CN112245091B - 一种颈椎康复训练辅助机器人及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颈椎康复训练辅助机器人及其应用方法，包括可移动底座、靠背、头套模块、辅助牵引与调节装置、控制模块。采用新型水凝胶材料制作头套，因其材料的柔软性，其可塑性的能力得到大大的增强，可根据不同的人群微调头套的位置，提高舒适度。设计辅助牵引与调节装置占用的空间资源少、调节方式灵活可靠，可实现颈椎牵引过程的准确柔顺调节与控制。采用可移动底座，增加刹车装置，防止路面不平造成打滑现象，提高使用人群的安全性。本发明的颈椎康复训练辅助机器人具有结构紧凑、运动灵活、控制可靠、操作方便等特点，可应用于医院、家庭等颈椎康复护理方面。

Description

一种颈椎康复训练辅助机器人及其应用方法

技术领域

本发明涉及颈椎病康复技术领域，尤其是涉及一种颈椎康复训练辅助机器人及其应用方法。

背景技术

颈椎病又称颈椎综合症，是颈椎骨关节炎、增生性颈椎炎、颈神经根综合征、颈椎间盘脱出症的总称，是一种以颈椎退行性病理改变为基础的疾患。随着社会的发展，社会上的竞争越来越激烈，工作、学习压力骤增，导致颈椎病的发病率明显提高。颈椎康复机器人是治疗颈椎病的关键仪器，对临床治疗、康复机理完善都有着重大的意义。

传统的颈椎康复训练装置采用大型机械牵引设备，利用手动加压的方式驱动牵引平台拉伸颈椎，这种训练装置需要大型的底座和牵引平台，价格昂贵、操作不便、容易生锈，不适宜家庭使用。现有的颈椎康复机器人，一般设有固定床架、活动床板和活动头枕，其中活动头枕具有三个转动自由度，通过机械液压***实现头低腿高的倾斜***，分别在俯卧位和仰卧位利用头部自重进行颈椎牵引。另外，现有的康复牵引装置多利用电动推杆等机构进行牵引调节，容易卡壳、效率低，需要经常维护；调节装置多采用传统齿轮减速器进行扭矩输出，存在可靠性差、长时间输出扭矩变小、运动自由度少等问题。目前，颈椎牵引装置体积存在体积大、操作复杂、无法灵活移动、传动与调节繁琐等问题，难以满足颈椎康复患者的家用需求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种颈椎康复训练辅助机器人，该颈椎康复训练辅助机器人具有使用方式简便且使用舒适的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种颈椎康复训练辅助机器人，其特征在于：包括可移动底座以及与所述可移动底座匹配的靠背、头套模块、辅助牵引与调节装置和控制模块；

所述可移动底座包括刹车装置、支撑板、电动推杆一、座椅架、扶手、按钮；所述支撑板的底端安装刹车装置，所述电动推杆一垂直穿过支撑板中心位置，所述控制模块固定于支撑板的上侧，所述电动推杆一的顶端固定座椅架，所述座椅架与靠背转动连接，所述靠背固定有与所述座椅架平行的扶手，所述扶手上安装有按钮，用于调节靠背与座椅架的角度；

所述头套模块包括固定支架、头套、电动推杆二、和压力传感器一。所述固定支架上端连接绳索，下端连接头套。所述头套用于支撑头部和固定头部位置。所述电动推杆二固定在头套两端，所述压力传感器一安装在头套上，用于检测头套所受压力的大小；

所述辅助牵引与调节装置包括牵引调节模块一、牵引调节模块二、辅助牵引机构、支撑杆一、支撑杆二、支架一、支架二和支架三。所述支撑杆一竖直固定在扶手的左上侧，所述支撑杆二竖直固定在扶手的右上侧，所述支架一固定于支撑杆一并与扶手平行，所述支架二固定于支撑杆二并与扶手平行，所述支架三一端连接支架一，另一端连接支架二并与扶手垂直，所述牵引调节模块一固定于支架一上，所述牵引调节模块二固定于支架二上，所述辅助牵引机构固定于支架三上；

