虛擬現實與并聯柔索牽引耦合式脊椎康復助力裝置結構設計

張康 紀元 劉笑含 張惠榮

摘 要：脊椎病患者需要經常使用牽引機構進行康復保健治療，迫切希望有一種價錢廉宜的康復保健器械能夠在家里、在辦公室自助進行康復治療，以節省醫療費用和寶貴的時間，同時避免往返醫院途中顛簸而帶來的痛苦。本產品使用基于牽引療法使用機械結構對關節施加牽拉力，使其發生一定的分離，周圍軟組織得到適當的牽伸，從而達到治療目的。

關鍵詞：牽引療法；頸腰椎康復；便攜式設計；柔索機構

1 引言

脊椎病是椎間盤突出、椎間盤膨出、腰椎肥大、腰椎增生等一類疾病的統稱。其主要癥狀有：腰痛、腰腿麻痹、坐骨神經痛等，癥狀較重者不僅痛苦難忍，嚴重者甚至引起下肢運動障礙。脊椎病是一種退化病，是由于脊椎關節退化改變后引起脊椎管內神經受到壓迫造成的，其特點是一旦發病則需要長時間康復治療，無法根治，并且容易在顛簸、震動、用力不當等誘因下頻繁復發。

2 設計思路分析

本項目設計的結構為一種腰椎牽引機構，主要功能有如下幾點：

一、恢復腰椎的正常生理曲度：隨著牽引時間的延長，生理曲度變形的現象可以逐步恢復至正常。

二、起腰部的固定和制動作用：牽引時，受牽拉的腰部處于一個相對固定的曲度狀態，腰部的運動范圍及幅度較臥床休息和佩帶腰圍時更進一步得以限制。

三、松弛腰背部肌肉： 牽引療法，可以逐漸使腰背肌放松，解除肌肉痙攣。

四、改善突出物與神經之間的關系：對于腰椎突出早期的患者，牽引療法可使椎間隙逐漸被牽開，而有利于突出物的還納。

3 腰椎牽引機械系統設計

腰椎牽引機構的示意圖見圖3-1，由安裝在底座上的伺服電機1 對滾珠絲杠2提供扭矩，通過螺母3 帶動連接盤4 牽引拉力傳感器6，生成的拉力促使牽引底板7 帶動綁帶盤5，從而達到腰椎牽引的目的。

4 頸椎牽引機械系統設計

頸椎牽引機構的示意圖見圖4-1，由安裝在底座3 上的伺服電機1 把扭矩傳遞給滾珠絲杠4、通過螺母5 轉換成拉力，并經連接盤6 把牽引力傳給拉力傳感器7，從而拉動頭板2 進行頸椎牽引治療。

系統的脊椎牽引機構與頸椎牽引機構均為伺服電機直接帶動絲杠，進而牽動胸板與頭板以線性拉力的形式作用于患者脊椎，這種作用方式直接、反應快，可以迅速地調整牽引力。

5.電控系統設計

在單片機上編程好要運行的機械運作，當pc端發出指令，單片機收到指令后，控制機身按照需要進行的機械運動運作，從而實現啦按摩椅的功能。考慮到按摩椅會做機械運動這可能需要用到數字技術中的計數器，對機械運作時間的記錄并且反饋給控制系統，控制系統再對機器發出指令而完成機器需要進行的一系列復雜而有規律的運動，從而實現按摩康復身體的功能。

6 總結

項目以柔索代替傳統并聯連桿機器人的連桿，大大降低了重量。折衷了串聯機器人與并聯連桿機器人的優缺點，具有更大的工作空間和更好的剛度、精度和負載能力。同時搭建力反饋系統，電機達到預定的拉力值自動停止并進行自動間歇性牽引，設置拉力自動補償功能，有效克服由于機器內部原因導致的拉力變小問題。不必再進行手動調節力量大小。考慮到我國腰椎病及頸椎病的人數日益增長以及人口老齡化的必然趨勢，本項目具有較高的市場價值。

參考文獻：

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