EP0301605B1 - Vorrichtung zur Bewegung der Beine mit einer Kurbel - Google Patents

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EP0301605B1
EP0301605B1 EP88113920A EP88113920A EP0301605B1 EP 0301605 B1 EP0301605 B1 EP 0301605B1 EP 88113920 A EP88113920 A EP 88113920A EP 88113920 A EP88113920 A EP 88113920A EP 0301605 B1 EP0301605 B1 EP 0301605B1
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crank
motor
pedals
legs
maximum torque
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    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0214—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising by rotating cycling movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/01—Constructive details
    • A61H2201/0173—Means for preventing injuries
    • A61H2201/018—By limiting the applied torque or force
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
    • A63B21/0058—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using motors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50—Force related parameters
    • A63B2220/58—Measurement of force related parameters by electric or magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a device for moving the legs with a crank mounted on a frame, with pedals mounted thereon, with a device for firmly connecting the feet to the pedals and with an electric motor for driving the crank, precautions being taken to prevent the Stopping the crank at a continuously adjustable section modulus.
  • a device of this kind is known from GB-A-976 558. It is used for the passive movement of the extremities of weak or paralyzed, z. B. paraplegic patients.
  • the device is designed so that it can also be used by wheelchair users sitting in a wheelchair. The movement exercises are of great help for such patients, since this stimulates the blood circulation as well as the bowel and bladder functions.
  • a torque-limiting clutch in the form of a friction wheel drive is attached between the electric motor and the crank, the force with which the friction wheel presses against a pneumatic tire wheel being adjustable by means of a wing screw. This gives very weak, but not completely paralyzed, patients the opportunity to use their remaining muscle strength to counteract the motor drive, ie to train, and to stop the crank while the motor continues to run.
  • spasms difficulties arise in the known motor-driven movement device due to the occurrence of muscle cramps, so-called spasms.
  • the problem occurs particularly when wheelchair users use such devices independently because qualified assistants who are familiar with the occurrence of spasms are not present.
  • the fear of injuries or just the insecurity that the motor drive cannot be controlled in the event of cramping causes many sufferers not to make use of the training offer which is desirable in itself.
  • the mechanical friction torque setting is insufficient in terms of accuracy and reproducibility.
  • the invention has for its object to design a device of the type described in the introduction so that when muscle cramps occur in the moving extremities, injuries are excluded and these muscle cramps can be resolved quickly and effectively.
  • an electronic control device for the engine which has the functional features specified in the claim.
  • the general electronic technology in the field of drive controls is used, as has also become known in neighboring medical applications.
  • the combined functional features could have such an advantageous therapeutic effect.
  • the setting of the maximum torque can be made independently of the speed of rotation for each individual patient depending on the given medical situation.
  • the correspondingly precise and sensitive adjustability of the reversal point is also important in view of the fact that, in the case of cranks with an adjustable diameter, the section modulus does not only depend on the leg mobility of the patient concerned, but also on the crank diameter set.
  • the device according to Figures 1 and 2 comprises an H-shaped frame seen from the side with an upstanding, length-adjustable handlebar 1 and two transverse legs 2 with rubber feet 3.
  • Halfway up this frame carries an elongated housing 4, on which one Crank 5 is rotatably mounted about a horizontal axis 6.
  • the crank 5 is driven by an electric motor contained in the housing 4.
  • a total of 7 pedals are mounted.
  • the bearing axles of the pedals are labeled 8.
  • the pedals 7 each consist of a footplate 9, a shield 10 shielding the foot from the crank 5 and a curved heel support 11, which parts are firmly connected to one another.
  • a cross shaft 14 is rotatably supported, the end portions of which are designed as handles 15.
  • two rubber ropes 16 are fastened with one end each and are wound up a little.
  • the other two ends of the rubber cables are attached to the upper ends of the connecting rods 12 and to the calf shells 13.
  • the cross shaft 14 can be locked by means of a clamping screw 17.
  • the handle bar 1 carries a small table top on which an electrical control unit 18 for the drive motor contained in the housing 4 is built.
  • the operating elements of this control device 18 indicated in the drawing are arranged on the user side and are therefore also located in the grip area, where they are easily accessible.
  • a clamping device for fixing the user's feet on the footplate 9 is also arranged on the pedals. It has an actuating lever 19 bent toward the user and a pressure piece 20 which rests resiliently on the back of the foot when the lever is in the appropriate position. For boarding, the pressure piece 20 can be swiveled out laterally.
  • the movement device described can be used by a paraplegic wheelchair user, for example, as follows: He approaches the device from the front and places his feet on the foot plates 9 of the pedals 7, which are presented ready for entry. The lower legs are in the calf shells 13 the feet the necessary fixation on the pedals. The tensile forces of the rubber ropes 16 can be suitably adjusted after loosening the clamping screw 17 by turning the handles 15 and further winding.
  • the control unit 18 continuously monitors the torque output by the drive motor electronically. If a muscle spasm occurs and the drive torque reaches its preset limit value due to the braking, the motor is stopped, for example. In this case, too, a restart of the motor can be programmed in the opposite direction.
