EP0758554B1 - Bewegungstrainingsgerät mit einer Kurbel - Google Patents

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EP0758554B1
EP0758554B1 EP96112690A EP96112690A EP0758554B1 EP 0758554 B1 EP0758554 B1 EP 0758554B1 EP 96112690 A EP96112690 A EP 96112690A EP 96112690 A EP96112690 A EP 96112690A EP 0758554 B1 EP0758554 B1 EP 0758554B1
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EP
European Patent Office
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movement
crank
training
parameters
training apparatus
Prior art date
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EP96112690A
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Martin Reck
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Individual
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Publication date
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    • Y10S482/00—Exercise devices
    • Y10S482/90—Ergometer with feedback to load or with feedback comparison

Definitions

  • the invention relates to a movement training device according to the Generic term of patent claim 1.
  • EP 0 276 125 A2 discloses a computer controlled exercise machine in which the user selects an exercise program. Accordingly signals from the program to a controller for transmit the resistance to an actuator. Sensors generate data signals that match the force on the Actuator as well as the speed and the Correspond to the angular position of the actuating element. This Signals are sampled to generate digital data. The digital data are used to display for update the exercise results and calculate values, to control the resistance on the actuator are necessary. Basically, this exercise machine can be used for active gymnastics and passive gymnastics are used become. Within a "fashion” for active training and within a "fashion” for passive training are one A variety of training options can be implemented.
  • the Invention based on the object, the scope of a Movement device that is for both active and passive Training is designed to expand and become more flexible Opportunities for designing a training process create.
  • This movement training device can be very special therapeutic needs and the Training success can be further improved.
  • the average drive torque required is a important technically comprehensible measure for the ability to move the limbs of a paralyzed patient. Usually the ability to move improves in the course of a Workouts so that it may be desirable to speed to adapt to better mobility. Therefore it will suggested that the calculator set the target speed in one Depends on the drive torque automatically determined.
  • an on suitable location on the crank or its drive coupled incremental encoder can be provided.
  • On associated circuit adds the individual pulses and sets after completion of a round by a reference signal the position counter back.
  • the impulses are subtracted from the direction of rotation.
  • Both parameters can be included as directed sizes so that from the sign of the speed the direction of rotation and from the Sign of the torque indicates whether it is in relation to the direction of rotation, by a drive or by is a braking torque.
  • Aside from their use for Regulation and control of the crank movement can do this available actual parameters of the crank movement are displayed or saved or to control external devices to get redirected.
  • the computer is preferably implemented as a microcontroller.
  • the control can be a fixed time or a predetermined from the actual parameters of the crank movement or externally determined parameters run dependent movement program to let.
  • Another related Variant advantageously consists in that a Learning memory for these parameters is provided by an input mode can be activated and then an am
  • the device executes the movement sequence executed by the device can repeat on command. For example, can a therapist store a certain model movement sequence in that he performs this sequence of movements on the crank by even moved the pedals or by hand operated remote control from the engine.
  • the electromechanical equipment 1 of this device comprises first a crank that is permanently magnetic excited DC machine, short Motor 2, is driven.
  • an incremental encoder 3 is fixed to the motor coupled, the 2,000 positions on the full angle differs. With a drive ratio of 20: 1 results that 40,000 detectable angular positions at one Crank rotation.
  • Connection organs can be the extremities of a exercising Attack person.
  • the motor 2 is powered by four-quadrant power electronics 5 fed. It receives its signals from one Regulation 6 and a controller 7, which are in a computer 8 are integrated.
  • the initial values of those in box 1 summarized electromechanical equipment and Sensors, i.e. the motor current and the signals of the Incremental encoder 3 reach the via a line 9 Regulation 6 and control 7 of the computer. From this become the so-called actual parameters of the crank movement, namely Angular position as well as speed and torque, as directed Sizes won.
  • Regulation 6 and Control 7 supplied with further characteristic values via lines 10, obtained from external sensors. An example for this are the angular values of one on a patient's knee attached angular position transmitter. This will be discussed below received.
  • control signals Via an input 11 the control signals to be input manually, e.g. a Speed setting, switch-on and switch-off pulses etc.
