DE202008001590U1

DE202008001590U1 - Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten

Info

Publication number: DE202008001590U1
Application number: DE202008001590U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2018-02-01

Abstract

Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten, welches insbesondere Sportler und Personen mit Gehschwäche oder Beinprothesen in den Bewegungsfunktionen des Laufens in der Ebene, der aufsteigenden sowie der abfallenden Schräge, der unebenen Strecke und des Treppensteigens in Aufwärts- sowie Abwärtsrichtung trainiert und dadurch gekennzeichnet ist, dass für jeden Fuß ein auf einer Wagen-Führungsschiene [11.1] [11.2] geführt hin und her bewegbares Wagensegment [1.1] [1.2] vorgesehen ist, welches das Basissegment einer Kinematik ist, die aus mindestens fünf untereinander verbundenen Gelenken [6.1, 7.1, 8.1, 9.1, 10.1] [6.2, 7.2, 8.2, 9.2, 10.2] durch mindestens vier weitere bewegbare Segmente, nämlich mindestens dem Fußspitzenhebersegment [2.1] [2.2], dem Fersenheber-Oberteilsegment [4.1] [4.2], dem Fersenheber-Unterteilsegment [5.1] [5.2] und dem Fußplattensegment [3.1] [3.2] besteht, die eine geschlossene Kette bilden, wobei jedes Fußplattensegment [3.1] [3.2] über mindestens drei Bewegungs-Freiheitsgrade verfügt und eine durch die Stellung der anderen Segmente [1.1] [1.2], [2.1] [2.2], [4.1] [4.2], [5.1] [5.2] eindeutig bestimmte Lage einnimmt und eine...

Description

Einführung
Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten, welches insbesondere Sportler und Menschen mit Gehschwächen oder Beinprothesen in den Bewegungsfunktionen des Laufens in der Ebene, der aufsteigenden sowie der abfallenden Schräge, der unebenen Strecke und des Treppensteigens in Aufwärts- sowie Abwärtsrichtung trainiert. Als Behandlungsform zielt die Lokomotionstherapie neurophysiologisch auf eine Aktivierung der für das Gehen relevanten Lokomotionszentren im zentralen Nervensystem bei gleichzeitiger Förderung der für das Gehen erforderlichen posturalen Kontrolle ab. (Lokomotionstherapie, S. Hesse ISBN 978-3-936817-27-0)
In der Rehabilitation helfen unterschiedliche elektromechanische Geräte Patienten mit hochgradiger Gehschwäche z. B. nach Schlaganfall, das Gehen wieder zu erlernen. Gehübungen auf dem Laufband erfordern bis zu drei Therapeuten, die zum Teil in belastenden Körperhaltungen arbeiten. Durch außergewöhnlich hohe therapeutische Erfolge haben sich in den letzten Jahren insbesondere stationäre Geräte durchgesetzt, die das Gehen auf der Ebene trainieren und bei denen die Bewegungen der Beine durch aktiv bewegte Fußplatten initiiert werden, wobei die Patienten aufrecht in Gurten gesichert sind. Ausdauerndes Trainieren beider unterer Extremitäten und die Behandlung durch nur einen Therapeuten bilden die nutzbringende Basis. Für das gurtgesicherte Wiedererlernen des Treppensteigens von gehbehinderten Patienten gibt es derzeit in den Rehabilitationskliniken kein entsprechend erfolgreiches Gerät.
Beschreibung
Als Stand der Technik sind in der Gangrehabilitation für schwer Gehbehinderte eine Vielzahl von elektromechanischen Geräten bekannt, von denen einige in der Praxis eingesetzt werden. Ein besonders erfolgreiches Segment sind Geräte mit bewegten Fußplatten wie der Gangtrainer GTI (Trainingsgerät für den menschlichen Gang DE 198 05 164 ). Hier wird das Gehen durch die Bewegungen von zwei Fußplatten durch einen Elektromotor mit einem speziellen Kurvengetriebe realisiert, welches die therapeutisch wichtige Funktion von 60% der Zeit als Standbeinphase und 40% als Schwungbeinphase verwirklicht. Über die Schrittfrequenz hinaus konnte als Weiterentwicklung die Schrittgröße vor der Übung eingestellt werden.
Für weitere Bewegungsfunktionen wie das Treppensteigen werden weitere Fußplattenbewegungen benötigt. Für frei programmierbare Fußplattenbewegungen werden pro Fuß mindestens drei Freiheitsgrade benötigt. Der Roboter-Gangtrainer gemäß DE 100 28 511 ist nicht zum Einsatz in der Rehabilitation gelangt. Er basiert pro Fuß auf je drei feststehenden und je drei mitbewegten Linearachsen.
Mit dem Haptic-Walker (Robotergestützter Laufsimulator DE 20 2006 011 767 ) wurde dies dadurch realisiert, dass auf zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Linearachsen je zwei Linearmotoren unabhängig voneinander gleiten. Auf dem ersten Linearmotor befindet sich ein schwenkbarer Roboterarm starr verbunden mit einem nach unten ragenden Hebel, an welchem über eine Schubstange der zweite Linearmotor angeschlagen ist. Am Ende der Roboterarme ragen schwenkbare Fußplatten nach innen. Die Fußplatten bewegen sich mit Hilfe einer frei programmierbaren Steuerung gleichzeitig in den Anstellwinkeln sowie in zwei parallel stehenden senkrechten Ebenen.
Der Nachteil des GTI gemäß DE 198 05 164 besteht in der Begrenzung der Therapie auf das Trainieren der Gangbewegung und darin, dass trotz Schrittweitenverstellung die Anstellwinkel der Fußsohle nicht physiologisch korrekt abgebildet werden.
