CN106530883A - 单动力驱动空间运动人体前庭训练器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单动力驱动空间运动人体前庭训练器，包括底座、固定设置于底座上的圆环支架、枢转铰接于底座上的第一摇杆以及枢转铰接于圆环支架上的第二摇杆和连接于第一摇杆与第二摇杆间的座椅，座椅上设置有驱动座椅转动的驱动装置，圆环支架上设置有两条圆弧形第一滑槽，第一滑槽上设置有沿第一滑槽滑动后固定在圆环支架上的第一滑轨，第一摇杆可枢转的连接在第一滑轨上，第二摇杆上设置有圆弧形第二滑槽，第二滑槽上设置有沿第二滑槽滑动后固定在第二摇杆上的第二滑轨，座椅一端与第二滑轨转动的连接，另一端与第一摇杆可转动连接。本发明的方案通过控制驱动装置，来实现模拟不同轨迹的空间运动，同时对运动轨迹和强度进行调节。
Description
技术领域
本发明属于训练装置技术领域，尤其涉及到用于提高人体前庭器官耐受力的装置，具体为单动力驱动空间运动人体前庭训练器。
背景技术
人们在遇到空间复合运动时，常常容易发生眩晕，特别是飞行员在飞行中容易发生飞行错觉，引发事故。空间运动病威胁到了人们的健康和飞行人员的安全。滚轮训练是提高前庭功能稳定性，预防空间运动病和飞行错觉的有效措施之一，目前飞行人员主要使用的旋转椅只能在一个轴向上旋转，无法模拟多轴向复合空间运动对人体的影响，效果不全面；而现有的三维滚环虽然能够进行三个轴向上的转动，但是无法控制训练人员的具体训练强度和轨迹，影响了训练效果，也无法模拟特定的训练项目。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，特提供一种单动力驱动空间运动人体前庭训练器，通过三维空间转轴位置调节可以控制轨迹和训练强度，提高训练效果，了解不同轨迹和状态对人体前庭定向能力的影响，从而有助于提高人体前庭器官稳定性。
在球面4R空间机构中，断开末端杆变为空间开链，4个运动副均为自由度为1，则第i个运动副自由度之和且属于公共约束存在的情况之一，固有m＝3。机构中不存在消极自由度和局部自由度，固有fp＝fi＝0。因此球面4R机构的自由度计算结果为：
计算出了球面4R机构的自由度为1,故调节到不同的三维空间转轴位置就会有不同的轨迹，切此时的轨迹是固定的。
基于上述球面4R机构的自由度计算结果，本发明的目的通过以下技术方案来实现，一种单动力驱动空间运动人体前庭训练器，包括底座、固定设置于底座上的圆环支架、枢转铰接于底座上的第一摇杆以及枢转铰接于圆环支架上的第二摇杆和连接于第一摇杆与第二摇杆间的座椅，所述座椅上设置有驱动座椅转动的驱动装置，所述圆环支架上设置有呈中心对称且具有共同圆心的两条圆弧形第一滑槽，所述第一滑槽上设置有沿第一滑槽滑动调节后固定在圆环支架上的第一滑轨，所述第一摇杆可枢转的连接在所述第一滑轨上，所述第二摇杆上设置有圆弧形第二滑槽，所述第二滑槽上设置有沿第二滑槽滑动调节后固定在第二摇杆上的第二滑轨，所述座椅的第一端轴与所述第二滑轨转动的连接，第二端轴与座椅箱体可转动的连接并与所述第一摇杆固定连接；所述第一摇杆枢转转动的轴线O3、第二摇杆枢转转动的轴线O1与所述座椅的两端的旋转轴线O2相交于同一点O。
在使用时，人坐于座椅上，启动驱动装置工作，座椅绕两端的旋转轴线O2旋转，人体于座椅的整体重心发生变动，对第二摇杆产生驱动力从而使得第二摇杆转动，由于座椅两端分别可转动的固定在第一摇杆与第二摇杆间，座椅两端的整体位置固定不变，第二摇杆一转动而发生位置变化时形成对第一摇杆的驱动力，第一摇杆也跟着绕轴线O3转动，从而带动座椅与人体发生空间位置变化，随着驱动装置不断的转动座椅，人体与座椅的整体重心不断的发生变化，第一摇杆和第二摇杆的转动角度也在不断的发生变化，进而使得座椅上的人体空间位置不断的在变化，形成一个空间变换运动，如此可以观察和训练人在不同空间运动过程中的感受表情和适应能力，如果在空间某要停止运动的时候可以控制驱动装置停止工作，座椅就将在平衡位置停止运动。通过调整滑轨在滑槽上的位置后在固定在摇杆上，可以实现第二摇杆枢转转动的轴线O1与所述座椅的两端的旋转轴线O2空间位置的调节，进而可以调整人和座椅在空间运动的轨迹线，达到不同的空间运动状态训练。第一摇杆枢转转动的轴线O3、第二摇杆枢转转动的轴线O1与座椅的两端的旋转轴线O2相交于同一点O，可以保证座椅空间运动过程中不发生干涉锁止。
