DE102019106078B3

DE102019106078B3 - Oberschenkel - trainingssystem und steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE102019106078B3
Application number: DE102019106078.8A
Authority: DE
Inventors: Fu-Han Hsieh; Yu-Wen Huang
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-03-12

Abstract

Ein Trainingssystem für Oberschenkel, das an einen Oberschenkel eines Nutzers angepasst ist, umfasst einen Hauptkörper und eine Steuereinheit. Der Hauptkörper umfasst eine Trainingseinheit und mehrere Motoren. Die Trainingseinheit ist mit dem Oberschenkel verbunden. Die mehreren Motoren sind mit der Trainingseinheit gekoppelt. Die Steuereinheit ist mit der Trainingseinheit und den mehreren Motoren elektrisch verbunden und berechnet mehrere Drehmoment-Intervalle entsprechend den mehreren Motoren gemäß des von jedem der mehreren Motoren erzeugten Moment. Ein Steuerverfahren, das weiter an das Trainingssystem für Oberschenkel angepasst ist, wird ebenfalls geliefert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingssystem für Oberschenkel und ein Steuerverfahren dafür, und insbesondere ein Trainingssystem für Oberschenkel, das ein Widerstands-Moment liefern kann, um einen Schutzmodus bereitzustellen und ein Steuerverfahren dafür.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Training des Oberschenkels ist ein wesentlicher Punkt des Trainings der Körperbewegung. So ist im Allgemeinen ein Schenkel eines Nutzer mit einem Hilfsgerät verbunden und wird während des Oberschenkel-Trainings von einer Aktivitäts-Leitung bzw. Aktivitäts-Führung entlang einer bestimmten Bewegungsbahn geführt. Das Hilfsgerät bewegt den Schenkel entlang der Bewegungsbahn, die von der Aktivitäts-Leitung vorgegeben ist, um das Ergebnis des Trainings zu erreichen. Während des Trainings kann jedoch ein unvorhergesehener Vorfall auftreten. So kann beispielsweise der Nutzer aufgrund von Muskelermüdung oder anderer Faktoren einen Krampf erleiden. Aktivitäts-Führungen und Erfinder von Hilfsgeräten streben daher danach Verfahren zu entwickeln den vorstehend aufgeführten abnormalen Vorfall zu erfassen und zu verhindern. Das Patent DE 102015000919 A1 offenbart beispielsweise ein Trainingssystem, das einen Roboter, eine robotergeführte Betätigungsfläche und ein Aktivitätserfassungsmittel zum Ermitteln einer biomechanischen und/oder kardiovaskulären Belastung eines Nutzers umfasst. Das US-Patent US 2018/0330817 A1 offenbart eine Vorrichtung und Verfahren zum Bewegungstraining eines Patienten, die unter anderem einen Prozessor umfasst, der ausgestaltet ist, während einer frühen Trainingsphase Messwerte zu erfassen, die die Bewegung des Patienten anzeigen, und bezogen auf die Messwerte eine spätere Trainingsphase auszuführen. Auch offenbart beispielsweise das Taiwan Patent mit der Veröffentlichungsnummer TW 1587843 ein Erfassungs-Verfahren für Unterschenkel-Krämpfe. Erleidet der Nutzer einen Krampf, dann stoppt der Unterschenkel-Trägerrahmen die Motoren und die Bewegung der Lauf-Rehabilitationsmaschine stoppt. Somit werden mögliche Schädigungen aufgrund einer durch die Maschine fortgesetzten Bewegung nach dem Auftreten eines Krampfs verhindert.
Da jedoch der Modus und der Bereich der Übung des Unterschenkels relativ einfach sind, kann der gleiche Mechanismus nicht direkt auf ein Oberschenkel-Trainingsgerät übertragen werden. Darüber hinaus kann, wenn der Nutzer einen Krampf erleidet und die Motoren unmittelbar gestoppt werden, ein anderer Typ von Schädigungen auftreten, da die Anspannung des Schenkels noch nicht nachgelassen hat. Andererseits kann das Oberschenkel-Trainings-Gerät, wenn die Motoren weiterlaufen, einen Bereich des Kopfs oder einen anderen Bereich des Körpers zufällig treffen, während die Anspannung des Oberschenkels des Nutzers nachlässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein Trainingssystem für Oberschenkel mit einer Steuereinheit, die das Drehmoment/das Moment/die Drehkraft der Motoren und eine Position eines Ende einer Trainingseinheit berechnen und die Motoren so steuern kann, um ein Widerstands-Moment zu liefern, um die Anspannung eines Oberschenkels eines Nutzers abzubauen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist das Trainingssystem für Oberschenkel an einen Oberschenkel eines Nutzers angepasst und umfasst einen Hauptkörper und eine Steuereinheit. Der Hauptkörper umfasst eine Trainingseinheit und mehrere Motoren. Die Trainingseinheit ist mit dem Oberschenkel verbunden und die mehreren Motoren sind mit der Trainingseinheit gekoppelt. Die Steuereinheit ist mit der Trainingseinheit und den mehreren Motoren elektrisch verbunden, berechnet eine Position eins Endes der Trainingseinheit, und berechnet mehrere Moment-Intervalle entsprechend den mehreren Motoren gemäß den von jedem der Motoren erzeugten Momenten. Übersteigt mindestens eines der von den mehreren Motoren erzeugten Momente das entsprechende Moment-Intervall, und das Ende der Trainingseinheit bewegt sich nicht in eine bestimmte Position, dann steuert die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren, um ein erstes Moment an die Trainingseinheit auszugeben. Übersteigt das mindestens eine von den mehreren Motoren erzeugte Moment das entsprechende Moment-Intervall, und das Ende der Trainingseinheit bewegt sich in die bestimmte Position, dann steuert die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren, ein zweites Moment an die Trainingseinheit auszugeben, um das Ende der Trainingseinheit dazu zu bringen die bestimmte Position zu verlassen.
