CZ307852B6 - Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení - Google Patents

Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení Download PDF

Info

Publication number
CZ307852B6
CZ307852B6 CZ2017-294A CZ2017294A CZ307852B6 CZ 307852 B6 CZ307852 B6 CZ 307852B6 CZ 2017294 A CZ2017294 A CZ 2017294A CZ 307852 B6 CZ307852 B6 CZ 307852B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
ergometer
pedal
crank
dead center
load
Prior art date
Application number
CZ2017-294A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2017294A3 (cs
Inventor
Josef Černohorský
Martin DiblĂ­k
Marcel Horák
Libor KuÄŤera
Vojtěch Kotek
Original Assignee
Technická univerzita v Liberci
Krajská nemocnice Liberec,a.s.
Centrum léčebné rehabilitace Liberec, s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technická univerzita v Liberci, Krajská nemocnice Liberec,a.s., Centrum léčebnĂ© rehabilitace Liberec, s.r.o. filed Critical Technická univerzita v Liberci
Priority to CZ2017-294A priority Critical patent/CZ307852B6/cs
Publication of CZ2017294A3 publication Critical patent/CZ2017294A3/cs
Publication of CZ307852B6 publication Critical patent/CZ307852B6/cs

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/002Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices isometric or isokinetic, i.e. substantial force variation without substantial muscle motion or wherein the speed of the motion is independent of the force applied by the user
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/012Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters
    • A63B21/015Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters including rotating or oscillating elements rubbing against fixed elements
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/22Resisting devices with rotary bodies
    • A63B21/225Resisting devices with rotary bodies with flywheels
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/0002Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements involving an exercising of arms
    • A63B22/0007Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements involving an exercising of arms by alternatively exercising arms or legs, e.g. with a single set of support elements driven either by the upper or the lower limbs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/06Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
    • A63B22/0605Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/24Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity
    • G01L3/242Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity by measuring and simultaneously multiplying torque and velocity
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/06Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
    • A63B22/0605Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
    • A63B2022/0611Particular details or arrangement of cranks
    • A63B2022/0617Particular details or arrangement of cranks with separate crank axis for each limb, e.g. being separately adjustable or non parallel
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/54Torque

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

Vynález se týká způsobu řízení rehabilitačního ergometru, zvláště ergometru simulujícího funkci jízdního kola, při kterém osoba vykonává kondiční nebo rehabilitační cvičení, nebo při kterém se zjišťuje fyzický a/nebo zdravotní stav osoby a/nebo orgánů osoby, zvláště stav dolních končetin a s nimi souvisejících tělesných partií, při kterém se zjišťuje vynakládaný výkon měřením krouticího momentu a/nebo zatížení jednotlivých tělesných partií, přičemž klika (112L, 112P), která se aktuálně pohybuje z horní úvrati do dolní úvrati, přemáhá protisměrně působící sílu, resp. moment síly, přičemž se její okamžitá poloha v krátkých intervalech snímá a její polohou je polohově řízena klika (112L, 112P), která se aktuálně pohybuje z dolní úvrati do horní úvrati, přičemž případně vznikající polohový rozdíl je průběžně vyhodnocován a eliminován korekčním pohybem v rámci polohového řízení, přičemž se před zahájením cvičení nastaví nezávisle na sobě výchozí zatížení jedné a druhé kliky (112L, 112P). Po zahájení cvičení se při nastaveném výchozím zatížení automaticky měří a vypočítávají parametry skutečného pracovního zatížení, na které se automaticky nezávisle na sobě změní výchozí zatížení jedné a druhé kliky (112L, 112P) pedálového středového uložení (110), přičemž se případně tyto parametry v průběhu cvičení automaticky korigují. Vynález se rovněž týká rehabilitačního ergometru, zvláště ergometru typu jízdního kola, jehož prostředky umožňují jeho řízení výše uvedeným způsobem.

Description

Oblast techniky
Způsob řízení rehabilitačního ergometru, zvláště ergometru simulujícího funkci jízdního kola, při kterém osoba, která jej používá, je v kontaktu s ergometrem tím, že sedí na jeho sedadle a opírá se o jeho rukojeť alespoň jednou rukou, přičemž vykonává kondiční nebo rehabilitační cvičení, nebo při kterém se zjišťuje fyzický a/nebo zdravotní stav osoby a/nebo orgánů osoby, která jej používá, zvláště stav dolních končetin a s nimi souvisejících tělesných partií, při kterém se zjišťuje vynakládaný výkon měřením kroutícího momentu, a/nebo zatížení jednotlivých tělesných partií, přičemž se před zahájením měřeného cvičení nastaví nezávisle na sobě výchozí zatížení jedné a druhé kliky.
