CN1212109C - 健身复健阻助力控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种具有复健功效的健身复健阻助力控制系统；主要包含一具有手部或腿部复健功能的复健器材，该复健器材具有一可以手推动或以脚踩动的转轮，转轮轮轴受一马达驱动，该马达可以控制转轮产生不同程度的阻力及不同程度的电助力，其阻力程度是模拟不同路况的摩擦力程度而设计；一马达输出力控制装置，是用以汇整阻力调整控制装置所设定的阻力值，及患者在复健器材的转轮离地悬空时，推动或踩动转轮的推力，在经过标准马达的物理特性分析后，控制马达的补偿，进而控制马达的输出力，达到循序渐进方式的手部或腿部复健的优点及功效。
Description
技术领域
本发明是关于一种具手部及腿部复健功能的健身复健阻助力控制系统，尤指一种患者坐在轮子离地的手推式轮椅或踩踏式健身车上，以手推动转轮或以脚踩踏踏板，应用本发明的控制系统可模拟不同路况的摩擦阻力，设计与规划多段不同程度的复健计划，协助病患的手部或腿部循序渐进的复健，并在逐一回复的过程中渐渐减小马达对转轮及踏板的电助力，令患者最终可以不需要马达电助力的协助，完成自己推动或踩动复健椅转轮的目标，以达成复健的效果。
背景技术
传统轮椅概可分为手推式轮椅及电动轮椅两种，其中手推式轮椅通常不具任何动力来源，因此若是患者的手部受到伤害(如手部痉挛、烧烫伤或运动伤害等)便无法出力，亦无法自主的推动轮椅，如此一来，便只能靠他人的推动方能令轮椅位移；而最近慢慢开始流行的电动轮椅，其主要是在轮椅上设置马达作为驱动轮，以提供轮椅完全的动力来源，患者坐在轮椅上，只需以摇杆控制便可轻易驱动轮椅进退及转向，对于患者来说，轮椅的位移完全不需费力且极为方便。
另外，传统的健身车乃是采用发电机作为阻力来源，采用各式的煞车技巧作为阻力感的来源，并借由功率控制的方式达成不同的煞车阻力感，并无法提供电助动力，同时亦无法自主的模拟不同路况的摩擦力程度。
同时，站在复健角度来观察前述两种轮椅及健身车的设计时，不难发现，其实上述两种轮椅的构造对于患者受伤的手部完全无任何复健的助益及功效，而习知的健身车则无模拟不同路况的功能。
发明内容
有鉴于此，本发明人构思针对传统轮椅及健身车加以改良，设计解决前述的缺失及问题，同时仍保有传统轮椅与电动轮椅所具有的功效；同理，健身车采用本技术以马达为阻力感的产生来源，借由本控制方法实现不同的阻力感产生来源，可以同时提供助动力协助具腿部伤患复健，同时仍可以规划不同程度的阻力来源，以具有传统健身车所未见的模拟不同路况的功能。
本发明的目的是为了提供一种健身、复健阻助力控制系统，可模拟由小到大不同路况的摩擦阻力，借由设计与规划多段不同程度的复健计划，协助病患循序渐进的复健，并在逐一回复的过程中渐渐减小电助力，令患者最终可以不需要电助力的协助，完成自己推动复健椅转轮或自己踩动健身车的目标，以达成复健的成效。
为达到以上目的，本发明人特别设计一种健身复健阻助力控制系统；主要包含一具有手部或腿部复健功能的复健器材，该复健器材设有一可以用手推动或以脚踩动的转轮，转轮的轮轴受一马达驱动，令该马达可以对转轮产生不同程度的电助力；一阻力调整控制装置，是可自主规划复健器材的转轮所产生的阻力，且其阻力程度可模拟不同路况的摩擦力程度而设计，且阻力程度的摩擦系数是由小到大排列；一马达输出力控制装置，是用以汇整阻力调整控制装置所设定的阻力值，及患者在复健器材的转轮离地悬空时，推动或踩动转轮的推力，在经过标准马达的物理特性分析后，控制马达的补偿，进而控制马达的输出力；借此，复健器材的转轮离开地面，当患者双手推动或是双脚踩动事先设定阻力的转轮并且施力时，马达输出力控制装置将自动侦测设定阻力及手推或脚踩力量的大小，并控制马达提供适当程度的电助力，使得患者的推力加上马达的输出力可以克服转轮的阻力，以达到推动转轮的目的，且随着阻力调整控制装置的调整使阻力逐渐增强，患者的手部或腿部力量亦随之增强，则患者最终将可以不需电助力的协助而自行推动或踩动转轮，达到循序渐进方式的手部或腿部复健的优点及功效。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的俯视示意图；
