EA014922B1

EA014922B1 - Устройство для вибрационного воздействия на тело человека

Info

Publication number: EA014922B1
Application number: EA200900752A
Authority: EA
Inventors: Николай Борисович СОТСКИЙ; Вадим Григорьевич КИСЕЛЕВ
Original assignee: Николай Борисович СОТСКИЙ
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-04-29
Also published as: EA200900752A1; DE112010001562T5; WO2010115257A3; WO2010115257A2

Abstract

Изобретение относится к области спорта, а именно к техническим средствам для выполнения физических упражнений, направленных, в частности, на развитие подвижности в суставах. Предложено устройство для вибрационного воздействия на тело человека, содержащее установленный на станине генератор механических колебаний, состоящий из электродвигателя и средства преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний, выполненное в виде кривошипно-шатунного механизма, и связанное с генератором механических колебаний средство контактной передачи механических колебаний на части тела человека, выполненное в виде жестко закрепленной на станине, упругодеформируемой по всей площади поверхности опоры для частей тела человека, имеющей форму неполного полого цилиндра, при этом кривошип кривошипно-шатунного механизма жестко связан с выходным валом электродвигателя, а шатун шарнирно связан с опорой для частей тела человека со стороны ее внутренней поверхности с возможностью возвратно-поступательного перемещения между двумя крайними положениями. Устройство имеет более простую конструкцию и обеспечивает уменьшение затрат энергии на вибрирование опоры.

Description

Заявляемое устройство относится к области спорта, а именно к техническим средствам для выполнения физических упражнений, направленных, в частности, на развитие подвижности в суставах. При выполнении этих упражнений стимулируются физиологические процессы формирования различных качеств мышц (например, эластичности, прочности, силы, выносливости и т.д.).

Для стимуляции такого рода физиологических процессов в современном спорте и реабилитационной медицине широко применяются тренажеры, при пользовании которыми физические упражнения выполняются на фоне воздействия на мышцы низкочастотной механической вибрации.

Известен спортивно-лечебный тренажер для тренировки мышц и профилактики двигательных нарушений, развития гибкости в суставах, который содержит основание, выполненное в виде каркаса, на котором посредством амортизаторов сформирована платформа, выполненная в виде рамы с деревянным настилом, обшитая кожей и снабженная поручнями, а на нижней поверхности платформы установлен вибратор пространственных колебаний [1]. Такое устройство обеспечивает интенсивное направленное вибровоздействие на мышцы всего организма. Однако это преимущество - равномерная интенсивность вибровоздействия на весь организм, одновременно обусловливает его недостатки - невозможность дифференцированного вибровоздействия, в частности, на определенные части тела человека и, соответственно, определенные суставы. Кроме того, устройство достаточно громоздкое и требует достаточно большой площади для установки, что ограничивает его возможности по использованию в качестве персонального тренажера.

Известно также устройство для вибрационной терапии суставов, которое используется для восстановления функций мышц и стимуляции кровообращения в суставах [2]. Устройство выполнено с возможностью крепления на конечностях человека посредством системы ремней и с возможностью автономной работы (от встроенных элементов питания). Конструкция такого устройства позволяет одновременно генерировать фронтальные разнонаправленные механические колебания, но только за счет очень сложной механической системы преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний, что снижает надежность функционирования устройства. Кроме того, с учетом достаточно больших габаритов такое устройство может быть использовано не для всех суставов (например, кисти или стопы).

Известны также вибротренажеры, специально разработанные для отдельных частей тела человека. Так, в частности, известен вибромассажный кистевой тренажер, который содержит корпус, вибратор и массажные насадки в форме полусферы и в форме конуса [3]. Тренажер предназначен для использования для стимуляции мышечной активности и кровообращения предплечья и кистевого сустава. Недостатком данного устройства является узкая направленность вибровоздействия (только на мышцы кисти и отчасти мышцы предплечья) и необходимость использования сменных насадок различной формы.

Известен также тренажер-стимулятор, содержащий генератор низкочастотных механических вибраций и жестко соединенную с ним опору в форме перевернутого пресс-папье, с которой взаимодействуют части тела человека [4]. Однако описанное устройство характеризуется двумя существенными недостатками. Во-первых, в нем энергия генератора вибраций затрачивается не только на вибрирование стимулируемой части тела, но и на вибрирование упомянутой опоры, имеющей некоторую массу. Вовторых, колебательные перемещения стимулируемой части тела возможны только в вертикальной плоскости путем размещения части тела на опору сверху. Колебательные перемещения стимулируемой части тела в горизонтальной плоскости конструкцией этого устройства не предусмотрены, что сужает круг стимулируемых мышечных групп. От второго недостатка производители тренажеров-стимуляторов пытаются избавиться путем установки тренажера на специальный манипулятор, конструкция которого позволяет менять ориентацию тренажера в пространстве, давая частям тела возможность взаимодействовать с опорой не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях. Однако при таком подходе усложняется и удорожается конструкция тренажера.