Rehabilitační ergometr, zvláště ergometr typu jízdního kola, obsahující prostředky kjeho řízení výše uvedeným způsobem, přičemž ergometr obsahuje sedlo, opěrnou konzolu pro oporu rukou, pedálové středové uložení a dva samostatné motory, přičemž kliky pedálového středového uložení jsou upevněny k samostatným klikovým hřídelům, které jsou axiálně nehybně uloženy v středovém náboji hřídelů, přičemž kliky jsou vůči sobě otočné, přičemž každý pedál je spřažen převodem s tvarovým stykem s jedním samostatným motorem.
Dosavadní stav techniky
S rozvojem cyklistiky roste počet zařízení, která simulují jízdu na kole a umožňují provádět cyklistický trénink v tělocvičnách, domácnostech a podobně. Moderní zařízení jsou vybavena prostředky pro hodnocení dosahovaných výkonů, která uživatele informují o výkonu uživatele, o frekvenci otáčení pedálů a vynaložené síle na překonávání odporu proti šlapání, který je obvykle nastavitelný.
Jízdní simulátor představuje pro uživatele jízdu na kole, při které jsou klouby nohou zbaveny zatížení hmotností těla, jedoucí osoba v podstatě pohodlně sedí a navíc na simulátoru jízdy je ve stabilní poloze bez nebezpečí pádu. Jízdní simulátor má proto význam i pro rehabilitační sportovní činnost využívanou například po úrazech nebo při snížení hybnosti v důsledku nervosvalových onemocnění. Zde je již výhodné, aby užitné vlastnosti simulátoru byly rozšířeny o možnosti jeho úprav, především o vzájemné oddělení pedálů a možnost nezávislého nastavení například odlišné silové zátěže proti šlapání u jednoho a druhého pedálu.
Zařízení podle WO 97/26948 má středový náboj v ose otáčení klik pedálů, ve kterém je možné oddělit klikové hřídele jedné a druhé kliky. Na klikovém hřídeli každého pedálu je pevně nasazena hnací řemenice, která je opásána hnacím řemenem, kterým je spřažena se setrvačníkovou řemenicí. Hnací řemenice je na válcovém osazení menším, než je průměr válcové plochy pro hnací řemen, opásána brzdovým řemenem, který tak tvoří pásovou brzdu působící proti otáčení hnací řemenice. Zařízení obsahuje snímače výkonu uživatele, „ujeté dráhy“ a „rychlosti jízdy“. Takový trenažér je určen především pro tréninkové účely, kde cílem setrvačníků je střídavé výrazné zvětšování a zmenšování síly proti odporu šlapání při změnách frekvence šlapání.
Zařízení podle EP 1294452 B1 má vzájemně nezávislé uspořádání pedálů, přičemž každý z pedálů je spojen řetězovým převodem se samostatným pomocným motorem s regulovatelným výkonem. Na stejném hřídeli s pomocným motorem je upevněn setrvačník, který má podobný význam jako u výše uvedeného řešení podle WO 97/26948. Navíc na každý ze setrvačníků je možné působit blíže neznázoměnou brzdou. Uživatel si tak může snížit svůj výkon připojením pomocného motoru, nebo naopak zvyšovat svůj výdej energie brzděním setrvačníků. Na klikovém hřídeli každého pedálu je umístěno čidlo kroutícího momentu a/nebo čidlo otáček
- 1 CZ 307852 B6 spojené s výpočetní jednotkou spřaženou se zobrazovacím zařízením, kterým je monitor. Klikový hřídel obou pedálů je možné mechanicky spojit uvnitř středového náboje čepem buď v obvyklé poloze pedálů, tedy přesazené o 180°, nebo mají obě kliky vzhledem k ose vzájemně spojených klikových hřídelů stejnou polohu.
Popsaná známá zařízení mají využití pro trénink, nebo splňují požadavky pro rehabilitaci při určitých zdravotních stavech. Z lékařského hlediska nejsou vhodná pro diagnostiku zdravotního stavu pro potíže při různém stavu dolních končetin.
