AT504269B1 - DEVICE FOR THE PASSIVE HEALING GYM - Google Patents
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- AT504269B1 AT504269B1 AT16072006A AT16072006A AT504269B1 AT 504269 B1 AT504269 B1 AT 504269B1 AT 16072006 A AT16072006 A AT 16072006A AT 16072006 A AT16072006 A AT 16072006A AT 504269 B1 AT504269 B1 AT 504269B1
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Abstract
Es wird ein Gerät für die passive Heilgymnastik eines Patienten beschrieben. Erfindungsgemäß weist das Gerät folgende Komponenten auf:- mehrere miteinander verkettete aktiv steuerbar schwenkbaren Hebeln (1, 2, 3) konstanter Länge, wobei die schwenkbaren Hebel (1, 2, 3) aus jeweils einer Basis (1.1, 2.1, 3.1), einer Stütze (1.2, 2.2, 3.2), einem schwenkbaren Teil (1.4, 2.4, 3.4) und Luftmuskeln (1.3, 2.3, 3.3) bestehen,- eine an zumindest einem dieser schwenkbaren Hebel (1, 2, 3) angebrachte Auflagefläche (4) für einen zu bewegenden Körperteil des Patienten, und- eine mit den schwenkbaren Hebeln (1, 2, 3) in Verbindung stehende, programmierbare Steuerungseinheit, in der wiederholt zu durchlaufende Bewegungsabläufe der Auflagefläche (4) vorprogrammierbar sind,wobei sich die Auflagefläche (4) für einen zu bewegenden Körperteil des Patienten, welche flexible Teilbereiche (4.1) aufweist, über mindestens zwei der schwenkbaren Hebel (1, 2, 3) hinweg erstreckt. Des weiteren wird ein Verfahren zur Ansteuerung des Geräts beschrieben.A device is described for passive therapeutic gymnastics of a patient. According to the invention, the device comprises the following components: - a plurality of linked actively controllable pivotable levers (1, 2, 3) of constant length, wherein the pivotable levers (1, 2, 3) each comprise a base (1.1, 2.1, 3.1), a Support (1.2, 2.2, 3.2), a pivotable part (1.4, 2.4, 3.4) and air muscles (1.3, 2.3, 3.3) consist, - a at least one of these pivotable lever (1, 2, 3) mounted bearing surface (4) for a body part of the patient to be moved, and - a programmable control unit connected to the pivotable levers (1, 2, 3) in which repetitive movements of the support surface (4) can be preprogrammed, the support surface (4) for a body part of the patient to be moved, which has flexible partial areas (4.1), extends over at least two of the pivotable levers (1, 2, 3). Furthermore, a method for driving the device will be described.
Description
österreichisches Patentamt AT 504 269 B1 2011-07-15Austrian Patent Office AT 504 269 B1 2011-07-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Gerät für die passive Heilgymnastik eines Patienten, welches aus mehreren miteinander verketteten aktiv steuerbar schwenkbaren Hebeln konstanter Länge gebildet ist, wobei an zumindest einem dieser schwenkbaren Hebel eine Auflagefläche für einen zu bewegenden Körperteil des Patienten angebracht ist, und wobei Bewegungsabläufe der Auflagefläche in einer mit den schwenkbaren Hebeln in Verbindung stehenden Steuerungseinheit vorprogrammierbar sind.The invention relates to a device for passive therapeutic gymnastics of a patient, which is formed of a plurality of concatenated actively controllable pivoting levers of constant length, wherein at least one of these pivotable lever is mounted a support surface for a moving body part of the patient, and wherein movements of the support surface are preprogrammed in a communicating with the pivotable levers control unit.
[0002] Die US 5,417,643 und die DE 299 22 651 U1 zeigen einen Stuhl, welcher mit einer als derartiges Gerät ausgeführten, mehrgliedrigen Armlehne versehen ist. Die einzelnen Glieder sind geführt beweglich aneinander befestigt. Zwischen den einzelnen Gliedern wirken steuerbare Antriebe. Der auf dem Stuhl Platz nehmende Patient legt einen Arm auf die Armlehne. Entsprechend einem Steuerprogramm wird dann die Armlehne und mit dieser der Arm des Patienten bewegt. Entsprechend der DE-Schrift wird nicht darauf eingegangen was passiert, wenn die gesteuerten Bewegungen der Armlehne von den Bewegungsmöglichkeiten des Patienten abweichen und somit Schmerzen oder gar Verletzungen des Patienten bewirken könnten. Entsprechend der US-Schrift wird für diesen Fall eine schnelle Abschaltung vorgesehen. Nachteilig daran ist, dass dann, wenn diese Abschaltung wirksam wird, schon gefährlich große Kräfte auf den Patienten eingewirkt haben können und dass damit die Behandlung abgebrochen wird.The US 5,417,643 and DE 299 22 651 U1 show a chair which is provided with a designed as such device, multi-armrest. The individual members are guided movably attached to each other. Between the individual links act controllable drives. The patient taking a seat on the chair puts one arm on the armrest. According to a control program then the armrest and with this the patient's arm is moved. According to the DE-font will not be discussed what happens if the controlled movements of the armrest deviate from the possibilities of movement of the patient and thus could cause pain or even injury to the patient. According to the US-Script a fast shutdown is provided for this case. The disadvantage of this is that when this shutdown takes effect, already dangerous large forces on the patient may have acted and that so that the treatment is stopped.
