。
進一步地，所述坐位脊椎康復機器人還包括：連接在所述胸部及背部夾持裝置與所述第一轉軸之間的連接杆，所述連接杆為彎曲的。
進一步地，所述第一環形導軌所在的平面為豎直平面，所述第一環形導軌位於所述胸部及背部夾持裝置與座椅的側向。
進一步地，所述第一環形導軌轉動的角度範圍為向前70度到向後30度。
進一步地，所述坐位脊椎康復機器人還包括：設置在所述側板上對所述第一同步帶導向的第一導向輪，所述第一導向輪設置在所述第一環形導軌的外側，所述第一導向輪與所述第一環形導軌位於同一平面內。
進一步地，所述胸部及背部夾持裝置通過第二轉軸鉸接在所述連接杆上，所述第二轉軸豎直設置；
所述坐位脊椎康復機器人還包括：
第二導軌連接板，設置在所述連接杆上並連接所述第二轉軸；
第二環形導軌，固定連接在所述第二導軌連接板的外緣；
第二同步帶輪，設置在所述連接杆上；
第二電機，設置在所述連接杆上；
第二同步帶，連接在所述第二同步帶輪與第二環形導軌上。
本發明還提出一種坐位脊椎康復機器人的控制方法，所述控制方法採用前面所述的坐位脊椎康復機器人，所述控制方法包括：將胸部及背部夾持裝置安裝在所述座椅上方，通過驅動胸部及背部夾持裝置繞第一轉軸轉動，實現所述胸部及背部夾持裝置在坐位姿態下的前屈或後伸。
進一步地，通過所述座椅的上升或下降，實現所述胸部及背部夾持裝置在不同高度下的前屈或後伸。
本發明中，胸部及背部夾持裝置通過第一轉軸鉸接在所述底座上，所述第一轉軸位於水平方向，因而胸部及背部夾持裝置能夠前屈後伸，因此，人體坐在座椅上，腿部和腳部 放置在踏板即腿部固定裝置上，腿部、臀部、腰部、頸椎都分別得到支撐或夾持，而且頸椎的活動或康復訓練不是由座椅來完成，而是由與座椅分隔或獨立設置的胸部及背部夾持裝置來實現，這樣，頸椎與胸部及背部夾持裝置的連接比頸椎與座椅之間的連接更為靠近，更直接，更有效，相對於傳統的坐位訓練的脊椎康復機器人，頸椎的活動或康復訓練更有針對性，幅度能更大，活動會更靈活，效果更好。
本發明集成前屈、後伸、左右旋轉三個訓練維度，提供坐位訓練姿態，具有更廣闊的市場應用，不僅可以進行通常的脊柱功能恢復和測試、腰背痛康復，針對腰椎術後康復尤為重要。
附圖說明
圖1為本發明的坐位脊椎康復機器人的整體結構示意圖；
圖2為本發明的第一同步帶與第一環形導軌的連接結構；
圖3為本發明的第二環形導軌的結構；
圖4為本發明的坐位脊椎康復機器人的工作原理示意圖。
附圖標號說明：
1底座2電機3座椅4胸部及背部夾持裝置5導向輪6第一同步輪7第一導板8第一導軌9第一同步帶10第一轉軸11底板13側板15外殼16顯示屏18踏板即腿部固定裝置30人體41連接杆62第二同步輪72第二導板82第二導軌92第二同步帶
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明。
如圖1所示，本發明實施例的坐位脊椎康復機器人包括：
底座1；
座椅3(髖部固定及座椅模塊)，設置在所述底座1上；
踏板即腿部固定裝置18，設置在所述底座1上並位於所述座椅3的前方；
胸部及背部夾持裝置4(也稱頸椎和腦部支撐模塊，或者為背部加持及旋轉模塊)，位於所述座椅3的上方並與所述座椅3相分隔，胸部及背部夾持裝置4與座椅3沒有直接的連接關係，二者獨立設置，獨立動作，胸部及背部夾持裝置4可以通過綁帶與人體的胸部 和背部固定，實現對人體頸椎或者胸部的連接或夾持，從而實現對頸椎或者胸部的康復訓練，並且所述胸部及背部夾持裝置3與第一轉軸10連接，胸部及背部夾持裝置4通過第一轉軸10鉸接在所述底座1上，所述第一轉軸位於水平方向，因此，胸部及背部夾持裝置3能夠前屈後伸；
