CH704337A1 - Therapeutischer Schaukelstuhl. - Google Patents
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Abstract
Das Therapiegerät (2) steht auf Kufen (1) und bildet einen Schaukelstuhl zur Ausführung von Schaukelbewegung mit einer Last (4), bestehend aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person. Mindestens ein beweglicher oder antreibbarer Massekörper ist vorhanden, mit zugehörigem Antrieb. Dadurch ist die Eigenfrequenz des Schwingsystems, welches dann aus den Massen des Therapiegeräts selbst sowie jener der Last besteht, veränderbar. Der antreibbare Massenkörper kann durch Kreisel (11) gebildet sein, die in einem Rahmen (15) federgelagert sind. Je nach Drehzahlverlauf der Kreisel (11) wird die Schaukelfrequenz und die spezifische Bewegungsform des Therapiegeräts über einen weiten Bereich veränderlich. Der antreibbare Massenkörper kann auch virtuell sein, indem mit einem Antrieb eine Massenträgheit emuliert wird. Dabei wird der Antrieb so geregelt, dass er das Verhalten einer Massenträgheit zeigt und somit ein physikalisch vorhandener Massekörper nicht benötigt wird.
Description
[0001] Die Schaukelbewegung eines Schaukelstuhls wirkt beruhigend und entspannend, sie kann auch gezielt für therapeutische Zwecke verwendet werden. So kann mit einer geeigneten Wahl der Schaukelfrequenz, Amplitude und Bewegungsform Einfluss auf verschiedene Körperfunktionen genommen werden. Insbesondere passt der Patient seine Atemfrequenz der Schaukelbewegung an. Für die Therapie werden Frequenzen im Bereich von 8 bis 20 Schwingungen pro Minute verwendet.
[0002] Die Schaukelbewegung ist eine harmonische Schwingung. Harmonische Schwingungen sind in allen Bereichen der Technik bekannt, insbesondere in der Mechanik (z.B. Uhren, Fahrwerk im Auto) und der Elektrotechnik (z.B. Radio, Oszillatoren, Regelungstechnik). Die Theorie dazu ist relativ einfach. Im Falle einer mechanischen Schwingung handelt es sich um das Zusammenspiel einer Rückstellkraft, welche das schwingfähige System in Richtung des Ruhezustands beschleunigt, und einer Trägheit, welche dafür sorgt, dass die Bewegung über den Ruhezustand hinaus schwingt.
[0003] Im Falle des Schaukelstuhls wie in Figur 1dargestellt wird die Rückstellkraft Fr durch die Kufen 1 und die Schwerkraft m*g erzeugt, die Trägheit ist die Massenträgheit der bewegten Massen 3 bestehend aus einer Last 4 in Form eines Menschen und Stuhl 2. Da das Gewicht des Menschen sowohl die Rückstellkraft als auch die Trägheit erhöht, ist die Schaukelfrequenz im Wesentlichen unabhängig vom Gewicht des Menschen. Mathematisch lässt sich dies mit Newton leicht beschreiben. Die Schaukelbewegung ist eine Superposition von Linear- und Drehbewegung. Der Einfachheit wegen werden hier nur die Gleichungen für eine lineare Bewegung gezeigt, wobei folgende Grössen mit den entsprechenden Einheiten [ ] eingeführt werden:
<tb>Rückstellkraft:<sep>Fr<sep>[N]
<tb>Auslenkung:<sep>X<sep>[m]
<tb>Position:<sep>P<sep>[m]
<tb>Ruheposition:<sep>p0<sep>[m]
<tb>Geschwindigkeit<sep>V<sep>[m/s]
<tb>Beschleunigung:<sep>a<sep>[m/s^2]
<tb>Masse:<sep>m<sep>[kg]
<tb>Rückstellkonstante:<sep>k<sep>[N/m]
<tb>Schwingungsamplitude:<sep>A<sep>[m]
<tb>Zeit:<sep>t<sep>[s]
<tb>Eigenfrequenz:<sep>f<sep>[Hz]Als Auslenkung wird die Abweichung von der Ruheposition verstanden:
x = p – p0
Die Rückstellkraft ist proportional zur Auslenkung und zeigt in Richtung entgegen der Auslenkung:
Fr = - k * x
Die Trägheit der Masse m ergibt folgende Beschleunigung:
a = Fr/m
Aus der Differentialgleichung dx/dt = v und dv/dt = a erhält man:
x = A * sin (2π * f * t)
2π * f = √ (k/m)
und die zeitlichen Verläufe wie in Fig. 2anhand eines Amplitudenverlaufs über die Zeit angegeben.