Na konferenci Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL Liberec bylo v roce 2015 zveřejněno „Řízení rehabilitačního ergometru“. Ergometr má vzájemně oddělené hřídele středového uložení klik pedálů, které jsou připojeny k samostatným servomotorům a vytvářejí tak elektronický hřídel realizovaný elektronickou vačkou. Zátěž klik využívá momentového řízení klik, kdy proti pohybující se končetině působí zatěžovací kroutící moment, který je možné přesně definovat. Nastavení požadovaných parametrů provádí obsluha ergometru před zahájením cvičení a dále je během cvičení upravuje s ohledem na požadavky a pocity cvičícího. Ergometr obdobné úrovně je popsán v užitném vzoru CZ 29489 Ul. Takové zařízení ovšem vyžaduje zkušenou obsluhu, avšak ani tak přítomnost lidského faktoru neumožňuje zajistit objektivně porovnatelné podmínky cvičení a výsledky z hlediska diagnostických požadavků.
Dokument EP 801963 AI řeší především ergonomii tréninkového, diagnostického a rehabilitačního zařízení, tedy například sklon sedadla, vzájemnou polohu sedadla a středového náboje klik pedálů, přičemž klikový hřídel je spřažen s jedním elektromotorem s volitelnými otáčkami a směrem otáčení, přičemž uživatel působí silou ve směru nebo proti směru „jízdy“ při udržování konstantních otáček nebo konstantního otáčivého momentu. Rovněž dokument
US 4141248 A popisuje ergometr s mechanicky trvale mechanicky spřaženými klikami pedálů, což neumožňuje určit míru zatížení levé nebo pravé nohy.
Ergometr podle GB 2546113 A má rovněž společný hřídel obou klik pedálů spojený se jedním společným elektromotorem, je tedy možné sledovat pouze úhrnnou zátěž a nikoliv odměřovat nezávisle na sobě zatížení jedné a druhé nohy.
Cílem vynálezu je odstranit nebo zmírnit nedostatky zařízení podle dosavadního stavu techniky, zjednodušit pohon, snímání měřených parametrů a obsluhu ergometru a především vyloučit negativní vliv obsluhy na nastavení zatěžovacích parametrů a tím umožnit objektivní posouzení stavu pacienta nebo cvičence používajícího ergometr.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo způsobem řízení rehabilitačního ergometru, zvláště ergometru simulujícího funkci jízdního kola, při kterém se zjišťuje vynakládaný výkon měřením kroutícího momentu, a/nebo zatížení jednotlivých tělesných partií, jehož podstata spočívá v tom, že klika, která se aktuálně pohybuje z horní úvrati do dolní úvrati, přemáhá protisměrně působící sílu, resp. moment síly, přičemž se její okamžitá poloha v krátkých intervalech snímá a její polohou je polohově řízena klika, která se aktuálně pohybuje z dolní úvrati do horní úvrati, přičemž případně vznikající polohový rozdíl je průběžně vyhodnocován a eliminován korekčním pohybem v rámci polohového řízení, přičemž po zahájení cvičení se při nastaveném výchozím zatížení automaticky změří a vypočtou parametry požadovaného pracovního zatížení, na které se automaticky výchozí zatížení jedné a druhé kliky pedálového středového uložení nezávisle na sobě změní, přičemž tyto pracovní parametry se v průběhu cvičení případně automaticky dále korigují. Vzájemná úhlová poloha obou klik se v průběhu cvičení pohybuje v rozmezí 180° ±1°.
-2CZ 307852 B6
Je výhodné, že se měřené parametry se nastavují a v průběhu měření sledují prostřednictvím zobrazovacího prostředku, přitom se měřené parametry v průběhu měření ukládají do paměťového média.
Před měřením se přizpůsobí vzájemná poloha sedadla a pedálového středového uložení postavě uživatele.
Cíle vynálezu je také dosaženo rehabilitačním ergometrem, zvláště ergometrem typu jízdního kola, obsahujícím prostředky kjeho řízení výše uvedeným způsobem, přičemž samostatné motory oddělených hřídelů klik jsou dvourežimové servoměniče, jejichž pracovní režimy se automaticky mění po polovině otáčky klikových hřídelů vždy v horní a dolní úvrati kliky, přičemž při pohybu kliky z horní úvrati do dolní úvrati je jí příslušný servoměnič řídicím motorem a při pohybu kliky z dolní úvrati do horní úvrati je jí příslušný servoměnič podřízeným motorem, přičemž jeho podstatou je to, že k udržování časové symetrie obou pohybů je ergometr opatřen PI regulátory k plynulé průběžné regulaci doplňkového momentu, přičemž ergometr dále obsahuje zobrazovací prostředek alespoň pro kontinuální sledování kroutícího momentu na pedálovém středovém uložení a rychlosti otáčení klikových hřídelů, přičemž získaná data jsou uložena jako datové objekty v řídicí jednotce ergometru.
