CN112206467A - 在失重环境下训练肌肉和运动神经的装置 - Google Patents

Abstract

一种属于运动训练器械的能够在失重环境下训练肌肉和训练运动神经的装置，能够在失重环境下模拟产生使用者相对平台的重力，并模拟站立时受力不平衡的状态，可供使用者进行站立训练，从而对下肢肌肉和运动神经中枢进行针对性的训练。其意义是在失重环境下训练使用者的肌肉和运动神经，有利于保持运动功能，使用者在回到地面时能够更快恢复稳定站立的能力。

Description

在失重环境下训练肌肉和运动神经的装置

技术领域 本发明涉及一种在失重环境下训练肌肉的装置和同时训练运动神经的装置。

背景技术 众所周知，宇航员在失重环境下生活一段时间后，回到地面会出现运动功能异常，无法正常行走甚至站立不稳的情况，需要被扶着甚至抬着走。目前一般认为这是由于在失重情况下，机体运动系统缺乏外部力量刺激而导致骨质疏松和肌肉萎缩。为了解决该问题，在空间站设置有针对性的训练器材，包括训练下肢的特制跑步机和自行车训练器，训练上肢的拉力器和弹力器等等，以刺激肌肉和骨骼，避免肌肉萎缩和骨流失。但这种方法似乎效果不是很好，经过训练的宇航员回到地面后，大多仍然行走困难或站立不稳。

申请人并未从事太空运动训练器材方面的研究，也不是这领域的技术人员，但之前在分析大脑运动神经中枢对机体运动的控制机制，(可参考2015101775882和2018107602170等中国专利申请的说明书所附的资料)，分析到运动神经中枢包括基底神经环路和小脑对人体行走和静止状态下如何对肌肉进行细节控制，这些控制信息形成后可以被整合和记忆，而已经形成的记忆也可以被新的控制信息所覆盖或取代，所以偶然意识到宇航员回到地面时行走困难和站立不稳的现象，除了骨质疏松和肌肉萎缩之外，还有一个重要的原因，就是运动神经中枢尤其是小脑神经环路中，原有在地面上行走和站立时用于协调机体平衡的运动控制信息的记忆被丢失或被其他新的控制信息所覆盖。

人在地面上静止站立时，由于重力和人体只有两下肢的原因，实际上肌肉并非处在静止不动的稳定状态，由于躯体和四肢都存在各种细微的动作变化，身体的重心总是不稳定的，不时存在向某个方向的摇摆倾斜。这时运动神经中枢会在不知不觉中不断调动两下肢的肌肉和部分躯体核心肌群，在动态控制中协调维持平衡以实现静止站立。这种不是由机械结构固定，而是由活动的肌肉不停进行收缩和伸展动作来动态实现身体平衡的控制过程实际上是很复杂的，只是由于我们是从婴幼儿学站立学走路而慢慢形成，其复杂的控制信息已经记忆在我们的运动神经中枢，(平衡控制涉及来自视觉、前庭、肌梭等多种感觉传入和肌肉控制输出，平衡控制信息主要记忆在小脑)，所以平时我们都是无需注意和主动控制，在不知觉中完美实现这些控制。

而当宇航员在失重的环境下生活，由于不需要在重力下行走和站立，这些之前形成的运动控制和平衡控制完全不需要，所以记录在小脑等运动神经中枢上的控制肌肉协调动作的运动记忆长时间没有得到使用，会弱化甚至出现丢失。但这还不是主要的，更主要的是，宇航员在太空也不断进行机体运动，进行各种工作和活动，即使只是踢踢腿和伸伸腰，其双下肢和躯体核心肌群也在不停被调用，但这时来自视觉、前庭、肌梭的感觉传入和对各条肌肉的控制输出之间建立的整合和反射关系，跟原有在地面环境下是完全不同的，可以说是混乱的，而运动神经中枢大多是在无意识状态下工作的，它不会认识到这时的运动控制是混乱的不合理的，(其实在失重环境下它是合理的)，所以它照样通过神经可塑性(突触可塑性和突触重构)将当前的各种肌肉运动的控制信息储存起来，甚至跟原有地面的运动信息记忆有矛盾时，它会将新的运动控制信息覆盖取代原有的运动控制信息。于是一定时间后，运动神经中枢所记忆的便成为适合于失重环境下而不适合地面环境的运动控制信息，当宇航员回到地面时，其运动神经中枢中所记忆的运动控制信息便不适合地面重力环境，无法协调控制肌肉来完成行走和站立，出现行走困难和站立不稳的情况。