Bei dem realisierten sechsachsigen robotergesteuerten Haptic-Walker gemäß DE 20 2006 011 767 ist nachteilig, dass sich die bewegten Massen in Vorwärtsrichtung auf über 400 kg pro Seite summieren, was bei den erforderlichen Beschleunigungen des Vierfachen der Erdbeschleunigung über 16.000 N pro Seite an Antriebskräften ergibt. Dieses setzt entsprechende Antriebsleistungen, die dafür ausgelegte Leistungselektronik und einen elektrischen Drehstrom-Netzanschluss von 400 V voraus. Die entsprechenden Komponenten und eine aufwändige Schweißkonstruktion mit kostenintensiver mechanischer Bearbeitung verursachen hohe Herstellungskosten des Systems. Der Haptic-Walker einschließlich Schaltschrank hat erheblichen Platzbedarf und muss auf Grund der hohen beschleunigten Massen am Boden fest verankert werden. Zudem ist der seitliche Zugang zum Patienten durch Therapeuten nicht möglich. Diese Hemmnisse machen seine Verbreitung im praktischen Einsatz in Rehabilitationsklinken nahezu unmöglich.
Schon in der DE 20 2006 011 767 wird an dem nicht realisierten Roboter-Gangtrainer zum Einsatz in der Rehabilitation" gemäß DE 100 28 511 der erschwerte Zugang des Therapeuten als ernst zu nehmendes Hemmnis kritisiert, welches der Haptic-Walker aber auch nicht befriedigend löst.
Sowohl beim GT1 als auch beim Haptic-Walker werden die Patienten durch ein in der Höhe verstellbares, zentrales Seil gesichert, welches über einen massiven Bügel der sich über dem Kopf des Patienten befindet, dessen Gewicht auf beide Seiten der Befestigungen am Personensicherungsgurt (Fallschirmgurt) überträgt. Dieses Aufhängesystem erfordert in den Therapieräumen große Raumhöhen, und der Bügel stellt ein Kopfverletzungsrisiko dar.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten zu schaffen, welches die Fußsohlenbewegungen einer Person simuliert, die in der Ebene oder der Schräge geht oder läuft. Als spezielle Gangvarianten sollen die Fußsohlenbewegungen auf einer abwärts laufenden Rolltreppe aufwärts, auf einer aufwärts laufenden Rohtreppe abwärts, am Geländer, mit Gehhilfen (Stock, Krücken) oder mit Prothesen und das Treppensteigen mit versteiften Gelenken der unteren Extremitäten simuliert werden. Dabei soll sich die Person nicht tatsachlich fortbewegen, sondern die Lauf bewegungen sollen stationär stattfinden. Alle gemäß der Aufgabenstellung angegebenen Funktionen sollen sowohl einzeln für eine Körperhälfte ausführbar sein, aber auch gegenläufig synchron oder unabhängig voneinander für beide Körperhälften.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße „Multifunktionale Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten", welches insbesondere Sportler und Personen mit Gehschwäche oder Beinprothesen in den Bewegungsfunktionen des Laufens in der Ebene, der aufsteigenden sowie der abfallenden Schräge, der unebenen Strecke und des Treppensteigens in Aufwärts- sowie Abwärtsrichtung trainiert.
Das Gerät besteht aus zwei gleichen oder symmetrischen Mechanikkomponenten für jeden Fuß, wobei ein auf einer Wagen-Führungsschiene geführt hin und her bewegbares Wagensegment vorgesehen ist, welches das Basissegment einer Kinematik darstellt, die aus mindestens fünf untereinander verbundenen Gelenken und mindestens vier weiteren Segmenten, nämlich mindestens dem Fußspitzenhebersegment, dem Fersenheber-Oberteilsegment, dem Fersenheber-Unterteilsegment und dem Fußplattensegment besteht. Der Winkel zwischen dem Wagensegment und dem Fußspitzenhebersegment bestimmt die Höhenposition des Fußpiattensegmentes an der Fußspitze, und der Winkel zwischen Fersenheber-Oberteilsegment und dem Fersenheber-Unterteilsegment bestimmt die Höhenposition des Fußplattensegmentes an der Fersenseite. Dadurch wird eindeutig die Höhenposition und der Winkel des Fußplattensegmentes bestimmt. Das Fußplattensegment weist eine Vorrichtung zur Fußfixierung auf. Zur kostengünstigen Fertigung können die Segmente und weitere mechanischen Teile aus Aluminiumblechen gelasert und gebogen werden. Hierdurch lassen sich hohe Stabilitäten bei geringem Gewicht mit niedrigen Kosten realisieren. Außerdem kann Die erfindungsgemäße Kinematik mit einer niedrigen Bauhöhe in der Größenordnung einer Treppenstufe von 180 bis 200 mm realisiert werden. Dadurch ist der seitliche Zugang zum Patienten durch den Therapeuten bestens gewährleistet.
Die Fußplatte hat eine nutzbare Länge von etwa 400 mm, und die Summe der Gelenkabstände des Wagensegments und des Fersenheber-Unterteilsegments entspricht etwa der Summe der Gelenkabstände des Fußspitzenhebersegments, des Fußplattensegments und des Fersenheber-Oberteilsegments.
In einer zweckmäßigen Ausführung können die beiden Wagensegmente mit jeweils einem Horizontalantrieb versehen sein.