Objasnění výkresů
Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese, kde je na obr. 1 boční pohled na ergometr a na obr. 2 půdorysný pohled s částečným řezem rámu v místech uložení rotačních součástí.
Příklady uskutečnění vynálezu
Zařízení podle vynálezu je v dalším textu uváděno jako „ergometr“. Je ovšem nejen rehabilitačním ergometrem, ale i diagnostickým prostředkem k vyšetření tělesného stavu a kondice. Může rovněž sloužit i jako rehabilitační prostředek pro osoby po úrazech, osoby částečně ochrnuté nebo osoby s amputovanou dolní končetinou, nebo jako tréninkový cyklistický trenažér.
Ergometr je uspořádán v dvoudílném rámu 1, jehož přední část 100 nese dále popsané zatěžovací a/nebo pomocné hnací prostředky a středové uložení 110 pedálů, a jeho zadní část 200 nese sedadlo 201 a opěrnou konzolu 202 pro opření rukou uživatele. Přední část 100 rámu 1 a zadní část 200 rámu 1 jsou vzájemně vázány blíže neznázoměným posuvným prostředkem 10, kterým lze nastavit a následně fixovat podélnou vzdálenost středového uložení 110 a sedadla 201. Sedadlo 201 je opatřeno neznázoměným prostředkem pro nastavení jeho výškové polohy. Dále je ergometr opatřen zobrazovacím prostředkem 3, kterým jev příkladném provedení dotykový displej, který je také prostředkem pro nastavování provozních režimů a zobrazení průběhu aktuálních parametrů podle silových parametrů dosahovaných uživatelem, přičemž zobrazovací prostředek je připojen k elektronické řídicí jednotce 4.
Pedálové středové uložení 110 má klikový hřídel tvořený dvěma samostatnými částmi souose otočně uloženými v rámu 100, kterými jsou levý klikový hřídel 111L a pravý klikový hřídel 11 IP. Ke klikám 112L a 112P jsou připojeny pedály 113L, 113P, každý je opatřen klipsnou 114L,114P.
Na klikových hřídelích 11 IP a 111L jsou upevněny hnací ozubené řemenice 115L, 115P prvních převodů, které jsou spojeny ozubenými řemeny 116 s hnanými ozubenými řemenicemi 117L, 117P upevněnými na levém a pravém předlohovém hřídeli 118L a 118P. Předlohové hřídele 118L a 118P jsou stejně jako klikové hřídele 11 IP a 111L samostatné a na sobě nezávislé. Na
-3 CZ 307852 B6 předlohových hřídelích 118L a 118P jsou dále upevněny ozubené řemenice 119L. 119P druhých převodů, které jsou spojeny ozubenými řemeny 120 s řemenicemi 121L a 121P upevněnými na samostatných hřídelích 122L a 122P elektromotorů.
Je zřejmé, že popsaný převod ozubeným řemenem může být v neznázoměném provedení nahrazen převodem řetězovým. Jeho nevýhodou je však jeho hlučnost a tvrdší záběr.
Dvěma sériově zařazenými převody mezi klikovými hřídeli 11 IP a 111L pedálového středového uložení 110 a hřídeli 122L a 122P elektromotorů, kterými jsou dvourežimové servoměniče 123L a 123P, je dosaženo s výhodou velkého převodového poměru, v neznázoměném provedení mohou být tyto dva převody nahrazeny jedním převodem.
Opěrná konzola 202 pro opření rukou uživatele je na svých koncích po stranách sedadla 201 opatřena rukojetěmi 203L, 203P, na nichž jsou v příkladném provedení umístěna tlaková čidla 41L, 41P. Sedadlo 201 je v příkladném provedení na bocích dosedací plochy rovněž opatřeno tlakovými čidly 42L, 42P. Servoměniče 123L, 123P a čidla 41L, 41P, 42L, 42P jsou připojena k řídicí jednotce 4 a/nebo k zobrazovacímu prostředku 3.
Vzájemné oddělení řetězců na levé a pravé straně počínaje pedály 113L, 113P, až po servoměniče 123L a 123P, umožní sledovat nezávisle pravou a levou dolní končetinu v různých režimech a při různých zatíženích.
