DE19930406A1 - Movement device with two actuating elements for pair of person's extremities derives load on second actuating element from detected load on first and detected load on both elements - Google Patents
Movement device with two actuating elements for pair of person's extremities derives load on second actuating element from detected load on first and detected load on both elementsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Bewegungsgerät mit zwei Betätigungselementen für ein Extremitätenpaar einer Person und einer Einrichtung zur unabhängigen Bestimmung der Belastung des jeweiligen Betätigungselements durch die damit in Kontakt stehende Extremität.The invention relates to a movement device with two Actuators for a pair of extremities of a person and a device for the independent determination of the Load of the respective actuator by the contacting extremity.
Ein Bewegungsgerät der einleitend bezeichneten Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 18 793 A1 bekannt geworden. Das in dieser Schrift offenbarte Bewegungsgerät weist zur Erfassung des winkelabhängigen Muskeltonus an den Beinen oder Armen eines Menschen zwei durch einen Motor angetriebene, um 180 Grad gegeneinander versetzte Kurbeln auf, deren freie Enden als Widerlager für die Füße bzw. Hände jeweils durch ein um eine Kurbelachse parallele Achse drehbares Pedal gebildet sind. An jeder Kurbel ist jeweils ein den durch das Bein oder den Arm der Kurbeldrehung entgegengesetzten Widerstand erfassender Sensor angeordnet. A movement device of the type described in the introduction is off the German patent application DE 197 18 793 A1 known become. The movement device disclosed in this document points to the recording of the angle-dependent muscle tone A man's legs or arms two by a motor driven cranks offset by 180 degrees whose free ends act as abutments for the feet or Hands each through an axis parallel to a crank axis rotatable pedal are formed. There is one on each crank one by the leg or arm of the crank rotation opposite resistance sensing sensor arranged.
Auf diese Weise ist es möglich, die Belastung der jeweiligen Kurbel durch die Arme oder Beine unabhängig voneinander zu ermitteln, so daß eine verbesserte Behandlung beispielsweise eines Spasmus möglich wird. Allerdings ist hierzu an jedem Kurbelarm mindestens ein Sensor notwendig, was sich belastend auf die Herstellungskosten eines derartigen Bewegungsgeräts auswirkt.In this way it is possible to reduce the burden of each Crank through the arms or legs independently determine so that an improved treatment, for example a spasm is possible. However, this is at everyone Crank arm requires at least one sensor, which is stressful on the manufacturing cost of such a movement device affects.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bewegungsgerät der einleitend bezeichneten Art zu schaffen, das vergleichsweise einfacher im Aufbau ist und sich damit kostengünstiger herstellen läßt.The invention has for its object a movement device of the kind described above to create that is comparatively easier to set up and so can be produced more cost-effectively.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bewegungsgerät der oben bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur unabhängigen Bestimmung der Belastung des jeweiligen Betätigungselements an einem ersten Betätigungselement angeordnete Sensormittel zur Bestimmung einer ersten Größe, mit welcher sich das Moment/die Kraft ermitteln läßt, das/die die damit verbundene Extremität auf das Betätigungselement ausübt sowie Mittel zur Bestimmung einer zweiten Größe umfaßt, über welche sich das Gesamtmoment bzw. die Gesamtkraft für beide Betätigungselemente ermitteln läßt, wobei die Einrichtung dazu ausgelegt ist, eine Größe für die Belastung des zweiten Betätigungselements durch die andere Extremität aus der ersten und zweiten Größe mittels einer Differenzbildung zu berechnen. Auf diese Weise sind lediglich an einem Betätigungselement Sensormittel notwendig. Dies hat den Vorteil, daß Übertragungseinrichtungen zur Übertragung von Sensormeßwerten, z. B. an eine Contoller-Einheit eingespart werden können. Diese Übertragungseinrichtungen, beispielsweise Funkübertragungseinrichtungen oder besonders flexible Kabel, sind notwendig, weil die Betätigungselemente in Bezug auf das verbleibende Bewegungsgerät bei Bewegungsabläufen ständig in Bewegung sind. Die erforderlichen Sensormittel zur Erfassung des Gesamtmoments bzw. einer Gesamtkraft sind kostengünstig und lassen sich im Allgemeinen innerhalb des Bewegungsgerätes anbringen, so daß die Meßwertübertragung und gegebenenfalls auch die Sensoranbringung vergleichsweise einfacher ist.This task is based on a movement device Solved above type in that the device for independent determination of the load of the respective Actuator on a first actuator arranged sensor means for determining a first variable, with which the moment / force can be determined the associated extremity on the actuator exercises and means for determining a second size includes, over which the total moment or Total force for both actuators can be determined, wherein the device is designed to have a size for the Loading of the second actuator by the other Extremity from the first and second size using a Calculate difference formation. This way, only sensor means necessary on an actuating element. this has the advantage that transmission facilities for transmission of sensor readings, e.g. B. to a controller unit can be saved. These transmission facilities, for example radio transmission devices or especially flexible cables are necessary because of the actuators in relation to the remaining movement device Movements are constantly in motion. The required sensor means for recording the total torque or a total force are inexpensive and can be in Generally attach within the movement device so that the measured value transmission and possibly also the Sensor attachment is comparatively easier.
