韩程 杨国彦 陈浩 王壮 薛伟朋 胡耀增
青岛理工大学（临沂） 276000
摘要
近年来，随着人们工作方式的改变及我国人口老龄化的加剧，颈型颈椎病的发病率日益增高，特别是长期处于低头型工作的人群及机体抵抗力下降，极其容易导致颈椎及局部软组织慢性劳损，从而引起以头痛、头昏、颈部难以活动等一系列临床症状，若未得到及时治疗，迁延日久进一步发展会导致眩晕、瘫痪等更严重的后果。目前社区中存在大量患者群，如何进行早期诊断、早期治疗，提高患者的防病、治病能力，防微杜渐，减少本病对人们身体健康的影响是临床需要重视的课题。
关键词：颈椎按摩器，结构设计，系统分析。
引言
颈椎是人体的主要支柱，与人的生命中枢－延髓紧密相连，有丰富的血管、神经丛，保障人体基本生命活动信息的上传下达和营养输送，任何细微变化都可以导致人体器官的不适，随着生活节奏的加快，颈椎病的发病率和年轻化逐年加大，严重的影响了人们的生活和工作。同时，颈椎病的发病除了与年龄、性别、职业等因素相关外，还与高枕睡眠、长期使用电脑、长期伏案工作、缺乏体育锻炼、发病前颈部劳累病史、长时间使用手机、需要经常驾车、工作中经常重复某一固定动作、睡眠枕头过低等工作、生活因素有关。其中长期使用电脑及长期伏案工作对颈椎病的发病影响更大，长期使用电脑及长期伏案工作患者出现颈椎骨赘形成、颈椎生理曲度改变、颈椎间盘突出等的影像学改变比例更多，患颈椎病病程更长，易于复发。且颈椎病患者常见精神紧张、焦虑、失眠等症状。同时颈椎病的发病与其他脊柱相关疾病可能存在相互作用。
本文设计了一种应用于长时间劳作等原因导致颈椎受损的颈椎按摩器，结构简单，仅由一个电机驱动，通过可调式螺钉实现按摩颈椎的作用，成本较低，使用方便，制造简单，便于维护。以下就该颈椎按摩器的机械结构以及软件、硬件设计方案进行有关分析
1 机械结构设计
本文设计了一种颈椎护肩的旋钮式的机械结构作为颈椎按摩器的主要结构，其结构示意图如图1所示。经过仿真计算结合实际情况，该旋钮式机构，可以通过可调节式螺钉进行人工或电子调节，以达到适应患者颈椎的形状，从而防止按摩器因尺寸不合适从而造成二次颈椎伤害。我们的设计考虑到个人特征从而在侧面加入齿轮传动，以保证固定板能够严格卡在下颚位置，保证颈椎按摩器能够佩戴稳固。护肩主要作用是使颈椎按摩器能够契合肩部，减轻颈椎器对颈椎的压迫，保护颈椎和肩膀。
机械结构通过可调式螺钉调整颈椎按摩器，以适应任何人的颈部，可调式螺钉分为主要螺钉和辅助螺钉，侧面的主要螺钉的作用是调节颈椎按摩器固定板的水平位置，后面的主要螺钉的作用是调节颈椎按摩器的高度尺寸，其它辅助的可调式螺钉是伴随着主要螺钉，负责调节颈椎按摩器的外形，以适应不同人群、形态各异的颈椎，以达到更好普遍适应性，以此实现对于不同颈椎尺寸的快速调节，并进行加固，免除对颈椎的二次伤害，从而造成颈椎外伤及多发伤伴颈椎外伤病员出现远期神经损伤症状减轻患者伤势。
采用3D绘图软件ug绘制机械结构的三维设计图如图1所示，由于此颈椎按摩器体积过大，我们采用的金属材料必须在保证金属强度的基础上减轻重量，以此来减轻颈椎按摩器整体的质量，从而减轻颈椎按摩器对颈椎的压迫，以此减少颈椎器对颈椎的压迫，同时在外层表面渡金属铝或用硬质树脂覆盖，但由于长期使用颈椎按摩器，硬质树脂会明显的老化并脱落，不仅无法一直保护金属，而且还要需要定期更换硬质树脂，以及定期保养按摩器，这无疑使颈椎按摩器使用起来更复杂。所以一开始我们选择在金属表面上镀铝，但经过请教指导老师后，最后我们更改了材料，我们最后选用的是铝合金，铝合金具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点，是最适合用作颈椎按摩器的材料之一，同时我们也将护肩部分的铝合金抽壳，以减少颈椎按摩器的重量。