[0003] Die WO 2006/061834 A2 beschreibt ein ähnliches Gerät. Die Druckschrift WO 2006/092872 beschreibt ein Trainingsgerät, bei dem eine definierte Last auf den Muskel ausgeübt wird, während das Gerät eine vordefinierte Bewegung ausführt. Die US 2004/0267331 beschreibt ein System und ein Verfahren, welches die Wiederherstellung physischer Funktionen des neuromuskulären Systems unterstützt. Die US 4,846,466 beschreibt ein Übungsgerät mit einem elektrohydraulischen System, welches bei Rotation eines Arbeitsarms dieser Rotation einen vordefinierten und im Wesentlichen konstanten Widerstand entgegensetzt.WO 2006/061834 A2 describes a similar device. The publication WO 2006/092872 describes a training device in which a defined load is exerted on the muscle while the device is performing a predefined movement. US 2004/0267331 describes a system and method that supports the restoration of physical functions of the neuromuscular system. The US 4,846,466 describes an exercise device with an electro-hydraulic system, which on rotation of a working arm of this rotation opposes a predefined and substantially constant resistance.
[0004] Entsprechend der EP 1 609 451 A1 wird ein Gerät für die passive Heilgymnastik vorgeschlagen, welches aus starren, schalenartigen Teilen besteht, die ähnlich wie Teile einer Ritterrüstung von dem Patienten getragen werden und die über Gelenke miteinander verbunden sind. Zwischen einzelnen der zueinander beweglichen Schalenteile wirken Luftmuskeln als steuerbare Aktuatoren. Über die Art der Ansteuerung der Aktuatoren wird nichts gesagt. Die Bauweise aus schalenartigen Teilen bewirkt, dass die Vorrichtung ziemlich schwer wird, und der Vorgang des An- bzw. Ablegens einigermaßen mühselig ist.According to EP 1 609 451 A1, a device for passive therapeutic exercise is proposed, which consists of rigid, shell-like parts, which are similar to parts of a knight's armor worn by the patient and which are connected to each other via joints. Between each of the mutually movable shell parts act air muscles as controllable actuators. Nothing is said about the type of actuation of the actuators. The construction of shell-like parts makes the device quite heavy and the process of putting it on and off is somewhat cumbersome.
[0005] Die US 2003/0223844 A1 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung, welche aus mehreren starren, schalenartigen Gliedern besteht, die ähnlich wie Teile einer Ritterrüstung von einer Person getragen werden und die über Gelenke miteinander verbunden sind. Die Vorrichtung dient zur Steuerung eines entfernt, beispielsweise im Weltraum, angeordneten Roboters. Elastisch vorgespannte Bowdenzüge helfen mit, einzelne Glieder gegen die Wirkung der Schwerkraft anzuheben und sie dienen dazu, die Stellung einzelner Glieder zueinander zu messen. Abhängig vom Messergebnis wird ein entfernt angeordneter Roboter bewegt. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung werden in Abhängigkeit von den auf den Roboter wirkenden Kräften auch gesteuerte Kräfte zwischen den einzelnen Schalen der Vorrichtung ausgeübt.The US 2003/0223844 A1 also shows a device which consists of a plurality of rigid, shell-like members, which are similar to parts of a knight's armor worn by a person and are connected to each other via joints. The device is used to control a remote, for example in space, arranged robot. Elastic prestressed Bowden cables help to lift individual limbs against the action of gravity and they serve to measure the position of individual limbs relative to one another. Depending on the measurement result, a remote robot is moved. In an advantageous further development, controlled forces are also exerted between the individual shells of the device as a function of the forces acting on the robot.
[0006] Die Druckschrift DE 36 30 822 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung mit Tastvermögen, die mindestens einen Satz aus zwei elastischen dehn- und zusammenziehbaren Luftmuskeln zum Verschwenken eines Hebels aufweist. Die Druckschrift WO 2004/096083 betrifft ebenfalls einen pneumatischen Muskel, der geeignet ist, bidirektionale Kräfte zur Verfügung zu steilen. Auch die US 4,615,260 betrifft eine Anordnung von gegeneinander arbeitenden Luftmuskeln zum Verschwenken von Hebeln.The document DE 36 30 822 A1 describes a driving device with tactile properties, which has at least one set of two elastic stretchable and contractible air muscles for pivoting a lever. The publication WO 2004/096083 also relates to a pneumatic muscle which is capable of providing bidirectional forces. The US 4,615,260 relates to an arrangement of mutually-working pneumatic muscles for pivoting levers.