Die Winkel zwischen den Wagensegmenten und den Fußspitzenhebersegmenten um die vorderen Wagengelenke sind durch Antriebe in einem Bereich verstellbar, der zwischen 0° und 90° oder zwischen 180° und 90° liegt. Die Winkel zwischen den Fersenheber-Oberteilsegmenten und den Fersenheber-Unterteilsegmenten um die hinteren Hubgelenke sind durch Antriebe in einem Bereich verstellbar, der zwischen 0° und 180° oder zwischen 360° und 180° liegt. Da die Beschleunigungen, die bis zum Vierfachen der Erdbeschleunigung betragen, entsprechende Antriebskräfte erfordern, werden die bewegten Massen minimiert. Dies wird durch die weitgehende Verwendung stationärer Antriebe erreicht, deren Antriebsleistungen über Traktionselemente zu den fahrenden Wagensegmenten übertragen werden.
Die zwei Wagensegmente sind durch Linearmotoren oder stationäre oder mitfahrende Horizontalantriebe mittels Zahnriemen, Gewindespindeln oder Kurbeltrieben auf einer Wagen-Führungsschiene verstellbar. Die Höhenpositionen der Fußspitzengelenke und der Fersengelenke sind unabhängig von den Wagenpositionen jeweils durch stationäre Linearmotoren oder Stellantriebe mittels Zugkräfte übertragenden Bauelementen wie Riemen, Gurte, Ketten oder Seile und/oder durch stationäre Stellantriebe mittels Wellen, die über formschlüssige Verbindungen Rotationswinkel an das Wagensegment übertragen und/oder durch mitfahrende Linearmotoren oder Stellantriebe, verstellbar.
Bei der Übertragung der Hubbewegungen durch Riemen etc. die nur in einer Richtung wirken sind voraussichtlich die sicherheitstechnischen Anforderungen geringer, da auch bei Fehlfunktion der Steuerung die Fußgelenke nicht über ihren Bewegungsbereich hinaus überlastet werden können.
Der Stellantrieb kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Winkelverstellung zwischen den Wagensegmenten und den Fußspitzenhebersegmenten um die vorderen Wagengelenke, zwischen Fersenheber-Oberteilsegment und Fersenheber-Unterteilsegment um die hinteren Hubgelenke sowie die Wagenpositionen entweder mit eigenen Antrieben ausgestattet sein, die von mindestens einer Steuereinheit mit frei programmierbaren, bahngesteuerten Servoachsen kontrolliert werden oder die durch einen zentralen Antrieb über mechanisch gekoppelte Kurvengetriebe gesteuert werden.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Winkelverstellung zwischen den Wagensegmenten und den Fußspitzenhebersegmenten um die vorderen Wagengelenke und/oder die Winkelverstellung zwischen Fersenheber-Oberteilsegment und Fersenheber-Unterteilsegment um die hinteren Hubgelenke entweder durch auf den Wagensegmenten mitfahrende Stellantriebe oder durch stationäre Antriebe über mitfahrende Getriebe mittels einer formschlüssigen, in der Längsrichtung verschiebbaren Welle angetrieben werden.
In einer zweckmäßigen Ausführung können die Führungsschienen in der Ebene eine Kontur aufweisen, welche eine festgelegte Querbewegung der Füße zur Gangrichtung bestimmt. Dadurch kann eine verbesserte natürliche Gangbewegung simuliert werden, bei der der Parallelenabstand der Fußachsen in dem Moment am größten ist, wenn sich die Füße nebeneinander befinden.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Querbewegung der Füße zur Gangrichtung an den Fußplattensegmenten durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe ausgeführt sein.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Drehung der Fußplattensegmente um die Senkrechte zur Fußplatte und/oder um die Längsachse der Fußsohle durch weitere Servoantriebe frei programmierbar oder/und durch Kurvengetriebe ausgeführt sein.
Bei einer zweckmäßigen Ergänzung kann die Knickung der Zehen am Fußballen (Metatarsalgelenk) mittels jeweils einer weiteren kippbaren Platte durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe ausgeführt sein.
Bei einer zweckmäßigen Ergänzung zur Entlastung der Therapeuten kann die Durchstreckung des Beines in der Standbeinphase durch Zugbewegung einer Kniebandage mittels Seilen durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe unterstützt werden.
In einer zweckmäßigen Ausführung können die je Fuß zwei die Hubarbeit für Fußspitze und Ferse leistenden Antriebe durch Federkomponenten vom Körpergewicht der Person unabhängig von der Kraftverteilung auf die beiden Füße und der Winkelstellung der Füße entlastet werden. Dazu werden zunächst jeweils durch einen Ausgleichsriemen über eine Umlenkrolle die Hubpositionen der Fußspitze und der Ferse eines Fußes gemittelt und darüber hinaus die beiden gemittelten Positionen untereinander mit einer Feder verbunden. Die manuell oder durch Antriebe veränderliche Vorspannung dieser Vertikalhub-Feder dient zur Anpassung dieser Kräfte auf das Körpergewicht der Person.
Derselbe Gewichtsentlastungseffekt kann durch an diesen vier Hubantrieben angebrachte Pneumatikzylinder/-motoren erzielt werden, die alle untereinander verbunden sind und deren Druck zwecks Anpassung an das Körpergewicht der Person einstellbar ist.
In einer zweckmäßigen Ausführung sind die Wagensegmente über mindestens eine Feder jeweils mit der Grundplatte verbunden, um über den Steuerweg die Bremsenergie zu speichern und diese zur Beschleunigung der Wagen zur Verfügung zu stellen.
Die Kombination der Materialauswahl mit konstruktiven und antriebstechnischen Maßnahmen ergibt die Option, den Gangtrainer mit einphasigen 230 V und 16 A zu betreiben, was erhebliche Marktsegmente auch international erschließt, da der kostenintensive Zusatzaufwand der Installation eines Kraftstromanschlusses entfällt.
Bei einer zweckmäßigen Ergänzung ist ein Bildschirm im Sichtbereich der Person auf dem Trainingsgerät angeordnet, oder die Person trägt eine Virtual-Reality-Brille, die eine Laufumgebung synchron zur Bewegungsfunktion darstellt und/oder Feedback-Funktionen ermöglicht.