[0004] Die Amplitude A ist unbestimmt, d.h. sie kann vom Patienten frei beeinflusst werden, die Eigenfrequenz f ist hingegen gegeben durch die Wurzel aus dem Verhältnis k/m. Dies ist die Frequenz mit welcher das System ohne äusseres Zutun schwingt. In einem realen System wird diese Schwingung abklingen, da es immer irgendwo dämpfende Einflüsse gibt. Dies sind insbesondere die Reibung an den Kufen und der Luftwiderstand. Um das System in Schwingung zu halten, muss die in der Dämpfung verlorene Schwingungsenergie entweder von aussen oder durch Muskelkraft des Patienten zugeführt werden.
[0005] Es ist wichtig zu bemerken, dass es um die Eigenfrequenz des Systems geht und nicht nur um die Frequenz der Bewegung. Es wäre nicht zielführend, wenn der Stuhl mit einem entsprechend starken Antrieb einfach mit einer bestimmten Frequenz bewegt würde, da dann nicht nur die Frequenz sondern auch die Amplitude vorgegeben wäre. Der Patient hätte mit seinen eigenen Bewegungen keinen Einfluss mehr auf die Amplitude, wodurch kein Therapieerfolg mehr möglich wäre. Ausserdem verursacht dieser Kontrollverlust beim Patienten starkes Unbehagen. Um also die Eigenfrequenz verstellbar zu machen muss die Rückstellkonstante k oder die Masse m verändert werden.
[0006] AT 355 249B zeigt wie ein geeigneter Schaukelstuhl gebaut werden kann. Es hat sich aber gezeigt, dass die Einstellung der Schaukelfrequenz schwierig ist, insbesondere besteht bei tiefen Frequenzen die Gefahr, dass der Stuhl kippt. In AT 355 249 B werden zwei Methoden der Frequenzeinstellung vorgeschlagen:
<tb>a)<sep>Die Krümmung der Kufen verändern
<tb>b)<sep>Die Höhe der Sitzposition verändernEine weitere Möglichkeit ist das Anbringen von Zusatzmassen um den Schwerpunkt des Gesamtsystems in der Höhe zu verschieben.
[0007] Ein herkömmlicher Schaukelstuhl schaukelt mit einer Frequenz von mindestens 20 Schwingungen pro Minute. Um die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren, könnte die Masse m gemäss obiger Gleichung um den Faktor 6.25 erhöht werden. Bei einem Gesamtgewicht von 100 kg müsste demnach eine Zusatzmasse von 525 kg verwendet werden. Es zeigt sich aber, dass bereits viel kleinere Massen ausreichen. Der Grund für die tiefere Eigenfrequenz liegt weniger an der zusätzlichen Trägheit, sondern viel mehr an einer veränderten Rückstellkraft. Wenn man die Zusatzmasse oberhalb des Patienten anbringt, dann reduziert dies die Rückstellkraft. Wenn der Schaukelstuhl nach hinten kippt, dann zieht das Zusatzgewicht oben den Stuhl zusätzlich nach hinten, wirkt also entgegen der Rückstellkraft. Daher sinkt die Frequenz.