Задачей изобретения является создание устройства, которое бы при упрощении конструкции в целом обеспечивало бы уменьшение затрат энергии на вибрирование опоры, а также давало бы возможность частям тела человека взаимодействовать с опорой не только в горизонтальной и вертикальной плоскостях, но и в большом количестве других пространственных положений.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для вибрационного воздействия на тело человека, содержащим установленный на станине генератор механических колебаний, состоящий из электродвигателя и средства преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний, и связанное с генератором механических колебаний средство контактной передачи механических колебаний на части тела человека. Задача решается за счет того, что средство контактной передачи механических колебаний на части тела человека выполнено в виде жестко закрепленной на станине, упругодеформируемой по всей площади поверхности опоры для частей тела человека, имеющей форму неполного полого цилиндра, а средство преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний выполнено в виде кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого жестко связан с выходным валом электродвигателя, а шатун шарнирно связан с опорой для частей тела человека со стороны ее внутренней поверхности с возможностью возвратно-поступательного перемещения между двумя крайними положениями, при этом диаметр опоры для частей тела человека и длина шатуна выбраны таким

- 1 014922 образом, что в среднем положении шатуна опора для частей тела человека не подвержена деформации, а продольная ось шатуна расположена под углом α>0 к поперечной оси и под углом β>0 к продольной оси опоры для частей тела человека.

В предпочтительных формах реализации заявляемого устройства угол α составляет около 90°, а угол β составляет от 45 до 135°, предпочтительно 90°.

Упругая деформация по всей площади поверхности опоры для частей тела человека может быть обеспечена в предпочтительных формах реализации, в частности, за счет того, что опора для частей тела человека выполнена из тонколистового материала, предпочтительно тонколистовой стали.

Перечисленные выше существенные признаки, характеризующие особенности конструкции заявляемого устройства, были выбраны авторами из ряда найденных ими в многолетних разработках и экспериментально опробованных технических решениях, как обеспечивающие максимально эффективное достижение заявленного технического результата: а) исключение из общих затрат энергии электродвигателя той их части, которая в прототипе приходилась на колебательные перемещения массы опоры в виде перевернутого пресс-папье (в заявляемом устройстве масса опоры компенсируется реакцией жестко связанной с ним станины), б) отсутствие необходимости использовать манипулятор для изменения ориентации устройства в пространстве при значительном упрощении конструкции и расширении возможных пространственных положений части тела на опоре для частей тела человека.

Ниже преимущества и достоинства заявляемого устройства для развития подвижности в суставах будут описаны более подробно на примере одной из возможных предпочтительных, но не ограничивающих форм реализации со ссылками на позиции чертежей, на которых представлены:

фиг. 1 - схематичное изображение вида спереди заявляемого устройства;

фиг. 2 - схематичное изображение в частичном продольном разрезе устройства по фиг. 1.

На фиг. 1 схематично в виде спереди, а на фиг. 2 в продольном разрезе изображено заявляемое устройство для вибрационного воздействия на тело человека, содержащее установленный на станине 1 генератор механических колебаний, состоящий из электродвигателя 2 и средства преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний, выполненного в виде кривошипно-шатунного механизма, кривошип 3 которого жестко связан с выходным валом 4 электродвигателя 2, а шатун 5 посредством элемента шарнирного соединения 6 связан с опорой 7 для частей тела человека со стороны ее внутренней поверхности 8. Опора 7 для частей тела человека жестко закреплена на станине 1, имеет форму неполного полого цилиндра и выполнена упругодеформируемой по всей площади поверхности опоры для частей тела человека, в данном примере - из тонколистового материала, предпочтительно тонколистовой стали. Диаметр опоры 7 для частей тела человека и длина шатуна 5 выбраны таким образом, что в среднем положении шатуна 5, отмеченном на фиг. 1 линией Θι-Θ₂, опора 7 для частей тела человека не подвержена деформации. В этом положении опора 7 для частей тела человека для большей наглядности изображена жирной линией. В крайнем нижнем и в крайнем верхнем положении, в каждом случае, опора 7 для частей тела человека изображена двумя тонкими линиями и обозначена позициями 9 и 10 соответственно. Продольная ось шатуна 5 в данном примере расположена под углом α = 90° к поперечной оси и под углом β = 90° к продольной оси 11 опоры 7 для частей тела человека. Стрелками А и Б на фиг. 1 обозначены, соответственно, вертикальное и горизонтальное направление передачи на опору 7 для частей тела человека механических колебаний максимальной амплитуды.

Устройство работает следующим образом.

При отключенном электродвигателе 2, когда шатун 5 находится в промежуточном положении, опора 7 для частей тела человека не подвержена деформации и имеет в поперечном сечении форму правильного неполного полого цилиндра, разомкнутые концы которого по высоте цилиндра загнуты вовнутрь и жестко закреплены на станине 1. Для сокращения в нижеследующем тексте форма опоры 7 для частей тела человека в промежуточном положении будет обозначаться как цилиндр.