一个可参考的例子：我们在某些健身器械比如在室外健身常见的漫步机上进行摇摆运动，十几分钟后下到地面，已经会产生站立不稳和行走不平衡的感觉，这是因为在器材上持续摇摆时，从感觉到运动输出的控制信息已经在运动神经中枢产生适应性改变，也即产生新记忆，下到地面时反而会不适应。当然这种记忆属于短时记忆，形成时间短，失去也快，所以我们能够在很短时间内恢复正常。而宇航员在失重环境下生活时间较长，这种新的运动记忆会成为更牢固的长时记忆，回到地面便需要更长时间训练来重新恢复。

所以，宇航员回到地面后无法正常行走和站立不稳，有肌肉萎缩和骨质疏松的原因，但还有个重要原因，是宇航员的运动神经中枢失去或部分失去协调控制各条肌肉来实现行走和静止站立的能力，无法很好控制机体平衡，他们需要像幼儿一样通过训练，在运动神经中枢重新建立这些运动控制的记忆。(由于具有基础和理解能力高，其恢复会快得多)。

现有研究忽视了这方面的原因，所以也没有考虑采用针对性的技术来解决这一问题，而申请人针对上述研究分析，提出进行肌肉训练和运动神经训练的相关技术。

发明内容 本发明目的是公开这样一种肌肉训练装置，它能够供宇航员在失重情况下长时间的更方便的训练下肢肌肉，进一步，它还能够在失重环境下模拟有重力的站立且受力不稳定的状态，用于训练运动神经中枢对肌肉进行协调控制和维持平衡的能力。

本发明的肌肉训练装置包括平台和重力模拟装置；平台可以是独立的基板，或者是太空舱中的某个固定面；重力模拟装置用于连接使用者身体并产生将身体拉向平台的拉力。

重力模拟装置包括有腰部固定装置和至少两条的拉力带；腰部固定装置安装在使用者的腰部，(可采用锁扣装置以更方便的安装)；各条拉力带的一端分开连接在腰部固定装置上，另一端安装固定在平台上；拉力带上设置(连接)有弹性装置，弹性装置受到拉伸时能够产生弹力，用于通过弹力产生将腰部固定装置拉向平台的拉力。

拉力带上还设置有能够调整拉力大小的拉力调节装置，以适合不同使用者的需要。

重力模拟装置还可以带有肩部固定装置，肩部固定装置可以安装在使用者肩部(肩颈部)，肩部固定装置和腰部固定装置之间安装连接有第二弹性装置，使两者之间产生相互拉近的拉力，从而产生将肩部拉向腰部的力，以训练躯体核心肌群的部分肌肉。

使用时将腰部固定装置安装在使用者腰部上，(肩部固定装置穿戴安装在肩颈部上)，拉力带另一端安装固定在平台上，使用者用脚踩在平台上直立，克服弹性装置的弹力而使自己形成站立的状态。拉力带的弹性装置通过腰部固定装置产生将使用者拉向平台的拉力，从而产生了使用者身体相对平台的作用力(模拟重力)，由于宇航员需要使用下肢蹬向平台来克服这一作用力以维持站立姿势，所以能够在静止中训练下肢的肌肉。相对其他面向宇航员的训练器材，本发明在静止状态下进行训练，能够长时间进行训练，也能够在进行其他工作时同时使用，所以使用更方便更有效。

但上述技术只能对使用者的下肢肌肉进行受力训练，类似于在地面上静止的双脚用力蹬墙，由于不存在重心不稳定容易失衡的状态，所以跟其他运动训练器械一样只是训练肌肉而无法训练大脑运动神经中枢实现稳定站立的协调控制能力。而实际上，人在地面静止站立时，并非只需下肢肌肉静止用力，而是需要运动神经中枢(在无意识中)不断调动两下肢的肌肉和部分躯体核心肌群，在动态的协调控制中维持平衡才能够实现稳定的静止站立。因此，本发明公开另一种能够同时训练肌肉和运动神经的训练装置。