所述牵引调节模块一包括电机底座、伺服电动机、谐波减速器、扭矩传感器、连接轴、联轴器、小齿轮、第一齿轮支撑座、大齿轮、转动轴、大滑轮、滑轮座、绳索一、小滑轮、滑轮底座、绳索二、导轮、导轮座、绳索三和第二齿轮支撑座；所述电机底座固定于支架一上，所述伺服电动机固定于电机底座上并与支架一平行，所述谐波减速器与伺服电动机连接形成转动副，所述扭矩传感器固定于支架一上，与伺服电动机转轴相连接，所述连接轴一端连接谐波减速器，另一端连接小齿轮，所述联轴器套在连接轴上形成圆柱副，所述大齿轮与小齿轮相互啮合，大齿轮和转动轴固定连接，带动转动轴旋转，所述第一齿轮支撑座固定于支架一上并与转动轴转动连接，所述第二齿轮支撑座固定于支架一上，并与小齿轮转动连接，所述滑轮座固定于支架一上，所述大滑轮安装于滑轮座上，并与转动轴固定连接，并随着转动轴的转动而转动，所述滑轮底座固定于支架一上，所述小滑轮安装于滑轮底座上。所述导轮座固定于支架一上，所述导轮安装在导轮座上，所述绳索一一端连接大滑轮，另一端连接小滑轮，所述绳索二一端连接小滑轮，另一端连接导轮，所述绳索三一端连接导轮，另一端连接头套模块中固定支架相对于支架一的一端上，所述牵引调节模块二与所述牵引调节模块一结构相同；牵引调节模块二中绳索三一端连接导轮，另一端连接头套模块中固定支架相对于支架二的一端上；

所述辅助牵引机构包括铰轮座一、铰轮一、导轨基座、滑槽、滑动块、弹簧一、弹簧二、线固定板、弹簧三、弹簧四、推杆、推杆电机、电机固定座、拉线位移传感器、铰轮二、铰轮基座二、绳索七、绳索八、绳索九；所述铰轮座一固定于支架三上，所述铰轮一安装于铰轮座一上，所述导轨基座固定于支架三上，所述滑槽与导轨基座连接并与支架三固定，所述滑动块与滑槽滑动连接，并能够在滑槽中做往复直线运动，所述弹簧一一端连接导轨基座，另一端连接滑动块，滑动块和左侧导轨基座之间同时连接弹簧一和弹簧二，和右侧导轨基座之间连接有弹簧三和弹簧四；所述线固定板固定于滑动块上，所述推杆一端与滑动块连接，另一端与推杆电机连接，所述推杆电机固定在电机固定座上，所述电机固定座固定于支架三上，所述拉线位移传感器固定于支架三上，用于测量绳索八的位移，所述铰轮基座二固定于支架三上，所述铰轮二安装在铰轮基座二上，所述绳索七一端连接铰轮一，另一端连接头套模块中固定支架相对于支架二的另一端上，所述绳索八一端连接铰轮一，另一端穿过线固定板连接铰轮二，所述绳索九一端连接铰轮二，另一端连接头套模块中固定支架相对于支架一的另一端上。

进一步地，所述可移动底座还包括刹车装置，所述刹车装置包括轮子支架、导向槽、轮子、刹车片、刹车手柄、滑动轴、滑槽。所述轮子安装在轮子支架上形成转动副，所述轮子支架上开有导向槽，所述刹车片安装在导向槽中，所述刹车手柄固定在轮子的转轴上，所述刹车手柄连接刹车片，所述刹车片上开设有滑槽，所述滑动轴一端固定在刹车手柄上，另一端插接在滑槽上，当转动刹车手柄时，滑动轴可在刹车手柄的带动下，在滑槽内滑动。

进一步地，所述靠背包括调节机构以及背板和压力传感器二，所述调节机构设置在座椅架内部，所述调节机构通过连接轴与背板形成转动副，背板固定于调节机构一端上侧位置，所述压力传感器二固定在背板的前侧，与控制模块的指令接收端连接，所述调节机构包括卡杆、钢索、挡块、弹簧、轴杆，所述卡杆安装于座椅架内部的左侧，所述钢索连接于卡杆，另一端连接轴杆，所述轴杆与背板配合形成可轴向移动的圆柱副，所述弹簧固定于钢索上，所述挡块设置于钢索上，并与弹簧相连接，当钢索随着轴杆转动时，弹簧伸缩带动钢索调节至一定位置，实现背板不同角度的调节。