[0007] Der Erfinder sah sich vor die Aufgabe gestellt ein flexibel steuerbares Gerät für die passive Mobilisation von Gliedmaßen einer stehenden, sitzenden oder liegenden Person, vorzugsweise zum Bewegen eines Armes einer sitzenden Person, bereit zu stellen. Gegenüber 1/11 österreichisches Patentamt AT 504 269 B1 2011-07-15 vorbekannten Geräten zu diesem Zweck soll das neue Gerät zwei wesentliche Verbesserungen aufweisen: [0008] - Auf Abweichungen von der Solltrajektorie, also vom gewünschten Weg-Zeit-Verlauf, zufolge Reaktionen des Patienten, soll das Gerät weich reagieren, sodass der Patient keinesfalls verletzt wird.The inventor has set itself the task of providing a flexible controllable device for the passive mobilization of limbs of a standing, sitting or lying person, preferably for moving an arm of a seated person to provide. The new device is said to have two major improvements compared with previously known devices for this purpose: [0008] In response to deviations from the desired trajectory, that is to say from the desired path-time curve, according to reactions the patient should respond softly so that the patient is never injured.
[0009] - Abweichungen von der Solltrajektorie zufolge Reaktionen des Patienten sollen durch das Gerät registriert und aufgezeichnet werden - um damit den Therapieerfolg besser beurteilen und die Therapie dementsprechend besser gezielt anpassen zu können.Deviations from the desired trajectory reactions of the patient should be registered and recorded by the device - to better assess the success of therapy and to be able to adapt the therapy accordingly better targeted.
[0010] Zum Lösen der Aufgabe wird wie bei der US 5,417,643 und der DE 299 22 651 U1 ein Gerät vorgeschlagen, welches aus mehreren miteinander verketteten, gegeneinander steuerbar schwenkbaren Hebeln besteht, und an der Seite eines Stuhles angeordnet werden kann, auf welchem die zu behandelnde Person sitzt. Zwei Hebel des Gerätes bieten eine Auflagefläche für Unterarm und Oberarm der zu behandelnden Person, indem sie unterhalb dieser Glieder etwa parallel dazu angeordnet sind. Im Unterschied zu den vorbekannten Geräten werden als steuerbare Stellorgane zwischen den einzelnen Hebeln des Gerätes Luftmuskeln verwendet, und die ohnedies zum Ansteuern der Luftmuskeln erforderliche Erfassung der Längen der Luftmuskeln und des Drucks in den Luftmuskeln, wird auch dazu verwendet, die tatsächlich durchlaufenen Trajektorien zu erfassen. Die Einstellung einer im elastischen Bereich sehr weichen Reaktion des Gerätes auf Abweichungen von der Solltrajektorie, kann durch eine entsprechende Einstellung der ohnedies für den gesteuerten Betrieb der Luftmuskeln erforderlichen Regelung erfolgen.To solve the problem, a device is proposed as in US 5,417,643 and DE 299 22 651 U1, which consists of several concatenated, mutually controllable pivoting levers, and can be arranged on the side of a chair on which the attending person is sitting. Two levers of the device provide a support surface for the forearm and upper arm of the person to be treated, by being arranged below these members approximately parallel thereto. In contrast to the prior art devices, the controllable actuators between the individual levers of the device use pneumatic muscles, and the detection of the lengths of the pneumatic muscles and the pressure in the pneumatic muscles, which are required to control the pneumatic muscles, is also used to detect the actually traversed trajectories , The setting of a device in the elastic range very soft reaction to deviations from the desired trajectory, can be done by a corresponding adjustment of the anyway required for the controlled operation of the muscles of the air control.
[0011] Vorteilhafte Details des mechanischen Aufbaues und vorteilhafte bereitzustellende Eigenschaften der Steuerung werden unter Zuhilfenahme der Zeichnung beschrieben: [0012] Fig. 1: ist eine Prinzipdarstellung eines beispielhaften erfindungsgemäß ausgeführtenAdvantageous details of the mechanical structure and advantageous properties of the control to be provided are described with the aid of the drawing: FIG. 1: is a schematic diagram of an exemplary embodiment according to the invention
Gerätes in Seitenansicht. Einzelne Details sind in Schnittansicht gezeigt.Device in side view. Individual details are shown in sectional view.
[0013] Fig. 2: zeigt in Form eines Flussdiagramms einen möglichen Informationsverarbeitungs und Steuerungsablauf eines erfindungsgemäßen Gerätes.Fig. 2: shows in the form of a flow chart a possible information processing and control sequence of a device according to the invention.
[0014] Luftmuskeln bestehen im Wesentlichen aus einem schlauchartigen Mittelteil und zwei plattenartigen Abschlussstücken, von denen zumindest eines mit einem Luftdurchlass versehen ist. Wenn der schlauchartige Mittelteil aufgeblasen wird, so erweitert er sich im Umfang und verkürzt sich in seiner Länge, bis auf maximal etwa 75% der ursprünglichen Länge. Dieses Verkürzen der Länge kann durchaus auch unter Überwindung einer äußeren Zugkraft erfolgen. Eine der ersten Veröffentlichungen dazu ist die GB 1331756 (Trish Energetics, veröffentlicht 1973). Diese Luftmuskeln weisen keine Haftreibung auf.Air muscles consist essentially of a tube-like middle part and two plate-like end pieces, of which at least one is provided with an air passage. When inflated, the tubing mid-section expands in circumference and shortens in length, to a maximum of about 75% of the original length. This shortening of the length can also be done by overcoming an external tensile force. One of the first publications is GB 1331756 (Trish Energetics, published in 1973). These air muscles have no static friction.
