CN107812358A - 一种多关节抗阻力锻炼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多关节抗阻力锻炼装置，涉及航天医学和运动康复技术领域，包括护腰、大腿连接板、小腿连接板和脚部支撑板；所述护腰的侧壁上连接有髋关节阻尼器，所述髋关节阻尼器的底部与所述大腿连接板的顶部连接；所述大腿连接板的底部通过膝关节阻尼器与所述小腿连接板的顶部连接，所述小腿连接板的底部与所述脚部支撑板连接。本发明多关节抗阻力锻炼装置能够对下肢各关节处长时间施加低阻尼负荷，通过人体主动运动或一些特定锻炼活动，在不限制人体活动范围的前提下克服装置提供的阻尼，以达到锻炼肌肉，减少人体肌肉萎缩与骨丢失的目的；而且各关节所受的阻力可控，满足人体不同锻炼强度的需求，且避免造成锻炼损伤。

Description

一种多关节抗阻力锻炼装置
技术领域
本发明涉及航天医学和运动康复技术领域，特别是涉及一种多关节抗阻力锻炼装置。
背景技术
长期航天飞行中，由于重力负荷消失，航天员维持姿势和进行运动时不再需要克服重力的作用。长期暴露于失重环境将导致人体生理系统发生一系列改变，出现心血管功能失调、肌肉萎缩和骨丢失等多种不良生理效应，主要表现为立位耐力和运动能力降低。这些变化将会严重影响长期航天飞行航天员的健康和完成任务的能力。目前在太空中使用的防护设备，如功量计、跑台、抗阻力锻炼装置等。这些措施对于肌肉萎缩等有一定的防护效果，但是飞行后航天员肌肉萎缩和骨丢失的现象仍然非常显著，航天员返回后的数日内仍然出现站立、行走以及定向困难。此外，现有失重防护锻炼措施占用了大量资源，重量、体积和能耗；定期维护也需要占用较多时间。
因此，本发明提供一种多关节抗阻力锻炼装置，以解决现有技术所存在的上述缺点，同时也可以作为一种穿戴式肌肉萎缩康复措施用于地球上下肢肌肉萎缩人群的康复。
发明内容
本发明的目的是提供一种多关节抗阻力锻炼装置，以解决上述现有技术存在的问题，满足宇航员在太空中长期驻留的锻炼需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多关节抗阻力锻炼装置，包括护腰、大腿连接板、小腿连接板和脚部支撑板；所述护腰的侧壁上连接有髋关节阻尼器，所述髋关节阻尼器的底部与所述大腿连接板的顶部连接；所述大腿连接板的底部通过膝关节阻尼器与所述小腿连接板的顶部连接，所述小腿连接板的底部与所述脚部支撑板连接。
优选的，所述髋关节阻尼器为旋转阻尼器，包括主体和球头，主体与所述护腰连接，球头与所述大腿连接板的顶部连接；主体与球头球形铰接，所述髋关节阻尼器上设置有阻尼控制旋钮。
优选的，所述护腰由左右两部分组成，所述护腰的左右两部分通过护腰连接带连接。
优选的，所述大腿连接板上连接有用于调节大腿连接板长度的长度调节板，所述长度调节板的底部与所述膝关节阻尼器连接。
优选的，所述大腿连接板的内侧设置有大腿护腿，所述大腿护腿上设置有大腿护腿绑环。
优选的，所述膝关节阻尼器为旋转阻尼器，包括主体和球头，主体与所述长度调节板的底部连接，球头与所述小腿连接板的顶部连接；主体与球头球形铰接，所述膝关节阻尼器上设置有阻尼控制旋钮。
优选的，所述小腿连接板上设置有小腿护腿，所述小腿护腿上设置有小腿护腿绑环。
优选的，所述小腿护腿的两侧设置有绑腿活动杆，所述绑腿活动杆上挂载有上弹簧和下弹簧，所述上弹簧和下弹簧之间设置有用于连接所述脚部支撑板的活动块。
优选的，所述脚部支撑板的两侧连接有脚底连接杆，所述脚底连接杆远离所述脚部支撑板的一端与所述活动块连接。
优选的，所述大腿连接板、小腿连接板和脚部支撑板均设置有两组，分别连接于所述护腰的两侧。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、设置有髋关节阻尼器、膝关节阻尼器，小腿连接板上设置有弹簧，对各个关节处长时间施加低负荷的阻力，达到锻炼肌肉，减少肌肉萎缩和骨流失的目的；