  • An information output 12 allows any parameters to indicate, in particular to the person exercising, or save externally.
  • an exit 13 provided to connect peripheral devices, e.g. on Control muscle stimulation device.
  • That relevant joint e.g. the knee joint, specifically passive and move actively.
  • the foot of the concerned Leg connected to the pedal of the movement training device.
  • the crank in one certain angular range are moved back and forth, which the desired angular range corresponds to the knee movement.
  • the amount of movement can correspond to the patient's knee joint an angle sensor attached and with this information source the movement of the knee joint can be carried out in a controlled manner.
  • the movement comes with a certain upper limit for that Drive or braking torque applied. Should the patient be too sit close to the device, the device prompts him via a Output unit to move away from the device a little.
  • crank speed a non-uniform This results in speed at the joints mentioned.
  • crank speed By a variation of the crank speed depending on the position within the angular range it can however, achieve the angular velocity of either Over the knee or hip joints during pedaling remains approximately constant over a large angular range.
  • the maximum drive torque required to detect a spasm serves is automatically changed in such a way that it is a certain percentage above that for the movement of the Extremities required for the patient's drive torque.
  • This automatically adjusted drive torque limit can just rise and fall in a ramp and that has it Advantage that the drive torque even when braking hard, for example, by a spasm, never increase suddenly can. So a "soft start” is always guaranteed. Due to the tight connection of the maximum drive torque to the current drive torque remains the responsiveness the anti-spastic control during the whole training constant.
  • the patient can exercise through his behavior influence. This has the advantage that the intellectual and physical passivity of the patient during training is reduced. It can be provided that the Speed increases within certain limits, the "smoother" the Becomes a patient. As the active share decreases, the speed can are automatically reduced. Also one can Direction of rotation can be provided in the event that the Active gymnastics continues to decrease.
  • an external measuring device is activated in order to to take a measurement.
  • a practical case is electrostimulation of the flexion and the extensor muscles on both legs (four stimulation channels), taking the parameters of the different Stimulation channels depending on the actual parameters of the Crank movement can be selected.
  • the freely programmable control arrangement allows a continuous pedaling movement to be brought about by alternating acceleration and deceleration of the movement at the corresponding angular sections. This will advantageously no flywheel needed at spasms could result in injury.
  • the stimulation therapy is based on experience middle preset started.
  • the stimulation parameters e.g. Switch-on time and angle, shape of the current curve, intensity
  • This can be done one at a time for each one Muscle group happen.
  • the therapist can use an exercise machine teach any movement pattern by telling a particular one Input mode selects, and the desired movement pattern to the Pedals or via the remote control.
  • the device records the executed movement pattern and saves it this off. After that, it can use the learned movement pattern play.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungstrainingsgerät nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannte, auf dem Markt angebotene Bewegungstrainingsgeräte dieser Art sind sowohl für gesunde Menschen, insbesondere Leistungssportler, als auch für kranke Menschen vorgesehen, deren Extremitäten gelähmt oder teilweise gelähmt sind. Der verwendete Elektromotor kann sowohl bremsen als auch antreiben. Beim aktiven Training steht die Bremswirkung im Vordergrund, beim passiven Training eher die Antriebswirkung. Jedoch haben in der therapeutischen Behandlung Trainingsmischformen eine ganz besondere Bedeutung, wenn es darum geht, noch vorhandene schwache Muskelkräfte zu mobilisieren und zu unterstützen.
Bei den bekannten Bewegungstrainingsgeräten kann zwar eine Drehzahl vorgewählt oder zeitlich programmiert und es kann auch ein oberer Grenzwert des Drehmoments eingestellt werden, das der Elektromotor ausübt oder durch die aktiven Antriebskräfte der trainierenden Person erfährt. Es gibt aber bei der passiven und der Mischgymnastik Konstellationen, bei denen an bestimmten Winkelpositionen der Kurbel durch eine Änderung des Verhaltens des Elektromotors in den Bewegungsablauf eingegriffen werden müsste, um einen noch besseren Trainingserfolg zu erreichen und Schaden zu verhüten.