进一步地，所述控制模块包括信息处理控制模块，所述信息处理控制模块固定在支撑板上，信息处理控制模块先采集压力传感器一的信号，将信号进行处理，输出信号控制电动推杆二上下移动，然后采集到压力传感器二的信号，将信号反馈至调节机构，调节机构中的卡杆推动钢索移动，从而带动轴杆旋转，接着采集到扭矩传感器的信号，将信号进行分析，输出信号控制伺服电机输出扭矩，实现牵引力的柔性控制，最后采集到拉线位移传感器的信号，控制推杆电机调节绳索的位移，实现不同牵引方向的调整。

一种颈椎康复训练辅助机器人的应用方法，包括以下步骤：患者先坐在可移动底座上，当患者的背部接触靠背时，压力传感器二通过信息处理模块输出信号至调节机构，控制调节机构中的卡杆推动钢索移动，进而带动轴杆旋转，调整靠背的倾斜角度，然后用头套模块将患者的下颌固定，当压力传感器一检测到信号，信号处理模块将信号进行处理，控制电动推杆二进行上下移动，相应的辅助牵引与调节装置也开始工作，两个牵引调节模块分别连接一根绳索，当信息处理模块接收到扭矩传感器的信号后，立即输出信号控制伺服电机转动，从而带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮相啮合，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮通过转动轴带动滑轮开始转动，从而绳索开始一起移动，绳索分别连接在头套模块中固定支架的两端，用于调节头套模块的上下距离，辅助牵引机构同时连接两根绳索，当信息处理模块接收到拉线位移传感器的信号后，立即反馈信号控制推杆电机移动，进而带动滑动块在滑槽内做往复运动，由于导轨基座中设置有四根弹簧，滑动块需要克服阻力，所以滑动块只能在滑槽内缓慢的移动，辅助牵引机构上还设有两个铰轮和线固定板，绳索分别穿过铰轮和线固定板，与头套模块的固定支架相连接，实现头套模块的角度微调，最后传感器的检测数据可以存档到信息处理模块的数据库文件中，之后能够根据所述数据库文件对患者进行康复治疗。

本发明具有的有益效果是：

1.采用新型水凝胶材料制作牵引头套，电动推杆和力传感器组成驱动装置，通过电动推杆与固定支架球铰，可实现三个自由度的运动，具有材料新颖实用、结构简单小巧、实时监测颈椎病态等优点，能够有效改善颈椎病。

2.设计辅助牵引与调节装置，采用伺服电机、谐波减速器、位移传感器、导轮、连接板、柔性绳索等，形成差动柔性绳传动与驱动机构，具有牵引控制灵活、传动误差少、输出力矩稳定、控制可靠等优点，保证康复治疗过程中的稳定性和可靠性。

3. 采用可移动式底座，集成化设计，可实现自动调节座椅高度和背椅角度，轮子自动刹车等功能，方便家庭使用。

4.设计新型辅助牵引机构，采用弹簧、导轨、绞轮和推杆电机等组成往复运动调节机构，当滑动块在滑槽内做往复直线运动时，通过弹簧进行运动缓冲，有效提高调节过程的平稳性和可靠性。