  • spasms can be alleviated or completely eliminated by changing the direction of rotation several times at low torques. In any case, the disabled can choose the most comfortable form of movement in many variants.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung der Beine mit einer an einem Gestell gelagerten Kurbel, mit an dieser gelagerten Pedalen, mit einer Vorrichtung zur festen Verbindung der Füße mit den Pedalen und mit einem Elektromotor zum Antrieb der Kurbel, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um die Kurbel bei einem stufenlos einstellbaren Widerstandsmoment anzuhalten.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der GB-A-976 558 bekannt. Sie dient zur passiven Bewegung der Extremitäten von muskelschwachen oder gelähmten, z. B. querschnittsgelähmten Patienten. Die Vorrichtung ist so konzipiert, daß sie auch von Rollstuhlfahrern im Rollstuhl sitzend benutzt werden kann. Die Bewegungsübungen sind für solche Patienten eine große Hilfe, da hierdurch der Blutkreislauf wie auch die Darm- und Blasenfunktion angeregt wird. Zwischen dem Elektromotor und der Kurbel ist bei der bekannten Vorrichtung eine drehmomentbegrenzende Kupplung in Form eines Reibradantriebs angebracht, wobei die Kraft, mit der das Reibrad an ein luftbereiftes RAD drückt, mittels einer Flügelschraube einstellbar ist. Dadurch erhalten sehr schwache, aber nicht völlig gelähmte Patienten die Möglichkeit, sich mit ihren verbliebenen Muskelkräften dem Motorantrieb entgegenzustemmen, d. h. zu trainieren, und die Kurbel anzuhalten, während der Motor weiterläuft.
  • Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei der bekannten motorgetriebenen Bewegungsvorrichtung durch das Auftreten von Muskelkrämpfen, sog. Spasmen. Bei der selbständigen Benutzung derartiger Vorrichtungen durch Rollstuhlfahrer tritt das Problem besonders in Erscheinung, weil qualifizierte, mit dem Auftreten von Spasmen vertraute Hilfspersonen nicht zugegen sind. Die Angst vor Verletzungen oder nur die Unsicherheit, im Falle der Verkrampfung den Motorantrieb nicht beherrschen zu können, veranlaßt viele Betroffene, von dem an sich wünschenswerten Trainingsangebot keinen Gebrauch zu machen. Außerdem ist die mechanische Reibmomenteinstellung hinsichtlich der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit unzureichend.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend bezeichneten Art so zu gestalten, daß beim Auftreten von Muskelkrämpfen in den bewegten Extremitäten Verletzungen ausgeschlossen und diese Muskelkrämpfe schnell und wirksam aufgelöst werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Steuervorrichtung für den Motor, welche die im Anspruch angegebenen Funktionsmerkmale aufweist. Dabei wird zwar die allgemeine elektronische Technik auf dem Gebiet der Antriebssteuerungen herangezogen, wie sie auch bei benachbarten medizinischen Anwendungen bekannt geworden ist. Es war jedoch nicht zu erwarten, daß die kombinierten Funktionsmerkmale eine so vorteilhafte therapeutische Wirkung haben könnten.
  • Tritt ein starker Muskelkrampf auf und ist das dadurch hervorgerufene Widerstandsmoment größer als das eingestellte maximale Drehmoment, so bleiben der Motor und die von ihm angetriebene Kurbel einfach stehen oder der Antrieb wird abgeschaltet. Durch diese letztere Maßnahme kommt der Muskel zur Ruhe. Sodann kehrt die Steuervorrichtung die Drehrichtung des Motors um, so daß die verkrampften Muskeln vollkommen entlastet werden. Beim Wiederanlaufen des Antriebs ergibt sich dann in der Regel bald wieder eine Hemmung, da der Spasmus noch nicht vollständig aufgelöst ist. Das führt dann zu einer erneuten Drehrichtungsänderung und so weiter bis zur völligen Auflösung.
  • Diese Reaktion verkrampfter Muskeln auf einen wiederholten Drehrichtungswechsel war auch für Ärzte und Pfleger überraschend. Des weiteren ergibt sich der Vorteil, daß durch den Einsatz solcher Bewegungsvorrichtungen die Einnahme von spasmuslindernden Medikamenten verringert oder ganz abgesetzt werden kann. Letztlich wird auf diese Weise der Muskelabbau verhindert, ohne daß die schädlichen Nebenwirkungen der genannten Medikamente in Kauf genommen werden müssen.
  • Die Einstellung des maximalen Drehmoments kann unabhängig von der Drehgeschwindigkeit für jeden einzelnen Patienten in Abhängigkeit von der gegebenen medizinischen Situation getroffen werden. Die dementsprechend genaue und feinfühlige Einstellbarkeit des Umkehrpunktes ist auch im Hinblick darauf wichtig, daß bei Kurbeln mit verstellbarem Durchmesser das Widerstandsmoment nicht nur von der Beinbeweglichkeit des betreffenden Patienten, sondern auch vom eingestellten Kurbeldurchmesser abhängt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Beinbewegung mittels Motorantriebs,
    Fig. 2
    eine Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 von links, d. h. von der Benutzerseite aus, gesehen.