第一傳動裝置，連接所述第一轉軸；
第一驅動裝置，連接所述第一傳動裝置。
通過第一傳動裝置的傳動，第一驅動裝置帶動第一轉軸10轉動，第一轉軸10與胸部及背部夾持裝置連接，所以，胸部及背部夾持裝置4相對於底座前屈後伸運動，人體坐在座椅3上，腿部和腳部放置在踏板即腿部固定裝置18上，腿部、臀部、腰部、頸椎都分別得到支撐或夾持，而且頸椎的活動或康復訓練不是由座椅來完成，而是由與座椅分隔或獨立設置的胸部及背部夾持裝置來實現，這樣，頸椎與胸部及背部夾持裝置的連接比頸椎與座椅之間的連接更為靠近，更直接，更有效，相對於傳統的坐位訓練的脊椎康復機器人，頸椎的活動或康復訓練更有針對性，幅度能更大，活動會更靈活，效果更好。
進一步地，如圖1和圖2所示，所述坐位脊椎康復機器人還包括：第一導軌連接板7，設置在所述底座1上並連接所述第一轉軸10，第一導軌連接板7帶動第一轉軸10同步轉動；所述第一傳動裝置包括：第一環形導軌8、第一同步帶輪6和第一同步帶9，其中，第一環形導軌8固定連接在所述第一導軌連接板7的外緣；第一同步帶輪6設置在所述底座1上；第一同步帶9連接在所述第一環形導軌8與所述第一同步帶輪6之間。第一導軌連接板與導軌螺釘聯結，第一同步帶9置於導軌外圓弧側，與第一同步帶輪6形成傳動關係，通過第一同步帶帶動胸部及背部夾持裝置4繞第一轉軸10轉動，實現胸部及背部夾持裝置的前屈後伸。使用第一同步帶實現胸部及背部夾持裝置的前屈後伸，傳動穩定迅速，動作柔和，可以正向、反向方便轉換，而且佔用空間小。
進一步地，所述第一驅動裝置為第一電機(圖中未示出)，所述第一電機連接所述第一同步帶輪6並設置在所述底座1上。第一同步帶輪6連接第一電機的電機軸，當第一電機前後轉動時，通過第一同步帶實現胸部及背部夾持裝置的前屈後伸。通過電機傳動，驅動穩定迅速，空間結構緊湊。
進一步地，如圖1所示，所述底座1包括：底板11和側向設置在底板上的側板13，側板13例如豎直設置，所述第一轉軸10設置在所述側板13上。底板11水平設置，側板13豎直設置，這樣，便於分配空間。為了保護側板13和設置在側板上的部件，以及防止康復訓練時人體與側板上的部件發生磕碰，在側板13外設置外殼15，以容納側板和設置 在側板上的部件(例如包括第一電機或第一轉軸等)。
進一步地，所述座椅3能升降的設置在所述底座上1上，座椅3相對底座在水平方向位置不變，在豎直方向可以升降。例如可以在座椅3內設置彈簧使座椅升降，以調整座椅高度，也調整了座椅和頸椎之間的距離，至於座椅3的升降方式或具體結構可以參考現有技術的設計。
進一步地，如圖1所示，所述坐位脊椎康復機器人還包括：連接在所述胸部及背部夾持裝置4與所述第一轉軸之間的連接杆41，所述連接杆41為彎曲的，可以實現胸部及背部夾持裝置的靈活設置，從而使頸椎的活動不再依賴座椅的動作，增加了頸椎康復的靈活性。
進一步地，如圖1和圖2所示，所述第一環形導軌8所在的平面為豎直平面，所述第一環形導軌8位於所述胸部及背部夾持裝置4與座椅3的側向，這樣，空間緊湊。
進一步地，所述第一環形導軌8轉動的角度範圍為向前70度到向後30度，這樣，適合康復訓練。例如，將第一環形導軌8設計為開環同步帶，為半圓環形，兩頭是斷開固定的，半圓環形的圓弧角度為100度，以使第一同步帶的運動範圍為向前70度到向後30度，符合康復訓練的幅度。