Weiter liefert die vorliegende Erfindung ein Steuerverfahren, das an das Trainingssystem für Oberschenkel angepasst ist. Das Steuerverfahren verhindert, dass sich der Nutzer während des Oberschenkel-Trainings anschlägt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Steuerverfahren für ein Trainingssystem für Oberschenkel angepasst. Das Trainingssystem für Oberschenkel ist an einen Oberschenkel eines Nutzers angepasst und umfasst einen Hauptkörper und eine Steuereinheit, worin der Hauptkörper eine Trainingseinheit und mehrere Motoren umfasst, und worin die Trainingseinheit, die mehreren Motoren und die Steuereinheit miteinander elektrisch verbunden sind. Das Steuerverfahren umfasst Ausführen eines Lehr-Verfahrens bzw. -Prozesses und Ausführen eines Abspiel-/Wiederhol-Verfahrens bzw. -Prozesses. Das Lehr-Verfahren umfasst Verbinden des Oberschenkels mit der Trainingseinheit, Führen der Trainingseinheit in einer Bewegung entlang einer Bewegungslaufbahn und Aufzeichnen derselben. Das Abspiel-Verfahren umfasst, dass die Trainingseinheit den Oberschenkel zur Bewegung bringt, mehrere Moment-Intervalle entsprechend den jeweiligen der mehreren Motore erlangt, und einen Schutzmodus ausführt. Der Schutzmodus umfasst, dass die Steuereinheit bestimmt, ob Momente, die durch jeden der mehreren Motoren erzeugt wurden, das jeweilige Moment-Intervall übersteigt, dass die Steuereinheit eine Position eines Ende der Trainingseinheit bestimmt und bestimmt, ob das sich das Ende der Trainingseinheit in eine bestimmte Position bewegt, und dass die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren steuert, ein erstes Drehmoment oder ein zweites Drehmoments an die Trainingseinheit auszugeben.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen gezeigt ist, offensichtlich.
Figurenliste

1 ist ein perspektivisches Diagramm eines Trainingssystems für Oberschenkel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Funktionsblock-Diagramm des Trainingssystems für Oberschenkel in 1.
3 ist eine Darstellung, bei der ein Nutzer ein Oberschenkel-Training mit dem Trainingssystem für Oberschenkel in 1 durchführt.
4 ist eine Darstellung, die eine Position eines Endes der Trainingseinheit des Trainingssystems für Oberschenkel in 3 zeigt.
5 ist eine Sicht von oben von 4 entlang der ersten Achse A1.
6 ist eine Seitenansicht von 4 entlang der ersten Achse A2.
7 ist ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Diagramm, das Kurven zeigt, die ein Moment eines Motors des Trainingssystem für Oberschenkel und ein Moment-Intervall entsprechend dem Motor zeigen.
9 ist eine Darstellung, die das Trainingssystem für Oberschenkel und die virtuelle Wand in 3 zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm des Schutzmodus in 7.
11 ist eine Darstellung, die einen Nutzer zeigt, der ein Oberschenkel-Training mit einem Trainingssystem für Oberschenkel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt.
12 ist eine Darstellung, die das Trainingssystem für Oberschenkel und die virtuelle Wand in 11 zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Die vorstehenden und andere technische Merkmale, Eigenschaften und Funktionen werden in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen klar dargestellt. Es ist anzumerken, dass die Begriffe „gekoppelt“ und „elektrisch verbunden“ Komponenten bezeichnen, die elektrische Energie oder Daten übertragen können, wie elektrische Signale, magnetische Signale und Befehls-Signale, dies direkt oder indirekt, über eine Draht- oder Drahtlos-Verbindung. Die verwendeten Verbindungs-Ausdrücke sind daher dazu gedacht zu erläutern und die vorliegende Erfindung nicht zu beschränken. Darüber hinaus werden in den folgenden Ausführungsformen für identische oder ähnliche Komponenten identische Komponenten oder vergleichbare Bezugszeichen verwendet.
1 ist ein perspektives Diagramm eines Trainingssystems für Oberschenkel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Funktionsblock-Diagramm des Trainingssystems für Oberschenkel in 1. 3 ist eine Darstellung, die einen Nutzer zeigt, der ein Oberschenkel-Training mit dem Trainingssystem für Oberschenkel in 1 durchführt. In den 1-3. Das Trainingssystem für Oberschenkel 1000 gemäß der Ausführungsform umfasst einen Hauptkörper 1100, eine Steuereinheit 1200 und eine Antriebseinheit 1300. Der Hauptkörper 1100 umfasst eine Basis 1110, eine Trainingseinheit 1120 und mehrere Motoren 1140. Die Trainingseinheit 1120 ist mit der Basis 1110 verbunden, und die mehreren der Motoren 1140 sind mit der Trainingseinheit 1120 gekoppelt. Die Steuereinheit 1200 ist mit der Trainingseinheit 1120 und den mehreren der Motoren 1140 elektrisch verbunden, und die Antriebseinheit 1300 ist mit der Trainingseinheit 1120, den mehreren der Motoren 1140 und der Steuereinheit 1200 elektrisch verbunden.
