DE102012016604A1

DE102012016604A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person

Info

Publication number: DE102012016604A1
Application number: DE201210016604
Authority: DE
Inventors: Sebastian Zareba; Andreas Heutz; Heinrich Ratjen
Original assignee: Asinco GmbH
Current assignee: Asinco De GmbH; Heutz Andreas De; Zareba Sebastian De
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person mit einer beweglichen Standfläche für mindestens einen Fuß der Person beschrieben, bei der die Standfläche translatorisch bewegbar und neigbar ist. Ferner wird ein Verfahren zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person beschrieben, bei dem mindestens ein Fuß der Person auf einer beweglichen Standfläche aufsteht, und die Standfläche translatorisch und rotatorisch bewegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person mit einer beweglichen Standfläche für mindestens einen Fuß einer Person. Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren kann zum Trainieren und/oder Testen des Gleichgewichts eines Menschen eingesetzt werden; in einem solchen Fall kann die Vorrichtung als „Balancetrainer” oder „Gleichgewichtstest- und/oder -trainingsvorrichtung” bezeichnet werden.
Insbesondere kann die Erfindung eine Gleichgewichtstest- und/oder -trainingsvorrichtung mit einer Standstruktur betreffen, die eine Standfläche für eine Person bereitstellt. Die Standfläche bietet Platz zum Aufstellen mindestens eines Fußes der Person. Zweck ist die Analyse und das Training des Balanceverhaltens von Menschen. Hierbei geht es darum, durch gezielte Bewegung der Standfläche und ggf. ergänzt durch visuelle Vorgaben ein optimal an die koordinativen Fähigkeiten der Person bzw. des Probanden angepasstes Training zu ermöglichen.
Gleichgewichtstest- und/oder -trainingsvorrichtungen werden zur Wiederherstellung der koordinativen Fähigkeiten nach Unfällen oder angeborenen Fehlern als rehabilitative Maßnahmen verwendet. Auch im Alter oder bei Personen, die längere Zeit keinen Sport getrieben haben, kann das Training des Gleichgewichts bzw. der Balance sinnvoll sein und verwendet werden. Die menschliche Balancefähigkeit wird mit zunehmendem Alter deutlich schlechter, was zu einem erhöhten Sturzrisiko führen kann. Deshalb sind Tests zur posturalen Stabilität insbesondere bei alten Menschen in der Therapie äußerst wichtig. Zur Motivation einer das Gleichgewicht trainierenden und/oder zu testenden Person oder eines Patienten und zur objektiven Analyse ist eine Bestimmung der Balancefähigkeit nützlich.
Vorrichtungen zu Gleichgewichtstrainingszwecken sind bekannt, die verschiedene Ausführungsformen aufweisen können. Es sind Vorrichtungen mit horizontal beweglichen Standstrukturen bekannt. Ferner sind Vorrichtungen mit neigbaren Standstrukturen vorgesehen.
Spricht eine horizontal instabile Standfläche eher das neurologische Gleichgewichtssystem an, trainiert die kippbare Standfläche besonders das Sprung- und Kniegelenk sowie das Hüftgelenk.
Beispielsweise sind Kraftmessplatten aus verschiedenen Bereichen bekannt. Mittels verschiedener Verfahren wird die auf die starr stehende Platte ausgeübte Kraft gemessen. Das Prinzip ist dem der elektronischen Personenwaage ähnlich. Es kann entweder der Gesamtschwerpunkt oder die Intensität einzelner Messpunkte ermittelt werden.
Aus DE 20 2005 002 086 U1 ist eine Trainingseinrichtung bekannt, welche durch eine Antriebsvorrichtung und eine Unwucht die Standstruktur in Vibration versetzt. Diese kann in ihrer Intensität und Frequenz durch ein geeignetes Verfahren variiert werden. Dabei entsteht die Vibration nur durch die Vibrationsvorrichtung und nicht durch eine etwaige Person die auf der Standstruktur steht.
Aus DE 195 07 927 C2 ist eine horizontal schwingfähige Standstruktur bekannt. Dabei ist die Standstruktur an Federn aufgehängt und ermöglicht so eine horizontale Auslenkung der Standfläche. Die Auslenkung wird dabei von einer darauf stehenden Person verursacht. Zusätzlich kann durch eine geeignete zusätzliche Vorrichtung die Standfläche manuell ausgelenkt werden.