При подключении электродвигателя 2 к источнику питания (на чертежах не изображен) шатун 5, связанный посредством кривошипа 3 с выходным валом 4 электродвигателя 2, совершает низкочастотные возвратно-поступательные перемещения, в данном примере, когда угол α = 90°, в вертикальной плоскости. Подвижность конструкции обеспечивается благодаря шарнирному соединению шатуна 5 с опорой 7 для частей тела человека со стороны ее внутренней поверхности 8, с одной стороны, и жесткой связи кривошипа 3 с выходным валом 4 электродвигателя 2, с другой стороны. Совершая низкочастотные возвратно-поступательные перемещения, шатун 5 в крайнем верхнем положении, воздействуя на опору 7 для частей тела человека, придает ей форму вытянутого в вертикальном направлении эллипса, обозначенного на фиг. 1 позицией 10, а в крайнем нижнем положении - форму вытянутого в горизонтальном направлении эллипса 8, обозначенного на фиг. 1 позицией 9 (для сокращения в нижеследующем тексте форма опоры 7 для частей тела человека в крайних положениях будет обозначаться как эллипс). При этом взаимодействующая с верхней частью опоры 7 для частей тела человека часть тела человека, например нога, стопа которой расположена на верхней части опоры 7 для частей тела человека, будет совершать вертикальные колебательные перемещения, обозначенные стрелками А. В то же время при размещении части тела человека на опоре 7 для частей тела человека в зоне его боковой части, например

- 2 014922 правой боковой части, приводит к горизонтальным колебательным перемещениям части тела человека в направлении стрелок Б. Более того, при смещении расположения части тела человека между строго вертикальным и строго горизонтальным положениями часть тела человека будет также подвержена воздействию механических колебаний. Таким образом, отпадает необходимость изменять ориентацию устройства при переходе от стимуляции части тела человека в вертикальной плоскости к его стимуляции в горизонтальной плоскости, а также точного позиционирования части тела человека на опоре 7 для частей тела человека в строго вертикальном или в строго горизонтальном положениях. Достаточно лишь переместить часть тела человека с верхней зоны опоры 7 для частей тела человека на боковую зону опоры 7 для частей тела человека.

В описанном выше примере углы α и β имеют значения, равные 90°, что обеспечивает наиболее равномерное распределение деформаций по поверхности опоры 7 для частей тела человека. В других формах реализации шарнирное соединение 6 может быть смещено на внутренней поверхности 8 опоры 7 для частей тела человека как в отношении поперечной оси 11 опоры 7 для частей тела человека (угол α), так и в направлении ее продольной оси 12 (угол β). В этих случаях распределение деформаций по поверхности опоры 7 для частей тела человека будет иметь более сложный вид.

В заявляемом устройстве для вибрационного воздействия на тело человека благодаря особенностям его конструкции энергия электродвигателя 2 затрачивается только на преодоление сил упругой деформации опоры 7 для частей тела человека, принимающего под воздействием возвратно-поступательно перемещающегося шатуна 5 форму между эллипсом 9 и эллипсом 10 с переходом через форму цилиндра 7. При такой работе электродвигателя 2 происходит частичная рекуперация электрической энергии, когда энергия упругой деформации опоры 7 для частей тела человека превращается в электрическую и возвращается в питающую сеть. Затраты же энергии на колебательные перемещения массы опоры 7 для частей тела человека сведены к минимуму, так как последняя жестко связана со станиной 1 и, кроме того, имеет незначительную массу ввиду выполнения ее из тонколистового материала, предпочтительно тонколистовой стали.

Источники информации.

1. Патент ΜΌ № 915 С2, опубл. 31.10.1998.

2. Патент ВИ № 44939 И1, опубл. 10.04.2005.

3. Патент ВИ № 2102057 С1, опубл. 20.01.1998.

4. Тренажер-стимулятор биомеханический. Руководство по эксплуатации АЯЦМ 3.901.002 РЭ. Минск, научно-производственное объединение Гранат, 1988 г.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для вибрационного воздействия на тело человека, содержащее установленный на станине генератор механических колебаний, состоящий из электродвигателя и средства преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний, и связанное с генератором механических колебаний средство контактной передачи механических колебаний на части тела человека, отличающееся тем, что средство контактной передачи механических колебаний на части тела человека выполнено в виде жестко закрепленной на станине, упругодеформируемой по всей площади поверхности опоры для частей тела человека, имеющей форму неполного полого цилиндра, а средство преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний выполнено в виде кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого жестко связан с выходным валом электродвигателя, а шатун шарнирно связан с опорой для частей тела человека со стороны ее внутренней поверхности с возможностью возвратнопоступательного перемещения между двумя крайними положениями, при этом диаметр опоры для частей тела человека и длина шатуна выбраны таким образом, что в среднем положении шатуна опора для частей тела человека не подвержена деформации, а продольная ось шатуна расположена под углом α>0 к поперечной оси и под углом β>0 к продольной оси опоры для частей тела человека.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол α составляет около 90°.
3. Устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что угол β составляет от 45 до 135°, предпочтительно 90°.
4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что опора для частей тела человека выполнена из тонколистового материала, предпочтительно тонколистовой стали.