So ist das Trainingssystem für Oberschenkel 1000 insbesondere an einen Oberschenkel eines Nutzer 2000 angepasst. Führt der Nutzer 2000 ein Oberschenkel-Training durch, dann ist die Trainingseinheit 1120 mit dem Oberschenkel verbunden. Die Trainingseinheit 1120 umfasst eine erste Verbindung/ein erstes Bindeglied/ein erstes Zwischenglied 1122 und eine zweite Verbindung/ Bindeglied/ Zwischenglied 124, die/das mit der ersten Verbindung 1122 verbunden ist. Die erste Verbindung 1122 dreht sich um eine erste Achse A1 und eine zweite Achse A2, die von der ersten Achse A1 unabhängig ist. Die erste Verbindung 1124 dreht sich um eine dritte Achse A3, die von der ersten Achse A1 und der zweiten Achse A2 unabhängig ist. In der Ausführungsform beträgt die Anzahl der Motoren 1140 drei, und die Motoren 1140 bewirken die Drehung der ersten Verbindung 1122 und der zweiten Verbindung 1124 um die vorstehend aufgeführten drei Achsen. Die erste Achse A1 ist eine vertikale Achse, um die die erste Verbindung 1122 einem Schultergelenk zur Drehung verhilft, wenn der Nutzer 2000 das Oberschenkel-Training durchführt; die zweite Achse A2 ist eine horizontale Achse, um die die erste Verbindung 1122 dem Schultergelenk zur Drehung verhilft, wenn der Nutzer 2000 das Oberschenkel-Training durchführt; die dritte Achse A3 ist eine Achse, um die die erste Verbindung 1124 einem Ellenbogengelenk relativ zu der ersten erste Verbindung 1122 zur Drehung verhilft, wenn der Nutzer 2000 das Oberschenkel-Training durchführt. Während daher der Nutzer 2000 das Oberschenkel-Training unter Betreiben des Trainingssystems für Oberschenkel 1000 durchführt, ist die Schulter des Nutzers 2000 an einem Kreuzungspunkt X zwischen der erste Achse A1 und der zweiten Achse A2 angeordnet, und der Ellenbogen des Nutzer 2000 ist in der dritten Achse A3 angeordnet. Die Steuereinheit 1200 kann daher eine Position eines Ende E der Trainingseinheit 1120 gemäß den Längen der ersten Verbindung 1122 und der zweiten Verbindung 1124, den Winkeln, in dem sich die erste Verbindung 1122 um die erste Achse A1 und die zweite Achse A2 dreht, und einem Winkel, in dem sich die zweite Verbindung 1124 um die dritte Achse A3 dreht, berechnen. Es ist anzumerken, dass die Anzahl der ersten Verbindung 1122, der zweiten Verbindung 1124, der Motoren 1140 und der entsprechenden Drehachsen nicht darauf beschränkt ist. Jede Verbindung, mit der der Nutzer 2000 unterstützt werden kann, das Oberschenkel-Training durchzuführen, Motoren, die die Leistung für das Training liefern können und jede Drehachse, die zur Durchführung der Trainings-Bewegung erforderlich sind, sind im Bereich der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Darstellung, die eine Position eines Endes der Trainingseinheit des Trainingssystems für Oberschenkel in 3 zeigt. 5 ist eine Ansicht von oben von 4 entlang der ersten Achse A1. 6 ist eine Seitenansicht von 4 entlang der zweiten Achse A2. In den 4-6. Wenn die Lage/Position, in der die Trainingseinheit 1120 mit der Basis 1110 verbunden ist, als Ausgangspunkt definiert wird, dann werden weiter die Richtung nach vorne, die Richtung nach links und die Richtung nach oben des Nutzer 2000, wenn das Oberschenkel-Training durchgeführt wird, jeweils als eine Richtung x0, eine Richtung y0 und eine Richtung z0 definiert, worin die Längen der zwei Verbindungen, die mit der erste Verbindung 1122 verbunden sind, die Länge der ersten Verbindung 1122, die Länge der zweiten Verbindung 1124 und die Entfernung von der ersten Verbindung 1124 zu dem Ende E der Trainingseinheit 1120 jeweils als eine Entfernung d1, eine Entfernung d2, eine Entfernung d3, eine Entfernung d4 und eine Entfernung d5 definiert, und der Horizontal-Winkel zwischen der Verbindung mit der Länge d1 und x0, der Vertikal-Winkel zwischen der ersten Verbindung 1122 und x0 und der Vertikal-Winkel zwischen der ersten Verbindung 1124 und einer Erstreckungs-Richtung der ersten Verbindung 1122 werden jeweils als Winkel θ1, Winkel θ2 und als Winkel θ3 definiert, worin die Winkel θ1, θ2 und θ3 als positiv entlang einer Richtung im Uhrzeigersinn in den 5 und 6 angesehen werden, worauf eine x-Koordinate, eine y-Koordinate und eine z-Koordinate des Endes E der Trainingseinheit 1120 relativ zu dem Ausgangspunkt basierend auf der folgenden Gleichung berechnet werden kann: $x = (d_{1} - d_{5}) cos (θ_{1}) - [d_{3} cos (θ_{2}) + d_{4} cos (θ_{2} + θ_{3})] sin (θ_{1})$
$y = (d_{1} - d_{5}) sin (θ_{1}) + [d_{3} cos (θ_{2}) + d_{4} cos (θ_{2} + θ_{3})] cos (θ_{1})$
$z = d_{2} - d_{3} sin (θ_{2}) - d_{4} sin (θ_{2} + θ_{3})$
worin sin und cos Sinus-Werte und Cosinus-Werte der Winkel in den Klammern darstellen. Somit kann mit dem Trainingssystem für Oberschenkel 1000 eine Positions-Koordinate des Ende E relativ zu dem Bereich, an dem die Trainingseinheit 1120 mit dem Hauptkörper 1100 über die Steuereinheit 1200 verbunden ist, berechnet werden.
