CZ307852B6 - Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení - Google Patents
Rehabilitační ergometr a způsob jeho řízení Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 7
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 7
- 238000012549 training Methods 0.000 description 5
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000007435 diagnostic evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 208000018360 neuromuscular disease Diseases 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
- A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/002—Exercising 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/012—Exercising 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
- A63B21/015—Exercising 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/22—Resisting devices with rotary bodies
- A63B21/225—Resisting devices with rotary bodies with flywheels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
- A63B22/0002—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements involving an exercising of arms
- A63B22/0007—Exercising 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
- A63B22/06—Exercising 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
- A63B22/0605—Exercising 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/24—Devices 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
- G01L3/242—Devices 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
- A63B22/06—Exercising 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
- A63B22/0605—Exercising 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
- A63B2022/0611—Particular details or arrangement of cranks
- A63B2022/0617—Particular details or arrangement of cranks with separate crank axis for each limb, e.g. being separately adjustable or non parallel
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
- A63B2220/50—Force related parameters
- A63B2220/54—Torque
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.
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)
| 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 |
-
2017
- 2017-05-24 CZ CZ2017-294A patent/CZ307852B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| 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)
| 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 |