图2所示是通过3D打印制作的颈椎按摩器样品，可以选择合适的大小、尺寸，使结构更加美观合理，在靠近颈椎部分采用树脂材料保证靠近颈部的部分的柔软性，也方便后期进一步改进优化，如添置小型电动机、电动按摩垫等。侧面可调式螺钉通过旋进或旋出带动螺钉上的齿轮转动，之后通过齿轮传动将动力传动到固定板旋进装置上，旋进装置再通过咬合前进将动力转化为固定板前进的位移。旋进装置的咬合的轮齿即不能太大也不能太小，太大的轮齿会使轮齿数量不足会导致装置脱离，从而导致颈椎按摩器散架，太小的轮齿会导致轮齿更容易受力变形，从而导致装置损坏，只有保持轮齿再一定大小时才能起到增大表面摩擦力、加强装置结构的作用。
2 系统分析
本文所设计的颈椎按摩器，可针对不同的人群使用，具有很好的普遍性，机器采用通过螺钉的旋进松紧来调节颈椎按摩器的尺存大小。通过前述的控制保证颈椎按摩器能轻松改变尺寸的过程的平稳性、流畅性，从而给予患者安全可靠的保护、按摩颈椎可能。
该颈椎按摩器主要针对颈椎病的治疗和健康人群颈椎的按摩、保护
（1）在针对颈椎病的治疗，使用过程中，患者首先要将颈椎按摩器的可调式螺钉全部松掉，再将按摩器缓慢的从头顶套下，不要让按摩器碰到颈椎，以免受到二次伤害，之后由他人将可调式螺钉缓慢的旋进，直至按摩器的大小、形状能刚好贴在颈椎上，最后在专业医师的指导下用可调式螺钉缓慢的进行按摩器形状的改变，以免自己调试产生颈椎再次创伤变形。
（2）针对健康人群的按摩、保护时，健康人保护颈椎只需将按摩器带上后将螺钉旋进使颈椎按摩器的形状与自己颈椎的形状相同即可，若平时睡觉落枕、脖子前倾也可同样适用此款按摩器。
两钟使用情况针对不同颈椎损伤程度的患者，进行缓慢的、循序渐进的康复流程，逐步将患者的颈椎恢复到健康。
3 仿真验证
将设计的机械模型进行ug的运动仿真可以得到机构的运动轨迹。Ug是使用率最高的机械仿真软件，用户可以利用ug的多种功能实现机械设计的建模、仿真，提高机械的设计效率。本机械进行ug仿真旨在确认机械的运动情况，确保机械的有效性。
由于机械的零部件的结构简单，所以直接在ug中绘制机械原理图。
由运动仿真可知：可调式螺母在旋进速度大约在10cm/s时，整体运动过程较柔和，康复训练者脚颈椎不会突然变化过大而产生二次损伤。
4 结语
颈椎病是指患者的颈椎发生退行性病变，使其发生颈背疼痛、肢体无力及手指发麻等临床症状的一种疾病。目前，临床上治疗此病的方法包括：药物疗法、运动训练法、牵引疗法、推拿疗法、热敷疗法、手术疗法及物理疗法等。颈椎病患者接受治疗后其临床症状可改善，但其病情较难治愈且复发率较高，本文针对当前颈椎病患者日益增多的问题，设计了一中颈椎按摩器，旨在帮助人们在日常生活中能自主保护、治疗颈椎病，使患者能够早日摆脱疾病的纠缠，通过实验验证康复机器人的有效性。接下来进行临床实验，通过患者的康复训练数据对机构的有效性做进一步评估。
颈椎按摩器市场前景广大、需求量搞，惊醒颈椎按摩器的研究有助于为国家、社会、家庭减轻负担，有助于帮助患者早日恢复颈椎的健康。在接下来的研究中，将根据实验数据以及患者实际需求，进一步优化颈椎按摩器的性能及结构，使其功能更加为完善，体积越来越小，康复训练效果更加显著。