综上所述，本发明具有结构紧凑、控制灵活、调节稳定可靠、操作方便及治疗效果好的优点，可广泛应用于颈椎病治疗与家庭康复护理中。

附图说明

图1是本发明机器人的整体结构的轴测图。

图2是本发明机器人的整体结构的左视图。

图3是本发明机器人的刹车装置的正视图

图4是本发明机器人的刹车装置的左视图。

图5是本发明机器人的刹车装置的局部放大视图。

图6是本发明机器人的靠背的左视图。

图7是本发明机器人的靠背的调节机构的正视图。

图8是本发明机器人的牵引头套的正视图。

图9是本发明机器人的辅助牵引与调节装置的正视图。

图10是本发明机器人的辅助牵引与调节装置的俯视图。

图11是本发明机器人的牵引调节模块一的轴侧图。

图12是本发明机器人的辅助牵引机构的轴测图。

图13是本发明机器人的控制模块的正视图。

图中：1.可移动底座；2.控制模块；3.靠背；4.头套模块；11.刹车装置；12.支撑板；13.座椅架；14.电动推杆一；15.按钮；16.扶手；41.固定支架；42.电动推杆二；43.头套；44.压力传感器一；51.牵引调节模块一；52.牵引调节模块二；53.辅助牵引机构；541.支撑杆一；542.支撑杆二；551.支架一；552.支架二；553.支架三；511.电机底座；512.伺服电动机；513.谐波减速器；514.扭矩传感器；515.连接轴；516.联轴器；517.小齿轮；518.第一齿轮支撑座；519.大齿轮；5110.转动轴；5111.大滑轮；5112.滑轮座；5113.绳索一；5114.小滑轮；5115.滑轮底座；5116.绳索二；5117.导轮；5118.导轮座；5119.绳索三；5120.第二齿轮支撑座；531.铰轮座一；532.铰轮一；533.导轨基座；534.滑槽；535.滑动块；536.弹簧一；537.弹簧二；538.线固定板；539.弹簧三；5310.弹簧四；5311.推杆；5312.推杆电机；5313.电机固定座；5314.拉线位移传感器；5315.铰轮二；5316.铰轮基座二；5317.绳索七；5318.绳索八；5319.绳索九；112.支架；113.导向槽；111.轮子；114.刹车片；115.刹车手柄；116.滑动轴；117.滑槽；31.调节机构；32.背板；33.压力传感器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然以下所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种颈椎康复训练辅助机器人，包括可移动底座1以及与所述可移动底座匹配的靠背3、头套模块4、辅助牵引与调节装置5和控制模块2；

如图2所示，所述可移动底座1包括刹车装置11、支撑板12、电动推杆一14、座椅架13、扶手16、按钮15；所述支撑板12的底端安装刹车装置11，所述电动推杆一14垂直穿过支撑板12中心位置，所述控制模块2固定于支撑板12的上侧，所述电动推杆一14的顶端固定座椅架13，所述座椅架13与靠背3转动连接，所述靠背3固定有与所述座椅架13平行的扶手16，所述扶手上安装有按钮15，用于调节靠背3与座椅架13的角度；

如图6和图7所示，所述靠背3包括调节机构31以及背板32和压力传感器二33，所述调节机构31设置在座椅架13内部，所述调节机构31通过连接轴与背板32形成转动副，背板32固定于调节机构31一端上侧位置，所述压力传感器二33固定在背板32的前侧，与控制模块2的指令接收端连接，所述调节机构31包括卡杆311、钢索312、挡块313、弹簧314、轴杆315，所述卡杆311安装于座椅架13内部的左侧，所述钢索312连接于卡杆311，另一端连接轴杆315，所述轴杆315与背板32配合形成可轴向移动的圆柱副，所述弹簧314固定于钢索312上，所述挡块313设置于钢索312上，并与弹簧314相连接，当钢索312随着轴杆315转动时，弹簧314伸缩带动钢索312调节至一定位置，实现背板32不同角度的调节，所述弹簧314起到复位的作用。通过卡杆和钢索的往复运动带动轴杆转动，可以对靠背的角度进行调节。

如图3、图4和图5所示，所述可移动底座1还包括刹车装置11，所述刹车装置11包括轮子支架112、导向槽113、轮子111、刹车片114、刹车手柄115、滑动轴116、滑槽117。所述轮子111安装在轮子支架112上形成转动副，所述轮子支架112上开有导向槽113，所述刹车片114安装在导向槽113中，所述刹车手柄115固定在轮子111的转轴上，所述刹车手柄115连接刹车片114，所述刹车片114上开设有滑槽117，所述滑动轴116一端固定在刹车手柄115上，另一端插接在滑槽117上，当转动刹车手柄115时，滑动轴116可在刹车手柄115的带动下，在滑槽117内滑动。

刹车手柄上设置垂直穿过的刹车片，并在刹车片上开设滑槽，利用偏心的滑动轴在滑槽内滑动，来牵引刹车片上下活动，有效的减少了力损耗，并且可有效的减少运动中产生的摩擦力，同时制动和启动较为灵活，不会反弹。

