CN104066413B - 用于产生自然步态型的步态训练仪器 - Google Patents
用于产生自然步态型的步态训练仪器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于机械地产生自然步态图(T1,T2)的步态训练仪器(1)。步态训练仪器(1)包含相互机械地联结的第一和第二多关节机构(10,20)以及用于将旋转运动输入第一多关节机构(10)中的驱动器(3)和联结到第二多关节机构(20)处的放脚元件(43)。此外，第二多关节机构(20)包含纵向移动体(81)，其可在纵向引导部(83)上相对于它纵向移动并且其与第一多关节机构(10)相连接。
Description
技术领域
本发明处于步态训练仪器的领域且涉及一种用于机械地产生自然步态图(Gangbild)、尤其脚底的步态图的步态训练仪器。该步态训练仪器对于每个腿部分别包含第一和第二多关节机构(Mehrgelenk-Mechanismus)(其相互机械地联结)、此外用于将旋转运动输入第一多关节机构中的驱动器和联结到第二多关节机构处的放脚元件(Fussauflageelement)。
作为步态图在本说明书中可理解成下肢的各个部段在步行时的运动的综合。各个部段尤其包括大腿、小腿和脚，其经由关节相互连接。步态图尤其还包含部段的位置相对于彼此的改变。由此，下肢的不同的点描绘不同的运动轨迹。因此，步态图也可不通过特定的步态曲线而是通过在下肢中的代表运动轨迹的大量点来表示。这样的代表性的点例如是脚后跟点、脚尖点以及铰接点(身体部段经由其相互连接)例如髋关节、膝关节和踝关节。
除了纯几何运动轨迹之外，步态图还包含四肢沿着其运动轨迹的运动速度。
由神经性事件(如事故或疾病)或由老化过程引起的运动器官的损伤对于治疗师是重大的挑战。例如涉及中风患者、脑瘫患者(Zerebralparetiker)、具有多发性硬化症的患者和患有帕金森病的患者。在神经修复学内存在不同的治疗方法，通过其可改善或至少稳定所涉及的患者的步行能力(Gehfaehigkeit)。不同的研究和实践指出，步行的运动过程的重复实施是一种可能的大有希望的运用。
背景技术
例如已知一种通过治疗师用手移动患者的下肢在传送带上执行的治疗。此外还已知机械地驱动的训练仪器，在其中患者的腿和/或脚自动地在接近人的步态图的轨迹中被引导。
文件US 2011/0077562 A1例如说明了一种用于机械地产生自然步态图的步态训练仪器。该步态训练仪器为了机械地模仿各腿的步态图具有第一四关节机构和与第一四关节机构相联结的第二四关节机构。这些关节机构经由驱动马达来驱动。该步态训练仪器具有该缺点，即为了产生逼真的步态图必须强制地来调节驱动马达的速度。此外，该步态训练仪器也不允许通过在仪器处的机械调整来改变运动轨迹。另一缺点在于，该步态训练仪器仅模仿点(例如脚跟或跖)的曲线而不是模仿整个足弓平面(Fussballen-Ebene)的期望的运动。也就是说，脚的角度不受控制。另外，该步态训练仪器由于其机械设计具有较大的尺寸且因此不好操纵且需要许多空间。
文件US6312362说明了一种用于强化腿部肌肉的训练仪器，其机械地模仿步态运动。该训练仪器对于各腿部包括第一多关节子机构(其负责脚沿着步态曲线的水平和竖直位置)以及第二多关节子机构(其负责脚的定位角(Anstellwinkel))。这些子机构经由将旋转运动输入系统中的共同的驱动器来驱动。该训练仪器具有该缺点，即其不特别精确地模仿人的步态图。这对于仅具有加强腿部肌肉的目的的健身仪器就足够。然而，该仪器不适合作为用于被动训练步态运动的步态训练仪器。另外，旋转运动直接转变成平移运动导致尺寸较大的仪器，其不好操纵且需要许多空间。
在专业领域中完全无争议的是，不仅单腿的而且协调运动的双腿的人的步态图是极其复杂的事情。因此，人的步态图的尽可能精确的模仿是一个重大的挑战。此外应注意的是，每个人具有自己的步态图，其尤其是由人体结构、步态速度以及步行运动的个人型态(Auspraegung)引起。
发明内容
本发明的目的是提供一种步态训练仪器，其能够尽可能精确地机械地模仿人的步态图。然而尽管如此，该步态训练仪器应具有尽可能简单的机械构造。此外应存在通过机械调整可能性使步态图独特地匹配于使用者的可能性。该步态训练仪器尤其应用作用于改善患者的步行能力的治疗仪器。然而，该步态训练仪器也应能够用作用于针对性地强化或维持腿部肌肉的健身仪器。
关于多关节机构和引导装置的下列实施方案(只要未另外实施)涉及步态训练仪器的设计用于第一腿的运动的第一子装置。然而就此而言应理解的是，步态训练仪器适宜地还具有设计用于第二腿的运动的第二子装置。然而，该第二子装置适宜地在功能上且优选地还在结构上与第一子装置相同地、然而镜像反转地来构建。然而其相对于第一子装置相应于人的步态图相移地来运行。
该目的通过根据本发明的步态训练仪器来实现。该步态训练仪器即尤其特征在于，其包含纵向引导部，其中，第一和第二多关节机构经由纵向移动体(Laengsverschiebekoerper)相互机械地联结或连接，其中，纵向移动体与纵向引导部处于机械的有效连接中且相对于纵向引导部可移动地来布置。