本发明的可同时训练肌肉和运动神经的装置，包括平台和重力模拟装置；平台可以是独立的基板，也可以是太空舱的某个固定面；其特征在于：重力模拟装置包括有腰部固定装置、至少三条的拉力带；腰部固定装置用于安装在使用者的腰部；各条拉力带的一端分开连接在腰部固定装置上，(各条拉力带的连接点均匀相隔一定距离，使连接位置均匀分布)，另一端各自连接到一台牵拉装置上，每条拉力带上还设置(连接)有弹性装置，弹性装置受到拉伸时能够产生拉力，用于通过弹力产生将腰部固定装置拉向平台的拉力；牵拉装置安装固定在平台上，能够间隔性的对拉力带产生牵拉动作，且所有的牵拉装置不会同时产生牵拉动作。

至少三条的拉力带才能够产生向各个方向的牵拉动作，而最合适的是四条拉力带，连接到四台牵拉装置上，牵拉装置分别设置安装在使用者前后左右四个方向的平台上。

牵拉动作产生的牵拉距离在牵拉装置上设定，一般2厘米到10厘米比较合适，该距离不会将使用者拉离站立位置，而只是在牵拉方向产生一个短时间拉力并叠加到拉力带上。

各台牵拉装置所产生的牵拉动作的时序控制，可以是某一时刻只有一台牵拉装置在产生牵拉动作，也可以在某一时刻相邻的两台牵拉装置同时产生牵拉动作，以合成产生出中间方向的牵拉动作。但就不能所有的牵拉装置都同时产生牵拉动作。

使用时，同样将腰部固定装置安装在使用者腰部上，(可采用锁扣装置以更方便安装)；调整合适的拉力带长度后，使用者用脚踩在平台上直立，克服弹性装置的弹力而使自己形成站立状态。当所有牵拉装置都不产生牵拉动作时，由于各条拉力带都连接有弹性装置，所以施加在腰部固定装置的拉力是平衡的稳定的，只对使用者模拟出静止的重力，这时仍然只是训练使用者的下肢肌肉。当牵拉装置开始工作时，由于牵拉装置对拉力带产生间隔性的牵拉动作，牵拉动作会产生一个额外拉力并叠加在拉力带上。而由于各台牵拉装置的牵拉动作不同步，所以在各个方向的拉力是不平衡的，从而间隔性的对站立的使用者产生不平衡的作用力，使其身体摇晃。使用者为了保持站立状态，便需要不断调整自己以维持平衡和稳定，所以，本装置能够在失重环境下模拟人体处在有重力下站立且存在不稳定受力的状态，不断迫使使用者的运动神经中枢调动下肢肌肉和部分躯体核心肌群来维持平衡，从而训练运动神经中枢在站立时对下肢肌肉和躯体核心肌群的协调控制能力，有利于保持宇航员的运动功能，使宇航员在回到地球地面时能够更快恢复稳定站立的能力。

重力模拟装置也同样可以带有肩部固定装置，肩部固定装置安装在使用者肩部(肩颈部)，肩部固定装置和腰部固定装置之间安装连接有第二弹性装置，使两者之间产生相互拉近的拉力，从而产生将肩部拉向腰部的力，以同时训练躯体核心肌群的部分肌肉。

拉力带上同样可设置用于调整拉力大小的拉力调节装置，以适合不同使用者的需要。

牵拉装置一般通过电磁机构带动机械结构来产生牵拉动作。一种方案，所述牵拉装置主要由电机和转盘构成，转盘连接电机的转轴，拉力带连接在转盘上。电机通电正向转动带动转盘转动，转盘转动牵动拉力带产生牵拉动作，完成牵拉动作后电机反向转动带动转盘反向转动，释放拉力带产生放松动作。优点是牵拉动作缓慢平稳，缺点是耗电大。

另一种方案，所述的牵拉装置主要由一个电磁吸引装置构成，电磁吸引装置包括有电磁线圈和动块，拉力带连接到动块上。电磁线圈通电时产生磁场吸引动块运动，牵动拉力带产生牵拉动作，断电时释放拉力带产生放松动作。优点是体积小耗电小，缺点是牵拉动作是脉冲式的，不够平稳。