Pedál 113L, 113P, který se aktuálně pohybuje z horní úvrati do dolní úvrati, pracuje proti zátěži dané požadavkem lékaře nebo terapeuta. Jemu příslušný servoměnič 123L a 123P je v řídicím režimu („master“). Servoměnič 123L a 123P drahého pedálu 113L, 113P, který se aktuálně pohybuje z dolní úvrati do horní úvrati, je v podřízeném režimu („slavě“) řízen polohově tak, že jeho poloha je v krátkých časových intervalech aktualizována podle okamžité polohy servoměniče 123L a 123P, který je aktuálně v řídicím režimu. Zařízení obsahuje neznázoměné známé PI regulátory k regulaci „doplňkového“ momentu za účelem zajištění symetrického pohybu jak z hlediska celkového času půlotáček klikového hřídele 11 IP a 111L, tak i z hlediska časového průběhu těchto půlotáček.
Prostředkem pro sledování zátěže na pedálovém středovém uložení 110 je zde kontinuální sledování kroutícího momentu, přičemž informace o velikosti kroutícího momentu je získávána zprostředkovaně z hodnoty proudu jako momentotvomé složky z měniče proudu servoměničů 123L a 123P. Prostředkem pro kontinuální sledování rychlosti otáčení klikových hřídelů 111L, 11 IP středového uložení 110 jsou resolvery, které jsou součástí servoměničů 123L a 123P. Servoměniče 123L a 123P mohou rovněž pracovat jako aktivní pomocné motory s dopomocí šlapání, což je zvláště výhodné pro některé typy rehabilitace. Úroveň dopomoci je s výhodou řízena automaticky prostřednictvím řídicí jednotky 4 ergometru.
Použití servoměničů 123L, 123P nevyžaduje použití dalších brzdových prostředků. Navíc nastavením vzájemné úhlové polohy servoměničů 123L, 123P se nastaví jakákoliv vzájemná poloha klik 112L a 112P s pedály 113L, 113P. Velikost zátěže nebo naopak úroveň pomoci ve směru šlapání lze měnit během provozu v průběhu otáčení třeba i vícekrát během jedné otáčky, což ale většinou pro provoz ergometru není žádoucí a tato vlastnost zařízení se obvykle nevyužívá. Z důvodu zdravotních je většinou žádoucí, aby vzájemná úhlová poloha klik 112L, 112P byla trvale dána úhlem 180°, pokud možno v úzké toleranci ± 1°. Z diagnostických důvodů je rovněž důležité, že ergometr není opatřen setrvačníky mezi klikami 112L, 112P a servoměniči 123L, 123P, jejichž setrvačnými hmotami by byly zkresleny lokální strmé části průběhu zvyšování a klesání zátěže a vynakládané síly k jejímu překonání. Naopak u ergometru podle vynálezu jsou pohybující se součásti navrženy s ohledem na jejich co nejmenší moment setrvačnosti. Například ozubené řemenice 115, 117, 119, 121, jsou vyrobeny z lehkých slitin, navíc velké ozubené řemenice 115, 119 mají co nejpriznivější rozložení hmoty vzhledem k jejich osám otáčení.
-4CZ 307852 B6
Nastavené parametry, především střídání režimu zátěže při pohybu kliky 112L, 112P, resp. příslušného pedálu 113L, 113P na levé a pravé klice 112L, 112P se přitom nemění v závislosti na čase, a tedy podle rychlosti šlapání, ale jen v závislosti na poloze klik 112L a 112P. Okamžik tohoto střídání je dán horní úvratí kliky, ve které začíná režim jejího zatížení příslušným servoměničem 123L, 123P.
Nastavování provozních parametrů se provádí prostřednictvím dotykového displeje 3 a řídicí jednotky 4. Na displeji 3 se za provozu zařízení sleduje okamžitá hodnota těchto parametrů. Celý průběh měření nebo jeho části je možné rovněž ukládat do interní paměti řídicí jednotky 4 nebo do neznázoměné paměti externí.
Komplexní informaci o zatížení jednotlivých partií těla uživatele doplňují výše uvedená tlaková čidla 41L, 41P v rukojetích 203L, 203P, a tlaková čidla 42L, 42P na sedadle 201. Hodnoty tlaku mezi dlaněmi uživatele a rukojetěmi 203L, 203P a mezi sedací plochou těla a sedadlem 201 se při šlapání obvykle mění a charakterizují možnou deformaci zad a paží a napětí v těchto částech těla.