纵向引导部优选地是机械的结构元件，经由其来引导纵向移动体。纵向移动体尤其沿着纵向引导部可移动地来布置。纵向移动体沿着纵向引导部尤其可平移移动。纵向移动体优选地是第二多关节机构的部分。此外，纵向移动体优选地与第一多关节机构铰接地连接。
步态训练仪器优选地包含用于偏移纵向引导部的第四多关节机构。该偏移优选地引起纵向引导部或其部件的升高和降低。
如下面进一步所实施的那样，纵向引导部作为第三节的部分优选地经由铰接点(参见第十三铰接点)与步态训练仪器的支撑架相连接。第三节现在由此优选地经由第四多关节机构可围绕铰接点摆动且因此可围绕铰接点摆动地升高和降低。
第四多关节机构同样经由驱动器来驱动。驱动器优选地设计用于产生旋转运动，借助于旋转运动将第四多关节机构置于运动中。
根据一优选的改进方案，以下所提及的多关节机构中的两个或全部直接或间接地经由共同的驱动器来驱动：
- 第一多关节机构；
- 第二多关节机构；
- 第四多关节机构。
该或多个驱动器例如经由轴产生扭矩(其被多关节机构接收)。在此，多关节机构的第一节、也称旋转节(Rotationsglied)相应被置于旋转中。也就是说，旋转节围绕驱动器铰接点转动且实施完整的旋转。
在一特别优选的改进方案中，至少第一和第二且尤其第一、第二和第四多关节机构通过共同的驱动器来驱动。根据该实施方案变体，第一和必要时第四多关节机构优选地被直接驱动。也就是说，相应机构的第一节直接从驱动器接收扭矩。第二多关节机构优选地被间接驱动。也就是说，扭矩从驱动器经由另外的传动组件被引导至第二多关节机构的待驱动的第一节。该另外的传动组件优选地布置在第一多关节机构处或是其部分。
该驱动器包括马达且必要时还包括传动装置，其将由马达所提供的转速变换到需要的更高或更低的转速上。该马达优选地是电动机。驱动器的转速优选地可经由控制或调节装置来控制或调节。
驱动马达可布置成使得马达轴处在第一铰接点的旋转轴线上。然而，驱动马达可以以其马达轴还轴向错位于第一铰接点的旋转轴线来布置。在该情况中，扭矩传递经由相应的传动装置(例如齿形皮带传动装置或行星齿轮传动装置)实现。
在本发明的一改进方案中，第一多关节机构如上面已提及的那样包含用于将扭矩从驱动器、尤其从共同的驱动器传递到第二多关节机构上的器件。也就是说，该器件设计用于将第二多关节机构的第一节置于旋转中。在此，第一节围绕第二多关节机构的驱动器铰接点旋转。相应地，第一和第二多关节机构的第一旋转节优选地同步旋转。
根据本发明的一优选的实施形式，第一多关节机构构造为曲柄传动机构(Kurbeltrieb)，其带有尤其构造为曲柄的第一节以及带有尤其构造为连杆的第二节。在本文中，曲柄传动机构应理解成引起旋转运动转变成振荡的纵向运动、尤其平移运动的功能组。术语“曲柄”在该专利申请的上下文中不应限于长形的结构元件，而是例如也可以是盘形的构件。而曲柄在结构上特征在于，其具有两个彼此相间隔的铰接点，其中，经由驱动器铰接点(以下称第一铰接点)来旋转地驱动曲柄，这样使得另外的铰接点、以下称第二铰接点(另外的节固定在其处)完全围绕第一铰接点回转。
为了改变步态图，第二铰接点可经由相应的移动器件相对第一节(曲柄)来移动。
铰接点的编号仅用于其识别以及将其与其它铰接点区别。铰接点的编号尤其不应限制性地被设计成使得步态训练仪器必须强制地具有相应数量的铰接点。如果例如在本公开的范围中谈及第十二铰接点，则这不应被设计成使得步态训练仪器除了第十二铰接点之外必须强制地还包含十一个另外的铰接点。
铰接点分别特征在于，这些旋转铰接连接构造有旋转轴线，其使经由铰接点相互连接的节相对于彼此的部分的或完全的旋转成为可能。因此，相应的节经由铰接点相互铰接地连接。旋转铰接连接可以以最不同的方式根据已知的类型和形式来构造。由此，其例如可包括将节相互连接的旋转轴线。旋转铰接连接应简单地允许相关构件相对于彼此的旋转运动。旋转铰接连接可按照铰接点的功能允许小于360º的旋转运动或完整的旋转。
第一多关节机构的第一节现在经由第一铰接点(驱动器铰接点)与驱动器可旋转驱动地相连接。第一和第二节经由第二铰接点相互连接。第二节经由另外的铰接点(以下称第三铰接点)与纵向移动体(其优选地是第二多关节机构的组成部分)相连接。
第一多关节机构的功能性(如其也可由附图得出的那样)现在在于，曲柄由驱动器经由第一铰接点来旋转地驱动，使得第二铰接点(第二节安装在其处)围绕第一铰接点旋转。旋转驱动器在第三铰接点(在其处第二节与纵向移动体相连接)处触发纵向移动体沿着纵向引导部的纵向移动。纵向引导部将纵向移动体的相对运动限制成使得其自由度为1。该相对运动或引导运动优选地是移动运动，其中，纵向移动体的两个点在纵向引导部的共同的或两个不同的引导路段上被引导。该引导运动优选地是线性的。在该情况中，纵向移动体相对于纵向引导部是平移体(Translationskoerper)。然而也可设置成，纵向运动至少逐段地非线性地、例如弧形地延伸，或者纵向移动体的这两个点在纵向引导部的两个不同的引导路段上被引导。
根据本发明的一改进方案，第二多关节机构是多关节-联杆传动装置(Koppelgetriebe)、尤其四关节-联杆传动装置，其带有可移动的第一和第三节。构造为联杆(Koppel)的第二节将第一和第三节相互连接。第四节、即纵向移动体形成参考元件，第一和第三节与其相连接。参考元件是多关节机构的本身不被相关的多关节机构驱动或移动的节。