[0015] Dadurch, dass die Längenänderung der Luftmuskeln durch Druck des volumenelastischen Mediums Luft hervorgerufen wird, ist die Kraft-Weg-Charakteristik an sich schon weichelastisch. Es lässt sich daher mit Hilfe von Luftmuskeln ein weichelastisches Verhalten gegenüber Abweichungen von der Solltrajektorie wesentlich leichter verwirklichen, als dies mit anderen üblichen Stellorganen wie hydraulischen Zylindern oder Elektromotoren der Fall ist. Anders als bei Pneumatikzylindern gibt es bei Luftmuskeln nach dem Stillstand keine Losbrechkraft; es gibt also auch bei kleinsten angreifenden Kräften ein elastisches Nachgeben ohne Rucken. Ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn ergibt sich dadurch, dass sich die Kraft, mit welcher ein Luftmuskel auf einen äußeren Gegenstand wirkt, aus physikalischen Gründen nicht schlagartig erhöhen kann.Characterized in that the change in length of the air muscles is caused by pressure of the volume-elastic medium air, the force-displacement characteristic is already soft elastic in itself. It is therefore much easier to achieve with the help of pneumatic muscles a soft-elastic behavior against deviations from the desired trajectory, as is the case with other conventional actuators such as hydraulic cylinders or electric motors. Unlike pneumatic cylinders, there is no breakaway force on air muscles after standstill; So even with the smallest of attacking forces, there is an elastic yield without jerking. An additional safety gain results from the fact that the force with which an air muscle acts on an external object can not increase abruptly for physical reasons.
[0016] Neben der Basis 0 und der mit flexiblen Abschnitten 4.1 versehenen Auflagefläche 4 für den Arm der zu behandelnden Person besteht das in Fig. 1 skizzierte beispielhafte erfindungsgemäße Gerät aus drei miteinander verketteten schwenkbaren Hebeln 1, 2, 3. Eine Seite des ersten schwenkbaren Hebels 1 ist über die Basis 1 gegenüber dem Stuhl oder dem Bett auf welchem sich die zu behandelnde Person befindet, unbeweglich gehalten. Jeder schwenkbare Hebel hat eine konstante Länge, und besteht aus einer Stütze 1.2, 2.2, 3.2, mit deren erstem Ende eine Basis 1.1, 2.1, 3.1 starr verbunden ist, und an deren zweiten Ende ein schwenkbarer 2/11 österreichisches Patentamt AT 504 269 B1 2011-07-15In addition to the base 0 and provided with flexible sections 4.1 support surface 4 for the arm of the person to be treated, the exemplary device outlined in Fig. 1 consists of three concatenated pivoting levers 1, 2, 3. One side of the first pivotable Lever 1 is held immovable over the base 1 opposite the chair or bed on which the person to be treated is located. Each pivotable lever has a constant length, and consists of a support 1.2, 2.2, 3.2, with the first end of a base 1.1, 2.1, 3.1 is rigidly connected, and at the second end of a pivotable Austrian patent office AT 504 269 B1 2011-07-15
Teil 1.4, 2.4, 3.4 angeordnet ist. Die Basis des dritten schwenkbaren Hebels ist starr mit dem schwenkbaren Teil des zweiten schwenkbaren Hebels verbunden. Die Basis des zweiten schwenkbaren Hebels ist starr mit dem schwenkbaren Teil des ersten schwenkbaren Hebels verbunden. Zwischen Basis und schwenkbarem Teil eines schwenkbaren Hebels sind Luftmuskeln 1.3, 2.3, 3.3 angeordnet, mit Hilfe derer die jeweilige Schwenkstellung aktiv eingestellt werden kann. Über die Längsrichtung der schwenkbaren Hebel erstreckt sich die mit diesen verbundene Auflagefläche 4. Der schwenkbare Teil der einzelnen schwenkbaren Hebel ist beispielsweise über ein Kugel-Pfanne-Gelenk, ein Kardangelenk, oder auch nur ein Bolzen-Zylinder-Gelenk an der zugehörigen Stütze befestigt. Damit kann je nach Bedarf eine Bewegung um eine oder auch um mehrere nicht parallel angeordnete Achsen erzeugt werden. Die Luftmuskel eines Schwenkhebels sind parallel zur Stütze ausgerichtet, und an verschiedenen Seiten der jeweiligen Gelenkachsen angeordnet. Durch Zusammenziehen eines Luftmuskels und Dehnen des bzw. der anderen Luftmuskeln eines schwenkbaren Hebels, wird der schwenkbare Teil dieses schwenkbaren Hebels um die jeweilige Achse bzw. Achsen aktiv gedreht.Part 1.4, 2.4, 3.4 is arranged. The base of the third pivotable lever is rigidly connected to the pivotable part of the second pivotable lever. The base of the second pivotable lever is rigidly connected to the pivotable part of the first pivotable lever. Between the base and pivotable part of a pivotable lever air muscles 1.3, 2.3, 3.3 are arranged, by means of which the respective pivot position can be actively adjusted. The pivotable part of the individual pivotable levers is fastened, for example via a ball and socket joint, a cardan joint, or even a bolt-cylinder joint to the associated support over the longitudinal direction of the pivotable lever. Thus, a movement can be generated as needed around one or more non-parallel axes. The air muscles of a pivot lever are aligned parallel to the support, and arranged on different sides of the respective hinge axes. By contracting an air muscle and stretching the other air muscle of a pivotable lever, the pivotable part of this pivotable lever is actively rotated about the respective axis or axes.