进一步，为了增加训练难度，还可以在平台上设置有供使用者踩踏站立的脚踏板，脚踏板与平台之间安装连接有活动连接器。

所述的活动连接器用于将脚踏板通过可活动的方式安装连接到平台上，在脚踏板的垂直方向受到均匀压力时能够承受外力作用并保持状态稳定，在脚踏板的垂直方向持续受到不均匀压力时则会破坏稳定状态，使脚踏板出现偏转(倾斜)。

活动连接器可以采用一个或多个弹簧，(压缩弹簧)，弹簧的直径小于脚踏板的宽度，弹簧一端固定连接脚踏板，另一端固定安装在平台上；或者活动连接器采用一个活动关节结构，活动关节结构主要由两个圆弧状的接触面(内弧面和外弧面)通过可移动的互相接触构成，活动关节结构一端固定连接脚踏板，另一端固定安装在平台上。如果往弹簧或活动关节结构的垂直方向均匀施加压力，弹簧或活动关节结构能够在正面承受很大压力并保持稳定，而如果所施加的压力不均匀，则弹簧或活动关节会发生偏转倾斜。

脚踏板和活动连接器的作用是供使用者站立在不稳定的容易发生偏转倾斜的脚踏板上面，所以使用者站立时维持平衡和保持稳定的难度更高，对运动神经中枢协调控制下肢肌肉和躯体核心肌群的能力具有更强的训练效果。

所述的活动连接器还带有报警装置，在检测到活动连接器出现大于设定角度的偏转倾斜时，输出报警信号。作用是当站立不稳超过一定程度时提醒使用者注意。

附图说明 图1是肌肉训练装置的结构示意图。图2是带有肩部固定装置的肌肉训练装置的结构示意图。图3是腰部固定装置与三条拉力带的连接示意图。图4是可同时训练运动神经的训练装置的结构示意图。图5是牵拉装置采用电机时的结构示意图。图6是牵拉装置采用电磁吸引装置时的结构示意图。图7是在平台上设置有脚踏板的示意图。图8是脚踏板通过弹簧连接到平台上的结构示意图。图9是脚踏板通过活动关节结构连接到平台上的结构示意图。图10是脚踏板安装有复位弹簧的示意图。

具体实施方式 以下根据附图，详细说明本发明的实施细节。

图1是肌肉训练装置的结构示意图，(侧视)。肌肉训练装置包括平台1和一个重力模拟装置2；平台1可以是独立的基板，也可以是太空舱中的某个固定面，因为在太空舱没有重力，上下左右的舱面都一样可作为固定面。重力模拟装置2用于连接使用者的身体(躯体，腰部以上的身体)并产生将身体拉向平台的拉力。

重力模拟装置2包括有腰部固定装置3和至少两条的拉力带4；腰部固定装置3类似于腰带，可采用一条具有一定宽度和强度的硬质塑胶带并在塑胶带上包扎柔性材料构成，既具有足够结构强度又能够与腰部进行紧密又柔软的接触，腰部固定装置3带有锁扣装置7，锁扣装置类似于腰带扣，通过打开和扣上锁扣装置7可将腰部固定装置3环绕安装在使用者的腰部位置(髋部上端)。拉力带4也可称为拉力绳，可采用具有足够拉伸强度的软绳比如尼龙绳，一端分开相隔一定距离(使连接位置均匀分布)连接在腰部固定装置3上，另一端安装固定到平台1上。拉力带4上设置(连接)有弹性装置5，弹性装置5可以使用拉簧或其他具有弹力的材料比如橡皮筋制成，受到拉伸时能够产生弹力。弹性装置5通过弹力产生将腰部固定装置3拉向平台1的拉力。拉力带至少是两条，连接到使用者腰部左右两侧的腰部固定装置上，或者是三条，呈等边三角形连接到腰部固定装置上，如图3，(俯视图)，或者是更多条，使腰部固定装置受力更均匀。当腰部固定装置3环绕安装在使用者腰部时，合适长度的拉力带4能够通过腰部固定装置将使用者身体拉向平台，从而模拟出身体相对平台的重力。拉力带4上还可设置有能够调整拉力大小的拉力调节装置6，以适合不同使用者的需要。比较合适的拉力大小，大概是接近或略小于使用者在地面上的体重。拉力调节装置6一般是通过调节拉力带的长度、或弹性装置的弹簧长度来调节拉力的大小，属于机械领域常见技术，不做详细描述。