In der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 276 125 A2 ist eine computergesteuerte Übungsmaschine offenbart, bei welcher der Benutzer ein Übungsprogramm auswählt. Dementsprechend werden Signale vom Programm zu einer Steuereinrichtung für die Widerstandskraft an einem Betätigungselement übertragen. Sensoren erzeugen Datensignale, die der Kraft an dem Betätigungselement sowie der Geschwindigkeit und der Winkelposition des Betätigungselements entsprechen. Diese Signale werden zur Erzeugung von digitalen Daten gesampelt. Die digitalen Daten werden dazu eingesetzt, eine Anzeige für die Übungsresultate zu aktualisieren und Werte zu berechnen, die zur Kontrolle der Widerstandskraft am Betätigungselement notwendig sind. Grundsätzlich kann diese Übungsmaschine für eine aktive Gymnastik und eine passive Gymnastik eingesetzt werden. Innerhalb eines "Mode" für aktives Training und innerhalb eines "Mode" für passives Training sind eine Vielzahl von Trainingsmöglichkeiten realisierbar.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich eines Bewegungsgeräts, das sowohl für aktives als auch passives Training ausgelegt ist, zu erweitern und flexiblere Möglichkeiten für die Gestaltung eines Trainingsablaufes zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein Trainingsprogramm eine Mischform von passiver und aktiver Gymnastik innerhalb einer Kreisbewegung erlaubt, wobei durch die Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung Grenzwerte des Antriebsmoments einerseits und des Bremsmoments andererseits getrennt voneinander einstellbar sind, die für den Antriebs- und Bremsfall entsprechend wirken. Diese Vorgehensweise wird möglich, da ein Rechner die Drehzahl und das Drehmoment nicht einfach analog erfasst, sondern als digitale Größen in einer unmittelbar weiterverwertbaren Form zur Verfügung stellt. Die Steuer- und Regelfunktion ist ebenfalls im Rechner realisiert und kann auf den genannten Kenngrößen aufbauen. Somit ist es möglich, innerhalb einer Kreisbewegung frei programmierbar jedes Bewegungsmuster durchzuführen, insbesondere eine Mischung zwischen aktiver und passiver Gymnastik, bei welcher zwischen Antriebs- und Bremsmoment gewechselt werden kann. Die Umschaltung kann augenblicklich erfolgen. Dabei ist entscheidend, dass die Grenzwerte für das Antriebsmoment und das Bremsmoment getrennt voneinander einstellbar sind.
Durch die getrennte Einstellbarkeit der Drehmomentobergrenzen im Antriebs- und Bremsbetrieb kann z.B. die folgende Trainingssituation gelöst werden: Ein Patient mit sehr geringen Muskelkräften möchte, soweit es geht, die Kurbel aktiv gegen einen fühlbaren Widerstand treten. An den Todpunkten der Kurbel benötigt er die Unterstützung des Elektromotors. Diese Konstellation verlangt, dass ein kleines Bremsmoment eingestellt wird, um ein Erfolgserlebnis aufkommen zu lassen. Andererseits bedarf es eines großen Antriebsmoments, damit der Motor an den Todpunkten der Kurbel eine kräftige Unterstützung gibt.
Mit diesem Bewegungstrainingsgerät kann somit ganz speziellen therapeutischen Bedürfnissen entsprochen und der Trainingserfolg weiter verbessert werden.
Zur Vermeidung von Verletzungen beim passiven Training ist es wichtig, dass beim Auftreten eines Spasmus, d.h. einer Muskelverkrampfung, das maximale Antriebsdrehmoment nicht überschritten wird. Bei bekannten Bewegungstrainingsgeräten führt das Erreichen eines fest eingestellten Drehmoment-Grenzwerts zur Abschaltung des Geräts, d. h. zum völligen Frei.lauf der Kurbel, oder zu einer Gegenbewegung zum Lösen des Spasmus. In Weiterbildung der Erfindung wird demgegenüber vorgeschlagen, dass der Grenzwert des Antriebsdrehmoments dem vom Patienten benötigten mittleren Antriebsdrehmöment selbsttätig so nachgeführt wird, dass er stets um einen bestimmten Prozentsatz größer als dieses ist. Unter dem vom Patienten benötigten mittleren Antriebsdrehmoment wird praktisch die obere Umhüllende der Drehmomentkurve verstanden. Somit bleibt die Empfindlichkeit für das Erkennen eines Spasmus immer gleich, auch wenn z.B. bei verbesserter Bewegungsfähigkeit des Patienten im Verlauf des Trainings das benötigte mittlere Antriebsdrehmoment sinkt.