Bei einer zweckmäßigen Ergänzung sind im Steigungswinkel einstellbare, umlaufende Geländerbänder (wie von der Rolltreppe bekannt), seitlich in Armhöhe an jeder Wagenführungsschiene angeordnet, die entweder angetrieben werden und während des Gangtrainings ein stehendes Geländer simulieren, oder von der Person manuell bewegt werden zu dem Zweck der Beeinflussung der Geschwindigkeit der Laufbewegungen.
Bei einer zweckmäßigen Ergänzung sind bis zu zwei weitere angetriebene Wagen parallel zu den beiden Wagenführungsschienen angeordnet, an denen jeweils eine gegenüber dem Wagen durch einen Hubantrieb höhenverstellbare Gehhilfe mit ihrem bodenseitigen Ende gelenkig befestigt ist, so dass das Gehen mit Gehhilfen (Krücken, Stöcke) trainiert werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Erfindung eine Aufhängung zur Gewichtsentlastung beinhalten, wobei das Personengewicht während des Trainings partiell bzw. zur Fallsicherung vollständig durch einen Personensicherungsgurt aufgenommen wird, welcher beidseitig an Seilen hängt, die über zwei Umlenkrollen an einem Tragbügel und über eine Ausgleichsrolle geführt werden, damit sich der Höhenausgleich zwischen den Befestigungspunkten frei einstellen kann, wobei diese Vorrichtung mit einem Höhenverstellungsantrieb sowohl zwecks initialer Anpassung an die Körpergröße der Person als auch zum dynamischen Hüfthöhenausgleich während der Gangbewegungen ausgestattet ist.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann die Person durch einen zentralen Tragbügel umgeben sein, der beiderseits der Person bodennah auf einer Achse schwenkbar gelagert ist und der in verschiedenen Positionen fixiert werden kann zu dem Zweck, den Patienten vor dem Trainingsgerät aus einem Rollstuhl zu heben oder ihn darin abzusetzen. Die Aufhängungshöhe der Person wird während des Schwenkens des Tragbügels konstant gehalten, was durch Verschieben der Seilrollen mittels eines Niveau-Ausgleichseiles, einer Niveau-Umlenkrolle und eines Kurvengetriebes oder durch die Steuerung des Höhenverstellungsantriebs realisiert wird.
In einer zweckmäßigen Ergänzung kann ein bewegbar gelagertes Gewicht unter dem Fußplattensegment angeordnet sein und durch einen mechanischen oder elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb von unten gegen den Fersenbereich des Fußplattensegmentes geschlagen werden, um der Person das Auftreten taktil zu vermitteln.
Ausführungsbeispiele werden in den nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt die:
1: das multifunktionale Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten in der Grundausführung mit je einer verfahrbaren Fünfgelenk-Kinematik pro Fuß
2: das multifunktionale Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten in Aufsicht mit Führungsschienenkontur zur seitlichen Fußbewegung
3: die Hubmechanismen für die Fußspitze und die Ferse als Scherenkinematik ausgebildet
4: den Fußwagen mit mitfahrenden Fußspitzen- und Fersenstellantrieben
5: eine Fußspitzen-Hubmechanik der Fünfgelenk-Kinematik mit Gewindespindelverstellung für stationären Antrieb
6: eine Fersen-Hubmechanik der Fünfgelenk-Kinematik mit einer Riemenverstellung für stationären Antrieb
7: eine Entlastung der Abtriebsmotoren durch Federn in Aufsicht sowie einen Gehhilfen-Wagen
8: eine Patientenaufnahme mit Niveau-Ausgleich sowie Geländerband und Bildschirm
9: eine Vorrichtung für Gangtraining mit Gehhilfe
1 stellt das multifunktionale Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten beispielhaft in der Grundausführung mit je einer verfahrbaren Fünfgelenk-Kinematik pro Fuß dar. Auf der Grundplatte [13] sind die rechte und die linke Führungsschiene [11.1] [11.2] angebracht. Diese führen den rechten und den linken Wagen mit den Wagensegmenten [1.1] [1.2], die jeweils das Grundsegment einer Fünfgelenk-Kinematik darstellen und in Gangrichtung [X] Vor- und Rückwärtsbewegungen ausführen. Die zweiten Segmente, die Fußspitzenhebersegmente [2.1] [2.2] verbinden die vorderen Wagengelenke [6.1] [6.2] mit den Fußspitzengelenken [7.1] [7.2] der Fußplattensegmente [3.1] [3.2]. Die dritten Segmente sind die Fußplattensegmente [3.1] [3.2] mit den beiden Fußfixierungen [12.1] [12.2]. Die vierten und fünften untereinander verbundenen Segmente, als Fersenheber-Oberteilsegment [4.1] [4.2] und Fersenheber-Unterteilsegment [5.1] [5.2] im hinteren Hubgelenk [9.1] [9.2] verbunden, verbinden die Fersengelenke [8.1] [8.2] der Fußplattensegmente [3.1] [3.2] mit den hinteren Wagengelenken [10.1] [10.2] der Wagensegmente [1.1] [1.2]. So bestimmen die Winkel zwischen den ersten [1.1] [1.2] und den zweiten [2.1] [2.2] Segmenten die Höhenpositionen [Z] an den Fußspitzengelenken [7.1] [7.2] und die Winkel zwischen den jeweils vierten [4.1] [4.2] und den jeweils fünften [5.1] [5.2] Segmenten die Höhenpositionen [Z] an den Fersengelenken [8.1] [8.2], wobei deren entsprechende Bewegungsanteile in X-Richtung durch die X-Positionen der Wagen [1.1] [1.2] kompensiert werden. Dadurch werden zwangsläufig die Höhenpositionen [Z] und die Winkel der Fußplatten bestimmt. Weiter werden die Kniegurte [32.1] [32.2] dargestellt, die eine Durchstreckung des Standbeines unterstützen.