Dále jsou uvedeny tri konkrétní programovatelné funkční režimy, které ergometr podle vynálezu umožňuje, ale které zde nejsou předmětem ochrany.
Prvním režimem je procvičování obou končetin. V uživatelském rozhraní je možné zadat až 10 definičních bodů (poloha kliky 112L a 112P pedálu, zatěžovací moment), mezi nimiž je žádaný kroutící moment interpolován. V tomto režimu je možné zadat libovolný kroutící moment (zátěž i dopomoc v rozsahu 0 až 180°) pro levou i pravou nohu nezávisle na sobě, přičemž výchozí poloha kliky 112L a 112P je volena dle potřeb uživatele a je rovněž nastavitelná z uživatelského rozhraní. Poloha kliky 112L a 112P na začátku zatěžování tedy nemusí nutně souhlasit s horní úvratí. U obou končetin jsou sbírána nezávisle data o rychlosti, kroutícím momentu, výkonu v závislosti na poloze kliky. Zjištěná data jsou dále ukládána do paměti pro diagnostické vyhodnocení. Sledování aktuálního průběhu měření umožňuje displej zařízení.
Druhým funkčním režimem je procvičování pouze jedné končetiny, levé nebo pravé. Zde je možné zadat až 20 definičních bodů hodnot kroutícího momentu v plném rozsahu poloh kliky 112L, resp. 112P (0 až 360°). Druhá končetina je unášena na základě stanovené úhlové vzdálenosti. 1 zde jsou u obou končetin sbírána nezávisle data o rychlosti, kroutícím momentu, výkonu v závislosti na poloze kliky a tato data jsou dále ukládána na disk pro diagnostické vyhodnocení, a to i pro kliku, která není programově momentově řízena.
Třetí režim je určen pro pacienty s amputovanou končetinou, který je analogický s druhým režimem, pouze jedna ze zvolených klik 112L, resp. 112P je před zahájením cvičení zaparkována a neotáčí se. Zdravá noha je potom zatěžována jak při pohybu pedálu směrem dolů, tak při pohybu nahoru, kdy je pedál tažen nártem nohy prostřednictvím klipsny 114L, resp. 114P. I v tomto případě lze nastavit proměnnou zátěž v celém průběhu jedné otáčky.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (9)

1. Způsob řízení rehabilitačního ergometru, zvláště ergometru simulujícího funkci jízdního kola, při kterém osoba, která jej používá, je v kontaktu s ergometrem tím, že sedí na jeho sedadle a opírá se o něj alespoň jednou rukou, přičemž vykonává kondiční nebo rehabilitační cvičení,
-5 CZ 307852 B6 nebo při kterém se zjišťuje fyzický a/nebo zdravotní stav osoby a/nebo orgánů osoby, která jej používá, zvláště stav dolních končetin a s nimi souvisejících tělesných partií, přitom při cvičení nebo při zjišťování fyzického nebo zdravotního stavu se zjišťuje vynakládaný výkon měřením kroutícího momentu, a/nebo zatížení jednotlivých tělesných partií, přičemž klika (112L, 112P), která se aktuálně pohybuje z horní úvrati do dolní úvrati, přemáhá protisměrně působící sílu, resp. moment síly, přičemž se její okamžitá poloha v krátkých intervalech snímá a její polohou je polohově řízena klika (112L, 112P), která se aktuálně pohybuje z dolní úvrati do horní úvrati, přičemž případně vznikající polohový rozdíl klik (112L, 112P) je průběžně vyhodnocován a eliminován korekčním pohybem v rámci polohového řízení, přičemž se před zahájením cvičení nastaví nezávisle na sobě výchozí zatížení jedné a druhé kliky (112L, 112P), načež se po zahájení cvičení při nastaveném výchozím zatížení automaticky měří a vypočítávají parametry skutečného pracovního zatížení charakterizovaného doplňkovým momentem, vyznačující se tím, že doplňkový moment se reguluje PI regulátorem s cílem kompenzovat regulační chyby, tedy rozdíl mezi žádaným a aktuálním momentem, čímž se automaticky nezávisle na sobě mění výchozí zatížení jedné a druhé kliky (112L, 112P) pedálového středového uložení (110), přičemž se případně parametry skutečného pracovního zatížení v průběhu cvičení automaticky korigují doplňkovým momentem pro zajištění trvalého symetrického pohybu obou klik (112L, 112P).
2. Způsob řízení ergometru podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní zatížení jedné a/nebo druhé kliky (112L, 112P) pedálového středového uložení (110) se nezávisle na sobě mění na aktivní dopomoc.