7 ist ein Flussdiagramm eines Steuerverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist ein Diagramm, das Kurven zeigt, die ein Moment eines Motors des Trainingssystem für Oberschenkel und ein Moment-Intervall entsprechend dem Motor zeigt. In den 2, 7 und 8. Das Steuerverfahren in der Ausführungsform ist an das Trainingssystem für Oberschenkel 1000 angepasst. Die Steuereinheit 1200 des Trainingssystem für Oberschenkel 1000 umfasst ein Lehr-Modul 1220, ein Abspiel-Modul 1240 und ein Berechnungs-Modul 1260. So umfasst die Steuereinheit 1200 weiter eine Modul-Schalteinheit (nicht gezeigt), die ausgestaltet ist, auf unterschiedliche Module zu schalten, die unterschiedlichen Verfahren in dem Oberschenkel-Training entsprechen. Das Steuerverfahren umfasst Ausführen eines Lehr-Verfahrens S100 und Ausführen eines Abspiel-Verfahrens S200. Während des Lehr-Verfahrens S100, verbindet der Nutzer 2000 oder eine Aktions-Leitung bzw. -Führung den Oberschenkel des Nutzer 2000 mit der Trainingseinheit 1120. Anschließend führt die Aktions-Leitung bzw. -Führung den Oberschenkel des Nutzers 2000 entlang einer bestimmten Bewegungsbahn, und treibt die Trainingseinheit 1120 über den Oberschenkel. Dadurch zeichnet das Lehr-Modul 1220 auf und speichert die Bewegungsbahn, über die der Oberschenkel mittels der Aktions-Leitung entlang geführt wurde.
Nach Beendigung des Lehr-Verfahrens S100 betreibt die Aktions-Leitung oder der Nutzer 2000 das Trainingssystem für Oberschenkel 1000, um das Abspiel-Verfahren S200 auszuführen. Anschließend spult das Abspiel-Modul 1240 der Steuereinheit 1200 die von dem Lehr-Modul in dem Lehr-Verfahren S100 aufgezeichnete Bewegungsbahn ab. So überträgt insbesondere die Steuereinheit 1200 einen Befehl an die Antriebseinheit 1300. In der Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit 1300 einen Servo-Antrieb 1320 und einen Encoder 1340. Empfängt die Antriebseinheit 1300 den Befehl von der Steuereinheit 1200, dann treibt der Servo-Antrieb 1320 jeden der Motoren 1140, so dass sich die Trainingseinheit 1120 entlang der Bewegungs-Bahn bewegt, die von dem Lehr-Modul 1220 in dem Lehr-Verfahren S100 aufgezeichnet wurde. Es ist anzumerken, dass der Antrieb für die in der Antriebseinheit 1300 verwendeten Motoren nicht auf den Servo-Antrieb 1320 beschränkt ist. Antriebe, mit denen entsprechende Motoren 1140 angetrieben werden können, die aufgezeichnete Bewegungsbahn zu wiederholen, wie Linearantriebe oder Stufen-Antriebe, sind im Bereich der vorliegenden Erfindung.
Nachdem das Trainingssystem für Oberschenkel 1000 den Oberschenkel des Nutzers 2000 und die Trainingseinheit 1120 mehrmals zur Bewegung entlang der aufgeführten Bewegungsbahn veranlasst hat, erfasst die Antriebseinheit 1300 die von jedem der Motoren 1140 erzeugten Momente T, und codiert mehrere Sätze der von jedem der Motoren 1140 erzeugten Momente T entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit 1120 in Daten. Die Daten werden dann an die Steuereinheit 1200 übertragen. Nach Empfang durch Steuereinheit 1200, definiert das Berechnungs-Modul 1260 ein mittleres Moment θi, welches ein Mittelwert der mehreren Sätze an durch jeden der mehreren Motoren 1140 erzeugten Momente T entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit 1120 ist, und definiert eine Standard-Moment-Abweichung θi, welche eine Standardabweichung der mehreren Sätze an durch jeden der mehreren Motoren 1140 erzeugten Momenten T entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit 1120 ist. Eine obere Grenze TI_oben und eine untere Grenze TI_unten einer der mehreren Drehmoment-Intervalle entsprechend der Motoren 1140 werden durch die folgenden Gleichungen berechnet: $T I_{u p p e r} = μ_{i} + (δ + w) σ_{i}$
$T I_{l o w e r} = μ_{i} + (δ + w) σ_{i}$
worin, i eine Indexzahl eines jeden Motors 1140 ist; θ ein Empfindlichkeits-Parameter ist, der eine positive reale Zahl theoretisch und zwischen Null und fünfzehn in der Ausführungsform ist, und durch die Aktions-Leitung gemäß den Bedingungen für verschiedene Nutzer 2000 einstellbar ist; w ein Gewicht-Faktor ist, der in der Ausführungsform drei ist, ohne darauf begrenzt zu sein. In anderen Worten, in dem Lehr-Verfahren S100, kann die Aktions-Leitung oder der Nutzer 2000 die Trainingseinheit 1120 über den Oberschenkel zur Bewegung bringen und die Moment-Intervalle entsprechend der Motoren 1140 erhalten, wie, in 8 gezeigt ist.