[0008] Um die Frequenz mit Hilfe der Rückstellkraft von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren muss die Rückstellkraft gemäss obiger Gleichung um den Faktor 6.25 reduziert werden. Die Zusatzmasse muss also eine Kraft entgegen der Rückstellkraft erzeugen, sodass die Rückstellkraft zu 84% kompensiert wird. In der Summe bleibt nur noch 16% der Rückstellkonstante k wodurch die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute absinkt. Die Rückstellkonstante wird durch die Patientenlage beeinflusst. Wenn sich der Patient bewegt, kann es leicht geschehen, dass die Rückstellkonstante k zu weit reduziert wird. Wenn sie Null oder gar negativ wird, dann wird das System instabil und der Stuhl kippt.
[0009] Es wäre sicherer, wenn man die Frequenz alleine mit einer zusätzlichen Masse m ändern könnte, weil das System dabei nicht instabil werden kann. Die dazu notwendigen Massen (525 kg, siehe Beispiel oben) sind jedoch nicht praktikabel. Eine alternative Methode zur Frequenzeinstellung aus AT 355 249 B ist die einstellbare Krümmung der Kufen. Dies kann praktisch nur mit elastischen Strukturen erreicht werden. Solche Strukturen federn beim Schaukeln unter dem Gewicht des Patienten ein, was die Frequenz verändert und ebenfalls zu Instabilität führen kann.
[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Schaukelstuhl zu bauen, bei welchem die Frequenz und die Bewegungsform über einen weiten Bereich einstellbar sind und der dabei einfach bedienbar und sicher bleibt.
[0011] Diese Aufgabe wird gelöst von einem Therapiegerät, das auf gebogenen Kufen steht oder auf einem Gestänge steht oder in einem solchen hängt, zur Ausführung einer Schaukelbewegung mit mindestens einer Last aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person, und das sich dadurch auszeichnet, dass es mindestens einen beweglichen oder antreibbaren Massekörper mit zugehörigem Antrieb einschliesst, mittels dessen die Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Patient veränderbar ist.
[0012] Anhand der Figuren werden das Therapiegerät und seine technischen Grundlagen gezeigt und anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigt:
<tb>Fig. 1:<sep>einen herkömmlichen Schaukelstuhl als Therapiegerät mit fixer Eigenfrequenz;
<tb>Fig. 2:<sep>schwingungsamplituden der Schaukelbewegung über die Zeit aufgetragen;
<tb>Fig. 3:<sep>ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit in horizontaler Richtung bewegbaren Massekörpern;
<tb>Fig. 4:<sep>ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit Kreiseln mit senkrecht zur Schaukelachse drehenden Kreiseln als Massekörper;
<tb>Fig. 5:<sep>eine Ansicht von hinten auf die beiden Kreisel am Therapiegerät nach Fig. 4, federgelagert an einem Rahmen;
<tb>Fig. 6:<sep>eine Ansicht von oben auf die beiden Kreisel am Therapiegerät nach Fig. 4 bei Auslenkung aufgrund der wirksamen Kreiselkräfte;
<tb>Fig. 7:<sep>die Eigenschwingungsform einer bewusst beeinflussten Schaukelbewegung;
<tb>Fig. 8:<sep>ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit direktem Antrieb und Gestänge anstelle von Kufen;
<tb>Fig. 9:<sep>ein zweites Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit direktem Antrieb und Gestänge anstelle von Kufen;
<tb>Fig. 10:<sep>ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit in vertikaler Richtung bewegbarem Massekörper.
[0013] Es gibt folgende Möglichkeiten die Eigenfrequenz variabel zu machen.
<tb>a)<sep>Die Verwendung einer Übersetzung für die Zusatzmasse. Wenn die Zusatzmasse über ein Getriebe an den Schaukelstuhl gekoppelt ist, so dass sich die Masse beispielsweise fünfmal schneller bewegt, dann ist im obigen Beispiel nur noch 21 kg Zusatzmasse notwendig um die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren, da sich die Trägheit quadratisch mit dem Übersetzungsverhältnis erhöht.