进一步的，所述底座具有前后两个立柱和左右两个立柱，所述圆环支架固定连接在所述左右两个立柱上，所述第一摇杆枢转的连接在前后两个立柱上。
进一步的，所述前后立柱上设置有轴孔，所述第一摇臂的两端设置有与所述轴孔配合的转轴，所述转轴与所述轴孔配合实现所述第一摇臂与所述底座枢转的连接。
进一步的，所述第一摇杆枢转转动的轴线O3与第二摇杆枢转转动的轴线O1互相垂直。
进一步的，所述驱动装置为电机，电机轴与第一摇杆齿形传动连接。
进一步的，所述驱动装置为脚踏齿轮结构，所述脚踏齿轮结构。
进一步的，所述第一摇杆和所述第二摇杆均为圆弧形。
进一步的，第一滑槽与所述第二滑槽的滑动面均位于以O点为球心的球面上。
进一步的，所述座椅具有连接所述座椅两转动端部的靠背，所述靠背与所述座椅的两端的旋转轴线O2存在至少10cm的距离。
本发明方案的有益效果：飞行员、航天员利用转椅进行前庭功能适应空间多维运动的训练来适应空间运动，实现了利用简单驱动同时实现三维空间运动的控制；同时通过控制座椅与人体的整体重心位置的转动变换的驱动装置，来实现不同轨迹的空间运动，可以有效的模拟各种空间运动，同时对运动轨迹和强度进行调节，训练效果明显。同时本发明也可以用于民用健身，能够有效的提高易发晕动病患者对空间运动的适应能力。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明单动力驱动空间运动人体前庭训练器的立体状态位置图一；
图2是本发明单动力驱动空间运动人体前庭训练器的立体状态位置图二；
图3是本发明单动力驱动空间运动人体前庭训练器的脚踏齿轮结构的主视图
图4是图3的A-A剖视图
图中标识与名称对应关系为：100底座，110作用立柱，120前后立柱，121轴孔，200环形支架，210第一滑槽，220凸起，230第一滑轨，300第一摇杆，310转轴一，400第二摇杆，410第二滑槽，420第二滑轨，430转轴二，500座椅，501第一端轴，502第二端轴，503座椅箱体，510驱动装置，511脚踏板，512踏板臂，513踏板轴，514轴承一，515轴承二，516第一锥齿轮，517第二锥齿轮，520靠背。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至2对本发明实施例作进一步的描述。
如图1所示，单动力驱动空间运动人体前庭训练器，包括底座100、固定设置于底座上的圆环支架200、枢转铰接于底座上的第一摇杆300以及枢转铰接于圆环支架上的第二摇杆400和连接于第一摇杆300与第二摇杆400间的座椅500，座椅500上设置有驱动座椅转动的驱动装置510，圆环支架200上设置有呈中心对称且具有共同圆心的两条圆弧形第一滑槽210，第一滑槽210上设置有沿第一滑槽210滑动后固定在圆环支架200上的第一滑轨230，第一摇杆300通过转轴一310可枢转的连接在第一滑轨230上，第二摇杆400上设置有圆弧形第二滑槽410，第二滑槽410上设置有沿第二滑槽滑410动后固定在第二摇杆400上的第二滑轨420，座椅500的第一端轴501与第二滑轨420转动的连接，第二端轴502与座椅箱体503可转动的连接并与第一摇杆300固定连接；第一摇杆300枢转转动的轴线O3、第二摇杆400枢转转动的轴线O1与座椅500的两端的旋转轴线O2相交于同一点O。