Darüber hinaus führt in dem Abspiel-Verfahren S200 die Steuereinheit 1200 weiter einen Schutzmodus aus. 9 ist eine Darstellung, die das Trainingssystem für Oberschenkel und die virtuelle Wand in 3 zeigt. In den 3 und 9. In der Ausführungsform, wird eine virtuelle Wand 1400 weiter zwischen einem Kopfbereich des Nutzers 2000 und dem Ende E der Trainingseinheit 1120 definiert. Die virtuelle Wand 1400 umfasst zwei Ebenen, die senkrecht zueinanderstehen. Wenn daher, wie in 9 gezeigt, ein Körper eines Nutzers 2000 vereinfacht als eine Ellipse dargestellt ist, eine Schulterweite SW des Nutzers 2000 gleich einer Entfernung zwischen dem Zentrum der Ellipse und einem Ende der rechtsseitigen Hauptachse ist, dann ist eine Brustdicke BT des Nutzers 2000 gleich einer Entfernung zwischen dem Zentrum der Ellipse und einem Ende der Vorderseiten Nebenachse. In der Ausführungsform multipliziert das Trainingssystem für Oberschenkel 1000 eine Schulterweite SW und eine Brustdicke BT basierend auf 95 Percentil eines menschlichen Körpers gemäß menschlicher Gesichtspunkte und der Ergonomie mit einem Sicherheitsfaktor von 1,2, um Entfernungen von dem Nutzer 2000 und den zwei Ebenen zu erhalten, die von der virtuellen Wand 1400 umfasst sind. D.h., die 1,2 SW und die 1,2 BT in 9.
Die virtuelle Wand 1400 definiert genauer gesagt einen Sicherheitsbereich des Nutzers 2000. Erfolgt daher ein abormaler Vorgang während der Nutzer 2000 das Oberschenkel-Training durchführt, beispielsweise ein Oberschenkel Krampf des Nutzers 2000, und das Ende E der Trainingseinheit 1120 ist in der virtuellen Wand 1400 bezüglich des Nutzers 2000 angeordnet, dann kann ein Kopfbereich oder der Körper des Nutzers 2000 von der Trainingseinheit 1120 getroffen werden, die von dem Krampfzustand angetrieben wird. Die Steuereinheit 1200 versorgt daher die Trainingseinheit 1120 mit einem entsprechenden Widerstand-Moment gemäß einer Tiefe, um die die Trainingseinheit 1120 in die virtuelle Wand 1400 hineinreicht. D.h. je tiefer die Trainingseinheit 1120 in die virtuelle Wand 1400 geht, desto größer die Widerstandsmoment-Ausgabe an die Trainingseinheit 1120, die von jedem der Motoren 1140, gesteuert von der Steuereinheit 1200, erzeugt wird.
10 ist ein Flussdiagramm des Schutzmodus in 7. In 7 und 10. Wird der Schutzmodus ausgeführt, dann bestimmt die Steuereinheit 1200, ob das durch jeden der Motoren 1140 erzeugte Moment das entsprechende Moment-Intervall (Schritt S210) übersteigt, während die Trainingseinheit 1120 die aufgezeichnete Bewegungsbahn durchläuft. Wenn die Momente T das entsprechende Moment-Intervall nicht übersteigen, dann fährt die Trainingseinheit 1120 mit dem Antrieb des Oberschenkels fort (Schritt S220). Wenn mindestens einer der Momente T, der von den Motoren 1140 erzeugt wird, das Moment-Intervall entsprechend jeden Motors übersteigt, bedeutet dies, dass ein abnormaler Vorfall auftrat. Beispielsweise ein Oberschenkel Krampf des Nutzers 2000. Die Steuereinheit 1200 berechnet dann eine Position des Endes E der Trainingseinheit 1120, und bestimmt ob sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 zu einer bestimmten Position bewegt (Schritt S230). In der Ausführungsform ist die bestimmte Position bezüglich des Nutzers 2000 an oder in der virtuellen Wand 1400 angeordnet. Wenn mindestens einer der durch die Motoren 1140 erzeugten Momente T das Moment-Intervall entsprechend eines jeden Motors 1140 übersteigt, wobei sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 nicht zu der bestimmten Position bewegt, bedeutet dies, dass der Nutzer 2000 einen Oberschenkel-Krampf erleidet, sich jedoch nicht verletzten wird. Das Berechnungs-Modul 1260 der Steuereinheit 1200 berechnet dann ein erstes Moment T1 zum Ausgleich der Schwerkraft bzw. des Gewichts der Trainingseinheit 1120 gemäß deren Position (Schritt S240), und die Steuereinheit 1200 treibt jeden Motor 1140 an, ein erstes Moment T1 an die Trainingseinheit 1120 über den Servo-Antrieb 1320 der Antriebseinheit 1300 (Schritt S260) auszugeben. Da die Schwerkraft bzw. das Gewicht des Oberschenkels des Nutzer 2000 und die Trainingseinheit 1120 um das erste Moment T1 ausgeglichen sind, kann die durch den Krampf verursachte Spannung entlastet werden, wobei eine geringere Last auf den Oberschenkel des Nutzers 2000 ausgeübt wird, und ein wahrscheinlicher Schaden wird dadurch vermieden.