  • Die Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2 umfaßt ein von der Seite gesehen h-förmiges Gestell mit einem nach oben stehenden, längenveränderbaren Griffholm 1 und zwei querstehenden Ständerbeinen 2 mit Gummifüßen 3. In halber Höhe trägt dieses Gestell ein längliches Gehäuse 4, an welchem eine Kurbel 5 um eine horizontale Achse 6 drehbar gelagert ist. Die Kurbel 5 wird mittels eines in dem Gehäuse 4 enthaltenen Elektromotors angetrieben. An den Enden der beiden Kurbelarme sind insgesamt mit 7 bezeichnete Pedale gelagert. Die Lagerachsen der Pedale sind mit 8 bezeichnet.
  • Die Pedale 7 bestehen je aus einer Fußplatte 9, einem den Fuß gegenüber der Kurbel 5 abschirmenden Schild 10 und einer gewölbten Fersenstütze 11, welche Teile fest miteinander verbunden sind. Über eine Verbindungsstange 12 ist an dem Schild 10 eine Wadenschale 13 angelenkt, die etwa die Form eines halben Hohlzylinders hat. Sie ist innen gepolstert und stützt den Unterschenkel des Benutzers der Vorrichtung unterhalb des Knies ab.
  • An dem Griffholm 1 ist oben eine Querwelle 14 drehbar gelagert, deren Endabschnitte als Handgriffe 15 ausgebildet sind. An dieser Querwelle sind zwei Gummiseile 16 mit je einem Ende befestigt und ein Stück weit aufgewickelt. Die beiden anderen Enden der Gummiseile sind an den oberen Enden der Verbindungsstangen 12 bzw. an den Wadenschalen 13 befestigt. Mittels einer Klemmschraube 17 läßt sich die Querwelle 14 arretieren. Im übrigen trägt der Griffholm 1 oben eine kleine Tischplatte, auf die ein elektrisches Steuergerät 18 für den im Gehäuse 4 enthaltenen Antriebsmotor aufgebaut ist. Die in der Zeichnung angedeuteten Bedienungselemente dieses Steuergeräts 18 sind an der Benutzerseite angeordnet und befinden sich somit ebenfalls im Griffbereich, wo sie leicht zugänglich sind.
  • An den Pedalen ist ferner eine Klemmvorrichtung zur Festlegung der Füße des Benutzers an der Fußplatte 9 angeordnet. Sie weist einen zum Benutzer hin abgekröpften Betätigungshebel 19 und ein Druckstück 20 auf, das sich bei entsprechender Hebelstellung federnd auf den Fußrücken legt. Zum Einsteigen läßt sich das Druckstück 20 seitlich ausschwenken.
  • Die beschriebene Bewegungsvorrichtung kann von einem beispielsweise querschnittsgelähmten Rollstuhlfahrer wie folgt benützt werden: Er fährt von vorne an die Vorrichtung heran und stellt seine Füße auf die einstiegsbereit dargebotenen Fußplatten 9 der Pedale 7. Die Unterschenkel liegen in den Wadenschalen 13. Durch Einschwenken der Betätigungshebel 19 erhalten die Füße die notwendige Fixierung an den Pedalen. Die Zugkräfte der Gummiseile 16 sind nach Lösen der Klemmschraube 17 durch Drehen der Handgriffe 15 und weiteres Aufwickeln passend einstellbar.
  • Mit Hilfe der Bedienungselemente des Steuergeräts 18 kann er nun die Kurbel in gewünschter Richtung und mit gewünschter Drehgeschwindigkeit rotieren lassen. Das Steuergeät 18 überwacht das vom Antriebsmotor abgegebene Drehmoment laufend elektronisch. Wenn ein Muskelkrampf auftritt und das Antriebsdrehmoment infolge der Abbremsung seinen voreingestellten Grenzwert erreicht, wird beispielsweise der Motor stillgesetzt. Es kann aber auch in diesem Fall ein erneuter Anlauf des Motors in entgegengesetzter Richtung einprogrammiert sein. Durch einen mehrfachen Drehrichtungswechsel bei kleinen Drehmomenten lassen sich Spasmen erfahrungsgemäß mildern oder ganz abbauen. Jedenfalls kann der Behinderte die ihm angenehmste Bewegungsform in vielen Varianten selbst wählen.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Bewegung der Beine mit einer an einem Gestell (1 bis 4) gelagerten Kurbel (5), mit an dieser gelagerten Pedalen (7), mit einer Vorrichtung (19,20) zur festen Verbindung der Füße mit den Pedalen und mit einem Elektromotor zum Antrieb der Kurbel, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um die Kurbel bei einem stufenlos einstellbaren Widerstandsmoment anzuhalten, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuervorrichtung (18) für den Motor vorgesehen ist, mittels derer das abgegebene maximale Drehmoment einstellbar ist, die den Motor bei Erreichen seines eingestellten maximalen Drehmoments stillsetzt und die den Motor sodann selbsttätig in entgegengesetzter Drehrichtung wieder anlaufen läßt.
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