[0017] Man kann bei der Auslegung der einzelnen schwenkbaren Hebel und der Verbindungsstücke zwischen ihnen, annähernd die einzelnen Glieder eines menschlichen Armes bezüglich Länge und Freiheitsgraden der Bewegung nachbilden. Man kann aber auch eine längere Verkettung mehrerer, auch längerer schwenkbarer Hebel vorsehen, und so bezüglich der mechanischen Ausführung einen wesentlich größeren Bewegungsspielraum ermöglichen. Das Gerät wird damit besser für verschieden große Menschen und für eine größere Palette von möglichen Bewegungen anwendbar. Gerade bei Anwendung längerer Verkettungen von schwenkbaren Hebeln kann mit solchen Hebeln gut das Auslangen gefunden werden, bei denen der schwenkbare Teil bezüglich der Basis nur um eine einzige Achse schwenkbar ist. Dadurch können Kosten vermieden und Robustheit gewonnen werden.In the design of the individual pivotable levers and the connecting pieces between them, approximately the individual members of a human arm with respect to length and degrees of freedom of the movement can be simulated. But you can also provide a longer chaining of several, even longer pivoting lever, and thus allow a much greater freedom of movement with respect to the mechanical design. The device is thus better for different sized people and for a wider range of possible movements applicable. Especially when using longer links of swiveling levers can be found with such levers good Auslangen in which the pivotable part with respect to the base is pivotable about a single axis. As a result, costs can be avoided and robustness can be gained.
[0018] Um während des Betriebes Massenträgheitskräfte möglichst klein zu halten, sollten - in Anpassung an die zu erwartenden Momentenbelastungen - die Schwenkhebel in der Reihenfolge von der Basis 0 weg immer schlanker und schwächer, und damit pro Länge leichter ausgeführt werden.In order to keep inertia forces as small as possible during operation, should - in adaptation to the expected moment loads - the pivot lever in the order of the base 0 away slimmer and weaker, and thus run easier per length.
[0019] Im Flussdiagramm von Fig. 2 bedeuten die eingerahmten Texte Vorgänge. Die mit Pfeilspitzen versehen Linien dazwischen kennzeichnen entweder nur die Reihenfolge von Vorgängen, oder sie bedeuten auch Informationen die Ergebnis eines Vorganges sind, und in einen nächsten Vorgang einfließen.In the flow chart of Fig. 2, the framed texts mean operations. The arrowheaded lines in between either indicate only the order of operations, or they also mean information that is the result of a process, and feed into a next process.
[0020] Die Vorgänge im Bereich der geschwungenen Klammer b betreffen die übliche Arbeitsweise von gesteuerten Luftmuskeln. Einem Sollwert der Länge der einzelnen Luftmuskeln wird unter Berücksichtigung der tatsächlich gemessenen Längen und der tatsächlich gemessenen Drücke unter Zuhilfenahme von datentechnisch hinterlegten Tabellen oder Kurvenscharen die tatsächliche Länge nachgeführt, indem der Druck in den einzelnen Luftmuskeln entsprechend geregelt verändert wird.The operations in the region of the curved bracket b relate to the usual operation of controlled air muscles. Taking into account the actually measured lengths and the pressures actually measured with the aid of tables or curves stored in the data base, a nominal value of the length of the individual pneumatic muscles is tracked by changing the pressure in the individual pneumatic muscles in a controlled manner.
[0021] Die Vorgänge im Bereich der geschwungenen Klammer a betreffen Datenverarbeitungsschritte, welche in einer einfachen Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden können. Sie betreffen einerseits das übergeordnete Programm, andererseits die bidirektionale Umrechnung zwischen den Längen der einzelnen Luftmuskeln 1.3, 2.3, 3.3, und den Positionsdaten der Auflagefläche 4, sowie zwischen den Kräften an den einzelnen Luftmuskeln und den Kräften auf die Auflagefläche.The operations in the region of the curved bracket a concern data processing steps, which can be performed in a simple data processing system. On the one hand, they relate to the superordinate program, on the other hand, the bidirectional conversion between the lengths of the individual air muscles 1.3, 2.3, 3.3, and the position data of the support surface 4, and between the forces on the individual air muscles and the forces on the support surface.