如图8所示，所述头套模块4包括固定支架41、头套43、电动推杆二42、和压力传感器一44。所述固定支架41上端连接绳索，下端连接头套43。所述头套43用于支撑头部和固定头部位置。所述电动推杆二42固定在头套43两端，所述压力传感器一44安装在头套43上，用于检测头套43所受压力的大小；

头套43采用新型水凝胶材料，性质柔软，能保持一定的形状，采用电动推杆调节头套模块的高度，适应不同人群需求的目的，且该方式便捷，易于操作，显著提高其实用性。

如图9、图10和图11所示，所述辅助牵引与调节装置5包括牵引调节模块一51、牵引调节模块二52、辅助牵引机构53、支撑杆一541、支撑杆二542、支架一551、支架二552和支架三553。所述支撑杆一541竖直固定在扶手16的左上侧，所述支撑杆二542竖直固定在扶手16的右上侧，所述支架一551固定于支撑杆一541并与扶手16平行，所述支架二552固定于支撑杆二542并与扶手16平行，所述支架三553一端连接支架一551，另一端连接支架二552并与扶手16垂直，所述牵引调节模块一51固定于支架一551上，所述牵引调节模块二52固定于支架二552上，所述辅助牵引机构53固定于支架三553上；

所述牵引调节模块一51包括电机底座511、伺服电动机512、谐波减速器513、扭矩传感器514、连接轴515、联轴器516、小齿轮517、第一齿轮支撑座518、大齿轮519、转动轴5110、大滑轮5111、滑轮座5112、绳索一5113、小滑轮5114、滑轮底座5115、绳索二5116、导轮5117、导轮座5118、绳索三5119和第二齿轮支撑座5120；所述电机底座511固定于支架一551上，所述伺服电动机512固定于电机底座511上并与支架一551平行，所述谐波减速器513与伺服电动机512连接形成转动副，所述扭矩传感器514固定于支架一551上，与伺服电动机512转轴相连接，所述连接轴515一端连接谐波减速器513，另一端连接小齿轮517，所述联轴器516套在连接轴515上形成圆柱副，所述大齿轮519与小齿轮517相互啮合，大齿轮519和转动轴5110固定连接，带动转动轴5110旋转，所述第一齿轮支撑座518固定于支架一551上并与转动轴5110转动连接，所述第二齿轮支撑座5120固定于支架一551上，并与小齿轮517转动连接，所述滑轮座5112固定于支架一551上，所述大滑轮5111安装于滑轮座5112上，并与转动轴5110固定连接，并随着转动轴51110的转动而转动，所述滑轮底座5115固定于支架一551上，所述小滑轮5114安装于滑轮底座5115上。所述导轮座5118固定于支架一551上，所述导轮5117安装在导轮座5118上，所述绳索一5113一端连接大滑轮5111，另一端连接小滑轮5114，所述绳索二5116一端连接小滑轮5114，另一端连接导轮5118，所述绳索三5119一端连接导轮5118，另一端连接头套模块4中固定支架41相对于支架一551的一端上，所述牵引调节模块二52与所述牵引调节模块一51结构相同；牵引调节模块二52中绳索三5119一端连接导轮5118，另一端连接头套模块4中固定支架41相对于支架二551的一端上；

伺服电动机带动小齿轮运动，小齿轮带动大齿轮旋转，进而转动轴随之转动带动滑轮进行滚动，穿过滑轮的绳索进行收缩和扩张，从而实现头套模块的高低，达到患者最舒服的状态进行治疗。

如图12所示，所述辅助牵引机构53包括铰轮座一531、铰轮一532、导轨基座533、滑槽534、滑动块535、弹簧一536、弹簧二537、线固定板538、弹簧三539、弹簧四5310、推杆5311、推杆电机5312、电机固定座5313、拉线位移传感器5314、铰轮二5315、铰轮基座二5316、绳索七5317、绳索八5318、绳索九5319；所述铰轮座一531固定于支架三553上，所述铰轮一532安装于铰轮座一531上，所述导轨基座533固定于支架三553上，所述滑槽534与导轨基座533连接并与支架三553固定，所述滑动块5355与滑槽534滑动连接，并能够在滑槽534中做往复直线运动，所述弹簧一536一端连接导轨基座533，另一端连接滑动块535，滑动块535和左侧导轨基座533之间同时连接弹簧一536和弹簧二537，和右侧导轨基座533之间连接有弹簧三539和弹簧四5310；所述线固定板538固定于滑动块535上，所述推杆5311一端与滑动块535连接，另一端与推杆电机5312连接，所述推杆电机5312固定在电机固定座5313上，所述电机固定座5313固定于支架三553上，所述拉线位移传感器5314固定于支架三553上，用于测量绳索八5318的位移，所述铰轮基座二5316固定于支架三553上，所述铰轮二5315安装在铰轮基座二5316上，所述绳索七5317一端连接铰轮一532，另一端连接头套模块4中固定支架41相对于支架二551的另一端上，所述绳索八5318一端连接铰轮一532，另一端穿过线固定板528连接铰轮二5315，所述绳索九5319一端连接铰轮二5315，另一端连接头套模块4中固定支架41相对于支架一551的另一端上。