進一步地，如圖1和圖2所示，所述坐位脊椎康復機器人還包括：設置在所述側板上對所述第一同步帶導向的第一導向輪5，所述第一導向輪5設置在所述第一環形導軌8的外側，所述第一導向輪5與所述第一環形導軌8位於同一平面內。第一導向輪5起導向和壓緊的作用，保證了第一同步帶傳動的穩定性。
進一步地，如圖3所示，所述胸部及背部夾持裝置4通過第二轉軸鉸接在所述連接杆41上，所述第二轉軸豎直設置，以實現胸部及背部夾持裝置4的左右轉動；
所述坐位脊椎康復機器人還包括：
第二導軌連接板72，設置在所述連接杆41上並連接所述第二轉軸；
第二環形導軌82，固定連接在所述第二導軌連接板72的外緣；
第二同步帶輪62，設置在所述連接杆41上；
第二電機2，設置在所述連接杆41上並連接第二同步帶輪62；
第二同步帶92，連接在所述第二同步帶輪62與第二環形導軌72上。
胸部及背部夾持裝置4通過第二電機、第二同步帶92、第二環形導軌82能夠實現左右轉動，例如，向左和向右的轉動範圍為45度，因而胸部及背部夾持裝置具有前屈後伸和左右轉動的訓練功能，能夠進行脊柱功能恢復和測試、腰背痛等退行性疾病康復、腰椎疾 病術後康復等訓練。同理，胸部及背部夾持裝置的左右轉動通過同步帶完成，傳動穩定迅速，動作柔和，可以正向、反向方便轉換，而且佔用空間小。另外，相對於傳統的通過座椅實現左右轉動的方式，頸椎的左右轉動不再依賴座椅的左右轉動，可以使頸椎的左右轉動更加獨立，更有針對性。
進一步地，如圖1所示，所述坐位脊椎康復機器人還包括：顯示治療方案的顯示屏16，所述顯示屏16連接在所述側板13上，所述顯示屏3設置在所述胸部及背部夾持裝置4前方，便於患者在訓練時了解包括治療時間、強度等信息的治療方案。
如圖4所示，康復訓練時，人體30坐在座椅3上，頸椎和腦部靠在胸部及背部夾持裝置4上，胸部被胸部及背部夾持裝置4通過綁帶固定和夾持好，腳和腿部安放在踏板即腿部固定裝置18上，胸部被胸部及背部夾持裝置4可以獨立於座椅3前屈後伸，還能獨立於座椅3左右轉動，因而更有針對性的治療頸椎，此外，可以通過座椅3的升降調整頸椎與胸部及背部夾持裝置4之間的高度差，可以通過顯示屏16了解治療方案。
本發明還提出一種坐位脊椎康復機器人的控制方法，所述控制方法採用前面所述的坐位脊椎康復機器人，所述控制方法包括：將胸部及背部夾持裝置安裝在所述座椅上方，患者坐在座椅上，將胸部及背部夾持裝置的綁帶綁住患者的胸部及背部，頭靠在胸部及背部夾持裝置的靠墊上，通過第一電機驅動胸部及背部夾持裝置繞第一轉軸轉動，實現所述胸部及背部夾持裝置在坐位姿態下的前屈或後伸。
進一步地，通過調整所述座椅的上升或下降，實現所述胸部及背部夾持裝置在不同高度下的前屈或後伸，既可以針對同一患者在不同狀況下的訓練，又可以針對不同身高的患者的訓練。
本發明不僅針對脊柱功能恢復和測試，同時針對腰椎疾病的術後康復、以及頸椎的術後康復。本發明佔地小，空間緊湊。
以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，並非用以限定本發明的範圍。為本發明的各組成部分在不衝突的條件下可以相互組合，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。