3. Způsob řízení ergometru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vzájemná úhlová poloha obou klik (112L, 112P) se v průběhu cvičení pohybuje v rozmezí 180° ±1°.
4. Způsob řízení ergometru podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že měřené parametry se nastavují a v průběhu měření sledují prostřednictvím zobrazovacího prostředku (3).
5. Způsob řízení ergometru podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že měřené parametry se v průběhu měření ukládají do paměťového média.
6. Rehabilitační ergometr, zvláště ergometr typu jízdního kola, obsahující prostředky k jeho řízení způsobem podle nároku 1, přičemž dále obsahuje sedlo (201), opěrnou konzolu (202) pro oporu rukou, pedálové středové uspořádání (110) a dva samostatné elektromotory, přičemž kliky (112L, 112P) pedálového středového uložení (110) jsou upevněny k samostatným klikovým hřídelům (111L, 11 IP), které jsou axiálně nehybně uloženy v středovém náboji hřídelů (lllL, 11 IP), přičemž kliky (112L, 112P) jsou vůči sobě otočné, přičemž každý pedál (113L, 113P) je spřažen převodem s jedním samostatným elektromotorem, sedlo (201), opěrná konzola (202) pro oporu rukou a pedálové středové uspořádání (110) jsou vzájemně polohově přestavitelné pro přizpůsobení velikosti uživatele, přitom převod mezi pedálem a samostatným elektromotorem je převod s tvarovým stykem, přičemž samostatné elektromotory jsou dvourežimové servoměniče (123L, 123P), jejichž pracovní režimy se automaticky mění po polovině otáčky klikových hřídelů vždy v horní a dolní úvrati kliky (112L, 112P), přičemž při pohybu kliky (112L, 112P) z horní úvrati do dolní úvrati je jí příslušný servoměnič (123L, 123P) řídicím motorem („master“) a při pohybu kliky (112L, 112P) z dolní úvrati do horní úvrati je jí příslušný servoměnič (123L, 123P) podřízeným motorem („slavě“), přičemž ergometr dále obsahuje zobrazovací prostředek (3) alespoň pro kontinuální sledování kroutícího momentu na pedálovém středovém uložení (110) a rychlosti otáčení klikových hřídelů (111L, 11 IP), přičemž získaná data jsou uložena v řídicí jednotce (4) ergometru, vyznačující se tím, že k udržování časové symetrie pohybů obou pedálů (113L, 113P) je ergometr opatřen PI regulátory k plynulé průběžné regulaci doplňkového momentu.
7. Ergometr podle nároku 6, vyznačující se tím, že pedál (113L, 113P) je spřažen se servoměničem (123L, 123P) alespoň jedním převodem s ozubeným řemenem (116, 120), přičemž
-6CZ 307852 B6 na každém klikovém hřídeli (111L, 11 IP) a na každém hřídeli (122L, 122P) servoměniče (123L, 123P) je upevněno ozubené kolo (115L, 115P, 121L, 121P).
8. Ergometr podle nároku 7, vyznačující se tím, že pedál (113L, 113P) je spřažen se 5 servoměničem (113L, 113P) dvěma převody, které jsou spolu vázány samostatnými předlohovými hřídeli (118L, 118P) prostřednictvím ozubených řemenic (117L, 119L, 117P, 119P).
9. Ergometr podle kteréhokoliv z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že s řídicí jednotkou (4) ío a/nebo se zobrazovacím prostředkem (3) jsou spřaženy výstupy čidel (41L, 41P, 42L, 42P) tlaku a/nebo síly, která jsou uspořádána v kontaktní ploše/plochách sedla (201) a/nebo v kontaktních plochách rukojetí (203L, 203P) opěrné konzoly (202) a výstupy pro nastavování provozních režimů a zobrazení průběhu aktuálních parametrů.