Wenn jedoch mindestens eines der der durch die Motoren 1140 erzeugten Momente das Moment-Intervall entsprechend eines jeden Motors 1140 übersteigt, und sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 zu der bestimmten Position an oder in der virtuellen Wand 1400 bezüglich des Nutzers 2000 bewegt, kann der Nutzer 2000 durch die Trainingseinheit 1120, die durch den Krampf seines/ihres Oberschenkels angetrieben wird, getroffen werden. Anschließend berechnet das Berechnungs-Modul 1260 ein zweites Moment T2, das die Schwerkraft der Trainingseinheit 1120 gemäß deren Position ausgleicht und eine Widerstand-Bewegung der Trainingseinheit 1120 auf das Körperzentrum des Nutzers 2000. Das zweite Moment T2 ist durch ein Anstiegsverhältnis G und ein Ursprungs-Moment T_Urpsrung definiert. So genügt insbesondere das zweite Moment T2 der folgenden Gleichung: $T_{2} = G \times T_{o r i g i n a l}$
Befindet sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 bezüglich des Nutzers 2000 in der virtuellen Wand 1400, und ist eine Entfernung D zwischen dem Ende E der Trainingseinheit 1120 und der virtuellen Wand 1400 größer als eine vorher berechnete Entfernung dazwischen, dann bedeutet dies, dass sich der Oberschenkel des Nutzer 2000 noch auf das Körperzentrum zu bewegt. Dann ist das Anstiegsverhältnis G durch ein nicht-eingestelltes Anstiegsverhältnis G*, der Entfernung D, einem Entfernungs-Gewichtungsfaktor Kp, einer Geschwindigkeit V_d des Endes E der Trainingseinheit 1120 relativ zu der virtuellen Wand 1400 und einem Geschwindigkeits-Gewichtungsfaktor K_v definiert. So genügt insbesondere das Anstiegsverhältnis G der folgenden Gleichung: $G = G * + K_{p} \times D + K_{v} \times V_{d}$
Befindet sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 bezüglich des Nutzers 2000 in der virtuellen Wand 1400, und die Entfernung D zwischen dem Ende E der Trainingseinheit 1120 und der virtuellen Wand 1400 ist kleiner als oder gleich der vorher berechneten Entfernung dazwischen, dann bedeutet dies, dass sich der Oberschenkel des Nutzers 2000 allmählich aus der virtuellen Wand 1400 bewegt. Dann ist das Anstiegsverhältnis G gleich dem nicht-eingestellten Anstiegsverhältnis G* minus einem konstanten Wert C. So genügt das Anstiegsverhältnis G insbesondere der folgenden Gleichung: $G = G * - C$
In anderen Worten, das Berechnungs-Modul 1260 der Steuereinheit 1200 berechnet das Anstiegsverhältnis G und das jeweilige zweite Moment T2 (Schritt S250), und treibt jeden der Motoren 1140 an, ein ein zweites Moment T2 an die Trainingseinheit 1120 über den Servo-Antrieb 1320 der Antriebseinheit 1300 (Schritt S270) auszugeben, um das Ende E der Trainingseinheit 1120 aus der virtuellen Wand 1400 heraus zu bringen. Dadurch kann eine mögliche Schädigung des Nutzers 2000 aufgrund eines abnormalen Vorfalls, beispielsweise ein Oberschenkel Krampf des Nutzers 2000, verhindert werden, während die Trainingseinheit 1120 den Oberschenkel des Nutzers 2000 entlang der aufgezeichneten Bewegungsbahn bewegt und antreibt. Darüber hinaus kann die Anspannug aufgrund des Oberschenkel-Krampfs des Nutzer 2000 erleichtert werden. Erfasst die Steuereinheit 1200, dass sich das Ende E der Trainingseinheit 1120 aus der virtuellen Wand 1400 (Schritt S280) bewegt, dann kann die Aktions-Leitung den Schutzmodus (Schritt S290) abschalten, so dass das System in den Lehr-Prozess Lehr-Verfahrens S100 zurückkehrt.
11 ist eine Darstellung, die zeigt, dass ein Nutzer ein Oberschenkel-Training mit einem Trainingssystem für Oberschenkel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchführt. In den 3 und 11. Das Trainingssystem für Oberschenkel 1000' in der Ausführungsform ist vergleichbar zu dem Trainingssystem für Oberschenkel 1000 in 3. Der Haupt-Unterschied ist: die in dem Trainingssystem für Oberschenkel 1000' definierte virtuelle Wand 1400' umfasst keine zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen, sondern eine gebogene Oberfläche. Somit kann eine mögliche Schädigung durch sich selbst Schlagen aufgrund eines Oberschenkel Krampf ebenfalls vermieden werden..