[0022] Vom übergeordneten Programm wird vorgegeben, welche Weg-Zeit-Verläufe durch die Auflagefläche durchlaufen werden sollen und es wird auch vorgegeben in welcher Weise auf äußere Kräfte auf die Auflagefläche reagiert werden soll. Diese Reaktion kann beispielsweise ein mehr oder minder weich eingestelltes elastisches Verhalten sein, ein Verhalten also, bei welchem die rückstellend wirkende Reaktionskraft proportional zur Auslenkung von der Sollstellung ist. Es kann aber beispielsweise auch eingestellt werden, dass die Reaktionskraft unabhängig von der Auslenkung eine konstante - geringe - Größe aufweist. Natürlich sind auch 3/11 österreichisches Patentamt AT 504 269 B1 2011-07-15From the parent program is specified, which path-time curves are to be traversed by the support surface and it is also given in what way to respond to external forces on the support surface. This reaction may be, for example, a more or less soft set elastic behavior, ie a behavior in which the restoring reaction force is proportional to the deflection of the desired position. However, it can also be adjusted, for example, that the reaction force has a constant - small - size, regardless of the deflection. Of course, also 3/11 Austrian Patent Office AT 504 269 B1 2011-07-15
Kombinationen daraus, wie beispielsweise „elastisches Verhalten nur bis zu einer bestimmten (geringen) Maxi mal kraft", sowie beliebige andere Einstellungen durch entsprechende Programmeinstellungen realisierbar, und oft auch sinnvoll.Combinations thereof, such as "elastic behavior only up to a certain (low) maximum force", and any other settings by appropriate program settings feasible, and often useful.
[0023] Beispielsweise kann für das Training der Koordinationsfähigkeit auch überhaupt auf eine Reaktionskraft bei Abweichung vom vorgegeben Weg-Zeit-Verlauf der Ablagefläche verzichtet werden. Stattdessen kann der Sollverlauf des Weges über die Zeit, sowie Abweichungen durch optische und/oder akustische Signale mitgeteilt werden. Durch die Messung und beispielsweise die Integration der Abweichungen über die Zeit werden Aussagen über die Koordinationsfähigkeit gewonnen.For example, can be dispensed with a reaction force in deviation from the predetermined path-time course of the shelf for training the coordination ability. Instead, the desired course of the path over time, as well as deviations can be communicated by optical and / or acoustic signals. Through the measurement and, for example, the integration of the deviations over time statements about the coordination ability are obtained.
[0024] Wesentlich ist, dass die tatsächlichen Weg-Zeit-Verläufe nicht nur mitgemessen werden, sondern vor allem auch ihre Abweichungen vom Sollverlauf aufgezeichnet werden und ausgewertet werden können. Daraus können wesentliche Informationen über den Therapieverlauf und für die weitere Gestaltung der Therapie abgeleitet werden.It is essential that the actual path-time curves are not only measured, but above all their deviations from the desired course can be recorded and evaluated. From this essential information on the course of therapy and for the further design of the therapy can be derived.
[0025] Im übergeordneten Programm können natürlich viele sicherheitsrelevante Begrenzungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann durch die Programmroutine automatisch ausgeschlossen werden, dass physiologisch unmögliche Stellungen überhaupt angefahren werden. Es können Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Kraftbegrenzungen eingebaut werden. Es kann an Hand der Auswertungen der Abweichungen der Ist-Weg-Zeit-Verläufe beurteilt werden, ob sich ein Patient vermehrt verkrampft, ob er sich entspannt, oder ob er zu sehr ermüdet; dementsprechend kann der weitere Verlauf abgestimmt werden, oder überhaupt die Behandlung unter- bzw. abgebrochen werden.Of course, many safety-related limitations can be provided in the parent program. For example, can be automatically excluded by the program routine that physiologically impossible positions are approached at all. Acceleration, speed and force limitations can be incorporated. It can be judged on the basis of the evaluations of the deviations of the actual path-time courses, whether a patient is increasingly cramping, whether he is relaxing, or whether he is too tired; Accordingly, the further course can be coordinated, or even the treatment be interrupted or canceled.
[0026] Anstatt Weg-Zeit-Verläufen können natürlich auch Kraft-Zeit-Verläufe unter Einhaltung bestimmter Geschwindigkeits- und Positionsbeschränkungen vorprogrammiert werden.Of course, instead of path-time courses and force-time courses can be preprogrammed in compliance with certain speed and position restrictions.
[0027] Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Gerätes für die passive Heilgymnastik werden durch Verwendung von gesteuerten Luftmuskeln als Aktuatoren die wesentlichen Informationen und Steuerungsmittel ohnedies schon bereitgestellt. Für die vorteilhafte Anwendung als Therapiegerät ist darüber hinaus im Wesentlichen nur mehr eine relativ einfache programmierbare Datenverarbeitungseinheit erforderlich. Diese Datenverarbeitungseinheit kann beispielsweise in Form eines einfachen gängigen tragbaren Computers mit einer gegenüber üblichen Arbeitsplatzcomputern geringen Rechenleistung realisiert werden.In the inventive embodiment of the device for passive therapeutic gymnastics, the essential information and control means are already provided by using controlled air muscles as actuators anyway. Moreover, for the advantageous application as a therapy device, essentially only a relatively simple programmable data processing unit is required. This data processing unit can be realized, for example, in the form of a simple, conventional portable computer with a computing power that is low compared with conventional workstation computers.