Statt an der Höhe des Antriebsdrehmoments lässt sich ein Spasmus auch an der Anstiegsgeschwindigkeit desselben erkennen. Es steigt nämlich ungewöhnlich steil an. Demgemäß wird alternativ vorgeschlagen, einen Grenzwert der ersten Ableitung des Drehmoments zur Spasmuserkennung heranzuziehen.
Das durchschnittlich benötigte Antriebsdrehmoment ist ein wichtiges technisch fassbares Maß für die Bewegungsfähigkeit der Extremitäten eines gelähmten Patienten. Gewöhnlich verbessert sich die Bewegungsfähigkeit im Verlaufe eines Trainings, so dass es wünschenswert sein kann, die Drehzahl der besseren Bewegungsfähigkeit anzupassen. Es wird deshalb vorgeschlagen, dass der Rechner die Soll-Drehzahl in einer Abhängigkeit vom Antriebsdrehmoment selbsttätig bestimmt.
Zur Erfassung der Winkelposition der Kurbel kann ein an geeigneter Stelle an der Kurbel oder ihrem Antrieb angekoppelter Inkrementalgeber vorgesehen werden. Ein zugehöriger Schaltkreis addiert die einzelnen Impulse und setzt nach Vollendung eines Umlaufs durch ein Referenzsignal den Positionszähler zurück. Bei entgegengesetzter Drehrichtung werden die Impulse subtrahiert. Ferner errechnet der Schaltkreis aus der zeitlichen Abfolge der Impulse die momentane Drehzahl. Aus dem Motorstrom wird das dazu proportionale Drehmoment errechnet. Beide Kenngrößen können als gerichtete Größen aufgenommen werden, so dass sich aus dem Vorzeichen der Drehzahl die Drehrichtung und aus dem Vorzeichen des Drehmoments die Information ergibt, ob es sich, bezogen auf die Drehrichtung, um ein Antriebs- oder um ein Bremsmoment handelt. Abgesehen von ihrer Verwendung zur Regelung und Steuerung der Kurbelbewegung können diese verfügbaren Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung angezeigt oder gespeichert oder auch zur Ansteuerung externer Geräte weitergeleitet werden. Bei Speicherung auf einem leicht transportablen Medium (Memorycard, Diskette) können die gespeicherten Bewegungsabläufe extern zur therapeutischen Beurteilung oder als Grundlage zur Schaffung weiterer Trainingsprogramme dienen.
Der Rechner ist vorzugsweise als Mikrokontroller realisiert. Die Steuerung kann ein fest vorgegebenes zeitliches oder ein von den Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung oder extern ermittelten Kenngrößen abhängiges Bewegungsprogramm ablaufen lassen.
Es wurde schon erwähnt, dass es aus unterschiedlichen Beweggründen sinnvoll ist, die Kenngrößen der Kurbelbewegungen zu speichern. Eine weitere diesbezügliche Variante besteht vorteilhafterweise darin, dass ein Lernspeicher für diese Kenngrößen vorgesehen ist, der durch einen Eingabemode aktiviert werden kann und dann einen am Gerät ausgeführten Bewegungsablauf speichert, den das Gerät auf Befehl wiederholen kann. Z.B. kann ein Therapeut einen bestimmten Modell-Bewegungsablauf dadurch einspeichern, dass er diesen Bewegungsablauf an der Kurbel ausführt, indem er selbst die Pedale bewegt oder mittels einer von Hand betätigten Fernbedienung vom Motor bewegen lässt.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass an dem Bewegungstrainingsgerät eine Anschlussmöglichkeit für ein Muskelstimulationsgerät vorgesehen ist, wobei die einzelnen Stimulationskanäle, die an den betreffenden Muskelgruppen durch Elektroden angeschlossen sind, in Abhängigkeit von einer oder mehreren Kenngrößen der Kurbelbewegung angesteuert werden. Dadurch können die durch Stimulation unterstützten Antriebsbewegungen des Patienten durch selbsttätiges Abbremsen und/oder Antreiben der Kurbel einer gleichförmigen Drehbewegung angenähert werden.