Für den Einsatz von stationären Geräten ist es bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bevorzugt, wenn ein Organ zum Antreiben und/oder Bremsen der Betätigungselemente vorgesehen ist.For the use of stationary devices, it is one particularly advantageous embodiment preferred when a Organ for driving and / or braking the actuators is provided.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Organ zum Antreiben und/oder Bremsen der Betätigungselemente einen Elektromotor, der mit den Betätigungselementen getrieblich verbunden ist, wobei die Mittel zur Erfassung einer zweiten Größe eine Größe erfassen, die das Motormoment widerspiegelt. Diese Vorgehensweise macht sich auf elegante Art die Erkenntnis zunutze, daß bei Bewegungsgeräten über den Motorstrom das Gesamtantriebsmoment, das im Wesentlichen im eingeschwungenen Zustand die Summe der Momente an den Betätigungselementen darstellt, bestimmt werden kann, da bei vielen Ausführungsformen Verlustmomente durch Lagerreibung oder Getriebereibung vernachlässigbar sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn die getriebliche Verbindung zwischen Motor und Betätigungselementen durch einen Keilriemen, vorzugsweise durch einen Keilrippenriemen, realisiert wird. Somit ist für eine differenzierte Messung der Belastung des jeweiligen Betätigungselements durch ein Extremitätenpaar lediglich an einem Betätigungselement ein Sensor erforderlich ist, mit dessen Hilfe eine Größe gemessen werden kann, aus der sich das Moment an diesem Betätigungselement bestimmen läßt, wogegen das Gesamtmoment aus dem Motorstrom ermittelt werden kann. Der Motorstrom wird in Bewegungsgeräten allerdings häufig für andere Regelungs- oder Steuerungszwecke ohnehin gemessen und liegt damit vor. In einem solchen Fall ergibt sich somit der Vorteil, daß die Belastungsmessung durch nur einen zusätzlichen Sensor erfolgen kann.In a further particularly advantageous embodiment of the Invention comprises the organ for driving and / or braking the Actuators an electric motor that with the Actuators is geared, the Means for detecting a second variable detect a variable, which reflects the engine torque. This approach makes elegant use of the knowledge that at Movement devices on the motor current that Total drive torque, which is essentially steady State the sum of the moments on the actuators represents, can be determined, since many Embodiments loss moments due to bearing friction or Gear friction are negligible. This is especially true then when the gear connection between engine and Actuators by a V-belt, preferably with a V-ribbed belt. So for a differentiated measurement of the load of each Actuator only by a pair of extremities an actuator, a sensor is required with whose help can be used to measure a size from which lets you determine the moment on this actuator, whereas the total torque can be determined from the motor current can. The motor current is used in movement devices, however often for other regulatory or control purposes anyway measured and is available. In such a case results thus the advantage that the load measurement by only an additional sensor can be made.