[0028] Die Datenverarbeitungsanlage ist natürlich so zu programmieren, dass die Soll-Weg-Zeit-Verläufe per Tastatur mittels einer Eingabemaske eingeben werden können. Da sie ohnedies dazu ausgelegt ist, im Betrieb die Ist-Weg-Zeit-Verläufe aufzuzeichnen, ist es nur ein kleiner Schritt dazu, derartig aufgezeichnete Verläufe als neue Soll-Verläufe zu verwenden. D.h. die Anlage kann einfach mittels eines Teach-In-Verfahrens programmiert werden, indem die Auflagefläche im entsprechenden Modus angefasst und manuell im gewünschten, später automatisch durchzulaufenden Ablauf bewegt wird.Of course, the data processing system is to be programmed such that the desired path-time profiles can be entered via the keyboard by means of an input mask. Since it is in any case designed to record the actual path-time progressions during operation, it is only a small step to use such recorded progressions as new target progressions. That The system can be easily programmed by means of a teach-in procedure by touching the support surface in the appropriate mode and manually moving it in the desired sequence, which will later be automatically run through.
[0029] In der praktischen Anwendung bedeutet dies, dass der Weg, denn das Gerät in weiterer Folge automatisch durchlaufen soll einprogrammiert werden kann, indem der Patient den Arm auf die Auflagefläche legt und der Therapeut die Auflagefläche gemeinsam mit dem Arm vorsichtig so bewegt, wie er es für richtig hält.In practical application, this means that the way for the device to go through automatically subsequently can be programmed by the patient puts his arm on the support surface and the therapist carefully moves the support surface together with the arm as he thinks it's right.
[0030] Bei entsprechender Fertigkeit kann natürlich auch der Patient selbst auf diese Art einen Weg einprogrammieren, indem er dann, wenn das Gerät in den Aufnahmemodus geschaltet ist, die Auflagefläche einmal entsprechend bewegt.With appropriate skill, of course, the patient can program a way even in this way, by then when the device is switched to the recording mode, the support surface moves once accordingly.
[0031] Bei einer damit einfach realisierbar werdenden vorteilhaften Therapieform wird ein Bewegungsbereich vorgegeben, welchen die Auflagefläche gemeinsam mit dem Arm des Patienten letztendlich durchlaufen können soll, anfangs aber noch nicht durchlaufen kann. Das Gerät trachtet den vorgegebenen Weg zu durchlaufen. Der Patient erzwingt beispielsweise auf Grund von Angst vor Schmerzen, Unbeweglichkeiten in Gelenken, mangelnder Koordinationsfähigkeit oder mangelnder Muskelkraft einen anderen, weniger anspruchsvollen Weg. Dieses Erzwingen erfolgt schmerzfrei für den Patienten, da das Gerät sehr nachgiebig auf die durch den Patienten 4/11 österreichisches Patentamt AT 504 269 B1 2011-07-15 bewirkten Auslenkungen reagiert. Das Gerät merkt sich diesen zweiten Weg und durchfährt diesen Weg mehrmals, sodass sich der Patient bei dieser möglichen Bewegung entspannt. Nach und nach versucht das Gerät den zu durchfahrenden Weg wieder an den ursprünglichen Sollweg anzunähern. Dazu werden die Positionsabweichungen bei den einzelnen Sollwegen zum ursprünglichen Sollweg bei den jeweiligen zeitlichen Fasen bei den einzelnen Durchläufen immer geringer eingestellt.In a thus easily realizable expectant therapy form, a range of motion is given, which should be able to go through the support surface together with the arm of the patient ultimately, but initially can not go through. The device seeks to go through the given path. For example, because of the fear of pain, immobility in the joints, lack of coordination, or lack of muscle power, the patient forces another, less demanding, path. This forcing is painless for the patient, since the device responds very yielding to the deflections caused by the patient. The device remembers this second path and goes through this path several times, so that the patient relaxes in this possible movement. Gradually, the device tries to approach the path to be traveled back to the original target path. For this purpose, the position deviations in the individual desired paths to the original desired path at the respective time chamfers in the individual runs are set lower and lower.
[0032] Weitere wesentliche Stichwörter für die Programmierung der übergeordnet steuernden Datenverarbeitungsanlage sind: [0033] - Vorbereitete Weg-Zeit-Kraftprofile.Further key terms for the programming of the superordinate controlling data processing system are: - Prepared path-time force profiles.