2、髋关节阻尼器、膝关节阻尼器均为旋转阻尼器，设置阻尼控制旋钮，调节力矩，对关节处施加可控阻力，满足锻炼要求；
3、护腰和大腿连接板的长度可调，适应不同人体需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种多关节抗阻力锻炼装置的结构示意图；
图2为本发明小腿连接板的结构示意图；
其中，1为护腰，2为髋关节阻尼器，3为大腿护腿，4为膝关节阻尼器，5为小腿护腿，6为小腿护腿绑环，7为脚部支撑板，8为护腰连接带，9为护腰连接板，10为大腿护腿绑环，11为绑腿活动杆，12为上弹簧，13为活动块，14为脚底连接杆，15为阻尼控制旋钮，16为大腿连接板，17为压板螺栓，18为长度调节板，19为小腿连接板，20为下弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种多关节抗阻力锻炼装置，以解决现有技术存在的问题，满足宇航员在太空中长期驻留的锻炼需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种多关节抗阻力锻炼装置，如图1和2所示，包括护腰1、大腿连接板16、小腿连接板19和脚部支撑板7；护腰1的侧壁上连接有髋关节阻尼器2，髋关节阻尼器2的底部与大腿连接板16的顶部连接；大腿连接板16的底部通过膝关节阻尼器4与小腿连接板19的顶部连接，小腿连接板19的底部与脚部支撑板7连接。
护腰1由左右两部分组成，用于固定保护人体的腰部，护腰1的左右两部分通过护腰连接带8连接，通过调节护腰连接带8，从而能够调节护腰1的长度，满足多种人体体型需求。髋关节阻尼器2为旋转阻尼器，包括主体和球头，髋关节阻尼器2的主体与护腰1通过护腰连接板9进行连接，提高稳定性；球头与大腿连接板16的顶部连接；主体与球头球形铰接，具有三个自由度，在对髋关节长时间施加低负荷阻尼的同时，可满足人体进行屈-伸、外展-内收、内旋-外旋活动的需求；髋关节阻尼器2上设置有阻尼控制旋钮15，对髋关节的屈-伸方向施加阻尼的同时，阻尼器的扭矩可调，调节范围为0-60N.m，实现人体大腿主体和腰部之间髋关节的阻力输出，达到可控阻尼锻炼的目的，满足宇航员日常锻炼的需求。大腿连接板16上连接有用于调节大腿连接板16长度的长度调节板18，大腿连接板16和长度调节板18上设置有多个相对应的通孔，通过压板螺栓17穿过通孔对大腿连接板16和长度调节板18进行固定，通过调节固定位置来调节大腿部分的长度，从而以适应不同的身高范围，大腿部的长度调节范围为0-65mm，适应的人体身高范围为160～180cm。大腿连接板16的内侧设置有大腿护腿3，大腿护腿3上设置有大腿护腿绑环10，能够对人体的大腿部进行固定和保护，通过大腿护腿绑环10实现松紧调节。
长度调节板18的底部与膝关节阻尼器4连接，膝关节阻尼器4为旋转阻尼器，包括主体和球头，膝关节阻尼器4主体与长度调节板18的底部连接，球头与小腿连接板19的顶部连接；主体与球头球形铰接，对膝关节在屈-伸方向施加阻尼，在做屈膝等下肢运动时，实现有阻尼运动，且不影响膝关节屈伸活动范围；膝关节阻尼器4上设置有阻尼控制旋钮15，阻尼器的扭矩可调，调节范围为0-60N.m，满足宇航员日常锻炼的需求。