Vorzugsweise umfassen die Sensormittel einen Dehnmeßstreifen und/oder eine Kraftmeßplatte und/oder einen Drehmomentsensor. Derartige Sensormittel sind kostengünstig zu erhalten.The sensor means preferably comprise a strain gauge and / or a force plate and / or a torque sensor. Such sensor means can be obtained inexpensively.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Betätigungsmittel zwei um 180 Grad versetzte Kurbelarme einer Kurbel. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Sensormittel für den Fall, daß sie an einem Kurbelarm befestigt werden, einen Dehnmeßstreifen umfassen. Sofern sie an einem am Kurbelarm drehgelagert angeordneten Pedal positioniert sind, ist eine Druckmeßplatte günstig und falls sie an der Antriebswelle angeordnet werden sollen, ist ein Drehmomentsensor zu bevorzugen.In a particularly preferred embodiment of the invention the actuating means comprise two offset by 180 degrees Crank arms of a crank. In this context it is advantageous if the sensor means in the event that they are on be attached to a crank arm, a strain gauge include. Unless they are pivoted on the crank arm arranged pedal is positioned, a pressure measuring plate cheap and if they are arranged on the drive shaft a torque sensor should be preferred.
Die Belastung des jeweiligen Betätigungselements durch die damit in Kontakt stehende Extremität kann vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden, jedoch ist es auch günstig, insbesondere bei Verwendung einer Kurbel, die Belastung des jeweiligen Betätigungselements in Abhängigkeit des Winkels der Rotationsbewegung zu bestimmen. Hierzu ist dann ein Winkelmesser notwendig.The load on the respective actuator by extremity in contact with it can preferably be in Dependent on the time to be determined, however it is cheap, especially when using a crank that Load of the respective actuator depending to determine the angle of the rotational movement. This is then a protractor is necessary.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur unabhängigen Bestimmung der Belastung des jeweiligen Betätigungselements durch die damit in Kontakt stehende Extremität dazu ausgelegt, bei der Ermittlung der Größe für die Belastung des zweiten Betätigungselements durch die andere Extremität Reibungsverluste im System, insbesondere durch die getriebliche Verbindung zwischen Motor und Betätigungselementen zu berücksichtigen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn anstatt einer Keilriemenverbindung zwischen Motor und Betätigungselementen ein Getriebe aus z. B. Schneckenrad und Zahnrad zur Anwendung kommt. Der Reibungsverlust läßt sich als Konstante oder als Funktion miteinbeziehen.In a further particularly advantageous embodiment of the Invention is the device for independent determination of the Load of the respective actuator by the in contact extremity designed at the Determine the size of the load on the second Actuator through the other extremity Frictional losses in the system, especially through the gear connection between engine and Actuators to be considered. This is particularly advantageous if instead of one V-belt connection between engine and actuators a gear from z. B. worm wheel and gear for application is coming. The loss of friction can be expressed as a constant or as Include function.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen kurz erläutert. Im Einzelnen zeigtAn embodiment of the invention is described below the drawings briefly explained. In detail shows
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bewegungstrainers mit Elektromotor und Kurbel und Fig. 1 is a side view of a movement trainer with an electric motor and crank and
Fig. 2 einen Horizontalschnitt II-II dieses Bewegungstrainers. Fig. 2 shows a horizontal section II-II of this movement trainer.
Der Bewegungstrainer nach den Fig. 1 und 2 hat ein flaches aufrecht stehendes Gehäuse 1, an dem als Stützgestell zwei horizontale Rohrabschnitte 2 und ein Querstück 3 aus Vierkantrohr mit zwei kurzen Füßen angebracht sind. Das Gehäuse 1 ist quer durchsetzt von der Welle einer Kurbel 4, die an den Gehäusewänden gelagert ist. An den Kurbelarmen 5 sind Fußhalterungen 6 angebracht, die als Pedale fungieren. Das Gehäuse weist im Weiteren eine Griffstange 7 mit zwei Handgriffen 8 auf.The exerciser according to FIGS. 1 and 2 has a flat upright housing 1, are attached to the support frame as the two horizontal tube sections 2 and 3 a cross-piece of square tubing with two short feet. The housing 1 is transversely penetrated by the shaft of a crank 4 which is mounted on the housing walls. On the crank arms 5 foot brackets 6 are attached, which act as pedals. The housing also has a handle bar 7 with two handles 8 .