在使用时，人坐于座椅500上，启动驱动装置510工作，座椅500绕两端的旋转轴线O2旋转，即按W1向转动，人体与座椅500的整体重心发生变动，对第二摇杆400产生驱动力从而使得第二摇杆400转动，即按W2向转动，由于座椅500两端分别可转动的固定在第一摇杆300与第二摇杆400间，座椅500两端的整体位置距离固定不变，第二摇杆400一转动而发生位置变化时形成对第一摇杆300的驱动力，第一摇杆300也跟着绕轴线O3转动，即按W3向转动，从而带动座椅500与人体发生空间位置变化，从图1的状态运动变化到图2的状态，随着驱动装置510不断的转动座椅500，人体与座椅500的整体重心不断的发生变化，第一摇杆300和第二摇杆400的转动角度也在不断的发生变化，进而使得座椅上的人体空间位置不断的在变化，形成一个空间变换运动，如此可以观察和训练人在不同空间运动轨迹线过程中的感受表情和适应能力，如果在空间某个位置要停止运动的时候可以控制驱动装置510停止工作，座椅500就将在达到力平衡位置处停止运动。通过调整滑轨在滑槽上的位置后在固定在摇杆上，可以实现第二摇杆400枢转转动的轴线O1与座椅500的两端的旋转轴线O2空间位置的调节，进而可以调整人和座椅500在空间运动的轨迹线，达到不同的空间运动状态训练。第一摇杆300枢转转动的轴线O3、第二摇杆400枢转转动的轴线O1与座椅500的两端的旋转轴线O2相交于同一点O，可以保证座椅500空间运动过程中不发生干涉锁止。
如图1所示，底座具有前后两个立柱120和左右两个立柱110，圆环支架200通过设置凸起220固定连接在左右两个立柱110上，第一摇杆300枢转的连接在前后两个立柱120上。枢转的连接是指径向位置固定，周向转动的连接关系，例如轴和轴孔配合转动，轴和轴承固定连接，轴在轴承上转动，具体实施过程中，轴孔和轴的关系可以互换，即可以在第一摇杆300上设置转轴一310，在立柱120上设置轴孔121，也可以在第一摇杆300上设置轴孔而在立柱120上设置转轴一。
具体的实施例中，如图1和图2所示，第一摇杆枢转转动的轴线O3与第二摇杆枢转转动的轴线O1互相垂直。如此可以减少环形支架200的内环空间尺寸，缩小整个训练器的外廓空间。
具体的实施例中，驱动装置510采用电机，电机轴与第一摇杆齿形传动连接，可以是电机在座椅500上，电机轴上设置有外齿形键，在第一摇杆上设置有内齿形键，通过外齿形键与内齿形键配合传动，电机工作后，驱动座椅500相对于第一摇杆300转动；当然作为另一种方式，可以是在电机轴上设置内齿形键，在第一摇杆300上设置外齿形键。
作为变换的实施例，驱动装置510采用如图3和图4所示的脚踏齿轮结构，该结构包括座椅箱体503、第二端轴502、脚踏板511、踏板臂512、踏板轴513、轴承一514、轴承二515、第一锥齿轮516、第二锥齿轮517，轴承一514固定在座椅箱体502两侧壁上，踏板轴513横向通过轴承一514可转动地安装在座椅箱体503上，轴承二515固定在座椅箱体502底壁上，第二端轴502竖向通过轴承二515可转动地安装在座椅箱体503上，脚踏板511通过踏板臂512与踏板轴513连接，第一锥齿轮516固定安装在踏板轴513上，和第一锥齿轮516啮合传动的第二锥齿轮517固定安装在第二端轴502上。通过脚踏齿轮结构，位于座椅上的人通过踩踏脚踏板511使得座椅相对于第一摇杆300发生转动，座椅重心位置发生变化，从而使得第一摇杆300的平衡力产生变化，带动第一摇杆300转动，进而推动第一摇杆400转动以达到新的平衡位置，持续踩踏脚踏板511，人体和座椅500在空间位置将不断的改变，停止踩踏后，人体和座椅500在达到力平衡的空间位置后不动。
具体的实施例中，第一摇杆300和所述第二摇杆400均为圆弧形，既可以实现旋转过程中形成球面形状，避免互相干涉，减少整体外形尺寸，进一步可以减少用材。
第一滑槽210与第二滑槽410的滑动面均位于以O点为球心的球面上，如此可以在调整滑轨过程中不干涉，在调整滑轨后座椅空间运动过程也不干涉。
座椅500具有连接座椅500两转动端部的靠背520，靠背与座椅500的两端的旋转轴线O2存在至少10cm的距离，通过此距离，当重心不在旋转轴线O2时产生扭矩，实现转动力传递，初始摇杆转动。