在本文中，联杆传动装置应理解成将旋转运动变换为振动的或曲线形的运动的传动装置。在该意义中，联杆传动装置是不均匀传动的传动装置。
四关节联杆传动装置尤其构造为曲柄摇杆机构(Kurbelschwinge)。曲柄摇杆机构、也称“曲柄传动装置”属于联杆传动装置。其如所有联杆传动装置那样特征在于可移动的节中的至少两个与联杆的联结。第一节在曲柄的实施方案中被用作驱动器而第三节以摇杆的形式被用作从动器(Abtrieb)。
第一节现在根据该实施形式构造为曲柄且经由铰接点、以下称第四铰接点可旋转驱动地固定在纵向移动体(其是四关节的参考元件)处。第二节构造为联杆且经由另外的铰接点、以下称第五铰接点与第一节相连接。此外，第二节经由另外的铰接点、以下称第六铰接点与构造为摇杆的第三节相连接。第三节经由另外的铰接点、以下称第七铰接点与纵向移动体(参考元件)相连接。
在本文中，术语“摇杆”不限于长形的结构元件，而是例如也可以是盘形的构件。而摇杆在结构上特征在于，其具有两个彼此相间隔的铰接点，其中，第一铰接点用作旋转轴线，围绕第一铰接点(通过联杆来驱动)第二铰接点摇摆、也就是说振荡或者摇晃。
第三和第四铰接点优选地在共同的旋转轴线上布置在纵向移动体处且由此重合。在该情况中，曲柄传动机构的第二节(连杆)经由第三铰接点与纵向移动体(第二多关节机构的参考元件)且同样地与第二多关节机构的第一节(曲柄)直接连接。但是也可设置成，第三和第四铰接点在不同部位处布置在纵向移动元件处。
第二多关节机构的第四和第七铰接点现在位于纵向移动体处且以其共同地经由被驱动的第一多关节机构被振荡地纵向移动。这两个铰接点相对于彼此固定地来布置。相应地，整个第二多关节机构通过被移动的纵向移动体还经受振荡的纵向运动。该纵向运动对步态运动的步长做一部分贡献。
根据本发明的一改进方案，该步态训练仪器包含第三多关节机构，其与第二多关节机构相连接且在其处来构造放脚元件。
此外，该步态训练仪器优选地包含另外的纵向移动体，其与第三多关节机构机械地联结或连接。该另外的纵向移动体与纵向引导部处于机械的有效连接中且相对于其可移动地来布置。
该另外的纵向移动体以下被称为第二纵向移动体而在上面另外介绍的纵向移动体被称为第一纵向移动体。
第二纵向移动体的纵向引导部以下被称为第二纵向引导部而在上面另外介绍的纵向引导部以下被称为第一纵向引导部。
第一纵向引导部和/或第二纵向引导部优选地是第四多关节机构的第三节的部分。
第二纵向引导部可相对第一纵向引导部构造为单独的或独立的、另外的纵向引导部。
然而，第一和第二纵向引导部也可以是共同的纵向引导部。也就是说，第二纵向引导部相应于第一纵向引导部并且第一和第二纵向移动体沿着共同的纵向引导部运动。相应地在该情况中，第一和第二纵向引导部优选地是第四多关节机构的第三节的部分。
第二纵向移动体尤其沿着第二纵向引导部可移动地来布置。该移动尤其是平移移动。第二纵向引导部优选地是机械结构元件，第二纵向移动体经由其来引导。第二纵向移动体优选地是第三多关节机构的组成部分。
第二纵向引导部可与第一纵向移动体机械地联结，这样使得第二纵向引导部在第一纵向移动体沿着第一纵向引导部移动时与第一纵向移动体一起运动。在该情况中，第二纵向引导部不是第四多关节机构的第三节的部分。
由此，第二纵向移动体例如可一方面沿着第二纵向引导部而另一方面还经由第一纵向移动体沿着第一纵向引导部移动。第二纵向移动体沿着第一和第二纵向引导部的运动可叠加。第二纵向引导部例如可以是第一纵向移动体的部分。第二纵向引导部可与第一纵向移动体相连接。
该另外的纵向引导部(第二纵向移动体布置在其上)类似于第一纵向引导部起作用。其将第二纵向移动体相对纵向引导部的相对运动限制成使得其自由度为1。该相对运动或引导运动优选地是移动运动，其中，第二纵向移动体的两个点在纵向引导部上在共同的或两个不同的引导路段上被引导。引导运动优选地是线性的。在该情况中，第二纵向移动体相对于纵向引导部是平移体。然而也可设置成，纵向运动至少逐段地非线性地、例如弧形地延伸，或者第二纵向移动体的这两个点在纵向引导部的两个不同的引导路段上被引导。
第三多关节机构经由铰接点(以下称第八铰接点)与第二多关节机构、尤其与其第二节相连接。对此，第三多关节机构除了第二纵向移动体之外此外优选地包含第一分节(Teilglied)，其经由第八铰接点与第二多关节机构相连接而经由另外的铰接点(以下称第九铰接点)固定在第二纵向移动体处。此外，第三多关节机构优选地具有第二分节，其与第一分节优选地刚性地连接。刚性意味着，这两个分节不经由铰接点相互连接且因此不能够可彼此相对转动地移动。此外，第二分节与放脚元件同样优选地刚性地相连接。这两个分节可共同构造为一件式的结构元件。这两个分节也可构造为分离的构件。
如果第二多关节机构构造为四关节联杆传动装置且尤其为曲柄摇杆机构，则第二关节(联杆)优选地具有布置成三角结构的三个铰接点。这些铰接点是已提及的第五、第六和第八铰接点。三角结构可例如可经由三角形的导杆(Gestaenge)来实现，其角点是铰接点。然而，该三角结构也可经由盘形元件(Scheibenelement)来实现。