图2是第一图所应用的控制原理方块图；
图3是本发明第二种实施例的立体外观示意图；
图4是图3所应用的控制原理方块图；
图5是本发明第三种实施例的立体外观示意图。
图号说明
1-复健轮椅 11-转轮
111-轮轴 2-马达
3-阻力调整控制装置 4-马达输出力控制方块图
41-物理特性分析 5-健身车
51-踩踏装置 52-健身车扶手
6-马达输出力控制方块图 61-物理特性分析
7-虚拟实境健身车 71-网络连线及视讯对谈装置
72-娱乐用视讯投影装置
Tmotor-马达的电助力 Thuman-患者的推力
Tfriction-欲模拟的摩擦力 Jm-马达本体的惯量
α-角加速度 Bm-马达本体的黏滞摩擦系数
Jc-由控制器所提供的虚拟惯量
ω-角速度
Bc-由控制器所提供的黏滞摩擦系数
具体实施方式
首先请参阅图1所示，本发明的第一种实施例是应用在一般轮椅上，主要包含一具有手部复健功能的复健轮椅1，该复健轮椅1的转轮11轮轴111是被一马达2所驱动；具一阻力调整控制装置3，是用以提供转轮11阻力，阻力大小可经调整设定，阻力程度可模拟不同路况的摩擦力程度而设计，且阻力程度的摩擦系数是由小到大排列；又，该阻力调整控制装置3(可设计成排档结构或旋钮结构)可设置于复健轮椅1扶手附近的容易操作位置上；一马达输出力控制装置4(如图2所示)，是用以汇整阻力调整控制装置3的阻力值，及复健轮椅1转轮11离地时患者推动转轮11的推力后，经标准马达的物理特性分析41后，控制马达的补偿，进而控制马达2的输出力。
借以上设置，当患者欲进行手部复健工作时，只需架高复健轮椅1，令复健轮椅1的转轮11离开地面，当患者刚开始接受复健治疗时，其手部自然是呈现较为无力的状态，故可以先操作阻力调整控制装置3，将马达2提供给转轮11的阻力调整至最低段数(即阻力最小的状态)，再令患者的双手握住事先已经具有阻力的转轮11上，当患者开始施力尝试推动转轮11时，通常会有手部力气小于转轮11的阻力而无法推动转轮11的现象产生，此时马达输出力控制装置4将自动侦测阻力调整控制装置3设定的阻力值，及患者双手推动转纶11力量的大小，同时经过如图2所示标准马达的物理特性分析41后，便可计算出马达2必须输出至转轮11上的补偿电助力大小，关于该股电助力力量大小的计算方式为：
Tmotor＝Jcα
Thuman+Tmotor-Tfriction＝Jmα+Bmω
(Thuman-Tfriction)＝(Jc+Jm)α+(Bm)ω
借由图2的控制原理及前述公式的计算，即可计算并控制马达2提供适当程度的电助力，如此一来，患者手部的推力再加上马达2提供的电助力将可以克服转轮11的摩擦阻力，并可以顺利推动转轮11转动，以达到推动转轮11的目的，等到患者的手部力量略为恢复时，电助力亦将随之逐渐降低，最后患者便可在无须借助马达2电助力的情形下自行推动转轮11，而此时该阻力调整控制装置3亦可以进入下一个阻力更强的复健阶段；再者，当患者的手部力量随着复健次数增加而增强，并准备进入下一个复健阶段时，可以先将阻力调整控制装置3的段数逐渐调高(即逐渐增强转轮11的摩擦阻力)，如此一来，便可使转轮11的摩擦阻力逐渐增强，且患者的手部力量亦会随之增强，则患者最终将可以在不需马达2电助力的协助下自行推动轮椅1位移，以达到循序渐进的手部复健的优点及功效。