2 stellt das multifunktionale Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten mit Führungsschienen beispielhaft in Aufsicht dar. Hierbei sind Wagen-Führungsschienen [11.1] [11.2] vorgesehen, die durch Führungselemente [33] an dem Wagensegment [1.1] [1.2] eine Querbewegung [Y] der Fußplatten zur Gangrichtung [X] bewirken. Damit werden die Bewegungsbahnen über den Wagen-Steuerweg [23] der Füße, von oben betrachtet, dem natürlichen Gang angenähert, bei dem der Parallelenabstand der Fußachsen am größten ist, wenn sich die Füße nebeneinander befinden.
3 stellt die Hubmechanismen für die Fußspitze und die Ferse als Scherenkinematik ausgebildet dar. Hierbei wird vom Wagensegment [1] am vorderen Wagengelenk [6] eine Scherenkinematik [63] gelagert, die den Fußspitzenhub-Steuerweg [42] auf das Fußspitzengelenk [7] überträgt und am hinteren Wagengelenk [10] eine Scherenkinematik [63], die die Position von dem Fersengelenk [8] bestimmt. Hiermit wird die Lage und der Winkel des Fußplattensegmentes [3] bestimmt.
4 stellt beispielhaft den Fußwagen mit mitfahrenden Fußspitzenhub- und Fersenhub-Stellantrieben [68] [69] dar. Hier ist der Fußspitzenhub-Stellantrieb [68] fest am Wagensegment [1] montiert und führt die Winkelstellung des Fußspitzenhebersegment [2] direkt aus. Der Fersenhub-Stellantrieb [69] ist auch am Wagensegment [1] montiert und führt die Winkelstellung über Zahnräder [66] zwischen Fersenheber-Unterteilsegment [5] und Fersenheber-Oberteilsegment [4] direkt aus, wobei letzteres mit einem Zahnradsegment [67] verbunden ist.
5 stellt beispielhaft den Fußwagenteil mit einer Fußspitzen-Hubmechanik der Fünfgelenk-Kinematik mittels einer Gewindespindelverstellung für stationären Stellantrieb dar. Hierbei ist die Grundplatte [13] mit der Wagenführungsschiene [11], auf der sich das Wagensegment [1] im Bereich des Wagen-Steuerweges [23] bewegt, mit zwei stationären Lagern [25] versehen, die eine Welle mit formschlüssigem Profil [26] lagern. Diese Welle [26] hat auf dem fahrbaren Wagensegment [1] eine mitfahrendes Lager [27], das einer Kugelumlaufspindel [29] als Gegenlager dient. Durch den Rotationswinkel [24] der Welle [26] stellt die zugehörige Kugelumlaufmutter [28] über Schubstangen [30] die Position des Fußspitzenhebersegmentes [2] der Fünfgelenk-Kinematik ein und bestimmt durch Drehung um das vordere Wagengelenk [6] des Wagensegmentes [1] damit den Fußspitzenhub-Steuerwinkel [31] relativ zum Wagensegment [1].
6 stellt beispielhaft den Fußwagenteil mit einer Fersen-Hubmechanik der Fünfgelenk-Kinematik mittels einer Riemenverstellung für stationären Stellantrieb dar. Hierbei wird ein an der Grundplatte [13] fixierter Fersenhub-Steuerriemen [18] über auf dem Wagensegment [1] feststehende Umlenkrollen [14] und eine auf einer Linearführung [16] bewegbaren Umlenkrolle [15] geführt. Eine Positionsänderung des gesteuerten Riemenendes [19] überträgt sich im Bereich des Fersenhub-Steuerweges [20] unabhängig von der Position des Wagensegmentes [1] gegenüber der Grundplatte [13] im Bereich des Wagen-Steuerweges [23] auf die bewegbare Rolle [15], wodurch ein Fersenhub-Umlenkriemen [21] im Bereich des Linearhubweges [17] bewegt wird, der durch Zug am Halbzylinder des Fersenheber-Oberteils [4] dessen Drehung um das hintere Hubgelenk [9] verursacht. Dadurch wird der Fersenhub-Steuerwinkel [22] eingestellt und somit der Abstand vom hinteren Wagengelenk [10] zum Fersengelenk [8] beeinflusst.
7 stellt die Entlastung der Abtriebsmotoren durch Federn sowie einen Gehhilfen-Wagen in Aufsicht dar. Hierbei werden die beiden Wagensegmente [1.1] [1.2] jeweils durch mindestens eine Horizontalhub-Feder [41] mit der Grundplatte [13] verbunden, um über den Wagen-Steuerweg [23] kinetisch Bremsenergie zu speichern und zur Beschleunigung zur Verfügung zu stellen mit dem Zweck die Wagensegment-Stellantriebe [57] zu entlasten. Parallel zur Riemenaufwicklung des Fußspitzenhub- [39] und des Fersenhub-Stellantriebes [40] wird jeweils ein Fußspitzen-Fersenhub-Ausgleichsriemen [38] über Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkrollen [43] nur hier zwecks grafischer Darstellung mit einem Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkbügel [37] geführt. Diese Fußspitzen-Fersenhub-Ausgleichsriemen [38] wiederum werden jeweils an dem Punkt der Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkrolle [43] oder hier zwecks grafischer Darstellung an dem Fußspitzen- Fersenhub-Umlenkbügel [37] mit einem Rechts-Links-Fußhub-Ausgleichsriemen [36] über Rechts-Links-Umlenkrollen [35] mit einer gemeinsamen Vertikalhub-Feder [34] verbunden. Diese Vertikalhub-Feder [34] nimmt beim Gehen und Treppensteigen nahezu unabhängig von den jeweiligen Fußhüben und Fußwinkeln einen Teil des Gewichtes des Patienten auf. Das Personengewicht bzw. das Maß der Entlastung der Stellantriebe [39] [40] kann durch Veränderung der Lage der Rechts-Links-Umlenkrollen [35] gegenüber der Grundplatte [13], was eine Veränderung der Federverspannung bewirkt, eingestellt werden. Weiter wird eine Vorrichtung zum Gangtraining mit Gehhilfe dargestellt. Hier ist ein Gehhilfen-Wagen [59] parallel zu den beiden Wagenführungsschienen [11.1] [11.2] angeordnet und wird horizontal durch einen Gehhilfen-Horizontalantrieb [58] angetrieben.