使用时，将腰部固定装置3通过锁扣装置7环绕安装在使用者腰部上，拉力带4另一端固定在平台上，使用者直立用下肢蹬着平台，克服弹性装置的弹力而使自己形成站立的状态。拉力带4的弹性装置5通过腰部固定装置3产生将使用者身体拉向平台1的拉力，从而产生了使用者身体相对平台上的作用力(模拟出重力)，由于宇航员需要使用下肢蹬向平台来克服这一作用力以维持正常姿势，所以能够在静止中训练下肢的肌肉。

重力模拟装置还可以带有肩部固定装置，如图2，肩部固定装置8同样可以采用具有一定宽度和强度的硬质塑胶带并在塑胶带上包扎柔性材料构成，既具有足够结构强度又能够与腰部进行紧密又柔软的接触，肩部固定装置可以是圆环状，无需锁扣装置，直接套过(穿过)头部安装在使用者肩部(肩颈部)上。肩部固定装置8和腰部固定装置3之间安装连接有至少两个的第二弹性装置9，(安装在两侧)，使两者之间产生相互拉近的拉力，从而产生将肩部拉向腰部的力，在训练下肢肌肉的同时训练躯体核心肌群的部分肌肉。

本发明的可同时训练肌肉和运动神经的装置，跟图1的肌肉训练装置一样包括平台和重力模拟装置；平台1可以是独立的基板，也可以是太空舱的某个固定面；重力模拟装置用于连接使用者身体并能够产生将身体拉向平台的拉力。重力模拟装置包括有腰部固定装置3、至少三条的拉力带4；腰部固定装置3安装在使用者的腰部；各条拉力带的一端分开相隔一定距离(使连接位置均匀分布)连接在腰部固定装置上，每条拉力带上设置(连接)有弹性装置5，弹性装置5受到拉伸时能够产生拉力，用于通过弹力产生将腰部固定装置3拉向平台1的拉力。拉力带4上同样还可设置用于调整拉力大小的拉力调节装置6。

但跟图1不一样的是，拉力带4的另一端不是固定连接到平台1上，而是各自连接到一台牵拉装置8上，如图4，(俯视图，图4是四条拉力带连接到四台牵拉装置上)。牵拉装置8安装固定在平台1上，能够间隔性产生对拉力带4的牵拉动作，且所有的牵拉装置不会同时产生牵拉动作。

虽然最少三条拉力带4便能够产生向各个方向的牵拉动作，但最合适的是四条拉力带，连接到四台牵拉装置上，然后四台牵拉装置分别设置安装在使用者前后左右四个方向的平台上，如图4。当然更多条的拉力带也可以，只是安装过于复杂。

所述间隔性的牵拉动作，间隔周期大概在1秒到10几秒，比较合适的是1秒至几秒钟，便由某一个方向的牵拉装置产生一次牵拉动作。牵拉动作所产生的牵拉距离可以在牵拉装置上设置，一般是2厘米到6厘米比较合适，最大可大约10厘米，所以不会将使用者拉离站立位置，而只是在牵拉方向产生一个短时间的额外拉力并叠加到拉力带上。

各台牵拉装置所产生的牵拉动作的时序控制，可以是某一时刻只有一台牵拉装置在产生牵拉动作，也可以在某一时刻相邻的两台牵拉装置同时产生牵拉动作，(以合成产生出中间方向的牵拉动作)。但就不能所有的牵拉装置都同时产生牵拉动作，因为同时产生牵拉动作所产生的拉力是均匀的，而本发明需要的是不均匀的拉力。而且，当使用四台或更多的牵拉装置时，其中一个方向的牵拉装置产生牵拉动作，则方向相反(相对)的牵拉装置需要处于松开状态或者没有产生牵拉动作，也即牵拉方向相反(相对)的两台牵拉装置不能同时产生牵拉动作，否则会相互抵消。