12 ist eine Darstellung, die das Trainingssystem für Oberschenkel und die virtuelle Wand in 11 zeigt. In 12. Genauer gesagt wird die virtuelle Wand 1400' des Trainingssystems für Oberschenkel 1000' durch verschiedene Definitionen dargestellt. Wie in 12 gezeigt ist, wenn der Körper des Nutzers 2000 als eine Ellipse vereinfacht wird, im Hinblick auf die vorstehend aufgeführte Berechnung, ein erster Typ eine zylindrische virtuelle Wand 1400' mit einem Radius r1, wobei ein Zentrum der Ellipse erhalten wird, wobei der Radius r1 die Schulterweite SW gemäß 95 Percentil des menschlichen Körpers gemäß menschlicher Faktoren und der Ergonomie multipliziert um den Sicherheitsfaktor 1,2 ist. Darüber hinaus kann weiter ein zweiter Typ einer zylindrischen virtuellen Wand 1400' mit einem Radius r2 erhalten werden, bei dem der Radius r2 eine Hypotenuse ist, die aus zwei Kathenusen ausgebildet ist, deren Längen jeweils einer Länge d des Hauptkörpers 1100 und einer Sicherheitsvorgabe SA entsprechen, worin das Zentrum des zweiten Typs der zylindrischen virtuellen Wand 1400' dort befestigt ist, wo die Trainingseinheit 1120 mit dem Hauptkörper 1000 verbunden ist. Darüber hinaus kann ein dritter Typ einer elliptischen, zylinderförmigen virtuellen Wand 1400' erhalten werden, bei dem eine Länge der halben Hauptachse gleich 1,2 SW ist, eine Länge der halben Nebenachse gleich 1,2 BT ist, und das Zentrum des dritten Typs der elliptischen zylinderförmigen virtuelle Wand 1400' das Zentrum des Körpers des Nutzers 2000 ist. Da die Geometrie der aufgeführten virtuellen Wand 1400 und der virtuellen Wand 1400' auf statistischen Daten menschlicher Faktoren und der Ergonomie basieren, werden die Positionen der virtuellen Wand 1400 oder der virtuellen Wand 1400' durch unterschiedliche Nutzer nicht beeinträchtigt, und die Zielsetzung, einen Sicherheitsbereich für den Nutzer 2000 zu definieren, kann erreicht werden.
Zusammenfassend kann das Trainingssystem für Oberschenkel der vorliegenden Erfindung über die Steuereinheit, die das Moment-Intervall entsprechend eines jeden Motors berechnet, erfassen, ob ein abnormaler Vorfall auftritt, wie ein Krampf, während ein Nutzer ein Oberschenkel-Training durchläuft. Darüber hinaus kann gemäß dem Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung, wenn der Nutzer an seinem/ihrem Oberschenkel während des Oberschenkel-Training einen Krampf erleidet, die Steuereinheit jeden der Motoren steuern, das erste Moment oder das zweite Moment auszugeben, um die Spannung des Oberschenkels des Nutzers aufgrund des Krampfs zu verringern, und zu verhindern, dass sich der Nutzer selbst durch Antreiben des Trainingssystems für Oberschenkel schlägt, und den Kopfbereich oder anderen Körperbereiche trifft.
Dem Fachmann wird sofort klar, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen an dem Gerät und dem Verfahren vorgenommen werden können, ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen. Die vorstehende Offenbarung sollte daher so ausgelegt werden, dass diese nur durch den Bereich und den Umfang der anliegenden Anspreüche begrenzt ist.

Claims

Trainingssystem für Oberschenkel, welches an einen Oberschenkel eines Nutzers angepasst ist und welches umfasst: einen Hauptkörper, welcher umfasst: eine Trainingseinheit, die mit dem Oberschenkel verbunden ist, und mehrere Motoren, die mit der Trainingseinheit gekoppelt sind, und eine Steuereinheit, die mit der Trainingseinheit und den mehreren Motoren elektrisch verbunden ist, worin die Steuereinheit eine Position eines Endes der Trainingseinheit berechnet und mehrere Drehmoment-Intervalle, die jeweils den mehreren Motoren entsprechen, gemäß den durch jeden der mehreren Motoren erzeugten Momente berechnet; worin, wenn mindestens eines der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente das jeweilige Moment-Intervall übersteigt, und das Ende der Trainingseinheit sich nicht in eine bestimmte Position bewegt, die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren steuert, ein erstes Moment an die Trainingseinheit auszugeben; worin, wenn mindestens eines der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente das jeweilige Moment-Intervall übersteigt, und das Ende der Trainingseinheit sich in die bestimmte Position bewegt, die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren steuert, ein zweites Moment an die Trainingseinheit auszugeben, so dass das Ende der Trainingseinheit die bestimmte Position verlässt.
Trainingssystem für Oberschenkel nach Anspruch 1, welches weiter umfasst: eine Antriebseinheit, die mit der Trainingseinheit, den Motoren und der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, worin die Antriebseinheit die durch die mehreren Motoren erzeugten Momente erfasst und Daten an die Steuereinheit übermittelt, worin die Daten mehrere Sätze der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit umfasst, worin die Steuereinheit die Drehmoment-Intervalle entsprechend jedes der mehreren Motoren gemäß den Daten berechnet, und worin die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren antreibt, das erste Moment oder das zweite Moment an die Trainingseinheit über die Antriebseinheit auszugeben.
Trainingssystem für Oberschenkel nach Anspruch 2, worin eine obere Grenze und eine untere Grenze einer der Drehmoment-Intervalle durch ein mittleres Moment, einen Gewichtungsfaktor und eine Moment-Standardabweichung des jeweiligen Motors definiert sind, worin das mittlere Moment ein Mittelwert der mehreren Sätze der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit ist, und die Moment-Standardabweichnug eine Standardabweichung der mehreren Sätze der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit ist.