8 stellt die Patientenaufnahme und -sicherung sowie das winkelverstellbare Geländerband [48] und den Bildschirm [47] für die 3-D Umgebungsdarstellung dar. Das Geländerband [48] kann angetrieben werden oder von Hand bewegt die Geschwindigkeit des Trainingsgerätes steuern. Die Figur beinhaltet einen Höhenverstellungsantrieb [46] mit Gewichtsentlastung des Patienten mittels eines Gewichtentlastungs-Ausgleichsseiles [50], das an beiden Seiten des Personensicherungsgurtes [51] befestigt wird. Dieses Seil wird über diesen Befestigungspunkten an dem Tragbügel [52] mit zwei Gewichtentlastungs-Umlenkrollen [44] und einer Gewichtentlastungs-Ausgleichsrolle [45] geführt, damit sich der Höhenausgleich zwischen den Befestigungspunkten frei einstellen kann. Weiter ist ein zentraler Tragbügel [52] vorgesehen, welcher beiderseits der Person bodennah auf einer Tragbügelschwenkachse [49] gelagert ist und in verschiedenen Feststellpositionen [55] fixiert werden kann, wobei die Aufhängungshöhe der Person während des Schwenkens des Tragbügels [52] durch Verschieben der Gewichtsentlastungsumlenkrolle [44] oder der Gewichtsentlastungsausgleichsrolle [45] mittels eines Niveau-Ausgleichseiles [53], einer Niveau-Umlenkrolle [56] und eines Kurvengetriebes [54] oder durch eine Ansteuerung des HOhenverstellungsantriebs [46] konstant gehalten wird.
9 stellt eine Vorrichtung zum Gangtraining mit Gehhilfe dar. Hier ist der gemäß 7 bewegbare Gehhilfen-Wagen [59] über das Gehhilfen-Gelenk [62] mit der Gehhilfe [60] verbunden und wird durch einen Gehhilfen-Hubantrieb [61] zur Höhenverstellung angetrieben.

1: Wagensegment
1.1: Wagensegment rechts
1.2: Wagensegment links
2: Fußspitzenhebersegment
2.1: Fußspitzenhebersegment rechts
2.2: Fußspitzenhebersegment links
3: Fußplattensegment
3.1: Fußplattensegment rechts
3.2: Fußplattensegment links
4: Fersenheber-Oberteilsegment
4.1: Fersenheber-Oberteilsegment rechts
4.2: Fersenheber-Oberteilsegment links
5: Fersenheber-Unterteilsegment
5.1: Fersenheber-Unterteilsegment rechts
5.2: Fersenheber-Unterteilsegment links
6: Vorderes Wagengelenk
6.1: Vorderes Wagengelenk rechts
6.2: Vorderes Wagengelenk links
7: Fußspitzengelenk
7.1: Fußspitzengelenk rechts
7.2: Fußspitzengelenk links
8: Fersengelenk
8.1: Fersengelenk rechts
8.2: Fersengelenk links
9: Hinteres Hubgelenk
9.1: Hinteres Hubgelenk rechts
9.2: Hinteres Hubgelenk links
10: Hinteres Wagengelenk
10.1: Hinteres Wagengelenk rechts
10.2: Hinteres Wagengelenk links
11: Wagen-Führungsschiene
11.1: Wagen-Führungsschiene rechts
11.2: Wagen-Führungsschiene links
12.1: Fußfixierung rechts
12.2: Fußfixierung links
13: Grundplatte
14: feststehende Umlenkrolle
15: bewegbare Umlenkrolle
16: Linearführung
17: Linearhubweg
18: Fersenhub-Steuerriemen
19: gesteuertes Riemenende
20: Fersenhub-Steuerweg
21: Fersenhub-Umlenkriemen
22: Fersenhub-Steuerwinkel
23: Wagen-Steuerweg
24: Rotationswinkel
25: stationäres Lager
26: Welle mit formschlüssigem Profil
27: fahrendes Lager
28: Kugelumlaufmutter
29: Kugelumlaufspindel
30: Schubstange
31: Fußspitzenhub-Steuerwinkel
32.1: Kniegurt rechts
32.2: Kniegurt links
33: Führungselement
34: Vertikalhub-Feder
35: Rechts-Links-Umlenkrolle
36: Rechts-Links-Fußhub-Ausgleichsriemen
37: Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkbügel
38: Fußspitzen-Fersenhub-Ausgleichsriemen
39: Fullspilzenhub-Stellantrieb
40: Fersenhub-Stellantrieb
41: Horizontalhub-Feder
42: Fußspitzenhub-Steuerweg
43: Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkrolle
44: Gewichtsentlastungsumlenkrolle
45: Gewichtsentlastungsausgleichsrolle
46: Höhenverstellungsantrieb
47: Bildschirm
48: Geländerband
49: Tragbügelschwenkachse
50: Gewichtsentlastungs-Ausgleichsseil
51: Personensicherungsgurt
52: Tragbügel
53: Niveau-Ausgleichsseil
54: Kurvengetriebe
55: Feststellpositionen
56: Niveau-Umlenkrolle
57: Wagensegment-Stellantrieb
58: Gehhilfen-Horizontalantrieb
59: Gehhilfen-Wagen
60: Gehhilfe
61: Gehhilfen-Hubantrieb
62: Gehhilfen-Gelenk
63: Scherenkinematik
64: Zahnriemen
65: Fußspitzenhub-Steuerriemen
66: Zahnrad
67: Zahnradsegment
68: mitfahrender Fußspitzenhub-Stellantrieb
69: mitfahrender Fersenhub-Stellantrieb

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 19805164 [0003, 0006]
- DE 10028511 [0004, 0008]
- DE 202006011767 [0005, 0007, 0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Lokomotionstherapie, S. Hesse ISBN 978-3-936817-27-0 [0001]

Claims

Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten, welches insbesondere Sportler und Personen mit Gehschwäche oder Beinprothesen in den Bewegungsfunktionen des Laufens in der Ebene, der aufsteigenden sowie der abfallenden Schräge, der unebenen Strecke und des Treppensteigens in Aufwärts- sowie Abwärtsrichtung trainiert und dadurch gekennzeichnet ist, dass für jeden Fuß ein auf einer Wagen-Führungsschiene [11.1] [11.2] geführt hin und her bewegbares Wagensegment [1.1] [1.2] vorgesehen ist, welches das Basissegment einer Kinematik ist, die aus mindestens fünf untereinander verbundenen Gelenken [6.1, 7.1, 8.1, 9.1, 10.1] [6.2, 7.2, 8.2, 9.2, 10.2] durch mindestens vier weitere bewegbare Segmente, nämlich mindestens dem Fußspitzenhebersegment [2.1] [2.2], dem Fersenheber-Oberteilsegment [4.1] [4.2], dem Fersenheber-Unterteilsegment [5.1] [5.2] und dem Fußplattensegment [3.1] [3.2] besteht, die eine geschlossene Kette bilden, wobei jedes Fußplattensegment [3.1] [3.2] über mindestens drei Bewegungs-Freiheitsgrade verfügt und eine durch die Stellung der anderen Segmente [1.1] [1.2], [2.1] [2.2], [4.1] [4.2], [5.1] [5.2] eindeutig bestimmte Lage einnimmt und eine Fußfixierung [12.1] [12.2] aufweist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Fußplatte eine nutzbare Länge von etwa 400 mm hat und die Summe der Gelenkabstände des Wagensegments [1] und des Fersenheber-Unterteilsegments [5] etwa der Summe der Gelenkabstände des Fußspitzenhebersegments [2], des Fußplattensegments [3] und des Fersenheber-Oberteilsegments [4] entspricht.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die beiden Wagensegmente [1.1] [1.2] mit jeweils einem Wagensegment-Stellantrieb [57] versehen sind.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Hubmechanismen für die Fußspitzen und/oder die Fersen als Scherenkinematiken ausgebildet sind wobei am Wagensegment [1] am vorderen Wagengelenk [6] eine Scherenkinematik gelagert ist, die über einen Stellantrieb die Position innerhalb des Fußspitzenhub-Steuerweges [42] auf das Fußspitzengelenk [7] überträgt und/oder am hinteren Wagengelenk [10] eine Scherenkinematik [63], die über einen Stellantrieb, der den Winkel innerhalb der Scherenkinematik [63] verstellt, die Position von dem Fersengelenk [8] bestimmt, damit die Lage und der Winkel des Fußplattensegmentes [3] bestimmt ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Winkel zwischen den Wagensegmenten [1.1] [1.2] und den Fußspitzenhebersegmenten [2.1] [22] um die vorderen Wagengelenke [6.1] [6.2] durch An triebe in einem Bereich, der zwischen 0° und 90° oder zwischen 180° und 90° liegt, verstellbar sind sowie dadurch, dass die Winkel zwischen den Fersenheber-Oberteilsegmenten [4.1] [4.2] und den Fersenheber-Unterteilsegmenten [5.1] [5.2] um die hinteren Hubgelenke [9.1] [9.2] durch Antriebe in einem Bereich, der zwischen 0° und 180° oder zwischen 360° und 180° liegt, verstellbar sind.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zwei Wagensegmente [1.1] [1.2] durch Linearmotoren oder stationäre oder mitfahrende Wagensegment-Stellantriebe [57] mittels Zahnriemen [64], Gewindespindeln oder Kurbeltrieben auf einer Wagen-Führungsschiene [11.1] [11.2] verstellbar sind sowie dadurch, dass die Höhenpositionen [Z] der Fußspitzengelenke [7.1] [7.2] und der Fersengelenke [8.1] [8.2] unabhängig von der Position des Wagensegmentes [1.1] [1.2] jeweils durch stationäre Linearmotoren oder Stellantriebe [39] [40] mittels Zugkräfte übertragenden Bauelementen wie Riemen [18], Gurte, Ketten oder Seile und/oder durch stationäre Stellantriebe mittels Wellen [26], die über formschlüssige Verbindungen Rotationswinkel [24] an das Wagensegment [1.1] [1.2] übertragen und/oder durch mitfahrende Linearmotoren oder Stellantriebe, verstellbar sind.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach den Ansprüchen 1, 3 oder 5 gekennzeichnet dadurch, dass der Stellantrieb elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgt.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach den Ansprüchen 1, 3 oder 5 gekennzeichnet dadurch, dass die Winkelverstellung zwischen den Wagensegmenten [1.1] [1.2] und den Fußspitzenhebersegmenten [2.1] [2.2] um die vorderen Wagengelenke [6.1] [6.2], zwischen Fersenheber-Oberteilsegment [4.1] [4.2] und Fersenheber-Unterteilsegment [5.1] [5.2] um die hinteren Hubgelenke [9.1] [9.2] sowie die Position des Wagensegmentes [1.1] [1.2] entweder mit eigenen Antrieben ausgestattet sind, die von mindestens einer Steuereinheit mit frei programmierbaren, bahngesteuerten Servoachsen kontrolliert werden oder durch einen zentralen Antrieb über mechanisch gekoppelte Kurvengetriebe gesteuert werden.