本发明实施例中，座椅500下方的驱动装置510驱动座椅500总成进行旋转，座椅500相对于第一摇杆300进行转动，同时第二摇杆400也随着座椅500进行转动，由于摇杆转动呈现一定夹角，轴线O1、O2、O3都交于一点O，点O也就成为了一个球心点，因此转椅绕着O点做空间球面运动。同时可调节滑轨后固定，在不同的调节状态下，可以改变座椅500旋转轨迹，从而实现多轨迹空间旋转.
本发明实施例的有益效果：飞行员、航天员利用多维转椅500进行前庭功能适应空间运动的训练来适应空间运动，实现了利用简单驱动同时实现三维空间运动的控制。同时通过控制位置变换的驱动装置，来实现不同轨迹的空间运动，可以有效的模拟各种空间运动，同时对运动轨迹和强度进行调节，训练效果明显。同时本发明的训练器也可以简化用于民用健身，能够有效的提高易发晕动病患者对空间运动的适应能力。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的创造性精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单动力驱动空间运动人体前庭训练器，包括底座、固定设置于底座上的圆环支架、枢转铰接于底座上的第一摇杆以及枢转铰接于圆环支架上的第二摇杆和连接于第一摇杆与第二摇杆间的座椅，其特征在于，所述座椅上设置有驱动座椅转动的驱动装置，所述圆环支架上设置有呈中心对称且具有共同圆心的两条圆弧形第一滑槽，所述第一滑槽上设置有沿第一滑槽滑动后固定在圆环支架上的第一滑轨，所述第一摇杆可枢转的连接在所述第一滑轨上，所述第二摇杆上设置有圆弧形第二滑槽，所述第二滑槽上设置有沿第二滑槽滑动后固定在第二摇杆上的第二滑轨，所述座椅第一端轴与所述第二滑轨转动的连接，第二端轴与座椅箱体可转动连接并与所述第一摇杆固定连接；所述第一摇杆枢转转动的轴线O3、第二摇杆枢转转动的轴线O1与所述座椅的两端的旋转轴线O2相交于同一点O。
2.如权利要求1所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述底座具有前后两个立柱和左右两个立柱，所述圆环支架固定连接在所述左右两个立柱上，所述第一摇杆枢转的连接在前后两个立柱上。
3.如权利要求2所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述前后立柱上设置有轴孔，所述第一摇臂的两端设置有与所述轴孔配合的转轴一，所述转轴与所述轴孔配合实现所述第一摇臂与所述底座枢转的连接。
4.如权利要求1所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述第一摇杆枢转转动的轴线O3与第二摇杆枢转转动的轴线O1互相垂直。
5.如权利要求1所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述驱动装置为电机，电机轴与第一摇杆齿形传动连接。
6.如权利要求1所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述驱动装置为脚踏齿轮结构，所述脚踏齿轮结构。
7.如权利要求1至6任一所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述第一摇杆和所述第二摇杆均为圆弧形。
8.如权利要求1至6任一所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，第一滑槽与所述第二滑槽的滑动面均位于以O点为球心的球面上。
9.如权利要求1至6任一所述的单动力驱动空间运动人体前庭训练器，其特征在于，所述座椅具有连接所述座椅两转动端部的靠背，所述靠背与所述座椅的两端的旋转轴线O2存在至少10cm的距离。
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