<tb>b)<sep>Die Emulation der geforderten Massenträgheit mit Hilfe eines Antriebs. Mit Hilfe eines Kraftsensors ist es technisch möglich, einen Antrieb so zu regeln, dass er sich exakt gleich wie eine Massenträgheit verhält. Der Stuhl fühlt sich dann so an, als ob eine zusätzliche Masse vorhanden wäre.
<tb>c)<sep>Die Verwendung einer Zusatzmasse oberhalb des Schwerpunkts, um den Schwerpunkt des Gesamtsystems nach oben zu verschieben. Die Position dieser Zusatzmasse wird mit einem Antrieb verstellbar gestaltet. Die Gefahr der Instabilität kann mit dem Antrieb kontrolliert werden: Wenn das System instabil zu werden droht, kann der Antrieb die Zusatzmasse nach unten bewegen, um so die Stabilität wieder herzustellen und ein Kippen zu verhindern.
[0014] Die Fig. 1 zeigt den herkömmlichen Schaukelstuhl als Therapiegerät. Er schaukelt mit einer ihm eigenen Eigenfrequenz. Die Masse der drauf sitzenden Person hat nur wenig Einfluss auf die Eigenfrequenz des Gesamtsystems. Die Eigenfrequenz ist im Wesentlichen durch die Geometrie des Stuhls vorgegeben. Die Schwingung ist im Wesentlichen harmonisch und die Bewegung des Stuhls verläuft wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 ist nun eine Variante gezeigt, bei welcher das Therapiegerät, hier wieder ein Schaukelstuhl, mit horizontal nach vorne und hinten laufenden Auslegern 5, versehen ist, auf welchen sich verschiebbare Massekörper 6 als Zusatzmassen befinden. Je weiter weg vom Schwerpunkt 3 sich die Zusatzmassen befinden, desto grösser wird die Trägheit der Rotationsbewegung beim Schaukeln.
[0015] Die Fig. 4 zeigt eine Alternative mit der Verwendung von Kreiseln 11 im Stuhl 2. Diese Kreisel 11 sind hier in einem Rahmen 15 gelagert, in welchem ihre Rotationsachse horizontal verläuft, und senkrecht zur Achse, um welche der Stuhl 2 schaukeln kann. Die Fig. 5 zeigt die Anordnung der beiden Kreisel 11 in einer Ansicht von hinten. Die Kreisel 11 sind in einem drehbaren Rahmen 15 gelagert. Die Drehung dieses Rahmens 15 wird durch Zugfedern 10 gehalten. Die drei Drehachsen von Schaukelbewegung 12, Kreisel 13 und Rahmen 14 stehen im Wesentlichen senkrecht zueinander. Dadurch wird die Schaukelbewegung gyroskopisch auf die Zugfedern 10 gekoppelt. Die Fig. 6zeigt die Anordnung der beiden Kreisel 11 in einer Ansicht von oben, mit ausgelenkten Federn. Die gyroskopische Kopplung zwischen den Achsen hängt von der Drehzahl der Kreisels 11 ab und kann daher mit einer Drehzahlregelung stufenlos eingestellt werden.
[0016] Die Kraft, welche die Schaukelbewegung auf die Kreisel 11 ausübt, wird mit der Gyroskopie auf eine Geschwindigkeit der Auslenkung der Zugfedern 10 übersetzt. Die gyroskopische Kopplung der dabei entstehenden Federkraft seinerseits ergibt wiederum eine Geschwindigkeit in der Drehachse der Schaukel. Zusammen ergibt sich so das Verhalten einer Massenträgheit. Es bietet sich an, ein solches System wie gezeigt symmetrisch aus zwei gegenläufig drehenden Kreiseln 11 aufzubauen, so dass sich die störend wirkenden Drehmomente, welche die Federn 10 auf den Stuhl 2 ausüben, gegenseitig aufheben.