小腿连接板19上设置有小腿护腿5，小腿护腿5上设置有小腿护腿绑环6，能够对人体的小腿部进行固定和保护，通过小腿护腿绑环6实现松紧调节。小腿护腿5的两侧各设置有一个绑腿活动杆11，绑腿活动杆11上挂载有上弹簧12和下弹簧20，上弹簧12和下弹簧20之间设置有用于连接脚部支撑板7的活动块13。脚部支撑板7用于固定人体的脚部，两侧各连接有一个脚底连接杆14，脚底连接杆14远离脚部支撑板7的一端与活动块13连接。当人体进行走动时，活动块13随脚部运动在绑腿活动杆11上上下移动，由于在屈伸脚时受力大小不同，因此可采用不同弹性系数的弹簧实现上下不同的力，实现了踝关节处阻力的合理设置，为恢复运动提供合理的足部阻力。
本发明多关节抗阻力锻炼装置体积小、无功耗、可靠性高、便于穿戴在下肢上，相当于为下肢各主要关节提供阻尼的被动式外骨骼，能够对下肢各关节处长时间提供低阻尼负荷，通过人体主动运动或一些特定锻炼活动，在不限制人体活动范围的前提下克服装置提供的阻尼，以达到锻炼肌肉，减少航天员肌肉萎缩与骨丢失的目的；而且各关节所受的阻力可控，满足宇航员强度较高的地面锻炼，且避免造成锻炼损伤；可以实现地面锻炼与太空保护等多种用途，在失重防护的研究中有着重要的意义。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：包括护腰、大腿连接板、小腿连接板和脚部支撑板；所述护腰的侧壁上连接有髋关节阻尼器，所述髋关节阻尼器的底部与所述大腿连接板的顶部连接；所述大腿连接板的底部通过膝关节阻尼器与所述小腿连接板的顶部连接，所述小腿连接板的底部与所述脚部支撑板连接。
2.根据权利要求1所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述髋关节阻尼器为旋转阻尼器，包括主体和球头，主体与所述护腰连接，球头与所述大腿连接板的顶部连接；主体与球头球形铰接，所述髋关节阻尼器上设置有阻尼控制旋钮。
3.根据权利要求1或2所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述护腰由左右两部分组成，所述护腰的左右两部分通过护腰连接带连接。
4.根据权利要求1或2所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述大腿连接板上连接有用于调节大腿连接板长度的长度调节板，所述长度调节板的底部与所述膝关节阻尼器连接。
5.根据权利要求4所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述大腿连接板的内侧设置有大腿护腿，所述大腿护腿上设置有大腿护腿绑环。
6.根据权利要求4所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述膝关节阻尼器为旋转阻尼器，包括主体和球头，主体与所述长度调节板的底部连接，球头与所述小腿连接板的顶部连接；主体与球头球形铰接，所述膝关节阻尼器上设置有阻尼控制旋钮。
7.根据权利要求1或6所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述小腿连接板上设置有小腿护腿，所述小腿护腿上设置有小腿护腿绑环。
8.根据权利要求7所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述小腿护腿的两侧设置有绑腿活动杆，所述绑腿活动杆上挂载有上弹簧和下弹簧，所述上弹簧和下弹簧之间设置有用于连接所述脚部支撑板的活动块。
9.根据权利要求8所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述脚部支撑板的两侧连接有脚底连接杆，所述脚底连接杆远离所述脚部支撑板的一端与所述活动块连接。
10.根据权利要求1所述的多关节抗阻力锻炼装置，其特征在于：所述大腿连接板、小腿连接板和脚部支撑板均设置有两组，分别连接于所述护腰的两侧。
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