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach den Ansprüchen 1 oder 5 gekennzeichnet dadurch, dass die Winkelverstellung zwischen den Wagensegmenten [1.1] [1.2] und den Fußspitzenhebersegmenten [2.1] [2.2] um die vorderen Wagengelenke [6.1] [6.2] und/oder die Winkelverstellung zwischen Fersenheber-Oberteilsegment [4.1] [4.2] und Fersenheber-Unterteilsegment [5.1] [5.2] um die hinteren Hubgelenke [9.1] [9.2] entweder durch auf den Wagensegmenten [1.1] [1.2] mitfahrende Fußspitzenhub- [68] und/oder Fersenhub-Stellantriebe [69] oder durch stationäre Fußspitzenhub- [39] und/oder Fersenhub-Stellantriebe [40] über mitfahrende Getriebe mittels einer formschlüssigen, in der Längsrichtung verschiebbaren Welle [26] angetrieben werden.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Führungsschienen [11.1] [11.2] in der Ebene eine Kontur aufweisen, welche die Querbewegung [Y] der Füße zur Gangrichtung bestimmt.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Querbewegung [Y] der Füße zur Gangrichtung an den Fußplattensegmenten [3.1] [3.2] durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe ausgeführt ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Drehung der Fußplattensegmente [3.1] [3.2] um die Senkrechte zur Fußplatte und/oder um die Längsachse der Fußsohle durch weitere Servoantriebe frei programmierbar oder/und durch Kurvengetriebe ausgeführt ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Knickung der Zehen am Fußballen (Metatarsalgelenk) mittels jeweils einer weiteren kippbaren Platte durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe ausgeführt ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass je eine Kniebandage mit Gurten oder Seilen [32.1] [32.2] verbunden ist, die durch zwei weitere Servoantriebe frei programmierbar oder durch ein Kurvengetriebe bewegbar ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass jeweils ein Fußspitzen-Fersenhub-Ausgleichsriemen [38] einerseits an einem Fersenhub-Steuerriemen [18] und andererseits an einem entsprechenden Fußspitzenhub-Steuerriemen [65] angeschlagen ist und über Fußspitzen-Fersenhub-Umlenkrollen [43] führt, welche mit zwei Rechts-Links-Fußhub-Ausgleichsriemen [36] über die Rechts-Links-Umlenkrolle [35] mit einer manuell oder durch Antriebe veränderlich vorspannbaren Vertikalhub-Feder [34] verbunden sind.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvananten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass Pneumatikzylinder/-motoren als Gasfedern jeweils parallel zu den Fußspitzenhub-Stellantrieben [39] und den Fersenhub-Stellantrieben [40] angeordnet sind, die alle untereinander verbunden sind und deren Druck einstellbar ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass jedes Wagensegment [1.1] [1.2] über mindestens eine Horizontalhub-Feder [41] jeweils mit der Grundplatte [13] verbunden ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein Bildschirm [47] im Sichtbereich der Person auf dem Trainingsgerät angeordnet ist oder dadurch, dass die Person eine Virtual-Reality-Brille trägt.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass antreibbare und im Steigungswinkel einstellbare umlaufende Geländerbänder [48] seitlich in Armhöhe an jeder Wagenführungsschiene [11.1] [11.2] angeordnet sind.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bis zu zwei weitere Gehhilfen-Wagen [59] mit Gehhilfen-Horizontalantrieb [58] parallel zu den beiden Wagenführungsschienen [11.1] [11.2] angeordnet sind, an denen jeweils eine gegenüber dem Wagen durch einen Gehhilfen-Hubantrieb [61] höhenverstellbare Gehhilfe [60] mit ihrem bodenseitigen Ende am Gehhilfen-Gelenk [62] befestigt ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein Gewichtsentlastungs-Ausgleichsseil [50] an beiden Seiten eines Personensicherungsgurtes [51] befestigt ist, von wo aus es über zwei Gewichtsentlastungsumlenkrollen [44] am Tragbügel [52] und über die Gewichtsentlastungsausgleichsrolle [45] geführt wird und mit einem Höhenverstellungsantrieb [46] ausgestattet ist.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein zentraler Tragbügel [52] vorgesehen ist, welcher beiderseits der Person bodennah auf einer Tragbügelschwenkachse [49] gelagert ist und in verschiedenen Feststellpositionen [55] fixiert werden kann, wobei die Aufhängungshöhe der Person während des Schwenkers des Tragbügels [52] durch Verschieben der Gewichtsentlastungsumlenkrolle [44] oder der Gewichtsentlastungsausgleichsrolle [45] mittels eines Niveau-Ausgleichseiles [53], einer Niveau-Umlenkrolle [56] und eines Kurvengetriebes [54] oder durch eine Ansteuerung des Höhenverstellungsantriebs [46] konstant gehalten wird.
Multifunktionales Trainingsgerät für menschliche Gangvarianten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein bewegbar gelagertes Gewicht unter dem Fußplattensegment [3] angeordnet ist und durch einen mechanischen oder elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb von unten gegen den Fersenbereich des Fußplattensegmentes [3] geschlagen wird.