Bei Vorrichtungen mit horizontal beweglicher Standfläche ist kein Verfahren zur Ermittlung der Bewegung oder der Analyse von Bewegungsmustern der Standfläche bekannt.
Aus der DE 101 34 577 B4 ist eine Gleichgewichtstrainingseinrichtung, die eine konvex gekrümmte Unterseite und eine Standfläche auf der Oberseite besitzt, bekannt. Dabei stellt sich eine Person symmetrisch oder asymmetrisch auf die Oberseite der Standstruktur und versucht so das Gleichgewicht herzustellen, da sich die Standstruktur durch die konvex gekrümmte Unterseite neigt, wenn die Gewichtskraft nicht mittig angreift. Zusätzlich kann die stetig konvex gekrümmte Unterseite ausgetauscht werden um den Schwierigkeitsgrad zu variieren. Dabei ist die Bewegung der Struktur durch eine weitere geeignete Vorrichtung zwangsgeführt. Dadurch muss eine auf der Standstruktur stehende Person versuchen, das vorgegebene Bewegungsprofil auszuführen. Die Bewegung der Standstruktur wird durch die darauf stehende Person ausgeführt und nicht durch eine etwaige Antriebsvorrichtung.
Ferner sind Standstrukturen bekannt, die horizontal geneigt sind und sich wie eine Taumelscheibe bewegen. Der Normalenvektor der Standfläche beschreibt bei Bewegung einen Kegelmantel.
Allen Vorrichtungen mit einer Standstruktur, die neigbar oder taumelnd beweglich angeordnet ist, ist die variable Einstellung des maximalen Neigungswinkels gemein. Dabei können sich die Standstrukturen frei um zwei Drehachsen bewegen oder die Standstruktur wird zwangsgeführt, um bestimmte Bewegungsabläufe zu trainieren. Eine im Sinne einer Rückkopplung an die Bewegung des Probanden angepasste Anregung durch eine Antriebsvorrichtung findet nicht statt.
Zudem sind Vorrichtungen nach Art eines instabilen Therapiekreisels bekannt. Die Standstrukturen weisen eine im Wesentlichen ebene Oberseite und eine konvex gekrümmte Unterseite auf. Die Testperson stellt sich dabei mit einem Fuß oder beiden Füßen auf die Standfläche und versucht dabei ihr Gleichgewicht zu halten. Dabei wird zusätzlich die Bewegung der Standstruktur aufgezeichnet. Zusätzlich kann die Bewegung auf einem Monitor dargestellt werden.
Vorrichtungen die auf dem Konzept des instabilen Therapiekreisels beruhen, besitzen nur zwei horizontale Drehachsen. Die gesamte Standstruktur ist dabei starr mit einem fest stehenden Außengehäuse verbunden. Eine horizontale Bewegung der Standstruktur ist nicht möglich.
Es ist auch eine neigbare Standstruktur mit variablem Neigungswinkel und einem Verfahren zur Auswertung des Gleichgewichtspunktes bekannt. Bei dem Trainingsgerät kann sich ein Benutzer mit einem Fuß oder zwei Füßen auf die Standstruktur stellen. Dabei wird der Gewichtsschwerpunkt (Center of Pressure (COP)) ermittelt. Der Gewichtsschwerpunkt kann dann auf einem Bildschirm angezeigt werden. Der COP beschreibt die Lage der resultierenden Druckkraft zu einem Referenzkoordinatensystem, die eine Person auf den Untergrund bzw. die Standfläche ausübt. Dies ist die Lage der resultierenden Kraft in der senkrechten Achse (z-Achse), die die Person auf eine Bodenplatte bzw. die Standfläche mit einer geeigneten Messvorrichtung aufbringt. Diese Kraft kann über Sensoren an verschiedenen Messstellen erfasst werden. Durch Differenzbildung der erfassten Kräfte kann der COP bestimmt werden. Der COP wird vorzugsweise in den beiden Achsen der Standfläche bzw. Standplatte erfasst; es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine einachsige Erfassung vorgenommen wird.