第二和第三多关节机构的工作原理(如其也可由附图得出的那样)现在在于，第二多关节机构的第一节(曲柄)被旋转地驱动，其中，第三节(摇杆)经由第二节(联杆)被置于围绕第七铰接点摆动的运动中。由此，固定在联杆处的第八铰接点相对于参考元件(第一纵向移动体)实施曲线形的轨道运动，其优选地是双纽线或回环形的(平躺的8)。第八铰接点的该运动现在首先引起第二纵向移动体且相应地还有第三多关节机构的纵向移动而第二引起第三多关节机构的第二分节的弯曲走向(Winkelverlauf)。以该方式，放脚元件和构造在其上的放脚面被纵向移动且有角度地引导。
步态运动的步长现在另外通过第二纵向移动体的纵向运动产生。此外，放脚元件围绕与第二纵向移动体的铰接点的摆动运动也对步长做出贡献。第二纵向移动体的纵向运动又首先通过其相对第一纵向移动体的相对运动(通过第二和第三多关节机构触发)而第二通过第一纵向移动体的运动(通过第一多关节机构触发)产生。
在此，多关节机构相互联结成使得这两个纵向移动体虽然以不同的速度、然而大多在共同的方向上运动。第二纵向移动体大多以相对第一纵向移动体更高的速度在共同的运动方向上运动。由此，第二纵向移动体在向后运动中朝向第一纵向移动体而在向前运动中远离第一纵向移动体运动。纵向移动体在纵向移动方向上观察例如相继布置。
步态运动撑开一运动平面，例如步态图的运动轨迹处在其中。第二和第三多关节-联杆传动装置的联杆平面例如平行于该运动平面。第一和第三多关节机构的运动平面优选地还平行于步态运动的运动平面。此外，纵向引导部的引导路段优选地也平行于该运动平面延伸。纵向引导部例如可构造为导轨或为共同的导轨。纵向移动体例如可构造为滑块，其尤其在所提及的导轨上来引导。
放脚元件优选地构造放脚面，脚以其脚底被放置在其上。此外，放脚元件优选地包括用于将脚固定在放脚元件处的固定装置。在本发明的一改进方案中，在放脚元件处可设置有器件，其给予脚相对放脚元件的运动自由。这可以是弹性元件，其例如允许脚向后或向前相对放脚元件的翻倾运动以及受限制的侧向的翻倾运动或者甚至脚相对放脚元件的扭转运动。该可选的措施应同样应该用于治疗目的且鼓励使用者主动承担关于其脚位置或运动的控制。放脚元件例如可包括构造放脚面的脚踏板(Fussplatte)。
根据一优选的实施形式，用于将扭矩传递到第二多关节机构上的在第一多关节机构处的器件包括以下部件：
- 第一传动轮(Uebertragungsrad)，其与第一多关节机构的旋转地驱动的第一节(曲柄)刚性地连接，以及
- 第二传动轮，其与第二多关节机构的第一节这样连接或与它这样处于机械的有效连接中，使得第一节可经由传动轮旋转地驱动。
第二传动轮优选地刚性地且例如经由轴与第二多关节机构的第一节相连接。以该方式，驱动力矩被第二传动轮传递到第二多关节机构的第一节上。此外，第二传动轮经由第三铰接点同样与第一纵向移动体相连接。
第一传动轮和第二传动轮经由柔性的、包绕轮的力传递元件相互连接。力传递元件优选地是传动皮带、如齿形皮带或平皮带或者传动链。轮优选地是齿轮或小齿轮。在该情况中，力传递形状配合地实现。然而，力传递也可摩擦配合地实现。第一传动轮和第二传动轮优选地具有同样大的直径且由此同步运转，以便在多个循环上维持多关节机构之间的相对相位。
第二传动轮现在经由力传递元件来驱动，其中，力传递元件在其方面通过第一传动轮围绕第一铰接点回转被驱动或置于运动中。
为了力传递元件的长度不必变化、也就是说第一和第二传动轮的中心的间距始终保持相同，第二传动轮的旋转点优选地处在第三铰接点上，使得第三和第四铰接点彼此重叠且在第一和第二传动轮的中心之间的路段始终与第一多关节机构的第二节一起移动。在该情况中，传动轮可旋转地支承在第二节(摇杆)处。
代替上面所说明的实施形式，在第一纵向移动体处也可设置有附加的驱动器，其旋转地驱动第二多关节机构的第一节。该另外的驱动器不需要被安装在纵向移动体处，而是也可布置在其它地点且扭矩经由传动装置被传递到固定在那里的第四铰接点处。然而，该驱动器相对于第一关节机构的驱动器适宜地同步、也就是说以相同的转速运转。
用于偏移纵向引导部的第四多关节机构优选地同样是上面所说明的类型的多关节联杆传动装置、尤其四关节联杆传动装置，其带有第一和第三节，它们经由构造为联杆的第二节相互连接。四关节联杆传动装置尤其构造为曲柄摇杆机构。尤其构造为曲柄的第一节经由铰接点(以下称第十铰接点)可旋转驱动地固定在驱动器处。第二节(联杆)经由另外的铰接点(以下称第十一铰接点)与第一节相连接。此外，第二节经由另外的铰接点(以下称第十二铰接点)与尤其构造为摇杆的第三节相连接。第三节包括第一和/或第二纵向移动体的纵向引导部或者由其构成。纵向引导部即是第四多关节机构的部分。第三节经由与第十二铰接点相间隔的另外的铰接点(以下称第十三铰接点)与步态训练仪器的支承结构相连接。
如果第一和第四多关节机构经由共同的驱动器被驱动，则第十和第一铰接点优选地处在共同的旋转轴线上。甚至可考虑，第一和第四多关节机构的第一节(曲柄)共同地来构造并且由此一方面第一和第十铰接点相同以及另一方面第二和第十一铰接点彼此重叠。
第四多关节机构的工作原理(如其也可由附图得出的那样)现在在于，第一节(曲柄)被驱动器经由第十铰接点旋转地驱动，使得第十一铰接点(在其处安装第二节(联杆))围绕第十铰接点旋转。旋转驱动器经由第二节触发第十二铰接点的和因此还有第三节的振荡的上升和下降运动，第三节包含纵向引导部或构造其。