[0017] Systeme mit einem Antrieb haben den Vorteil, dass die Eigenfrequenz auf Knopfdruck beliebig eingestellt werden kann. Zusätzlich eröffnen sich neue Möglichkeiten. Anhand von Fig. 7 ist eine Eigenschwingungsform gezeigt, wenn die Eigenfrequenz bei der Vor- und Rückwärtsbewegung unterschiedlich gesetzt wird. Dadurch kann die Zeit für das Nach-Vorne-Pendeln 20 unabhängig von der Zeit für das Zurückpendeln 21 vorgegeben werden, d.h. nicht nur die Eigenfrequenz, sondern auch die Eigenschwingungsform ist auf diese Weise einstellbar.
[0018] Die Fig. 8 zeigt einen Stuhl 2 mit Gestänge 8 anstelle von Kufen, welcher direkt angetrieben wird, ohne Umweg über eine verstellbare Masse. Bei einer solchen Anordnung kann die Eigenfrequenz ebenfalls variabel vorgegeben werden. Der Antrieb 7, welcher direkt den Stuhl 2 antreibt, wird dazu verwendet, eine variable virtuelle Masse zu emulieren. Dabei wird der Antrieb so geregelt, dass er das Verhalten einer Massenträgheit zeigt. Auf diese Weise kann die Eigenfrequenz verändert werden ohne dass hierzu ein physikalisch vorhandener Massekörper benötigt wird. Dies erfordert spezielle, aber bekannte Regelungs- und Sensortechnik. Ein solcher Antrieb 7 kann gleichzeitig auch genutzt werden um die Rückstellkraft zu verändern, indem eine Kraft proportional zur Auslenkung erzeugt wird, oder um die Schaukelbewegung anzutreiben, indem zum Beispiel ein kleiner Kraftstoss gegeben wird, immer dann, wenn der Stuhl vorne ist und die Amplitude nicht zu gross ist.
[0019] Ausserdem kann der Antrieb 7 auch zur Kompensation der Reibung eingesetzt werden, so dass das System keine Dämpfung mehr hat. Der Patient braucht dann weniger Kraft, um die Schwingung in Gang zu halten. Wenn die Amplitude zu gross wird, kann der Antrieb verwendet werden, um zusätzliche Reibung zu emulieren und so die Schwingungsamplitude auf ein sicheres Mass zu begrenzen. Gleichzeitig kann der Antrieb auch eine zusätzliche konstante Kraft ausüben, um die Ruhelage des Stuhls zu verschieben.
[0020] Das Gestänge 8 kann unter dem Stuhl eingebaut werden, um das Gerät kompakter und sicherer zu machen. Dabei würde das Gestänge 8 kürzer ausfallen und es wären nur noch kleine Bewegungen möglich. Dies lässt sich durch eine andere Anordnung des Gestänges verbessern. Die Fig. 9zeigt eine solche Anordnung, welche eine grosse Schaukelbewegung zulässt. Das Gestänge besteht aus einem Pendel 20 und einer Strebe 21. Im Gegensatz zur bekannten Anordnung aus Fig. 8 ist das Gestänge hier übers Kreuz angeordnet. Das Pendel 20 ist am oberen Ende mit dem Gelenk 22 am Gestell 30 drehbar gelagert und bei der Sitzfläche über das Gelenk 23 drehbar mit dem Stuhl verbunden. Das untere Ende des Pendels eignet sich als Ansatzpunkt für den Antrieb 7, denn dort werden wegen der Hebelwirkung des Pendels die Antriebskräfte klein. Das Pendel kann unter den Armlehnen 24 angeordnet werden, dadurch kann es relativ lang gebaut werden, ohne dass das Gerät dadurch grösser wird.