Auch während der Muskelstimulation können Spasmen auftreten. Es wird daher vorgeschlagen, dass im Rechner Vorkehrungen getroffen sind, um in diesem Fall die Stimulationsimpulse sofort zu unterbrechen und weitere zu verhindern.
Bei der funktionellen Elektrostimulation der Muskeln mit der Absicht, eine möglichst gleichförmige Kurbeldrehbewegung zu erzielen, müssen verschiedene Parameter optimal ausgewählt werden. Es geht dabei um die richtige Winkelstellung der Kurbel, bei der der Stimulationsimpuls ausgelöst wird, um die zeitliche Länge der Stimulation bzw. den zu durchlaufenden Winkel, um die Form des Stimulationsstromes, der gewöhnlich ein moduliertes Signal ist, und um die Intensität, d.h. die Stromstärke. Es wird vorgeschlagen, eine besondere Testanordnung vorzusehen, mit der die Stimulationsergebnisse, die in Form von Kurbel-Winkeldrehungen zustande kommen, in Abhängigkeit von Veränderungen der einzelnen Stimulationsparameter genau vermessen und verglichen werden können, um diese automatisch zu optimieren. Winkeldrehung bedeutet hierbei das ganze Phänomen, also auch das dabei aufgetretene und registrierte Drehmoment.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung erläutert, die ein Blockschaltbild eines Bewegungstrainingsgerätes darstellt.
Die elektromechanische Ausrüstung 1 dieses Gerätes umfasst zunächst eine Kurbel, die von einer permanent magnetisch erregten Gleichstrommaschine, kurz Motor 2, angetrieben wird. Außerdem ist an dem Motor ein Inkrementalgeber 3 fest angekuppelt, der auf dem Vollwinkel 2.000 Positionen unterscheidet. Bei einer Antriebsuntersetzung von 20:1 ergibt das 40.000 erfassbare Winkelpositionen bei einer Kurbelumdrehung. An den Pedalen 4 der Kurbel oder anderen Anschlussorganen können die Extremitäten einer trainierenden Person angreifen.
Der Motor 2 wird von einer Vier-Quadranten-Leistungs-Elektronik 5 gespeist. Sie erhält ihre Signale von einer Regelung 6 und einer Steuerung 7, die in einem Rechner 8 integriert sind. Die Ausgangswerte der in dem Kasten 1 zusammengefassten elektromechanischen Ausrüstung und Sensorik, d.h. der Motorstrom und die Signale des Inkrementalgebers 3, gelangen über eine Leitung 9 an die Regelung 6 und Steuerung 7 des Rechners. Daraus werden die sogenannten Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung, nämlich Winkelposition sowie Drehzahl und Drehmoment, als gerichtete Größen gewonnen. Andererseits werden der Regelung 6 und der Steuerung 7 über Leitungen 10 weitere Kennwerte zugeführt, die an externen Sensoren gewonnen wurden. Ein Beispiel hierfür sind die Winkelwerte eines am Knie eines Patienten angebrachten Winkelstellungsgebers. Hierauf wird unten noch eingegangen. Über einen Eingang 11 werden der Steuerung die von Hand einzugebenden Signale zugeführt, z.B. eine Geschwindigkeitseinstellung, Ein- und Ausschaltimpulse usw. Ein Informationsausgang 12 erlaubt es, beliebige Kenngrößen anzuzeigen, insbesondere der trainierenden Person selbst, oder extern zu speichern. Schließlich ist noch ein Ausgang 13 vorgesehen, um Peripheriegeräte, z.B. ein Muskelstimulationsgerät anzusteuern.
Im Folgenden werden einige ausgewählte Funktionen beispielhaft erläutert, die mit dem beschriebenen Bewegungstrainingsgerät durchgeführt werden können. Daraus ergeben sich weitere Vorteile und überraschende Wirkungen der Erfindung.