步态运动的角度现在由纵向引导部的弯曲走向(通过第四多关节机构触发)和第三多关节机构的两个分节的叠加该弯曲走向的相对的弯曲走向组成。反之，在步态运动中脚的上升和下降主要通过第四多关节机构来触发。此外，放脚元件围绕与第二纵向移动体的铰接点的摆动运动也对脚的上升和下降运动做出贡献。
第四多关节机构优选地设计成使得第一和第二节在第一节的下面的转角范围中执行取向相同的旋转运动，使得在第二与第三节之间的铰接点在一定的时间段上或在一定的转角范围上仅不显著地上下移动。这引起放脚元件在与脚的底部接触相应的运动阶段中实际上仅被水平移动。该运动过程例如可通过使在第十与第十一铰接点之间的间距以及在第十一与第十二铰接点之间的间距相似地大来实现。
支承结构不包括上面所说明的关节机构被安装或悬挂或支撑在其上的步态训练仪器的移动部件。支承结构即支承关节机构。支承结构例如可包括壳体、支架、骨架或框架或上述组件的组合。支承结构例如可通过型材来构造。
如上面已提及的那样，对于每个腿适宜地设置有上面所说明的子装置，其有利地彼此镜像地来构造。这两个子装置可经由分别带有自己的驱动马达的分离的、例如两个驱动器或经由带有唯一的驱动马达的共同的驱动器来驱动。这两个子装置相应于人的步态相移、也就是说通常180º地来运行。驱动器可以以恒定的或可变的转速来运行。优选地，为了使机器产生的步态图进一步接近真实的步态图以根据预定的转速曲线的可变的转速来运行驱动器。由此，在人的步态图中存在的在脚沿着步态曲线的运动速度上的区别可更好地来模仿。
在本发明的一优选的改进方案中，步态曲线可通过在步态训练仪器处的调整器件或调节器件调整。通过调整器件尤其可调整步态曲线的长度。
通过调整器件使在第一铰接点(在其处来旋转地驱动第一多关节机构的第一节)与第二铰接点(在其处第二节铰接地与第一多关节机构的第一节相连接)之间的间距的调整成为可能，例如可调整步态曲线的长度。由此，第二铰接点围绕第一铰接点的旋转半径可改变。
该可调性可经由调节机构实现。调节机构例如可包含蜗杆导程(Schneckengang)。调节机构备选地也可包括长孔引导部。此外也可能的是，该调节机构包括例如带有齿轨的卡锁机构。
第一和第二节优选地是调节机构的部分。调节机构可用手操纵或经由驱动器、尤其电气驱动器来运行。该电气驱动器例如可以是线性马达。
备选或附加于该调整可能性，步态曲线、尤其步态曲线的长度也可通过调整器件来改变，其使能够调整在放脚元件的放脚面与第九铰接点(第三多关节机构经由其与第二移动体铰接地连接)之间的间距。由此，放脚元件的放脚面围绕第九铰接点的摆动半径可改变。这例如可通过使放脚元件的放脚面的位置可沿着第二分节朝向第九铰接点或远离其移动而发生。对此可设置有上面所说明的类型的调节机构。
此外，步态训练仪器优选地包括卸重装置，其承受身体重量的至少一部分，使得身体重量不再完全负荷到下肢上。卸重装置可以是例如带有带和/或绳的悬挂部，其负责腿的被动卸重，“被动”意味着使用者无须承担自身的费力来卸重。使用者在悬挂部中例如被固定在髋处和/或在髋之上。按照悬挂部的设计和调整，其可引起完全的或部分的卸重。这样的装置尤其应用在治疗仪器中。
此外，卸重装也可由使例如经由手臂能够主动卸重的器件构成，“主动”意味着，使用者仅在自己的力耗费下实现腿的卸重。由此例如可设置有类似双杠的手柄，其使身体经由手臂能够支撑。
如已提及的那样，步态训练仪器应用为用于改善人的步行能力的治疗仪器。在此，通过经由该或多个驱动器和多关节机构在构造步态图的情况下使放脚元件移动来训练步行运动。在此可考虑不同的训练模式，在其中使用者被动地训练(也就是说无须施加自身的力用于实施步态运动)或主动地训练(也就是说步态运动须部分以自身的力实施)。
后者经由相应的控制或调节装置是可能的。在此，步态训练仪器经由驱动器仅贡献必要的驱动力的一部分。在此，控制和调节装置也可根据使用者的贡献调节驱动功率。也可考虑这样的模式，在其中患者须自己施加完整的力或者在其中驱动器甚至提供阻力。
后一实施方案尤其可在进一步指导中用作用于针对性地强化或维持人的腿部肌肉的健身仪器。
该步态训练仪器具有该优点，即其可在结构上简单地来构建且以比较少数量的构件来实现。此外，对于大量构件可使用在市场上可获得的标准部件。相应地，该步态训练仪器还在制造中是成本有利的以及在装配中和在维修中是简单的。
此外，另一重要优点在于，该步态训练仪器具有紧凑的且因此节省空间的构造。这在复杂的步态运动的纯机械转化方面不是不言而喻的。该优点另外因此是由于，步长、作为步态运动的线性的运动分量不由唯一的旋转运动直接导出，而是由至少两个纵向运动合成。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例来详细阐述发明内容。其中：
图1-3显示了步态训练仪器的根据本发明的实施形式的透视图；
图4-7显示了根据本发明的步态训练仪器在不同的运动位置中的功能图。