[0021] Der Schwerpunkt des Stuhls 2 mit Patient 4 liegt oberhalb der Sitzfläche. Daher ist zusätzlich zum Pendel 20 die Strebe 21 notwendig, welche ein Umkippen des Stuhls um den Drehpunkt 23 bei der Sitzfläche verhindert. Diese Strebe 21 kann ebenfalls unterhalb des Stuhls angebracht werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Strebe im Wesentlichen horizontal anzubringen. Dadurch ergibt sich eine Schaukelbewegung ähnlich wie dem Abrollen auf Kufen. Das Gelenk 25 zwischen der Strebe und dem Stuhl greift an der Beinstütze 27 an, welche mit der Stange 28 zur Sitzfläche hin stabilisiert ist. Diverse Parameter des Geräts können verstellbar ausgeführt werden, insbesondere die Länge der Strebe 21, die Ansatzpunkte der Gelenke der Strebe 25, 26 und der Ort des Drehgelenks 23 an der Sitzfläche. Dies ermöglicht es, die Ruheposition und die Schaukelbewegung dem Patienten anzupassen.
[0022] Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäss Fig. 9 ist, dass das Gestell, bestehend aus dem vorderen Bein 30 und dem hinteren Bein 31, mit dem Gelenk 32 zusammengeklappt werden kann. Dabei falten sich Pendel 20, Strebe 21 und die Sitzfläche kompakt ineinander. Es bietet sich an, auch die Beinstütze 27 von der Stange 28 trennbar zu gestalten, sodass diese Teile mit den Gelenken 34 und 35 ebenfalls zusammengefaltet werden können. Das Gerät benötigt in diesem Zustand wenig Platz und ist leicht transportierbar. Das Gerät besteht überwiegend aus geraden Elementen welche nur auf Druck und Zug beansprucht werden. Dies erlaubt eine gewichtsoptimierte Bauweise mit geringem Materialaufwand. Ein solcher Stuhl eignet sich zur Mitnahme ausser Haus und zum Einsatz an einen Sandstrand, weil keine Kufen vorhanden sind welche auf weichem Untergrund, nicht wirken könnten.
[0023] Für den Fall wie in Fig. 10dargestellt, wonach der Antrieb nicht direkt den Stuhl, sondern nur die Höhe eines Massekörpers 6 als Zusatzmasse m antreibt, hängt die Rückstellkraft direkt von der eingestellten Höhe ab. Der Antrieb muss in diesem Fall keine Massenträgheit emulieren, um die Eigenfrequenz zu verändern, sondern muss nur die passende Höhe der Zusatzmasse m einstellen. Die diversen oben erwähnten Einstellmöglichkeiten können in diesem Fall folgendermassen umgesetzt werden: Wenn die Zeit für das Nach-Vorne-Pendeln länger als die Zeit für das Zurück-Pendeln sein soll, dann muss die Zusatzmasse bei jeder Pendelbewegung vorne ein wenig nach unten und hinten etwas nach oben bewegt werden. Um die Schaukelbewegung anzutreiben, wird die Zusatzmasse m beim Durchlaufen des Ruhepunkts nach oben und beim Erreichen der Umkehrpunkte nach unten bewegt. Ein Kind tut es genauso wenn es auf einer Schaukel stehend schaukelt. Die Ruhelage des Stuhls zu verschieben, ist bei dieser Ausführung nicht möglich. Dazu wäre ein zweiter Antrieb nötig, um den Schwerpunkt horizontal nach vorne und nach hinten zu verschieben, z.B. so wie in Fig. 3. gezeigt.