In einem der Rohrabschnitte 2 befindet sich ein Elektromotor 9, der ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse und einen Antriebszapfen 10 besitzt. Auf der Welle der Kurbel befindet sich eine große Antriebsscheibe 11 mit glatter Riemenlauffläche. Über diese und den Antriebszapfen 10 ist ein Keilriemen 12 gespannt. In one of the pipe sections 2 there is an electric motor 9 , which has an essentially cylindrical housing and a drive pin 10 . On the shaft of the crank there is a large drive pulley 11 with a smooth belt running surface. A V-belt 12 is stretched over this and the drive pin 10 .
An einem der Kurbelarme 5a, 5b ist ein Dehnmeßstreifen (nicht dargestellt) zur Messung von Momenten angebracht, die über die Fußhalterung 6 durch einen Fuß einer Person aufgebracht werden. Ebenso wird das Motormoment über den vom Elektromotor aufgenommenen Strom ermittelt.On one of the crank arms 5 a, 5 b, a strain gauge (not shown) is attached for measuring moments that are applied by the foot holder 6 by a person's foot. The motor torque is also determined using the current drawn by the electric motor.
Das Moment zu dem mit Dehnmeßstreifen versehenem Kurbelarm gegenüberliegenden Kurbelarm kann aus der Differenz von Motormoment und dem durch den Dehnmeßstreifen ermittelten Moment errechnet werden. Damit läßt sich die Belastung des jeweiligen Kurbelarms durch das damit in Kontakt stehende Bein eines Beinpaars unabhängig voneinander bestimmen. Insbesondere bei der Verwendung eines Keilrippenriemens 12 ist es bei dieser Berechnung nicht erforderlich, Reibungsverluste durch die Verbindung von Motor und Kurbel mit einzubeziehen, da die Momentenübertragung durch einen Keilrippenriemen mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad erfolgt.The moment to the crank arm opposite with a strain gauge can be calculated from the difference between the engine torque and the moment determined by the strain gauge. The load on the respective crank arm by the leg of a pair of legs in contact with it can thus be determined independently of one another. In particular when using a V-ribbed belt 12 , it is not necessary in this calculation to include friction losses due to the connection of the engine and crank, since the torque transmission takes place by means of a V-ribbed belt with a comparatively high efficiency.
Bei anderen getrieblichen Verbindungen zwischen Kurbel und Elektromotor oder um eine noch größere Genauigkeit der Messung bei einer Ausführungsform mit Keilrippenriemen zu erzielen, kann ein Momentenverlust aufgrund der Verbindung von Motor und Kurbel bzw. durch Lagerreibung als Konstante oder als Funktion in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern berücksichtigt werden.With other gear connections between crank and Electric motor or to an even greater accuracy of Measurement in one embodiment with a V-ribbed belt can lose torque due to the connection of engine and crank or by bearing friction as a constant or as a function depending on various Parameters are taken into account.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in vielen Fällen ein zweiter zusätzlicher Sensor zur Bestimmung einer unabhängigen Belastung durch ein Extremitätenpaar nicht erforderlich, da die Messung des Motormoments regelmäßig ohnehin schon durchgeführt wird und die Implementierung von zusätzlichen Berechnungsalgorithmen auf vorhandenen Einheiten erfolgen kann. Somit läßt sich eine differenzierte Messung für ein Extremitätenpaar äußerst kostengünstig realisieren. Due to the procedure according to the invention, in many Cases a second additional sensor to determine a independent stress from a pair of limbs required because the measurement of the engine torque regularly already done and the implementation of additional calculation algorithms on existing units can be done. This enables a differentiated measurement for a pair of limbs extremely cost-effectively.
11
Gehäuse
casing
22nd
Rohrabschnitt
Pipe section
33rd
Querstück
Cross piece
44th
Kurbel
crank
55
a Kurbelarm
a crank arm
55
b Kurbelarm
b crank arm
66
a Fußhalterung
a foot bracket
66
b Fußhalterung
b foot bracket
77
Griffstange
Handle bar
88th
Handgriff
Handle
99
Elektromotor
Electric motor
1010th
Antriebszapfen
Drive pin
1111
Antriebsscheibe
Traction sheave
1212th
Keilrippenriemen
V-ribbed belts
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