推杆电机推动推杆，带动滑动块在直线导轨内做往复直线运动，采用四段缓冲弹簧能够有效增加阻力，减少移动速度，有利于实现对头套模块角度的微调，提高治疗效果。

如图13所示，所述控制模块2包括信息处理控制模块21，所述信息处理控制模块21固定在支撑板12上，信息处理控制模块21先采集压力传感器一44的信号，将信号进行处理，输出信号控制电动推杆二42上下移动，然后采集到压力传感器二33的信号，将信号反馈至调节机构31，调节机构31中的卡杆311推动钢索312移动，从而带动轴杆315旋转，接着采集到扭矩传感器514的信号，将信号进行分析，输出信号控制伺服电机512输出扭矩，实现牵引力的柔性控制，最后采集到拉线位移传感器5314的信号，控制推杆电机5312调节绳索的位移，实现不同牵引方向的调整。

控制模块采集每个电机的工作过程并存储到数据库文件中，将整个过程采集并存储完毕后，根据存储的信息对每个电机进行主动加载，复现每个电机的输出，实现对医生治疗过程的模拟。通过调节电机的加载频率可以调节牵引过程中 电机输出的快慢。再次使用时，可以直接根据已存储的文件直接进行康复治疗。

本发明还提供了一种颈椎康复训练辅助机器人的应用方法，包括以下步骤：患者先坐在可移动底座1上，当患者的背部接触靠背3时，压力传感器二33通过信息处理模块21输出信号至调节机构31，控制调节机构31中的卡杆311推动钢索312移动，进而带动轴杆315旋转，调整靠背3的倾斜角度，然后用头套模块4将患者的下颌固定，当压力传感器一44检测到信号，信号处理模块21将信号进行处理，控制电动推杆二42进行上下移动，相应的辅助牵引与调节装置5也开始工作，两个牵引调节模块分别连接一根绳索，当信息处理模块21接收到扭矩传感器514的信号后，立即输出信号控制伺服电机512转动，从而带动小齿轮517转动，小齿轮517与大齿轮519相啮合，小齿轮517带动大齿轮519转动，大齿轮519通过转动轴5110带动滑轮开始转动，从而绳索开始一起移动，绳索分别连接在头套模块4中固定支架41的两端，用于调节头套模块4的上下距离，辅助牵引机构53同时连接两根绳索，当信息处理模块21接收到拉线位移传感器5314的信号后，立即反馈信号控制推杆电机5312移动，进而带动滑动块535在滑槽534内做往复运动，由于导轨基座533中设置有四根弹簧，滑动块535需要克服阻力，所以滑动块535只能在滑槽534内缓慢的移动，辅助牵引机构53上还设有两个铰轮和线固定板538，绳索分别穿过铰轮和线固定板538，与头套模块4的固定支架41相连接，实现头套模块4的角度微调，最后传感器的检测数据可以存档到信息处理模块21的数据库文件中，之后能够根据所述数据库文件对患者进行康复治疗。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种颈椎康复训练辅助机器人，其特征在于：包括可移动底座（1）以及与所述可移动底座匹配的靠背（3）、头套模块（4）、辅助牵引与调节装置（5）和控制模块（2）；