Vorrichtungen zur Auswertung des Gewichtsschwerpunktes haben den Nachteil, dass sie nicht horizontal beweglich gelagert und damit auch nicht horizontal auslenkbar sind. Dadurch kann zwar der Schwerpunkt auf der neigbaren Standfläche ermittelt werden, aber eine gezielte Störung des Gleichgewichts durch eine Bewegung der Standfläche, auch unter Berücksichtigung der Lage des COP, ist nicht möglich. Es gibt keine Vorrichtung zum Trainieren des Gleichgewichts, bei der Antriebssysteme auf COP-Bewegungen und Kräfte der Person auf der Standfläche in der Weise reagieren, dass sich ein Trainingssystem ergibt, welches sowohl Über- als auch Unterforderung vermeidet, also optimal auf die koordinativen Fähigkeiten der Person auf der Standfläche reagiert.
Die bekannten Vorrichtungen sind hinsichtlich der Trainingsmöglichkeiten und der Analyse der Beweglichkeit eines Menschen nicht flexibel einsetzbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person mit einer Standfläche für mindestens einen Fuß einer Person zu schaffen, die optimal auf die koordinativen Fähigkeiten der Person reagiert, um das Gleichgewichtsverhalten einer Person zu testen und/oder zu trainieren.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Es ergibt sich eine hohe Variabilität und Flexibilität der Vorrichtung zum Aufbau eines Analyse- und Trainingssystems, wodurch vollkommen neue Therapie- und/oder Trainingsansätze ermöglicht werden.
Kerngedanke der Erfindung ist es, sowohl horizontale Bewegungen als auch rotatorische Bewegungen der Standfläche ausüben zu können. Hierdurch wird erstmals ermöglicht, dass sehr viele Anforderungen der Analyse und/oder des Trainings der Balancefähigkeit in einem Gerät vereint werden können.
Es wird ermöglicht, dass die Person die Standfläche sowohl translatorisch als auch rotatorisch selbst bewegen kann, aber auch Antriebe vorgesehen sein können, die die Standfläche sowohl translatorisch als auch rotatorisch antreiben können. Der Funktionsumfang eines Trainings- und/oder Analysesystems für die Balance einer Person kann sich durch die Erfassung der Reaktion der auf der Standfläche aufstehenden Person ergeben. Es kann eine Software zur Verarbeitung der erfassten Reaktion vorgesehen sein, die mögliche Antriebssysteme ansteuert und/oder regelt.
Erfindungsgemäß wird von dem Begriff „Standfläche” ein Körper mit einer Aufstandsfläche zum Aufstellen des Fußes bzw. der Füße verstanden, die vorzugsweise eben bzw. plan ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die Standfläche als Standplatte ausgeführt, die einfach herzustellen ist und eine einfache in die Vorrichtung einzubringende Geometrie aufweist, an die die weiteren Elemente der Vorrichtung angepasst werden können. Handhabbarkeit und Konstruktion können vereinfacht sein.
Bevorzugt ist die Standfläche translatorisch entlang zweier zueinander einen Winkel größer als 0° und kleiner als 180° einschließenden Achsen in einer Ebene bewegbar. Dadurch ist es möglich, dass die Standfläche jedes beliebige Bewegungsmuster in einer Ebene realisieren kann. Durch eine horizontal bewegbare bzw. horizontal „instabile” Standfläche kann das neurologische Gleichgewichtssystem angesprochen werden.
Vorzugsweise ist die Standfläche um zwei zueinander einen Winkel größer als 0° und kleiner als 180° einschließenden Achsen neigbar, so dass beispielsweise ein Schwenken um zwei horizontale Achsen möglich ist. Hierdurch wird eine Rotation der Standfläche frei im Raum ermöglicht. Bevorzugt wird ein Neigungswinkel der Standfläche bis zu ungefähr 30°, insbesondere bevorzugt bis ungefähr 20°, gewählt, der sich als sehr erfolgversprechend herausgestellt hat, um Gelenkrezeptoren des bzw. der Sprunggelenke besonders anzusprechen. Das Empfinden für die Gelenkstellung und die Gelenkkräfte kann geschärft werden. In besonderer Weise kann das kontrollierte Neigen zur langsamen Dehnung der Gelenkbänder nach operativen Eingriffen oder einer Stilllegung des Sprunggelenkes beitragen. Des Weiteren kann das Training die Gelenke im Hinblick auf einen Muskelaufbau stabilisieren und somit kann erneuten Verletzungen vorgebeugt werden.