Ein/Ausstiegeshilfe:
Um Querschnittsgelähmten das Einlegen und Befestigen der Beine in die Pedale des Bewegungstrainers und andererseits den Ausstieg zu erleichtern, werden die Pedale bei geringer Drehzahl in die für den Patienten günstigen Positionen (z.B. linker Fuß in Tiefstellung, anschließend rechter Fuß in Tiefstellung) gebracht und dort mit maximalem Drehmoment positioniert.
Spezielle orthopädische Rehabilitation:
Nach orthopädischen Operationen ist es meist notwendig, das betreffende Gelenk, wie z.B. das Kniegelenk, gezielt passiv und aktiv zu bewegen. Dazu wird der Fuß des betreffenden Beines am Pedal des Bewegungstrainingsgerätes angeschlossen.
Kommt es darauf an, einen bestimmten Winkelbereich der Kniebewegung einzuhalten, so kann z.B. die Kurbel in einem bestimmten Winkelbereich hin und her bewegt werden, der dem gewünschten Winkelbereich der Kniebewegung entspricht. Damit die durchgeführte Bewegung des Knies dem vorgegebenen Bewegungsausmaß entspricht, kann am Kniegelenk des Patienten ein Winkelsensor angebracht und mit dieser Informationsquelle die Bewegung des Kniegelenks geregelt durchgeführt werden. Die Bewegung wird mit einer bestimmten oberen Grenze für das Antriebs- oder Bremsmoment vollzogen. Sollte der Patient zu nahe am Gerät sitzen, so fordert ihn das Gerät über eine Ausgabeeinheit auf, sich ein wenig vom Gerät zu entfernen.
Kommt es - möglicherweise zusätzlich - auf einen gleichmäßigen Bewegungsablauf im Knie- oder Hüftgelenk an, so kann dies durch eine entsprechende Steuerung der Kurbelgeschwindigkeit erreicht werden. Bekanntlich hat eine gleichförmige. Kurbelgeschwindigkeit eine ungleichförmige Geschwindigkeit an den genannten Gelenken zur Folge. Durch eine Variation der Kurbelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Position innerhalb des Winkelbereichs lässt es sich jedoch erreichen, dass die Winkelgeschwindigkeit entweder der Knie- oder der Hüftgelenke während der Tretbewegung über einen großen Winkelbereich annähernd konstant bleibt.
Lösen eines Spasmus:
Ist ein Spasmus z.B. durch Erreichen der Obergrenze des Antriebsdrehmoments erkannt, so kann er mit Hilfe einer Wipp-Bewegung gelöst werden. Dabei beginnt die Wipp-Bewegung mit einem kleinen Winkelausschlag, der so lange vergrößert wird, bis die Wipp-Bewegung wieder in eine Dreh-Bewegung übergeht. Beispielsweise kann der Therapeut dieses oder ein anderes Bewegungsmuster dem Bewegungstrainingsgerät durch einmalige Ausübung "lehren", so dass es dann im Bedarfsfall von selbst abläuft.
Getrennte Einstellung der Drehmoment-Obergrenzen im Antriebs- und Bremsbetrieb:
Ein Patient macht nur passives Training. Sein Knochengerüst ist nur schwach belastbar. Er darf aus Sicherheitsgründen nur mit einem sehr kleinen Antriebsmoment angetrieben werden. Um jedoch eine runde Tretbewegung zu realisieren, muss der Motor an bestimmten Winkelpositionen der Kurbel stark bremsen. Unter der Voraussetzung, dass kein Getriebe und somit nur eine geringe Schwungmasse vorhanden ist, vielmehr ein Riementrieb den Motor und die Kurbel direkt verbindet, würden die Beine von ihrer höchsten Stellung nach unten "durchfallen". Um das zu vermeiden, muss ein verhältnismäßig großes Bremsmoment vorgegeben werden können.
Aufwärmübung, Trainingsvorschlag:
Vor jedem Training am Bewegungstrainingsgerät sollte eine kleine Aufwärmphase durchgeführt werden. Dabei kann der physische Zustand des Patienten ("Leichtgängigkeit") über die Kenngrößen der Kurbelbewegung erfasst und automatisch berücksichtigt werden. Danach kann der Rechner einen Trainingsvorschlag machen (Drehzahl, Dauer usw.), der nach den Ergebnissen des Aufwärmtrainings nach Erfahrungswerten errechnet ist.