所述可移动底座（1）包括刹车装置（11）、支撑板（12）、电动推杆一（14）、座椅架（13）、扶手（16）、按钮（15）；所述支撑板（12）的底端安装刹车装置（11），所述电动推杆一（14）垂直穿过支撑板（12）中心位置，所述控制模块（2）固定于支撑板（12）的上侧，所述电动推杆一（14）的顶端固定座椅架（13），所述座椅架（13）与靠背（3）转动连接，所述靠背（3）固定有与所述座椅架（13）平行的扶手（16），所述扶手上安装有按钮（15），用于调节靠背（3）与座椅架（13）的角度；所述刹车装置（11）包括轮子支架（112）、导向槽（113）、轮子（111）、刹车片（114）、刹车手柄（115）、滑动轴（116）、滑槽（117）；所述轮子（111）安装在轮子支架（112）上形成转动副，所述轮子支架（112）上开有导向槽（113），所述刹车片（114）安装在导向槽（113）中，所述刹车手柄（115）固定在轮子（111）的转轴上，所述刹车手柄（115）连接刹车片（114），所述刹车片（114）上开设有滑槽（117），所述滑动轴（116）一端固定在刹车手柄（115）上，另一端插接在滑槽（117）上，当转动刹车手柄（115）时，滑动轴（116）可在刹车手柄（115）的带动下，在滑槽（117）内滑动；

所述靠背（3）包括调节机构（31）以及背板（32）和压力传感器二（33），所述调节机构（31）设置在座椅架（13）内部，所述调节机构（31）通过连接轴与背板（32）形成转动副，背板（32）固定于调节机构（31）一端上侧位置，所述压力传感器二（33）固定在背板（32）的前侧，与控制模块（2）的指令接收端连接，所述调节机构（31）包括卡杆（311）、钢索（312）、挡块（313）、弹簧（314）、轴杆（315），所述卡杆（311）安装于座椅架（13）内部的左侧，所述钢索（312）连接于卡杆（311），另一端连接轴杆（315），所述轴杆（315）与背板（32）配合形成可轴向移动的圆柱副，所述弹簧（314）固定于钢索（312）上，所述挡块（313）设置于钢索（312）上，并与弹簧（314）相连接，当钢索（312）随着轴杆（315）转动时，弹簧（314）伸缩带动钢索（312）调节至一定位置，实现背板（32）不同角度的调节；

所述头套模块（4）包括固定支架（41）、头套（43）、电动推杆二（42）、和压力传感器一（44）；所述固定支架（41）上端连接绳索，下端连接头套（43）；所述头套（43）用于支撑头部和固定头部位置；所述电动推杆二（42）固定在头套（43）两端，所述压力传感器一（44）安装在头套（43）上，用于检测头套（43）所受压力的大小；

所述辅助牵引与调节装置（5）包括牵引调节模块一（51）、牵引调节模块二（52）、辅助牵引机构（53）、支撑杆一（541）、支撑杆二（542）、支架一（551）、支架二（552）和支架三（553）；所述支撑杆一（541）竖直固定在扶手（16）的左上侧，所述支撑杆二（542）竖直固定在扶手（16）的右上侧，所述支架一（551）固定于支撑杆一（541）并与扶手（16）平行，所述支架二（552）固定于支撑杆二（542）并与扶手（16）平行，所述支架三（553）一端连接支架一（551），另一端连接支架二（552）并与扶手（16）垂直，所述牵引调节模块一（51）固定于支架一（551）上，所述牵引调节模块二（52）固定于支架二（552）上，所述辅助牵引机构（53）固定于支架三（553）上；