[0024] Es zeigt sich, dass bereits mit einem einzigen Antrieb eine grosse Fülle von Funktionen realisierbar sind. Alle diese Funktionen können mit einem Bediengerät jederzeit verändert werden. Dabei stellt sich die Frage nach der Bedienbarkeit all dieser Funktionen. Die meisten Benutzer wären damit überfordert. Eine Fachperson hingegen kann diese Einstellmöglichkeiten nutzen, um ganz gezielte Effekte hervorzurufen. Diese Einstellungen können als Profil gespeichert werden. Solche Profile können auf Knopfdruck nach Bedarf abgerufen werden. Das Bediengerät kann so gestaltet werden wie eine Fernbedienung in der Unterhaltungselektronik mit Tasten. Mehr Möglichkeiten ergeben sich mit moderneren Konzepten, insbesondere kann im Therapiegerät ein drahtlose Verbindung zu einem grafischen Bediengerät eingebaut werden, z.B. ein Webserver mit WLAN, so dass man über Internet mit einem tragbaren Webbrowser eine ansprechende Bedienoberfläche hat mit Zugriff auf alle Parameter, gespeicherte Profile und Messwerte.
[0025] Eine alternative Methode, um ohne Bediengerät die verschiedenen Parameter einzustellen, ergibt sich aus der Regelung, welche auf den Patienten reagiert. Die Regelung kann mit den Sensoren des Antriebs leicht erkennen, ob und wie sich der Schwerpunkt des Patienten bewegt. Diese Bewegungen können als Gesten interpretiert werden, um z.B. zu erkennen ob der Patient aussteigen will. Wenn der Patient seinen Schwerpunkt nach vorne verlagert und dort verharrt, ergibt dies im Antrieb eine konstante Zusatzkraft nach vorne, welche in einer elektronischen Steuerung leicht detektiert werden kann. So kann der Stuhl mit dem Antrieb nach vorne bewegt werden und der Patient kann gefahrlos ein- und aussteigen.
[0026] Eine Weiterentwicklung der Gestenerkennung kann genutzt werden, um die Schaukelfrequenz und andere Parameter zu variieren. Mit anderen Worten, der Stuhl kann fühlen was der Patient will. Dies ergibt eine sehr intuitive Bedienung, und es ist möglich, gänzlich ohne manuelle Bedienelemente auszukommen. Ein solches Verhalten kann in einer elektronischen Steuerung am einfachsten mit Hilfe eines beobachterbasierten Reglers realisiert werden. Aus dem Modell des Systems ist genau bekannt, welche Bewegungen notwendig sind, um die Schaukelbewegung mit minimalem Energieaufwand in Gang zu halten. Es wird erwartet, dass ein Patient welcher schaukeln will diese Bewegungen ausführt. Wenn sich der Patient anders bewegt als erwartet, kann dies als Geste interpretiert werden.
[0027] Beispiele hierfür: Wenn der Patient die Bewegungen immer etwas früher macht als erwartet, so bedeutet dies, er will die Eigenfrequenz erhöhen. Wenn er die Bewegungen immer etwas zu spät macht, so bedeutet dies, er will die Eigenfrequenz reduzieren. Wenn er mit seinen Bewegungen beim Schaukeln vorne immer zu spät, hinten aber immer pünktlich ist, so bedeutet dies, dass der Patient gerne länger ausatmen will, zum Einatmen jedoch nicht mehr Zeit braucht. Die Eigenschwingungsform kann dann entsprechend angepasst werden. Wenn eine kurze abrupte Patientenbewegung registriert wird, so ist der Patient vermutlich erschrocken und der Antrieb kann bremsen. Bei der Verwendung als Therapiegerät stellt sich die Frage, was soll der Patient beeinflussen können und was will der Therapeut vorgeben. Dies kann über ein Bediengerät entsprechend definiert werden. Der Therapeut kann beispielsweise die Frequenz und die Eigenschwingungsform vorgeben und den Rest dem Patienten überlassen. Es bietet sich an, dass der Therapeut das Bediengerät benutzt, und dass der Patient die restlichen Parameter intuitiv über die Gestenerkennung steuert.