Jeder Grad an erarbeiteter Verbesserung der Gelenksbeweglichkeit muss seitens des zentralen Nervensystems registriert und statisch (z. B. aufrechter Stand) und dynamisch (bei allen Bewegungen) muskulär stabilisiert werden. So kann die neigbare Standfläche bei Bandverletzungen am Sprunggelenk, Knöchelbrüche, Achillessehnenrisse, Rupturen des vorderen und hinteren Kreuzbandes, des Innenbandes und nach Gelenkersatz sowie bei neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden. Es kann eine verbesserte Gelenksbeweglichkeit und reduzierte Steifigkeit erzielt werden.
Vorzugsweise können die translatorische Bewegung und die Neigung im Wesentlichen unabhängig voneinander angeregt bzw. durchgeführt werden. Beispielsweise kann die translatorische Bewegung und die Neigung durch unterschiedliche Anregungsvorrichtungen anregbar sein. Die Standfläche kann so ausgelegt sein, dass die Person vorzugsweise mit beiden Beinen darauf steht. Durch die voneinander unabhängige translatorische und rotatorische Bewegung ist es möglich, dass mittels mindestens einer Antriebsvorrichtung die Standfläche um jede Achse im Raum verschiebbar und/oder kippbar ist. Die Drehachsen können dabei parallel zu den Bewegungsachsen sein, wodurch die Standstruktur jeweils in einer Bewegungsachse neig- und auslenkbar ist. Die Neigung kann durch eine geeignete, unabhängig voneinander betriebene Antriebsvorrichtung realisiert werden. Dies ermöglicht es, die Standstruktur um jeden möglichen Neigungswinkel, nur begrenzt durch den maximalen Winkel, zu kippen. Um genaue Ergebnisse zu erhalten welche Analysatoren für einen Probanden besonders wichtig sind, um das Gleichgewicht zu halten, kann eine Variierung der Testparameter (Neigen/horizontale Auslenkung) unumgänglich sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Anregungs- bzw. Antriebsvorrichtung zum translatorischen Bewegen und/oder Neigen der Standfläche vorgesehen. Mit der mindestens einen Antriebsvorrichtung ist die Standfläche definiert bewegbar. Die mindestens eine Antriebsvorrichtung kann ein Bewegungsmuster der Standfläche erzeugen, dem der mindestens eine auf der Standfläche aufstehende Fuß der Person folgen muss. Das Bewegungsmuster kann in Form von fest vorgegebenen „Anweisungen” an die Antriebsvorrichtungen bestehen. Die Antriebsvorrichtung(en) können über eine mit dieser bzw. diesen verbundenen Steuereinheit angesprochen werden. Wird die Standfläche nach einem fest vorgegebenen Bewegungsmuster bewegt, so muss die Person dem Bewegungsmuster folgen.
in einer bevorzugten Ausführungsform ist die Standfläche in Reaktion auf eine Bewegung des mindestens einen Fußes bewegbar. Hierdurch kann eine Rückmeldung bzw. Reaktion der Person berücksichtigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass aus Messsignalen der Kräfte, die die Person auf die Standfläche ausübt, unter Berücksichtigung mathematischer Modelle des Balanceverhaltens Stellsignale der Antriebsvorrichtung(en) und/oder visuelle Vorgaben generiert werden, um so ein optimal angepasstes Training zu ermöglichen. Werden Messsignale erfasst, so handelt es sich um ein feedback-orientiertes Training. Ein feedback-orientiertes Training kann optimal an die koordinativen Fähigkeiten des Probanden angepasst werden, indem sowohl Über- als auch Unterforderung vermieden werden kann (Training im „Flow-Bereich”).
Die Messsignale werden durch ein Messsystem, welches zumindest teilweise in der Standfläche integriert ist erfasst. Das Messsystem erfasst unter anderem die Normalkraft der auf der Standstruktur stehenden Person, ähnlich zum Prinzip einer Personenwaage. Die zu verwendende Kraftmessplatte kann den Gesamtschwerpunkt oder die Intensität einzelner Messpunkte oder beides ermitteln.