Automatisch angepasste Begrenzung des Antriebsmoments:
Das maximale Antriebsmoment, das zum Erkennen eines Spasmus dient, wird laufend automatisch derart verändert, dass es um einen gewissen Prozentsatz über dem für die Bewegung der Extremitäten des Patienten benötigten Antriebsmoment liegt. Dieser automatisch nachgeführte Antriebsmoment-Grenzwert kann nur rampenförmig ansteigen und fallen und das hat den Vorteil, dass das Antriebsmoment auch bei starkem Abbremsen, beispielsweise durch einen Spasmus, nie sprunghaft ansteigen kann. Es ist also immer ein "Sanft-Anlauf" gewährleistet. Durch die enge Bindung des maximalen Antriebsmoments an das aktuelle Antriebsmoment bleibt die Ansprechempfindlichkeit der Antispastiksteuerung während des ganzen Trainings konstant.
Automatische Anpassung der Drehzahl:
Bei den meisten Patienten verändert sich der physische Zustand während des Trainings. Da die Drehzahl ein wichtiges Kriterium für das Ausmaß und die Anstrengung einer Übung ist, kann der Sollwert der Drehzahl in Abhängigkeit von der "Leichtgängigkeit" des Patienten automatisch nachgeführt werden. Diese Nachführung erfolgt in Abhängigkeit vom aufgewandten Antriebsdrehmoment.
Interaktive Trainingsprogramme:
Der Patient kann das Training durch sein Verhalten beeinflussen. Das hat den Vorteil, dass die geistige und physische Passivität des Patienten während des Trainings verringert wird. Es kann vorgesehen werden, dass sich die Drehzahl in gewissen Grenzen erhöht, je "leichtgängiger" der Patient wird. Mit abnehmendem Aktiv-Anteil kann die Drehzahl selbsttätig herabgesetzt werden. Auch kann ein Drehrichtungswechsel für den Fall vorgesehen werden, dass die Aktivgymnastik noch weiter abnimmt.
Aktivierung eines externen Messgeräts:
Bei einer bestimmten Konstellation der Kenngrößen der Kurbelbewegung, die auf eine bestimmte physische Situation schließen lässt, wird ein externes Messgerät aktiviert, um eine Messung vorzunehmen.
Funktionelle Elektrostimulation in Abhängigkeit von den Kenngrößen der Kurbelbewegung:
Ein praktischer Fall ist die Elektrostimulation der Beuge- und der Streckmuskeln an beiden Beinen (vier Stimulationskanäle), wobei die Parameter der verschiedenen Stimulationskanäle in Abhängigkeit von den Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung gewählt werden. Durch eine wenig differenzierte Ansteuerung der Muskeln entstehen meist ungleichförmige, stockende Bewegungen, während ein Rundlauf der Kurbel erwünscht ist und von dem Patienten angenehm empfunden wird. Die frei programmierbare Regelanordnung erlaubt es, eine kontinuierliche Tretbewegung herbeizuführen durch abwechselnde Beschleunigung und Abbremsung der Bewegung an den entsprechenden Winkelabschnitten. Dazu wird vorteilhafterweise kein Schwungrad benötigt, das bei auftretenden Spasmen zu Verletzungen führen könnte.
Automatische Optimierung der Stimulationsparameter:
Die Stimulationstherapie wird mit einer erfahrungsgemäßen mittleren Voreinstellung begonnen. Bei dem anschließenden Optimierungsverfahren werden die Stimulationsparameter ( z.B. Einschaltzeit und -winkel, Form der Stromkurve, Intensität) mit Hilfe der Rückkopplung der Kenngrößen automatisch optimal eingestellt. Dies kann nacheinander für jede einzelne Muskelgruppe geschehen.
"Teach in"-Verfahren:
Der Therapeut kann einem Bewegungstrainingsgerät ein beliebiges Bewegungsmuster lehren, indem er einen bestimmten Eingabemode wählt, und das gewünschte Bewegungsmuster an den Pedalen bzw. über die Fernbedienung vollzieht. Das Gerät nimmt das ausgeführte Bewegungsmuster auf und speichert dieses ab. Danach kann es das gelernte Bewegungsmuster wiedergeben.