[0028] Die Kufen eines Schaukelstuhls können gefährlich sein, wenn sie über einen Fuss rollen. Anstelle von Kufen kann ein System mit Drehgelenk verwendet werden. Entweder muss das Drehgelenk oberhalb des Schwerpunkts liegen, oder es braucht einen Parallelmechanismus aus einem Gestänge und Drehgelenken. Für beides sind entsprechende Ausführungsformen bekannt: US 383 808 A, US 482 167 A, US 1 544 187 A, US 4 707 026 A, US 6 464 295 B1, EP 0 289 254 A1, US 4 108 415 A, US 4 536 029 A, US 2 302 387 A. Wenn die Kinematik des Stuhls geeignet gewählt wird, dann ist die natürliche Eigenfrequenz im gewünschten Bereich. Der Antrieb muss dann nur geringe Kräfte ausüben, um das gewünschte Systemverhalten zu erzeugen. Die erforderliche Antriebsleistung wird relativ klein. Da der Antrieb schwach dimensioniert werden kann und ausserdem im Wesentlichen eine Massenträgheit erzeugt, aber nicht aktiv grosse Antriebskräfte ausübt, ist sein Verhalten gut vorhersehbar und ungefährlich. Bei der Variante nach Fig. 10mit der höhenverstellbaren Zusatzmasse m ist es besonders einfach, das System sicher zu machen, da die angetriebenen Teile komplett gekapselt werden können.
Claims (15)
1. Therapiegerät, das auf gebogenen Kufen (1) steht oder auf einem Gestänge steht oder in einem solchen hängt, zur Ausführung einer Schaukelbewegung mit mindestens einer Last (4) aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Antrieb (7) oder einen beweglichen oder antreibbaren Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb einschliesst, mittels dessen die Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last veränderbar ist.
2. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein beweglicher Massekörper (6) als Zusatzmasse m vorhanden ist, welche über eine variable Übersetzung an das Therapiegerät gekoppelt ist, zur Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last.
3. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper aus einer variablen Zusatzmasse m besteht, welche über eine Übersetzung an das Therapiegerät gekoppelt ist, zur Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last.
4. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die antreibbaren Massekörper mit zugehörigem Antrieb mindestens einen Kreisel (11) bilden, zur Beeinflussung der Schaukelbewegung.
5. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingform durch Steuerung und Einstellung des Antriebs der Massekörper (6, 11) einstellbar ist.
6. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche oder antreibbare Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb am Therapiergerät höhenverstellbar ausgeführt ist.
7. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche oder antreibbare Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb am Therapiegerät in horizontaler Richtung verstellbar ausgeführt ist.
8. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb abhängig von der Position des mindestens einen beweglichen oder antreibbaren Massekörpers (6, 11) regulierbar ist, sodass die Eigenschwingungsform des Therapiegeräts mitsamt der Last (4) vorgegeben werden kann.
9. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb regulierbar ist, sodass die Reibung bei Bewegung des Therapiegeräts mittels des Antriebs kompensierbar ist.
10. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Elektromotor mit einem Positionsregelkreis einschliesst.
11. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Elektromotor mit einem Kraftregelkreis einschliesst.
12. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Bediengerät einschliesst, mittels diesem die Parametrierung der Antriebsfunktionen einstell- oder wählbar ist.
13. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Antriebsfunktionen Mittel für eine Gestenerkennung aufweist, mit welchen Bewegungen der Last (Patientenbewegungen) erfassbar und von der Steuerung des Antriebs verarbeitbar sind.
14. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gestänge (8) unter dem Stuhl eingebaut ist, bestehend aus einem Pendel (20), das mit seinem am oberen Ende mit einem Gelenk (22) am Gestell (30) schwenkbar gelagert ist und auf einer Höhe im Bereich der Sitzfläche über das Gelenk (23) schwenkbar mit dem Stuhl verbunden ist, und einer Strebe (21), die unter der Sitzfläche des Stuhl auf etwa halber Höhe der Sitzfläche in Längsrichtung des Stuhls verlaufend zwischen den hinteren Beinen des Gestells (30) und der Beinstütze (27) des Stuhls angeordnet ist.
15. Therapiegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Pendel (20) mit seinem oberen Gelenk (22) direkt unter den Armlehnen (24) angeordnet ist.
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