Ferner kann das Messsystem die Bewegung der Standfläche durch einen oder mehrere Sensoren ermitteln. Das Messsystem kann die horizontale Bewegung beider translatorischer Achsen sowie die vertikale Kippbewegung der beiden rotatorischen Drehachsen ermitteln. Hierbei können Beschleunigungssensoren und/oder Positionssensoren zur Bestimmung der Bewegung verwendet werden. Die Sensoren können dadurch das Bewegungsverhalten der Standfläche in alle Richtungen messen. Die Sensoren sind an der Standfläche angebracht. Dabei können diese seitlich, auf oder unter der Standfläche platziert sein. Ebenso ist eine Ausführung mit in der Standfläche integrierten Sensoren möglich. Die Sensoren können so angebracht werden, dass aus den ermittelten Sensordaten, die Bewegung der Standfläche berechnet werden kann.
Die Sensoren zur Ermittlung der Beschleunigung der Standfläche können seitlich, auf oder unter der Standfläche angebracht werden. Ebenso können die Sensoren in der Standfläche integriert werden. Diese Beschleunigungssensoren können die Beschleunigung der Standfläche in alle Freiheitsgrade ermitteln. Solche Beschleunigungssensoren sind allgemein bekannt und basieren beispielsweise auf dem Prinzip der seismischen Masse. Die Beschleunigung der Standfläche kann auch mittels der Positionssensoren durch ein geeignetes Verfahren ermittelt werden.
Die Sensoren zur Ermittlung der Bewegung der Standfläche können seitlich, auf oder unter der Standfläche angebracht werden. Die Sensoren können die Position der Standfläche in allen Freiheitsgraden ermitteln. Dies kann berührungslos und/oder mechanisch erfolgen. Berührungslose Positionssensoren sind im allgemeinen bekannt und basieren beispielsweise auf dem Prinzip der Laser-Triangulation, Ultraschall, Induktion, magnetisch und weiteren Verfahren. Mechanische Positionssensoren sind im allgemeinen bekannt und basieren beispielsweise auf dem Prinzip der Widerstandsmessung und/oder weiteren Verfahren.
Die Sensoren zur Ermittlung der Bewegung der Standfläche und/oder der von der Person ausgeübten Kraft und/oder der resultierenden Kraft aus von der Person ausgeübten Kraft und der von der/den Antriebsvorrichtung/en aufgebrachten Kraft können im mittigen Bereich der Standfläche am Rand vorgesehen sein. Bevorzugt liegen die am Rand mittig angeordneten Sensoren einander gegenüber, wobei zwei einander gegenüberliegende Sensoren eine „virtuelle Achse” eines Bezugssystems ausbilden können. Die Sensoren können auch im Bereich der Ecken der Standfläche angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform können vier Kraftsensoren vorgesehen sein.
Mittels verschiedener Softwaremodule, die auf einer Steuereinheit zum Antreiben bzw. Einstellen oder Stellen der Antriebsvorrichtung(en) realisiert werden können, sind unterschiedliche Trainings- und/oder Testprogramme umsetzbar.
Ein Testprogramm kann der Ermittlung des „Range of Motion”, d. h. des Bewegungsbereichs in dem die Person sicher stehen kann, dienen. Andere Beispiele sind Module zur Störung des Gleichgewichts der auf der Standfläche stehenden Person, welches durch Auslenken und/oder Kippen erreicht werden kann. Dabei kann anhand einer Bedienoberfläche insbesondere die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Position frei variiert werden. Dadurch ist jegliches Bewegungsmuster, welches durch Auslenken und/oder Kippen erreicht werden kann, möglich.
Zudem kann, zur Verbesserung des Gleichgewichtsverhaltens bei einer Person mit eingeschränktem Gleichgewichtsvermögen, mittels eines Programmmoduls der Schwingwiderstand der Standfläche frei variiert werden. Dabei greifen die Antriebsvorrichtungen aktiv in die Bewegung der Standfläche ein, um beispielsweise eine vorhandene Schwingung, die beispielsweise durch eine Anregung des Probanden verursacht wurde, schneller abklingen zu lassen (Erhöhung der Dämpfung, oder auch der Steifigkeit und virtuellen Masse).
