[发明专利]一种人体颈椎模拟装置控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种人体颈椎模拟装置控制系统及控制方法。所述方法为采用基于位置的阻抗控制策略控制所述人体颈椎模拟装置旋转，使所述人体颈椎模拟装置处于待提扳状态，实现旋转过程模拟，并保证旋转过程的柔顺性；采用力跟踪控制策略控制所述驱动电机驱动所述处于待提扳状态的人体颈椎模拟装置，进行提扳过程模拟，实现了关节旋转角度和外界作用力的非线性关系的模拟。采用本发明的控制系统或方法实现了旋提手法下人体颈椎生物力学特性的模拟。

技术领域

本发明涉及颈椎模拟器械领域，特别涉及一种人体颈椎模拟装置控制系统及控制方法。

背景技术

旋提手法作为辅助、替代药物治疗颈椎病的有效方式被广泛应中医临床治疗，在旋提手法中，医生要求患者的头部主动水平旋转至极限角度，然后低头实现最大屈曲后再水平旋转，达到有固定感的过程称为旋转过程；医生以肘部托住患者下颌，轻轻向上牵引，然后让患者放松肌肉，同时肘部迅速用力向上提拉的过程称为提扳过程，但是该类手法受到操作不规范，临床经验匮乏，医师手法水平参差不齐的影响，容易对患者产生组织拉伤等二次伤害。中国中医科学院望京医院通过对旋提手法的深入研究，设计出用于旋提手法培训的颈椎器械模拟装置，能够对旋提手法的每个阶段进行评估，其是通过对颈椎器械模拟装置施加外力，颈椎器械模拟装置可以在外力的作用下产生相应的机械变形或者运动，来实现人体颈椎的模拟；但是由于颈椎器械模拟装置相应外力的运动轨迹是由颈椎器械模拟装置本身的材料的刚度或者颈椎器械模拟装置中传动部件间的作用力决定的，无法模拟人体颈椎运动的柔顺性，也无法实现当水平旋转超过某一角度，脖子的刚度迅速变大的模拟，在提扳过程中，无法模拟接触力和颈椎的生物力学特性决定的脖子的运动轨迹，即现有的椎器械模拟装置无法实现旋提手法下人体颈椎生物力学特性的模拟。

发明内容

本发明的目的是，为了实现旋提手法下人体颈椎生物力学特性的模拟，提供一种人体颈椎模拟装置控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种人体颈椎模拟装置控制系统，所述人体颈椎模拟装置为人体颈椎的模拟结构，包括关节，所述关节包括水平旋转关节和仰俯旋转关节，所述人体颈椎模拟装置控制系统包括力矩传感器、驱动电机和控制器，所述力矩传感器与所述控制器连接，所述控制器与所述驱动电机连接；

所述力矩传感器用于获取医生对所述人体颈椎模拟装置施加的接触力对所述人体颈椎模拟装置的关节产生的力矩；

所述控制器用于根据所述力矩计算得到所述接触力，并根据所述接触力控制所述驱动电机；

所述驱动电机用于驱动所述人体颈椎模拟装置的关节旋转。

可选的，所述力矩传感器包括水平旋转关节力矩传感器和仰俯旋转关节力矩传感器；

可选的，所述水平旋转关节力矩传感器与所述人体颈椎模拟装置的水平旋转关节同轴，用于获取医生对所述人体颈椎模拟装置施加的接触力对所述人体颈椎模拟装置的水平旋转关节产生的力矩；

所述仰俯旋转关节力矩传感器与所述人体颈椎模拟装置的仰俯旋转关节同轴，用于获取医生对所述人体颈椎模拟装置施加的接触力对所述人体颈椎模拟装置的仰俯旋转关节产生的力矩。

可选的，所述驱动电机包括水平旋转关节驱动电机和仰俯旋转关节驱动电机；

所述水平旋转关节驱动电机与所述人体颈椎模拟装置的水平旋转关节同轴，用于驱动水平旋转关节旋转；

所述仰俯旋转关节驱动电机与所述人体颈椎模拟装置的仰俯旋转关节同轴，用于驱动仰俯旋转关节旋转。

一种人体颈椎模拟装置控制方法，包括如下步骤：

根据所述力矩传感器获取的医生对所述人体颈椎模拟装置施加的第一接触力，采用基于位置的阻抗控制策略控制所述人体颈椎模拟装置旋转，使所述颈椎模拟装置处于待提扳状态；