在附图中所使用的附图标记及其意义在附图标记清单中总结地列出。原则上，在附图中相同的部件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1至3在不同视图中显示了根据本发明的步态训练仪器1的功能模型。图1和3由从右后的透视图显示了步态训练仪器而图2由从左后的透视图显示。此外，图1显示了在第一位置中、在步行的所谓的站立阶段(带有水平取向的放脚面45)中的步态训练仪器，而图2在第二位置中显示了在步行的摆动阶段结束不久之前的位置，而图3在第三位置中显示了在摆动阶段开始时的位置。
步态训练仪器1包含固定的支撑结构2，接下来所说明的关节机构10、20、30直接或间接地固定在其处。步态训练仪器1包含实施成曲柄传动机构的第一多关节机构10。第一多关节机构10经由驱动器3来驱动且包括第一节11(曲柄)，其经由第一驱动器铰接点51被驱动。对此，第一节11与轴(未示出)相联结。驱动器3包括电动机(未示出)，其将驱动力矩经由皮带传动装置传递到轴上。
第一多关节机构10经由第一驱动器铰接点51支撑在支撑结构2处。第一节11经由第二铰接点52与第二节12(连杆)相连接。第二节12经由第三铰接点53与平移体81(第二多关节机构的参考元件和第一纵向移动体)相连接。平移体81沿着导轨83(纵向引导部)可线性移动地布置。该线性移动在振荡运动(通过第二节12的运动触发)中实现。
另外，步态训练仪器1包含实施成曲柄摇杆机构的第二多关节机构20。第一节21(曲柄)经由第四铰接点54与平移体81相连接且被旋转地驱动。因为平移体81线性地沿着导轨83振荡地运动，相应地使第二多关节机构20一起移动。第一节21(曲柄)经由第五铰接点55与第二节22(联杆)相连接。第二节22(联杆)经由第六铰接点56与第三节(摇杆)相连接，其在其方面经由第七铰接点57与平移体81(参考元件)相连接。第四和第七铰接点54、57即彼此相对固定地布置在平移体81上。
此外，第二节22具有第八铰接点58，其中，第五、第六和第八铰接点55、56、58构造三角组件。
为了驱动第二多关节机构20的第一节21(曲柄)，第一多关节机构10具有用于传递扭矩的器件90。器件90包含第一传动轮91，其抗扭地固定在第一节11处，其中，第一传动轮91的圆心处在第二铰接点52的旋转轴线上。在第二节12处此外可旋转地支承有第二传动轮92，其中，其旋转轴线处在第三铰接点53的旋转轴线上，然而这不是强制的。而强制的是，从动轮92的旋转轴线处在第四铰接点54(第二多关节机构的第一节21固定在其处)的旋转轴线上。在该实施例中，第四铰接点54的旋转轴线相应于第三铰接点53的旋转轴线。
第一传动轮91和第二传动轮92构造为齿轮。其经由齿形皮带93在驱动技术上相互连接。如果现在第一节11围绕第一铰接点51旋转，则第一传动轮91描绘围绕第一铰接点51的回转轨迹。因为第一传动轮91抗扭地安装在第一节11处，形状配合地围绕第一传动轮91来引导的齿形皮带93通过第一传动轮91的回转运动被置于运动中。齿形皮带93的该运动被传递到第二传动轮92(其被齿形皮带93同样形状配合地包绕)上。第二传动轮92由此被置于旋转中且驱动第二多关节机构20的第一节21。对此，第二传动轮92和第一节21刚性地、在该实施例中经由轴相互连接。
第一和第二多关节机构10、20的两个第一节11、21的旋转运动相应同步。附加地可设置有转向滚子，其负责从齿形皮带93到第二传动轮92上或从第一传动轮91到齿形皮带93上的更好的力传递(未示出)。
第二铰接点52沿着第一节11相对于其可经由长孔引导部可调整。也就是说，在第一与第二铰接点51、52之间的间距可调整。由此，平移体81的振荡的线性运动的幅度和因此步态运动的步长可改变。
此外，步态训练仪器1包含带有第一和第二分节41、42(其彼此处于一角度中且刚性地相互连接)的第三多关节机构40以及平移体82(第二纵向移动体)。第一分节41现在经由第八铰接点58与第二关节机构20的第二节22(联杆)相连接。第二分节42具有放脚元件43。放脚元件43构造放脚面45。此外，放脚元件43包括用于将脚(未示出)固定在放脚元件43处的固定装置44。第一和第二分节41、42经由共同的第九铰接点59与平移体82相连接。
第一和第二平移体81、82经由共同的导轨83.1在纵向引导方向上依次布置。出于结构计技术原因，附加地还在平行于第一导轨的移动的第二导轨83.2上来引导第二平移体82。
第二多关节机构20现在经由第八铰接点58将运动引入第三多关节机构40中，其一方面具有平行于第一平移体82的纵向移动方向或平行于导轨83的部件，由此第二平移体82不仅绝对地而且相对于第一平移体81同样被置于沿着导轨83的线性运动中。第三多关节机构40和与其一起放脚元件43现在在由第一平移体81的纵向运动和第二平移体82与其叠加的相对的纵向运动构成的总运动中平行于平移体81、82的纵向引导方向被移动。
同时，第二多关节机构20经由第八铰接点58还将摆动运动引入第三多关节机构40中，其引起放脚面45沿着放脚元件43的运动轨迹的角度变化。第二和第三多关节机构设计成使得产生接近自然的步态运动的不规则的摆动运动。