Über eine Steuereinheit kann bzw. können die Antriebsvorrichtung(en) derart angesteuert werden, dass die Position der Standfläche auf einen bestimmten Punkt in einem Referenzkoordinatensystem festgelegt wird. Durch eine geeignete Ansteuerung der Antriebsvorrichtung(en) ist es möglich, die Standfläche, auf der die Person steht, definiert in einem Referenzkoordinatensystem horizontal zu bewegen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Standfläche einem Bewegungsprofil folgen zu lassen oder auch an einer bestimmten Position zu fixieren. Durch die Fixierung der Standfläche, verhält sich diese wie eine fest auf dem Boden stehende Platte. Ist die Standfläche fixiert, ist eine statische Messung oder eine Anregung in einer der beiden Drehachsen möglich. Die statische Messung kann dazu verwendet werden den Bewegungsbereich des Center of Pressure (COP) – dies ist der geometrische Mittelpunkt, welcher durch die Gewichtskraft des Probanden auf die Standfläche ausgeübt wird und über eine geeignete Messvorrichtung ermittelt wird, welche in 1 gezeigt – zu erfassen.
Mittels Kraftsensoren kann die durch die Antriebsvorrichtung(en) erbrachte Kraft auf die Standfläche gemessen werden. Durch die horizontale Beweglichkeit der Standfläche kann die Person ebenfalls eine Kraft auf die Standfläche ausüben, welche, wenn die Antriebsvorrichtung(en) dieses nicht aktiv kompensieren, ebenfalls über die gleichen Kraftsensoren gemessen werden kann. Eine mögliche Ausführung der Kraftmessung ist in 2 dargestellt. Hierdurch kann eine Kraftregelung realisiert werden. Dazu können die Antriebsvorrichtungen so geregelt werden, dass eine gewünschte statische oder auch dynamische Kraft, welche auf die Standfläche wirkt, erzeugt werden kann. Dies ist wichtig um beispielsweise das Gleichgewichtsverhalten einer Testperson bei einer normierten Kraftanregung zu untersuchen. Dabei wird durch die Regelung die Krafteinwirkung des Probanden über die Kraftsensoren gemessen, berücksichtigt und die Antriebsvorrichtung(en) geeignet angesteuert.
Die Kraftsensoren können an der Standfläche seitlich, auf oder unter der Standfläche angebracht werden, um die Krafteinwirkung zwischen der Standfläche und den Antriebsvorrichtung(en) zu ermittelt. Die Kraftsensoren können mittig oder außermittig vom Kraftangriffspunkt liegen.
Mittels einer weiteren Messvorrichtung kann der COP der Testperson ermittelt werden. Die Erfindung beruht auf einem Verfahren, welche den COP als Messpunkt benutzt und in einer geeigneten Regelung verwendet. Diese Regelung kann für das Gleichgewicht des Probanden unterstützend oder störend betrieben werden.
Eine weitere Ansteuerung der Antriebsvorrichtung(en) sieht die Regelung des Schwingwiderstandes der Standfläche vor. Hierbei wird mit einer geeigneten Regelung ein vorgebbarer Schwingwiderstand erzeugt. Die Regelung beachtet dabei die von der Person aufgebrachten Kräfte auf die Standplatte und berechnet die Kräfte, die durch die Antriebsvorrichtung(en) erzeugt werden müssen. Dadurch ist es möglich, dass sich der Stand auf der Standfläche für eine Person anfühlt als würde sie auf Glatteis oder einer fixierten Platte oder irgendeinem Zustand dazwischen stehen.
Zusätzlich zu den eben beschriebenen Verfahren zur horizontalen Auslenkung der Standfläche, kann diese um zwei parallel zu den Bewegungsachsen liegenden Drehachsen geneigt werden. Damit ist es möglich, das Gleichgewicht des Probanden unabhängig von einer Auslenkung der Standfläche zu stören. Eine geeignete Antriebsvorrichtung verwendet dabei ebenfalls die soeben beschriebenen Regelungsverfahren an. Diese sind auf eine Kippbewegung der Standfläche zu übertragen. Dabei entspricht eine Auslenkung in horizontaler Richtung einer Neigung der Standfläche um einen bestimmen Winkel.