[0034] - Editierbarkeit von einprogrammierten Bewegungsabläufen im Hinblick auf geometri sche Änderungen, Geschwindigkeitsänderungen, Änderungen in Bezug auf die anzuwendenden Kräfte.Editability of programmed movements with respect to geometrical changes, changes in speed, changes in the forces to be applied.
[0035] - Einsteilbarkeit von sicherheitsrelevanten Begrenzungen wie maximale Geschwindig keit, maximale Beschleunigung, maximale Kräfte.- Einsteilbarkeit of safety-related limitations such as maximum speed VELOCITY, maximum acceleration, maximum forces.
[0036] - Einsteilbarkeit von großräumiger Positionstoleranz bei gleichbleibender Anpresskraft, solange sich die Auflagefläche in Kontakt mit dem Zielobjekt befindet. Die Auflagefläche „folgt" also dem Objekt kraftgesteuert, auch dann wenn sich das Objekt- innerhalb gewisser Grenzen - selbst bewegt.Adjustability of large-scale positional tolerance with constant contact force, as long as the support surface is in contact with the target object. The contact surface "follows" that is, the force-controlled object, even if the object moves within certain limits.
[0037] - Regelung dahingehend, dass eine eingestellte Stellung des Gerätes automatisch wieder angefahren wird, wenn es in Folge einer äußeren Einwirkung, wie beispielsweise einem Schlag, auf einen seiner beweglichen Teile aus dieser Stellung bewegt wird.- Regulation in such a way that a set position of the device is automatically restarted when it is moved due to an external effect, such as a shock on one of its moving parts from this position.
[0038] All diese Funktionen lassen sich unter Anwendung der beschriebenen Bauweise durch Programmierarbeit im Rahmen des normalen fachmännischen Handelns leicht hersteilen; daher wird hier nicht weiter darauf eingegangen. Es ist Verdienst des Erfinders erkannt zu haben, dass derartige Funktionen für die Therapie sehr wertvoll sein können, und dass sie unter Anwendung der erfindungsgemäßen Bauweise einfach, kostengünstig und sicher realisierbar sind.All of these functions can be easily obtained using the construction described by programming work within the scope of normal professional practice; therefore, it will not be discussed further here. It is the merit of the inventor to have realized that such functions can be very valuable for the therapy, and that they are simple, inexpensive and safe to implement using the construction according to the invention.
[0039] Weiter Vorteile, die sich durch Verwendung von gesteuerten Luftmuskeln als Aktuatoren für das Gerät für die passive Heilgymnastik ergeben sind: [0040] - Extreme RobustheitFurther advantages which result from the use of controlled pneumatic muscles as actuators for the device for passive medical gymnastics are: Extreme robustness
Im Vergleich zu andersartig angetriebenen Geräten können die weichelastischen Luftmuskeln Schläge auf das Gerät selbst abfangen und dämpfen. Dadurch wird das Gerät trotz Leichtbau extrem robust gegenüber Spitzenbelastungen und Vibrationen. Die Luftmuskeln selbst sind verglichen mit Kolben-Zylinder-Stellelementen ebenfalls sehr robust, da sie keine Flächen aufweisen, an denen Teile aneinander gleiten und dichten, und da sie in Folge ihrer Flexibilität als Schlauch durch anstoßende Gegenstände praktisch nicht zu beschädigen sind.Compared to differently driven devices, the soft-elastic muscles of the air can absorb and dampen impacts on the device itself. This makes the device, despite its lightweight construction, extremely robust against peak loads and vibrations. The air muscles themselves are also very robust compared to piston-cylinder actuators because they have no surfaces on which parts slide and seal against each other, and because they are practically unbreakable due to their flexibility as a hose by abutting objects.
[0041] - SicherheitSecurity
Gefahren für Menschen können in vorteilhafter Weise auch für den Fall vermieden werden, dass die Steuerung des Gerätes fehlerhaft arbeitet. Man braucht dazu nur den Druck in den Luftmuskeln, beispielsweise durch Überdruckventile oder durch eine von der zentralen Steuereinheit unabhängig arbeitende zusätzliche Steuereinheit zu begrenzen. Bei anderen Bauweisen wären dafür Sollbruchstellen erforderlich.Dangers for people can be avoided in an advantageous manner even in the event that the control of the device works incorrectly. One only needs to limit the pressure in the pneumatic muscles, for example by means of pressure relief valves or by an additional control unit operating independently of the central control unit. In other constructions, breaking points would be required.
[0042] - KostengünstigCost-effective
Auf Grund des einfachen Aufbaues sind Luftmuskeln kostengünstiger als Hydraulikoder Pneumatikzylinder, oder vergleichbar nutzbare elektrische Antriebe. Über die für die Ansteuerung standardmäßig erforderlichen Steuerungselemente hinaus sind für das erfindungsgemäße Gerät neben der zentralen Datenverarbeitungsanlage keine zusätzlichen speziellen Steuerungselemente erforderlich. 5/11Due to the simple structure of pneumatic muscles are cheaper than hydraulic or pneumatic cylinders, or comparable usable electric drives. In addition to the control elements required by default for control, no additional special control elements are required for the device according to the invention in addition to the central data processing system. 5/11
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