另外，步态训练仪器1包括同样实施成曲柄摇杆机构的第四多关节机构30。多关节机构30包括第一节31(曲柄)，其经由第十驱动器铰接点60由与第一多关节机构10相同的驱动器来驱动。因此，第一和第十铰接点51、60的旋转轴线相同。第一节31经由第十一铰接点61与第二节32(联杆)相连接。第二节32经由第十二铰接点62与第三节33(摇杆)相连接。此外，第三节33包含纵向引导部(此处构造为导轨83)以及弯曲的连接构件84，其与导轨83刚性地连接且第三节83经由其与第二节32相连接。
此外，导轨83另一端经由第十三铰接点63与支撑结构2相连接。第十二和第十三铰接点62、63彼此相间隔地布置，使得第三节33作为摇杆起作用。
通过第一节31的旋转驱动，第十二铰接点61和与其一起第三节33被置于振荡的上下运动中。在此，第三节33和相应地导轨83围绕第十三铰接点63摆动。该运动同时利用第一和第二多关节机构20、30的驱动器来实施，从而产生叠加的运动模型，其非常接近人的自然的步态运动。
图4至7显示了根据本发明的步态训练仪器在不同运动位置中的功能图。示意性示出的结构元件大致相应于根据图1至3的实施例的结构特征。因此，相关的结构元件设有相同的附图标记。
此外，在图4至7中还示意性示出脚跟点A1的步态曲线A以及脚弓点B1的步态曲线B。所提及的点A1、B1在整个运动循环期间沿着与其相关联的步态曲线A、B运动。图4显示了在脚放置到底部上时的运动位置。图5显示了脚在底部处展开(Abrollen)时的运动位置。图6显示了紧接展开运动在脚从底部推开(Abstossen)时的运动位置。图7显示了在腿向前运动时的运动位置，在其中脚还总是弯曲。
以箭头R在图1至7中示出在行进运动期间向前运动的方向。
Claims (22)
1. 一种用于产生自然步态图(T1,T2)的步态训练仪器(1)，其包含相互机械地联结的第一多关节机构(10)和第二多关节机构(20)、用于将旋转运动引入第一多关节机构(10)中的驱动器(3)、放脚元件(43)和纵向引导部(83)，其中，第一多关节机构(10)和第二多关节机构(20)经由第一纵向移动体(81)相互联结，其中，所述第一纵向移动体(81)与所述纵向引导部(83)处于机械的有效连接中且相对于所述纵向引导部(83)可移动地来布置，
其特征在于，所述步态训练仪器(1)包含第三多关节机构(40)，所述放脚元件(43)形成在所述第三多关节机构(40)处，其中，所述放脚元件(43)经由所述第三多关节机构(40)与所述第二多关节机构(20)相联结。
2. 根据权利要求1所述的步态训练仪器，其特征在于，所述步态训练仪器(1)包含第四多关节机构(30)用于所述纵向引导部(83)或其部件的升高的和降低的偏移。
3. 根据权利要求2所述的步态训练仪器，其特征在于，下面所提及的多关节机构中的两个或全部经由共同的驱动器(3)来驱动：
- 第一多关节机构(10)；
- 第二多关节机构(20)；
- 第四多关节机构(30)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一多关节机构(10)包含用于将扭矩从所述驱动器(3)传递到所述第二多关节机构(20)上的器件(90)。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一多关节机构(10)构造为曲柄传动机构，其带有第一节(11)和第二节(12)，其中，所述第一节(11)经由曲柄传动机构第一铰接点(51)与所述驱动器(3)可旋转驱动地相连接，而所述第二节经由曲柄传动机构第三铰接点(53)与所述第一纵向移动体(81)相连接，并且第一节(11)和第二节(12)经由曲柄传动机构第二铰接点(52)相互连接。
6. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第二多关节机构(20)是多关节联杆传动装置，其带有经由多关节联杆传动装置第一铰接点(54)可旋转驱动地与所述第一纵向移动体(81)相连接的第一节(21)，且带有经由多关节联杆传动装置第二铰接点(55)与所述第一节(21)相连接的第二节(22)，且带有经由多关节联杆传动装置第三铰接点(56)与所述第二节(22)而经由多关节联杆传动装置第四铰接点(57)与所述第一纵向移动体(81)相连接的第三节(23)。
7. 根据权利要求6所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第二多关节机构(20)是四关节联杆传动装置。
8. 根据权利要求6所述的步态训练仪器，其特征在于，所述放脚元件(43)安装在所述第三多关节机构(40)处且其与所述第二多关节机构(20)机械地相连接，并且所述第三多关节机构(40)与第二纵向移动体(82)相连接，其中，所述第二纵向移动体(82)与纵向引导部(83)处于机械的有效连接中且相对于其可移动地来布置。
9. 根据权利要求8所述的步态训练仪器，其特征在于第三多关节机构(40)，其包含：
第一分节(41)，其经由分节第一铰接点(58)与所述第二多关节机构(20)的第二节(22)而经由分节第二铰接点(59)与所述第二纵向移动体(82)相连接，以及
第二分节(42)，其与所述第一分节(41)刚性地连接且所述放脚元件(43)与所述第二分节(42)刚性地连接。
10. 根据权利要求4所述的步态训练仪器，其特征在于，用于传递扭矩的所述器件(90)包括以下部件：