该装置在使用时，同样将腰部固定装置安装在使用者腰部上，调整合适的拉力带的长度后，使用者用下肢蹬着平台直立，克服弹性装置的弹力而使自己形成站立状态。当所有牵拉装置都不产生牵拉动作时，由于各条拉力带都连接有弹性装置，所以施加在腰部固定装置的拉力是平衡的稳定的，只对使用者模拟出静止的重力，这时仍然只是训练使用者的下肢肌肉。而当牵拉装置开始工作时，由于牵拉装置对拉力带产生间隔性的牵拉动作，牵拉动作会产生一个额外的拉力并叠加在拉力带上。而由于各台牵拉装置的牵拉动作不同步，所以在各个方向的拉力是不平衡的，从而间隔性的对站立的使用者产生不平衡的作用力，使使用者身体摇晃。使用者为了保持站立状态，便需要不断调整自己以维持平衡和稳定，所以，本发明能够在失重环境下模拟人体处在有重力下站立且存在不稳定受力的状态，不断迫使使用者的运动神经中枢调动下肢肌肉和部分躯体核心肌群来维持平衡，从而训练运动神经中枢在站立时对下肢肌肉和躯体核心肌群的协调控制能力，有利于保持宇航员的运动功能，使宇航员在回到地球地面时能够更快恢复稳定站立的能力。

重力模拟装置同样可以带有图2的肩部固定装置，肩部固定装置安装在使用者肩部(肩颈部)，肩部固定装置和腰部固定装置之间安装连接有第二弹性装置，使两者之间产生相互拉近的拉力，从而产生将肩部拉向腰部的力，以同时训练躯体核心肌群的部分肌肉。

牵拉装置一般通过电磁机构带动机械结构来产生牵拉动作。一种方案如图5，牵拉装置主要由电机9和转盘10构成，转盘连接电机的轴，拉力带4固定连接在转盘上。通电时电机9的轴正向转动带动转盘10转动，牵动拉力带4产生牵拉动作，完成牵拉动作后电机反向转动带动转盘反向转动，释放拉力带4产生放松动作。电机可采用步进电机、伺服电机或普通电机加装减速机构组成。该方案的优点是牵拉动作缓慢平稳，缺点是耗电大。

另一种方案如图6，牵拉装置主要由一个电磁吸引装置11构成，电磁吸引装置11包括有电磁线圈12和动块13；动块13相当于衔铁，由软磁性材料制成；拉力带4通过拉钩15连接到动块13上。电磁线圈12通电时产生磁场吸引动块13，动块13克服弹簧14的弹力进入电磁线圈12的内腔，于是牵动拉力带4产生牵拉动作。断电时电磁线圈12失去磁场，动块13在弹簧14的作用下复位，释放拉力带4产生放松动作。优点是体积小耗电小，缺点是牵拉动作是脉冲式的，不够平稳。

进一步，为了增加训练强度，还可以在平台1上设置有供使用者踩踏站立的脚踏板16，脚踏板16与平台1之间安装连接有活动连接器17，如图7。(为了附图简明清晰，图7只画出左右两条拉力带和弹性装置，实际是需要至少三条)。

脚踏板16为一片形状接近或略大于脚掌的平板，可供使用者脚掌踩踏在上面。活动连接器17用于将脚踏板16以可活动的方式连接安装到平台1上，其特点是当脚踏板16向平台的垂直方向受到均匀压力时它能够承受外力作用并保持状态稳定，而当脚踏板16向平台的垂直方向持续受到不均匀的压力时则会破坏稳定状态，出现偏转(倾斜)。

活动连接器17可以采用弹簧装置，如图8，采用一个弹簧18，也即一个压缩弹簧，弹簧18的直径小于脚踏板的宽度，大约可以等于脚踏板宽度的1/3到2/3，弹簧18一端固定连接脚踏板16，另一端固定安装在平台1上。如果使用者脚掌垂直踩踏在脚踏板16上且能够保持平衡，则脚踏板16垂直往弹簧18的轴向均匀施加压力，弹簧18能够在轴向正面承受很大压力并保持稳定，而如果脚掌踩踏在脚踏板16上不平衡，则脚踏板16施加到弹簧18的压力不均匀，弹簧18便容易往四周的某个方向发生偏转倾斜。弹簧装置也可以采用多个较小的压缩弹簧并列连接脚踏板，一样可以工作。