Trainingssystem für Oberschenkel nach Anspruch 1, worin eine virtuelle Wand weiter definiert ist, worin die virtuelle Wand zwischen einem Kopfbereich des Nutzers und dem Ende der Trainingseinheit angeordnet ist, worin die bestimmte Position an oder in der virtuellen Wand bezüglich des Nutzers ist, und worin das Ende der Trainingseinheit die bestimmte Position verlässt, um sich aus der virtuellen Wand heraus zu bewegen.
Trainingssystem für Oberschenkel nach Anspruch 4, worin die virtuelle Wand zwei Ebenen umfasst, die senkrecht zueinander stehen oder eine gebogene Oberfläche aufweisen.
Trainingssystem für Oberschenkel nach Anspruch 4, worin das ersten Moment durch ein Anstiegsverhältnis und ein Ursprungsmoment definiert wird, worin, wenn das Ende der Trainingseinheit außerhalb der virtuellen Wand bezüglich des Nutzers angeordnet ist, und eine Entfernung zwischen dem Ende der Trainingseinheit und der virtuellen Wand größer ist als eine vorher berechnete Entfernung dazwischen, dann ist das Anstiegsverhältnis durch ein nicht-eingestelltes Anstiegsverhältnis, die Entfernung, einen Entfernungs-Gewichtungsfaktor, eine Geschwindigkeit des Endes der Trainingseinheit relativ zu der virtuellen Wand und einen Geschwindigkeits-Gewichtungsfaktor definiert; worin, wenn das Ende der Trainingseinheit in der virtuellen Wand bezüglich des Nutzers liegt, und die Entfernung zwischen dem Ende der Trainingseinheit und der virtuellen Wand kleiner ist als die vorher berechnete Entfernung dazwischen, dann ist das Anstiegsverhältnis gleich dem nicht-eingestellten Anstiegsverhältnis minus einem konstanten Wert.
Steuerverfahren, das an ein Trainingssystem für Oberschenkel angepasst ist, worin das Trainingssystem für Oberschenkel angepasst ist an einen Oberschenkel eines Nutzer und einen Hauptkörper und eine Steuereinheit umfasst, worin der Hauptkörper eine Trainingseinheit und mehrere Motoren umfasst, und worin die Trainingseinheit, die mehreren Motoren und die Steuereinheit miteinander elektrisch verbunden sind, wobei das Steuerverfahren umfasst: Ausführen eines Lehr-Verfahren, wobei das Lehr-Verfahren umfasst, Verbinden des Oberschenkels mit der Trainingseinheit, Führen der Trainingseinheit um eine Bewegungsbahn abzulaufen und aufzuzeichnen; und Ausführen eines Abspiel-Verfahrens, wobei das Abspiel-Verfahren umfasst, dass die Trainingseinheit den Oberschenkel zu Bewegung bringt, Erhalten mehrerer Drehmoment-Intervalle entsprechend den mehreren Motoren, und Ausführen eines Schutzmodus, wobei der Schutzmodus umfasst: die Steuereinheit bestimmt, ob die durch jeden der mehreren Motoren erzeugten Momente das entsprechende Moment-Intervall übersteigt; die Steuereinheit berechnet eine Position eines Ende der Trainingseinheit, und bestimmt, ob sich das Ende der Trainingseinheit zu einer bestimmten Position bewegt; und die Steuereinheit steuert jeden der mehreren Motoren, ein erstes Moment oder ein zweites Moment an die Trainingseinheit auszugeben.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, worin das Trainingssystem für Oberschenkel weiter eine Antriebseinheit umfasst, worin die Antriebseinheit mit der Trainingseinheit, den mehreren Motoren und der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, worin das Abspiel-Verfahren weiter umfasst: die Antriebseinheit erfasst die durch jeden der mehreren Motoren erzeugten Momente und überträgt Daten an die Steuereinheit, worin die Daten mehrere Sätze der durch jede der mehreren Motoren erzeugten Momente entsprechend jeder Bewegung der Trainingseinheit umfasst; und die Steuereinheit berechnet die Drehmoment-Intervalle entsprechend eines jeden der mehreren Motoren gemäß den Daten, und treibt jeden der mehreren Motoren an, das erste Moment oder das zweite Moment an die Trainingseinheit über die Antriebseinheit auszugeben.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, wobei der Schutzmodus weiter umfasst: wenn die Steuereinheit bestimmt, dass mindestens eines der durch die mehreren Motoren erzeugten Momente das Moment-Intervall entsprechend jedes der mehreren Motoren übersteigt, und sich das Ende der Trainingseinheit nicht zu einer bestimmten Position bewegt, dann steuert die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren, das erste Moment an die Trainingseinheit auszugeben; und wenn die Steuereinheit bestimmt, dass das Moment von mindestens einen der Motoren das entsprechende Moment-Intervall übersteigt, und sich das Ende der Trainingseinheit in die bestimmte Position bewegt, dann steuert die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren, das zweite Moment an die Trainingseinheit auszugeben, so dass das Ende der Trainingseinheit angetrieben wird, die bestimmte Position zu verlassen.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, wobei der Schutzmodus weiter umfasst, Definieren einer virtuellen Wand, die zwischen einem Kopfbereich des Nutzers und dem Ende der Trainingseinheit angeordnet ist, worin die bestimmte Position bezüglich des Nutzers an oder in der virtuellen Wand angeordnet ist, wenn die Steuereinheit jeden der mehreren Motoren steuert, das zweite Moment an die Trainingseinheit auszugeben, wobei sich das Ende der Trainingseinheit aus der virtuellen Wand bewegt.