Claims (13)

  1. Bewegungstrainingsgerät mit einer Kurbel, Kurbelarmen, die mit dem Fuß- oder Armpaar einer trainierenden Person verbindbar sind, und ferner umfassend einen Elektromotor, der mit der Kurbel getrieblich verbunden ist, eine Leistungs-Elektronik zur Bestromung des Motors, welche es ermöglicht, diesen zum Antreiben und zum Bremsen der Kurbel zu verwenden, eine Einrichtung zur Drehzahlregelung, eine Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung, eine Programmsteuereinrichtung, die es ermöglicht, ein Trainingsprogramm vorzugeben und ablaufen zu lassen, einen Rechner, der die Drehzahl und das Drehmoment als momentane Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung in einer digitalen und somit frei verwertbaren Form erfasst, so dass diese Ist-Kenngrößen zur digitalen Regelung und Steuerung der Kurbelbewegung zur Verfügung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trainingsprogramm eine Mischform von passiver und aktiver Gymnastik innerhalb einer Kreisbewegung erlaubt, wobei durch die Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung Grenzwerte des Antriebsmoments einerseits und des Bremsmoments andererseits getrennt voneinander einstellbar sind, die für den Antriebs- und Bremsfall entsprechend wirken.
  2. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner bei einem passiven Training zum Zweck der Erkennung eines Spasmus den oberen Grenzwert des Antriebdrehmoments im Rahmen eines nach Sicherheitsgesichtspunkten festgelegten Maximalgrenzwerts der oberen Umhüllenden des Antriebsdrehmoments selbsttätig so nachführt, dass der obere Grenzwert stets um einen bestimmten Prozentsatz größer als die Umhüllende ist.
  3. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner bei einem passiven Training zum Zweck der Erkennung eines Spasmus die Anstiegsgeschwindigkeit des Antriebsdrehmoments errechnet und auswertet.
  4. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (8) die Solldrehzahl in einer Abhängigkeit vom Antriebsdrehmoment selbsttätig bestimmt.
  5. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Winkelposition, der Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit der Kurbel ein am Kurbelantrieb angekoppelter Inkrementalgeber (3) vorgesehen ist.
  6. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (8) ein Bewegungsprogramm in Abhängigkeit von der Zeit oder von den verfügbaren Kenngrößen ablaufen lassen kann.
  7. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es jedes gewünschte Bewegungsmuster in Abhängigkeit von der Winkelposition der Kurbel ausführen kann.
  8. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen eines Spasmus die Kurbel beginnend mit einer Gegenbewegung in eine sanft hin und her gehende Schwenkbewegung mit zunehmendem Winkelausschlag versetzt wird, die schließlich wieder in eine Umlaufbewegung in einer Richtung übergeht.
  9. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (8) die digital zur Verfügung stehenden Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung auswertet, um daraus Rückschlüsse auf den Zustand des Patienten zu ziehen, diesen Zustand durch signifikante Kennwerte anzuzeigen oder auf den Trainingsablauf entsprechend einzuwirken.
  10. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lernspeicher für die Kenngrößen der Kurbelbewegung vorgesehen ist, der durch einen Eingabemode aktiviert werden kann und dann einen am Gerät ausgeführten Bewegungsablauf speichert, den das Gerät wiederholen kann.
  11. Bewegungstrainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussmöglichkeit für ein Muskelstimulationsgerät vorgesehen ist, wobei die Parameter der Stimulationskanäle in Abhängigkeit von den Ist-Kenngrößen der Kurbelbewegung bestimmt werden und wobei die durch Stimulation unterstützten Bewegungen des Patienten durch selbsttätiges Bremsen und/oder Antreiben der Kurbel einer gleichförmigen Drehbewegung angenähert werden.
  12. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Vorkehrungen getroffen sind, um bei Auftreten eines Spasmus weitere Stimulationsimpulse zu unterbinden.
  13. Bewegungstrainingsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung zur selbsttätigen Optimierung der Stimulationsparameter vorgesehen ist.
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