活动连接器17也可以是一个活动关节结构19，如图9。活动关节结构19包括一上一下两个相接触的半关节结构，如图9中的上半关节结构20和下半关节结构21，两个半关节结构依靠两个圆弧状的接触面、也即一个内弧面和一个外弧面互相接触，外弧面可在内弧面上向各个方向进行相对移动，(实质也是一定角度的转动)，两个半关节结构的另外两端，一端固定连接脚踏板16，一端固定安装在平台1上。如果使用者脚掌垂直踩踏在脚踏板16上且能够保持平衡，则脚踏板16垂直往活动关节结构19的轴向均匀施加压力，活动关节结构19能够在正面承受很大压力并保持稳定，而如果脚掌踩踏在脚踏板16上不平衡，则脚踏板16施加到活动关节结构19的压力不均匀，活动关节结构19的两个半关节结构便会往某个方向发生相对的偏转倾斜。为了使脚踏板16平时处在平面状态，还可以在脚踏板16四周安装4条小的复位弹簧(拉簧)22，如图10，每条复位弹簧22一端连接到脚踏板16的一个边上，另一端安装固定在平台1上，对脚踏板四周产生小的均匀拉力，使脚踏板平时处在平面状态，并且在被踩偏后，当脚掌离开时能够自行恢复平面状态。

所述的活动连接器17还可带有报警装置，在检测到活动连接器17出现大于设定角度的偏转时，输出报警信号提醒使用者注意。这可以采用行程开关或光电检测来实现。

Claims (10)

1.一种在失重环境下训练肌肉的装置，包括平台和重力模拟装置；重力模拟装置用于连接使用者身体并产生将身体拉向平台的拉力；其特征在于：重力模拟装置包括有腰部固定装置和至少两条的拉力带；腰部固定装置安装在使用者的腰部；各条拉力带的一端分开连接在腰部固定装置上，另一端安装固定在平台上；拉力带上设置(连接)有弹性装置，弹性装置用于通过弹力产生将腰部固定装置拉向平台的拉力。

2.根据权利要求1所述的在失重环境下训练肌肉的装置，其特征在于：重力模拟装置还带有肩部固定装置，肩部固定装置安装在使用者肩部，肩部固定装置和腰部固定装置之间安装连接有第二弹性装置，使两者之间产生相互拉近的拉力。所述拉力带上还设置有能够调整拉力大小的拉力调节装置。

3.一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，包括平台和重力模拟装置；其特征在于：重力模拟装置包括有腰部固定装置、至少三条的拉力带；腰部固定装置安装在使用者的腰部；各条拉力带的一端分开连接在腰部固定装置上，另一端各自连接到一台牵拉装置上；拉力带上还设置(连接)有弹性装置，弹性装置用于通过弹力产生将腰部固定装置拉向平台的拉力；牵拉装置安装固定在平台上，能够间隔性对拉力带产生牵拉动作，且所有的牵拉装置不会同时产生牵拉动作。

4.根据权利要求3所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：所述拉力带有四条，分别连接到四台牵拉装置上，牵拉装置分别设置安装在使用者的前后左右四个方向的平台上。

5.根据权利要求3所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：牵拉装置通过电磁机构来产生牵拉动作。所述的牵拉装置主要由电机和转盘构成，转盘连接电机的转轴，拉力带连接在转盘上；或者所述的牵拉装置主要由一个电磁吸引装置构成，电磁吸引装置包括有电磁线圈和动块，拉力带连接到动块上。

6.根据权利要求3所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：在平台上设置有供使用者踩踏站立的脚踏板，脚踏板与平台之间安装连接有活动连接器。

7.根据权利要求6所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：活动连接器用于将脚踏板通过可活动的方式连接到平台上，在脚踏板的垂直方向受到均匀压力时能够保持状态稳定，在脚踏板的垂直方向持续受到不均匀压力时会破坏稳定状态，使脚踏板出现偏转。

8.根据权利要求6所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：所述的活动连接器采用弹簧，弹簧一端固定连接脚踏板，另一端固定安装在平台上；或者活动连接器采用活动关节结构，活动关节结构主要由两个圆弧状的接触面通过可移动的互相接触构成，活动关节结构一端固定连接脚踏板，另一端固定安装在平台上。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：活动连接器还带有报警装置，在检测到活动连接器出现大于设定角度的倾斜时，输出报警信号。

10.根据权利要求3至8之一所述的一种可同时训练肌肉和运动神经的装置，其特征在于：重力模拟装置还带有肩部固定装置，肩部固定装置安装在使用者肩部，肩部固定装置和腰部固定装置之间安装连接有第二弹性装置，使两者之间产生相互拉近的拉力。所述拉力带上还设置有能够调整拉力大小的拉力调节装置。

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