CZ2017-294A 2017-05-24 2017-05-24 Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení CZ307852B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-294A CZ307852B6 (cs) 2017-05-24 2017-05-24 Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-294A CZ307852B6 (cs) 2017-05-24 2017-05-24 Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2017294A3 CZ2017294A3 (cs) 2018-12-05
CZ307852B6 true CZ307852B6 (cs) 2019-06-26

Family

ID=66951712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2017-294A CZ307852B6 (cs) 2017-05-24 2017-05-24 Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ307852B6 (cs)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141248A (en) * 1976-07-01 1979-02-27 Keiper Trainingsysteme Gmbh & Co. Ergometers
DE3103259A1 (de) * 1981-01-31 1982-08-26 Microtec Electronic GmbH, 8033 Martinsried Ergometer
EP0801963A1 (de) * 1996-04-18 1997-10-22 Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH Trainings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerät nach Art eines Fahrradergonometers
WO2001064297A2 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Arizona Board Of Regents Method and apparatus for torque-controlled eccentric exercise training
WO2009026604A2 (de) * 2007-08-30 2009-03-05 Wilson, Ian, John Ergometrisches trainingsgerät
EP2949367A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-02 Studio A.I.P. S.R.L. Ergometric brake for exercise machines and exercise machine comprising said ergometric brake
CZ29489U1 (cs) * 2016-03-29 2016-05-31 Technická univerzita v Liberci Ergometr
GB2546113A (en) * 2016-01-11 2017-07-12 Wattbike Ip Ltd Stationary ergometric exercise device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141248A (en) * 1976-07-01 1979-02-27 Keiper Trainingsysteme Gmbh & Co. Ergometers
DE3103259A1 (de) * 1981-01-31 1982-08-26 Microtec Electronic GmbH, 8033 Martinsried Ergometer
EP0801963A1 (de) * 1996-04-18 1997-10-22 Bavaria Patente und Lizenzen Verwertungsgesellschaft mbH Trainings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerät nach Art eines Fahrradergonometers
WO2001064297A2 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Arizona Board Of Regents Method and apparatus for torque-controlled eccentric exercise training
WO2009026604A2 (de) * 2007-08-30 2009-03-05 Wilson, Ian, John Ergometrisches trainingsgerät
EP2949367A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-02 Studio A.I.P. S.R.L. Ergometric brake for exercise machines and exercise machine comprising said ergometric brake
GB2546113A (en) * 2016-01-11 2017-07-12 Wattbike Ip Ltd Stationary ergometric exercise device
CZ29489U1 (cs) * 2016-03-29 2016-05-31 Technická univerzita v Liberci Ergometr

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(Advanced rehabilitation ergometer (ARES): A technical introduction; A. Oberleitner, R. Lurf , M. Meindl, M. Bammer; Impact of Technology on Sport IV - 5th Asia-Pacific Congress on Sports Technology, APCST Vol. 13, pp. 62-68, ISSN: 1877-7058)22.08.2011 *
ČERVA, Martin. Řízení rehabilitačního ergometru nové generace: Control of next generation rehabilitation ergometr. Liberec: Technická univerzita v Liberci) 2015 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2017294A3 (cs) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12226671B2 (en) System, method and apparatus for electrically actuated pedal for an exercise or rehabilitation machine
US11766376B2 (en) Assisted rehabilitation system
US7727125B2 (en) Exercise machine and method for use in training selected muscle groups
US8083651B2 (en) Exercise apparatus
US5421798A (en) Closed chain evaluation and exercise system
US9265988B2 (en) Exercise apparatus
US20190192914A1 (en) Pulsatile resistive exerciser
US9005145B2 (en) Muscle and/or joint exercise apparatus
JP6229969B2 (ja) 歩行訓練支援装置、歩行訓練支援システムおよびプログラム
US20110165997A1 (en) Rotary exercise equipment apparatus and method of use thereof
US20130137550A1 (en) Targeted limb rehabilitation using a reward bias
US20120190502A1 (en) Adaptive exercise profile apparatus and method of use thereof
AU8718591A (en) Stair-climbing and upper body exercise apparatus
CN104997597A (zh) 一种脚踏式下肢外骨骼运动康复轮椅
Elmer et al. Alterations in neuromuscular function and perceptual responses following acute eccentric cycling exercise
EP1666103B1 (en) Total body elliptical exercise equipment with upper body monitoring
TWI607784B (zh) Sports training equipment
CZ29489U1 (cs) Ergometr
CZ307852B6 (cs) Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení
Lesmana et al. Development of a virtual reality system based cycling training for health promotion of individuals post-stroke
TWI812486B (zh) 可變阻力調力裝置
CN214388141U (zh) 一种躺式腰椎功能康复训练装置
Ferreira et al. Virtual interface for an active motorized pedal exerciser for human leg rehabilitation
RU2822082C2 (ru) Способ и устройство для контроля эффективности действий пользователя во время работы тренажера
CN118695891A (zh) 用于同时训练人体肩带、骨盆带和躯干肌肉的训练机(变体)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230524