所述牵引调节模块一（51）包括电机底座（511）、伺服电动机（512）、谐波减速器（513）、扭矩传感器（514）、连接轴（515）、联轴器（516）、小齿轮（517）、第一齿轮支撑座（518）、大齿轮（519）、转动轴（5110）、大滑轮（5111）、滑轮座（5112）、绳索一（5113）、小滑轮（5114）、滑轮底座（5115）、绳索二（5116）、导轮（5117）、导轮座（5118）、绳索三（5119）和第二齿轮支撑座（5120）；所述电机底座（511）固定于支架一（551）上，所述伺服电动机（512）固定于电机底座（511）上并与支架一（551）平行，所述谐波减速器（513）与伺服电动机（512）连接形成转动副，所述扭矩传感器（514）固定于支架一（551）上，与伺服电动机（512）转轴相连接，所述连接轴（515）一端连接谐波减速器（513），另一端连接小齿轮（517），所述联轴器（516）套在连接轴（515）上形成圆柱副，所述大齿轮（519）与小齿轮（517）相互啮合，大齿轮（519）和转动轴（5110）固定连接，带动转动轴（5110）旋转，所述第一齿轮支撑座（518）固定于支架一（551）上并与转动轴（5110）转动连接，所述第二齿轮支撑座（5120）固定于支架一（551）上，并与小齿轮（517）转动连接，所述滑轮座（5112）固定于支架一（551）上，所述大滑轮（5111）安装于滑轮座（5112）上，并与转动轴（5110）固定连接，并随着转动轴（51110）的转动而转动，所述滑轮底座（5115）固定于支架一（551）上，所述小滑轮（5114）安装于滑轮底座（5115）上；所述导轮座（5118）固定于支架一（551）上，所述导轮（5117）安装在导轮座（5118）上，所述绳索一（5113）一端连接大滑轮（5111），另一端连接小滑轮（5114），所述绳索二（5116）一端连接小滑轮（5114），另一端连接导轮（5118），所述绳索三（5119）一端连接导轮（5118），另一端连接头套模块（4）中固定支架（41）相对于支架一（551）的一端上，所述牵引调节模块二（52）与所述牵引调节模块一（51）结构相同；牵引调节模块二（52）中绳索三（5119）一端连接导轮（5118），另一端连接头套模块（4）中固定支架（41）相对于支架二（551）的一端上；

所述辅助牵引机构（53）包括铰轮座一（531）、铰轮一（532）、导轨基座（533）、滑槽（534）、滑动块（535）、弹簧一（536）、弹簧二（537）、线固定板（538）、弹簧三（539）、弹簧四（5310）、推杆（5311）、推杆电机（5312）、电机固定座（5313）、拉线位移传感器（5314）、铰轮二（5315）、铰轮基座二（5316）、绳索七（5317）、绳索八（5318）、绳索九（5319）；所述铰轮座一（531）固定于支架三（553）上，所述铰轮一（532）安装于铰轮座一（531）上，所述导轨基座（533）固定于支架三（553）上，所述滑槽（534）与导轨基座（533）连接并与支架三（553）固定，所述滑动块（5355）与滑槽（534）滑动连接，并能够在滑槽（534）中做往复直线运动，所述弹簧一（536）一端连接导轨基座（533），另一端连接滑动块（535），滑动块（535）和左侧导轨基座（533）之间同时连接弹簧一（536）和弹簧二（537），和右侧导轨基座（533）之间连接有弹簧三（539）和弹簧四（5310）；所述线固定板（538）固定于滑动块（535）上，所述推杆（5311）一端与滑动块（535）连接，另一端与推杆电机（5312）连接，所述推杆电机（5312）固定在电机固定座（5313）上，所述电机固定座（5313）固定于支架三（553）上，所述拉线位移传感器（5314）固定于支架三（553）上，用于测量绳索八（5318）的位移，所述铰轮基座二（5316）固定于支架三（553）上，所述铰轮二（5315）安装在铰轮基座二（5316）上，所述绳索七（5317）一端连接铰轮一（532），另一端连接头套模块（4）中固定支架（41）相对于支架二（551）的另一端上，所述绳索八（5318）一端连接铰轮一（532），另一端穿过线固定板（528）连接铰轮二（5315），所述绳索九（5319）一端连接铰轮二（5315），另一端连接头套模块（4）中固定支架（41）相对于支架一（551）的另一端上；

所述控制模块（2）包括信息处理控制模块（21），所述信息处理控制模块（21）固定在支撑板（12）上，信息处理控制模块（21）先采集压力传感器一（44）的信号，将信号进行处理，输出信号控制电动推杆二（42）上下移动，然后采集到压力传感器二（33）的信号，将信号反馈至调节机构（31），调节机构（31）中的卡杆（311）推动钢索（312）移动，从而带动轴杆（315）旋转，接着采集到扭矩传感器（514）的信号，将信号进行分析，输出信号控制伺服电机（512）输出扭矩，实现牵引力的柔性控制，最后采集到拉线位移传感器（5314）的信号，控制推杆电机（5312）调节绳索的位移，实现不同牵引方向的调整。