Beide Möglichkeiten der Störung einer Testperson auf der Standplatte, die horizontale Auslenkung sowie die vertikale Neigung können unabhängig voneinander betrieben werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Standfläche als Standplatte ausgestaltet ist, die an einer Haltevorrichtung aufgehängt ist. Durch die Aufhängung der Standfläche ist eine reibungsarme „Lagerung” der Standfläche möglich, die das gesamte Gewicht der Standfläche mit aufstehender Person, tragen kann. Eine Aufhängung der Standfläche an mehreren (Aufhänge-)Punkten ermöglicht zudem eine einfache Realisierung einer Kippung oder Neigung der Standfläche. Wenn vier Aufhängungspunkte vorgesehen sind, kann über mindestens eine an den Aufhängungspunkten angreifende Antriebsvorrichtung die Standfläche um jede Achse im Raum geneigt werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Sensor vorgesehen, der die von dem mindestens einen Fuß auf die Standfläche ausgeübte Kraft erfasst. Hierdurch kann ein Feedback ermöglicht werden, mit dem das Bewegungsmuster der Antriebsvorrichtung(en) beeinflusst werden kann. Die Daten des Sensors bzw. die durch die Reaktion der Person ausgeübte Bewegung der Standfläche kann gespeichert werden und/oder ist beispielsweise auf einem Monitor dargestellt. Beispielsweise kann die Aufzeichnung der Bewegung des COP und der Standfläche sowie die Generierung definierter Testabläufe in Form visueller Vorgaben (z. B. Soll-Bewegungen des COP) und Anregung der Standfläche (z. B. freies Ausschwingen nach Kraftimpuls) für eine Analyse der Bewegungsfähigkeit und/oder Fähigkeit zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Standfläche und seitlich angebrachten Antriebsvorrichtungen;
2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer unter der Standfläche befindlichen Antriebsvorrichtung und einer auf der Standfläche stehenden Person;
3 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit eingezeichneten Bewegungs- und Drehachsen;
4 in einer schematischen Seitenansicht die Standfläche und die Antriebsvorrichtung aus 2 und
5 in einer schematischen Seitenansicht die Standfläche und die Antriebsvorrichtung aus 1.
Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Standfläche 1, die als Standplatte ausgestaltet ist. Die Standfläche 1 ist an einer Haltevorrichtung 2 reibungsarm über Seile 3 aufgehängt. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Aufhängepunkte in Ecken der Standfläche 1 ausgebildet, die mit je einem Seil 3 mit der Haltevorrichtung 2 verbunden sind. Die Haltevorrichtung 2 mit den vier Aufhängepunkten kann als eine Einheit betrachtet werden; es ist aber auch möglich, dass jedem Aufhängepunkt eine Haltevorrichtung 2 zugeordnet ist oder die Aufhängepunkte in Gruppen aufgeteilt je einer Haltevorrichtung 2 zugeordnet sind.
Zur Stabilisierung ist eine Rahmenkonstruktion 4 vorgesehen, die einen oder mehrere die Arme 5 der Haltevorrichtung 2 verbindende(n) Balken aufweist.
Das Ausführungsbeispiel in 1 sieht vor, dass die Rahmenkonstruktion 4 so viel größer sein muss als die Standfläche 1, dass diese sich frei bewegen kann. Je größer der Abstand zwischen der aufgehängten Standfläche 1 und der Rahmenkonstruktion 4, desto größer ist der Bewegungsbereich der Standplatte 1.
Der Haltevorrichtung 2 ist mindestens eine Anregungs- bzw. Antriebsvorrichtung 6 zugeordnet, die vorzugsweise in der Haltevorrichtung 2 integriert sein kann. Durch die Antriebsvorrichtung 6 kann ein Aufhängepunkt der Standfläche 1 angehoben oder gesenkt werden. Die Aufhängepunkte können durch die Antriebsvorrichtung 6 unabhängig voneinander angehoben bzw. gesenkt werden. Dadurch ist es möglich, die Standfläche 1 um die in 3 eingezeichneten Drehachsen, die mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet sind, zu kippen.
Das von einer auf der Standfläche 1 aufstehenden Person 9 aufgebrachte Gewicht samt Gewicht der Standfläche 1 lastet auf den Seilen 3 der Haltevorrichtung 2. Durch die reibungsarme Aufhängung ist die Standfläche 1 sehr leicht horizontal zu bewegen bzw. auszulenken.
Es sind Sensoren 10, 11, 12, 13 vorgesehen, mittels derer die Bewegung der Standfläche 1 und/oder die resultierende Kraft aus von Antriebsvorrichtungen 6, 8 und von der Person 9 ausgeübten Kraft ermittelt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren 10, 11, 12, 13 mittig im Randbereich der Standfläche 1 angeordnet. Schematisch ist in 1 eine Steuereinheit 14 dargestellt, die mit den Sensoren 10, 11, 12, 13 übermittelten Signalen mindestens eine Antriebsvorrichtung 6, 8 betätigen kann, die Steuereinheit 14 ist hierzu mit den Antriebsvorrichtungen 6, 8 operativ gekoppelt.
Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für eine horizontale Auslenkung der Standfläche 1 mindestens eine außerhalb der Rahmenkonstruktion 4 angeordnete Anregungs- bzw. Antriebsvorrichtung 8 vorgesehen. Je nach Antriebskonzept können zwei oder vier Antriebsvorrichtungen 8 verwendet werden. Durch eine geeignete Verbindung von Antriebsvorrichtung 8 und Standfläche 1 kann die Standfläche 1 in der jeweiligen Achse translatorisch ausgelenkt werden.
Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für eine horizontale Auslenkung der Standfläche 1 eine Antriebsvorrichtung 8 zumindest teilweise unterhalb der Standfläche 1 vorgesehen. Durch die zumindest teilweise Anordnung der Antriebsvorrichtung 8 unterhalb der Standfläche 1 kann die benötigte Fläche, welche für die Gesamtstruktur benötigt wird, minimiert werden.
Der bzw. den Antriebsvorrichtungen 8 zur horizontalen Auslenkung bzw. Bewegung der Standfläche 1 ist gemein, dass die Antriebsvorrichtung(en) 8 nicht das Gewicht der Person 9 trägt. Das Gewicht der Person 9 und der Standfläche 1 wird mittels der Aufhängung von der Haltevorrichtung 3 getragen.
Der Fachmann erkennt, dass auch Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich und beabsichtigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202005002086 U1 [0007]
DE 19507927 C2 [0008]
DE 10134577 B4 [0010]

Claims

Vorrichtung zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person (9) mit einer beweglichen Standfläche (1) für mindestens einen Fuß der Person (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche (1) translatorisch bewegbar und neigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche (1) translatorisch entlang zweier zueinander einen Winkel größer als 0° und kleiner als 180° einschließenden Achsen in einer Ebene bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche (1) um zwei zueinander einen Winkel größer als 0° und kleiner als 180° einschließenden Achsen neigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Bewegung und die Neigung der Standfläche (1) im Wesentlichen unabhängig voneinander sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Antriebsvorrichtung (6, 8) zum translatorischen Bewegen und/oder Neigen der Standfläche (1) vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, dass die Standfläche (1) definiert bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche (1) in Reaktion auf eine Bewegung des mindestens einen Fußes bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfläche (1) als Standplatte ausgestaltet ist, die an einer Haltevorrichtung (3) aufgehängt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (10, 11, 12, 13) vorgesehen ist, der die von dem mindestens einen Fuß auf die Standfläche (1) ausgeübte Kraft erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicher- und/oder Darstellungsvorrichtung vorgesehen ist, mit der die von dem Sensor (10, 11, 12, 13) erfassten Daten bzw. die Bewegung der Standfläche (1) speicherbar und/oder darstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10, 11, 12, 13) mit einer Steuereinheit (14) zum Liefern der erfassten Daten an die Steuereinheit verbunden ist, und die Steuereinheit (14) derart ausgestaltet ist, dass diese die mindestens eine Antriebsvorrichtung (6, 8) in Reaktion auf die erfassten Daten bzw. die Bewegung der Standfläche (1) antreibt.
Verfahren zum Testen und/oder Trainieren der Balance einer Person (9), wobei mindestens ein Fuß der Person (9) auf einer beweglichen Standfläche (1) aufsteht, gekennzeichnet durch Bewegen der Standfläche (1) translatorisch und rotatorisch.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Bewegen der Standfläche (1) nach einem vorgegebenen Bewegungsmuster.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Erfassen der von der Person (9) auf die Standfläche (1) ausgeübten Reaktion.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein überlagertes Bewegen der Standfläche (1) in Abhängigkeit von der von der Person (9) auf die Standfläche (1) ausgeübten Reaktion.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch ein überlagertes Bewegen der Standfläche (1) in Abhängigkeit von der Position des Schwerpunktes (COP) auf der Standfläche (1) der Person (9).
Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, gekennzeichnet durch die automatische Anpassung des Verfahrens zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung(en) (6, 8) in Abhängigkeit von der von der Person (9) auf die Standfläche (1) ausgeübten Reaktion.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Speichern und/oder Darstellen der von der Person (9) auf die Standfläche (1) ausgeübten Reaktion und/oder der überlagerten Bewegung.