关于本发明的第三种实施例则是应用在健身车5上，请参阅图3所示，同样在健身车5上设置一可驱动健身车5踩踏装置51的马达2(马达2是设置于健身车5内部，故未予示出)；复健车5上亦设有用以提供踩踏装置51阻力的阻力调整控制装置3，其阻力程度可模拟不同路况的摩擦力程度而设计，且阻力程度的摩擦系数是由小到大排列；又，该阻力调整控制装置3可设置于健身车扶手52附近的容易操作位置上；一马达输出力控制装置6(如图4所示)，是用以汇整阻力调整控制装置3的阻力值，及患者踩动健身车的踩踏力后，经标准马达的物理特性分析61后，控制马达的补偿，进而控制马达2的输出力；关于第二种实施例的马达输出力控制装置6部分用以计算马达2电助力的计算公式，则如以下所示：
Tmotor＝Jcα+Bcω
Thuman+Tmotor-Tfriction＝Jmα+Bcω
(Thuman-Tfriction)＝(Jc+Jm)α+(Bm+Bc)ω
借由第二种实施例的设计，患者利用健身车进行腿部复健前，可先将阻力调整控制装置3的设定值调至最低，再循前述第一种实施例的方式操作、使用，即可达到腿部复健的目的。
接下来请参阅图5所示，本发明的第三种实施例是应用于虚拟实境健身车7的阻力控制，该虚拟实境健身车7是可与网络连线及视点对谈装置71及娱乐用视点投影装置72相结合，虚拟实境健身车7所应用的控制原理则与图4所示的控制原理方块图相同，分析亦同，目的是为应用本发明的控制方法达成与虚拟实境互动时，实现虚拟实境健身车7的力回馈阻力，与采用马达实现虚拟实境健身车7的阻力控制，以期与发电机5踩煞车产生阻力的方法作一区别。
综上所述，本发明的健身复健阻助力控制系统所揭露的技术手段确能有效解决现有轮椅不具复健功效的问题，并提供健身车一种异于现有的阻力控制系统，同时达到健身车与虚拟实境与网络结合的娱乐效果。
Claims (4)
1、一种健身复健阻助力控制系统，主要包含：一具有手部或腿部复健功能的复健器材，该复健器材设有一可以用手推动或以脚踩动的转轮，转轮的轮轴受一马达驱动，该马达可以对转轮产生不同程度的电助力；一阻力调整控制装置，是可对复健器材的转轮产生阻力，且其阻力程度可模拟不同路况的摩擦力程度而设计，且阻力程度的摩擦系数是由小到大排列；一马达输出力控制装置，是用以汇整阻力调整控制装置所设定的阻力值，及患者在复健器材的转轮离地悬空时，推动或踩动转轮的推力，在经过标准马达的物理特性分析后，控制马达的补偿，进而控制马达的输出力，使得患者的推力加上马达的输出力可以克服转轮的阻力。
2、根据权利要求1所述的一种健身复健阻助力控制系统，其特征在于：该复健器材可以是以手推动的轮椅或是以脚踩动的健身车。
3、根据权利要求1所述的一种健身复健阻助力控制系统，其特征在于：该马达的阻力程度的摩擦系数是由小到大排列。
4、根据权利要求2所述的一种健身复健阻助力控制系统，其特征在于：该健身车是可与网络连线或与虚拟实境相结合的虚拟实境健身车。
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| CN 02143393 CN1212109C (zh) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | 健身复健阻助力控制系统 |
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| CN1485019A CN1485019A (zh) | 2004-03-31 |
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| CN1485019A (zh) | 2004-03-31 |
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