- 第一传动轮(91)，其与所述第一多关节机构(10)的旋转地驱动的第一节(11)刚性地连接，
- 第二传动轮(92)，其与所述第二多关节机构(20)的第一节(21)这样连接，使得所述第一节(21)能够经由所述第二传动轮(92)旋转地驱动，
其中，所述第一传动轮(91)和所述第二传动轮(92)经由柔性的、包绕第一传动轮(91)和第二传动轮(92)的力传递元件(93)相互连接，且所述第二传动轮(92)能够经由所述力传递元件(93)通过所述第一传动轮(91)围绕曲柄传动机构第一铰接点(51)的回转来驱动。
11. 根据权利要求10所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第二传动轮(92)与所述第二多关节机构(20)的第一节(21)这样处于机械的有效连接中，使得所述第一节(21)能够经由所述第二传动轮(92)旋转地驱动。
12. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一多关节机构(10)构造为曲柄传动机构，其带有第一节(11)和第二节(12)，其中，所述第一节(11)经由曲柄传动机构第一铰接点(51)与所述驱动器(3)可旋转驱动地相连接，而所述第二节经由曲柄传动机构第三铰接点(53)与所述第一纵向移动体(81)相连接，并且第一节(11)和第二节(12)经由曲柄传动机构第二铰接点(52)相互连接，并且其中，所述第一多关节机构(10)的第二节(12)和所述第二多关节机构(20)的第一节(21)经由在所述第二多关节机构(20)的参考元件处的构造为共同的铰接点的曲柄传动机构第三铰接点(53)相互连接，所述第二多关节机构(20)的参考元件由所述第一纵向移动体(81)来构造。
13. 根据权利要求10所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一多关节机构(10)构造为曲柄传动机构，其带有第一节(11)和第二节(12)，其中，所述第一节(11)经由曲柄传动机构第一铰接点(51)与所述驱动器(3)可旋转驱动地相连接，而所述第二节经由曲柄传动机构第三铰接点(53)与所述第一纵向移动体(81)相连接，并且第一节(11)和第二节(12)经由曲柄传动机构第二铰接点(52)相互连接，并且其中，所述第一多关节机构(10)的第二节(12)和所述第二多关节机构(20)的第一节(21)与第二传动轮(92)共同经由在所述第二多关节机构(20)的参考元件处的构造为共同的铰接点的曲柄传动机构第三铰接点(53)相互连接，所述第二多关节机构(20)的参考元件由所述第一纵向移动体(81)来构造。
14. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一纵向移动体(81)是所述第二多关节机构(20)的部分。
15. 根据权利要求14所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第一纵向移动体(81)是所述第二多关节机构(20)的参考元件。
16. 根据权利要求8所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第二纵向移动体(82)是所述第三多关节机构(40)的部分。
17. 根据权利要求16所述的步态训练仪器，其特征在于，所述第二纵向移动体(82)是所述第三多关节机构(40)的参考元件。
18. 根据权利要求8所述的步态训练仪器，其特征在于，第一纵向移动体(81)和第二纵向移动体(82)经由共同的纵向引导部(83)来引导。
19. 根据权利要求8所述的步态训练仪器，其特征在于，第一纵向移动体(81)和/或第二纵向移动体(82)是能够沿着所述纵向引导部(83)线性移动的平移体。
20. 根据权利要求1至3中任一项所述的步态训练仪器，其特征在于，所述步态训练仪器包含调整器件，借助于其能够改变步态曲线，其中：
a. 所述调整器件构造成使得能够调整在所述第一多关节机构(10)的第一节(11)旋转地被驱动的曲柄传动机构第一铰接点(51)和所述第一多关节机构(10)的第二节(12)与所述第一多关节机构(10)的第一节(11)铰接地连接的曲柄传动机构第二铰接点(52)之间的间距；并且/或者
b. 所述第三多关节机构(40)与第二纵向移动体(82)相连接，所述第三多关节机构(40)包含第一分节(41)，其经由分节第一铰接点(58)与所述第二多关节机构(20)的第二节(22)而经由分节第二铰接点(59)与所述第二纵向移动体(82)相连接，所述调整器件构造成使得能够调整在所述放脚元件(43)的放脚面和所述第三多关节机构(40)与所述第二纵向移动体铰接地连接的分节第二铰接点(59)之间的间距。
21. 根据权利要求20所述的步态训练仪器，其特征在于，借助于所述调整器件能够改变所述步态曲线的长度。
22. 根据权利要求1至21中任一项所述的步态训练仪器(1)的应用，其作为：
- 用于针对性地强化或维持人的腿部肌肉的健身仪器。
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